人机工程在煤矿机械设计中的应用研究

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摘 要：文章主要介绍人机工程在煤矿机械设计中的作用以及采用人机工程学进行煤矿机械设备的必要性，重点对人机工程在煤矿机械设备中的具体应用进行研究和分析，以供参考。
关键词：人机工程 煤矿机械设计 应用
1 引言
近年来随着我国经济的发展，我国社会对各种能源的需求量不断增加。而在目前我国的能源形式中，煤炭仍然占据主要地位，而且近年来的煤炭需求量和开采量也在不断增加，推动了煤矿事业的发展。加之目前计算机技术等煤矿开采相关技术的快速发展以及在煤矿开采作业中的应用，使得煤矿机械化水平有了非常大的提高，推动煤矿机电设备向大型化、智能化和自动化等方向发展。但是在此形势下，加之煤矿井下作业环境较为恶劣，所以对施工人员的操作提出了较高的要求，解决煤矿机械设备使用中的人为因素的不利影响，也成为目前进行煤矿机械设计的重点内容，这就需要从人机角度出现来进行煤矿机械设计的优化。
2 人机工程在煤矿机械设计中的作用
我国一直以来都是世界上的煤矿大国，不仅煤矿资源的储量丰富，而且煤矿资源的开采量和使用量也居世界前列，这也极大地促进了我国矿山机械设备的发展。目前在煤矿开采作业中应用的煤矿机械设备种类繁多，其通常具有较大的体积和重量，属于重型机械的一种，而且在煤礦井下较为狭窄且恶劣的环境中，其结构的复杂性以及容易受到恶劣环境影响的特点也增加了人为操作的难度。而且煤矿井下作业环境本身比较潮湿，并具有较多的振动、噪音等问题，作业环境及其恶劣，所以在施工人员对传统的机械设备进行长时间操作的过程中，由于其操作难度大、工作比较枯燥、显示装置不够人性化等问题，所以增加了操作人员的疲劳和精神负担，导致事故概率较高。而从人机工程学的角度对煤矿机械设备进行设计，根据人的生理以及心理特征为设计依据，对人与机电设备、人与环境以及机电设备之间的关系进行研究，对操作流程进行简化，并尽量提供安全舒适的作业环境，确保人-机-环境处于最佳的配合状态，不仅提高煤矿井下作业效率，而且对施工人员的工作条件进行改善，提高设备的运行可靠性，使得施工人员的工作更加安全和舒适。
3 人机工程在煤矿机械设计中的应用
3.1对人体测量数据的应用。在进行煤矿机械设计时，在对煤矿机械设备以及施工人员的作业环境进行勘察和分析之后，从人机工程学的角度需要设计出符合人的生理和心理特定的机械设备，不仅要对施工人员的作业环境进行改善，而且要降低施工人员操作中的体能消耗，还能提高施工人员的操作效率以及机械设备的运行效率。这就需要设计人员在进行产品设计时需要对机械的使用范围以及人体各部分的尺寸范围进行充分测量和了解。以机械设备的高度、操作控制高度、仪表高度等的设计和安装时，就需要以人体的高度为基本依据。此外，对于在对石门、巷道、硐室以及罐笼等进行设计时，应该以人体数据第95百分位数为依据，而对距离运转机械部位的有效半径以及紧急出口尺寸等进行设计时，应以人体数据第99百分位数为依据。并且操纵结构的运动方向应符合大多数施工人员的习惯，通常以右旋螺纹为主，而且操纵力的大小也应根据人们的生理特征和付出力度的大小进行综合考虑和合理设计。3.2人机界面的人性化设计。人机界面的主要作用就是在人与机械设备之间进行信息的传递，而由于煤矿机械设备通常具有较大的体积和较为复杂的结构，如果没有对其人机界面进行优化设计，不仅会增加操作的繁琐性，而且会导致安全隐患的出现。为了确保人机界面的美观大方、操作简单和通俗移动，并且对操作人员起到有效的引导作用，让操作员愉快操作来提高工作效率，首先需要对操作面板进行设计，不仅要确保控制面板的安装位置和角度的合理性，还要对面板上显示内容的位置以及控制装置的位置和大小等进行合理设计来确保操作人员操作的舒适、准确和高效。3.3机械设备噪音的控制。在煤矿各个环节的生产中会产生大量不同类型的噪音，而且煤矿机械设备在生产作业中产生的噪音通常具有较高的等级，施工人员长期处于这样的环境中会对其听力造成损害，而且会对人员之间的谈话交流造成干扰，并妨碍人员的睡眠且容易引发多种疾病。此外在噪音较大的环境中，操作人员的注意力也难以集中而导致操作失误概率的增加，带来较大的安全风险。不仅如此，噪音较大还会对机械设备本身的运行造成影响，导致读数不准、运转失灵，甚至会影响人们对异常声响的判断而造成安全事故。所以在煤矿机械设计过程中应对其产生的噪声进行控制，主要是在对通风机进行选型时、以及进行空气动力学设计和机械设计时，通过对其内部流到尺寸的改变来降低空气动力噪声，但是不会对其运行性能造成影响，实现对噪声声源的有效控制。3.4机械造型美学的应用。由于煤矿井下作业中本身光线较为暗淡，井下的作业环境中以黑色为主，容易让人产生单调感和压抑感，长时间的生产作业中会影响工人的情绪，并对生产效率和安全造成影响。所以在对机械设备进行设计时，可以运用色彩设计来对井下的视觉环境进行改善。通常对于运输车辆可以采用淡绿、淡蓝以及黄黑相间的明快颜色，巷道中的设备如采煤机、液压支架和运输机等设备则可以根据不同的作业环境来增加刺激、兴奋以及活跃效果的鲜明颜色，并通常以亮红、橙、黄、乳黄、乳白等颜色为主。支柱设备则应选择低纯度、高名都的色彩或白色以及乳白色，便于丢失后的寻找。在机械设计中对色彩进行搭配并对作业环境中的视觉环境进行改善之后，就可以换发工人的工作热情，便于操作者进行辨认以及丢失后的寻找，而且提高共工作效率，减少事故的发生。
4 结语
在目前的煤矿生产中机械设备的应用数量不断增多，在代替人工劳动减轻人工劳动工作强度和工作量的同时，也大大提高了煤矿生产的效率。但是在长时间恶劣的矿井环境中应用结构较为复杂的机械设备时，也暴露出较多的不合理之处和安全风险等，所以需要采用人机工程学对煤矿机械设备进行设计，对劳动主体与劳动工具之间的矛盾进行有效解决，确保人机系统的协调，确保设计出的机械设备具有操作简便省力、安全可靠、性能优越、高效等特点，促进煤矿事业的健康快速发展。
参考文献：
[1] 周凯. 人机工程学在人性化煤矿机械设计中的应用[J]. 内燃机与配件， 2017（9）：124-124.
[2] 郑杰. 人机工程在煤矿机械设计中的应用[J]. 能源与节能， 2017（4）：150-151.