基于人体舒适性的高原地区摊铺机综合评价与物理场分析及优化

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我国西部,特别是青海西藏等地,存在大量的高原地貌。在西部大开发中,公路是连接城市与城市的交通枢纽,是人们出行方便的必要条件,同时也是一个地区经济发展的基础。21世纪的中国早己脱离了人工铺路的时代,逐渐朝着机械化智能化的方向发展,摊铺机被广泛应用于公路的铺修,代替了人工铺路,使效率得到了有效提高,并降低了人工成本。高原环境具有低温、低压、低氧、强辐射等特点,而目前的摊铺机驾驶室多为敞篷框架结构,驾驶员在高强度的工作中极易出现高原反应,难以保证生产的质量和效率。并且在公路摊铺施工中还会有大量的尘土飞扬,驾驶员过多的吸入粉尘,会极大的降低驾驶员舒适性,甚至影响到身体健康。所以普通摊铺机在高原施工有很大难度,设计一个密封摊铺机驾驶室很有必要。本文针对KFT900型摊铺机,利用人机工程学原理对摊铺机驾驶室模型进行合理设计,对已经完成的驾驶室的内部各物理场进行仿真分析及评价,并对进风口参数进行优化,使得驾驶室内各物理场同时达到各自最优范围。基于人机工程学原理对摊铺机驾驶室模型进行合理设计,本文首先根据IS03411中不同年份的人体尺寸算出2.325%增长系数,通过此系数对己不再准确适用于当今人体仿真或实验的GB-10000-88标准进行了修正,并在CATIA中建立了合适的中国人人体模型。针对KFT900型摊铺机,采用SAE推荐的适宜H点位置线法,确定出H点位置,根据该点定位人体空间位置,在此基础上利用人机工程学原理上对驾驶员的视野合理性、手伸界面范围和关节舒适性进行分析,确定了驾驶室结构及内部布置。以计算流体力学和传热学为基础,运用稳态不可压缩雷诺时均N-S方程的湍流模型,研究了基于多相流理论的多物理场。同时考虑人体散热和太阳辐射,计算了高原工况下摊铺机驾驶室内速度场、温度场、压强场、氧浓度场、辐射场以及粉尘浓度场,研究分析各物理场对人体重要部位的影响。以人体重要部位的各物理场舒适性为优化目标进行多目标优化,通过多项式拟合的方法得到重要点处的多物理场各自拟合函数,将该函数作为目标函数,进风口长度和位置作为决策变量,采用粒子群方法对多物理场在重要点处同时达到最优范围作为多目标进行优化,并利用云模型方法求解优化点交集,得到最终优化点,利用该点再次进行仿真,验证优化结果的正确性。
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