本书共分六章，分别是：第一章 引言；第二章 舒适性的概念及其研究现状与发展动态分析；第三章 农机装备振动舒适性评价与关键部件优化；第四章 农机装备操纵舒适性评价与关键参数优化；第五章 农机装备静态舒适性评价与驾驶室工效学设计；第六章 总结与展望。 本书不仅对舒适性的概念与分类进行了补充完善与重新界定，而且对农机装备舒适性的评价指标与影响因素进行了全面梳理与深入剖析，构建了农机装备舒适性多维评价指标体系与定量综合评价模型，提出一种基于舒适性评价的农机装备驾驶室工效学动态设计方法与流程，这是农机装备舒适性评价方法研究的重要突破，也是农机装备人机工效学设计理论与方法的补充与完善。 本书的*之处在于对舒适性的概念重新进行了阐释与界定，并通过对农机装备的动态操纵过程进行数字化描述，构建农机装备动态操纵舒适性的定量分析与综合评价，揭示农机装备人机系统舒适性的影响机制，不仅为农机装备驾驶室及主要操纵装置工效学设计提供数据基础与技术支撑，同时也极大地促进了农机装备人机工效学设计理论与方法的发展。

本书为2014年国家自然科学基金项目《农机装备人-机-路面耦合系统动力学模型与舒适性多维评价机制的研究》（项目编号：51405178）的结项书稿，该项目历时3年研究，目前已结题。 本书不仅对舒适性的概念与分类进行了补充完善与重新界定，而且对农机装备舒适性的评价指标与影响因素进行了全面梳理与深入剖析，构建了农机装备舒适性多维评价指标体系与定量综合评价模型，提出一种基于舒适性评价的农机装备驾驶室工效学动态设计方法与流程，这是农机装备舒适性评价方法研究的重要突破，也是农机装备人机工效学设计理论与方法的补充与完善。

前言PREFACE农机装备是建设现代农业的重要物质基础，是实现农业文明生产、农村经济发展和社会进步的基本途径。然而，受自然环境条件与经济发展水平的限制，我国农机装备的研发工作起步较晚。近年来，虽然我国农机产业规模不断扩大，农机装备总量快速增长，但与欧美等发达国家相比，我国农机装备整体发展水平还比较低，科研开发能力和制造工艺水平相对滞后，农机产品仍以技术含量较低的小型与中低端机为主，可靠性比较差，振动与操纵舒适性问题极为突出。农机装备的振动与操纵舒适性研究是涉及多学科的重要课题，目前欧美等发达国家对农机装备振动与操纵舒适性的研究已达到较高的水平。但在我国，农机装备振动与操纵舒适性研究尚未引起足够重视。从目前的报道来看，有关农机装备振动与操纵舒适性的研究并不多，现有研究主要侧重于从某个角度对农机装备的静态舒适性进行定性分析与主观评价，因而无法揭示其舒适性影响机制与变化规律。在生产实践中，农机装备的振动与操纵舒适性亟待提高。上述问题的研究对提升我国农机装备的质量与市场竞争力具有重要的现实意义。本书聚焦农机装备舒适性定量分析与综合定量评价问题，综合运用机械振动理论、多体系统动力学理论、虚拟样机动态仿真技术以及动作元分析法等先进理论与方法，对农机装备的振动舒适性、操纵舒适性、静态舒适性等问题进行系统深入的研究，分析人机系统设计参数与外部环境因素对农机装备舒适性的影响规律，揭示农机装备人机系统舒适性的影响机制，并以此为基础，对农机装备驾驶室与主要操纵装置进行工效学设计，实现系统人机关系的*佳匹配。研究成果不仅为农机装备的舒适性分析与人性化设计提供了科学的参考依据，还为提升农机装备的设计开发能力和制造工艺水平奠定了一定的基础。本书的创新之处在于：（1）以驾驶员全身振动联合加权加速度为评价指标，综合考虑路面激励、人体自身的振动力学特性、人体与座椅之间的耦合作用、农机装备与路面之间的耦合作用等因素对农机装备振动舒适性的影响，构建了农机装备振动舒适性定量分析与综合评价模型，揭示了其振动舒适性的影响机制；（2）以坐姿舒适性与操纵舒适性的综合评分为评价指标，综合考虑操纵装置关键位置参数对农机装备操纵舒适性的影响，创新性地构建了农机装备操纵舒适性定量分析与综合评价模型，揭示了其操纵舒适性的影响机制；（3）根据优化设计理论与系统舒适性影响机制，对农机装备人机系统关键部件与设计参数进行了优化，获得系统*佳人机工程设计方案，实现了系统人机关系的*佳匹配。本书共分6章，分别是第1章 绪论，第2章 农机装备振动舒适性评价与关键部件优化，第3章 农机装备操纵过程数字化描述与舒适性评价，第4章 农机装备操纵舒适性影响机制及关键参数优化，第5章 农机装备工效学设计与静态舒适性评价，第6章 总结与展望。书中大量图片以彩图形式给出，但考虑到印刷成本问题，本书依然采用传统的黑白印刷方式，另借助二维码技术将书稿中的彩图集中于章首的二维码中，读者可借助手机等移动设备查看原始彩图，以便更好地理解书稿内容。本书是国家自然科学基金项目农机装备人-机-路面耦合系统动力学模型与舒适性多维评价机制的研究（51405178）及农机装备作业人员手臂振动生物力学模型及动态响应特性研究（51875230）资助的成果。衷心感谢课题组主要成员樊啟洲、林卫国、黄伟军、肖洋轶、曾荣、李明震、贾桂锋、王晓敏、别丽华、王少伟、文江、王坤殿、向云鹏、周杰、钟文杰、秦增志、刘爽、刘海悦、王成龙、姜威等老师和同学的辛勤努力和付出，感谢国家自然科学基金委员会的资助，感谢各位评审专家提出的修改意见和建议，感谢华中农业大学工学院领导、同事的大力支持与指导，感谢华中科技大学出版社编校老师高质量的编辑与校对，感谢家人对我的理解与付出。由于笔者知识水平及其他条件有限，书中难免存在不足之处，恳请专家、学者和读者提出宝贵意见。徐红梅 2022年 9 月于武汉南湖·狮子山华中农业大学

徐红梅，女，副教授，硕导，工学博士，华中农业大学副教授，材料科学与工程学科博士后，美国辛辛那提大学访问学者；国家自然科学基金通讯评审专家，荆门市科技副总，湖北省主要农作物机械化生产专家组成员。主要研究方向为农机装备舒适性设计与工效学设计，近年来主要以轮式拖拉机与谷物联合收获机两种重要农机装备为研究对象，综合运用机械振动理论、多体系统动力学理论、动作元分析法、虚拟样机动态仿真以及生物力学建模技术，对农机装备的振动与操纵舒适性问题、作业人员手臂振动传递问题、驾驶员生物力学负载等关键科学问题进行了深入研究，并在农机装备人-机-环境系统高效建模及农机装备操纵舒适性定量分析与综合评价方面取得重要进展。近年来，申请获批国家自然科学基金面上项目3项，*高等学校博士学科点专项科研基金1项，以第一作者或通讯作者发表高水平学术论文30余篇，申请获批国家发明专利2项，实用新型专利8项，软件著作权3项，参与起草行业标准1项。

第1章　绪论

1.1　研究背景及意义1

1.2　国内外研究现状及发展动态分析2

一、农机装备舒适性分析与评价2

二、农机装备驾驶室工效学设计4

1.3　研究目标及主要研究内容6

一、研究目标6

二、主要研究内容6

1.4　研究思路与研究方法7

一、研究思路7

二、研究方法8



第2章　农机装备振动舒适性评价与关键部件优化14

2.1　引言14

2.2　稻麦油联合收获机结构特点及振动激励分析15

一、联合收获机结构分析及其工作原理15

二、收获机振动激励分析15

2.3　稻麦油联合收获机刚柔耦合虚拟样机模型的创建17

一、收获机刚体模型的创建18

二、收获机刚柔耦合虚拟样机模型的创建22

2.4　人-机-路面耦合多体动力学模型的创建及试验验证28

一、随机路面激励模型的创建28

二、人体三维几何模型的创建31

三、人-机-路面耦合多体动力学模型的创建34

四、收获机虚拟样机的试验验证34

2.5　收获机振动舒适性仿真分析与试验研究40

一、稻麦油联合收获机振动舒适性的评价方法40

二、稻麦油联合收获机振动舒适性仿真分析43

三、仿真结果分析与讨论49

四、收获机田间行驶作业时振动测试及舒适性分析50

2.6　稻麦油联合收获机车身的模态分析及结构优化55

一、HyperWorks软件简介55

二、收获机车身模态分析57

三、收获机车身尺寸优化59

四、收获机车身拓扑优化62

2.7　本章小结64



第3章　农机装备操纵过程数字化描述与舒适性评价66

3.1　引言66

3.2　换挡操纵舒适性影响因素分析及评价指标体系的构建68

一、离合器踏板操纵舒适性影响因素分析68

二、操纵舒适性评价指标体系的构建70

三、离合器踏板力、行程数据采集72

3.3　基于离差最大化的换挡操纵舒适性组合评价模型的构建74

一、构建拖拉机换挡操纵舒适性组合评价模型74

二、几种典型评价方法77

三、基于典型评价方法的拖拉机换挡操纵舒适性评价81

四、基于离差最大化的换挡操纵舒适性组合评价84

五、操纵舒适性评分值与评价指标的回归分析85

六、操纵舒适性组合评价与主观评价结论对比85

3.4　基于聚类分析的舒适性区间划分86

一、基于模糊C-均值聚类算法的样本分类87

二、舒适性评分值的判别分析92

三、舒适性评分值区间划分92

3.5　基于操纵过程动作元分析的操纵舒适性物元分析模型的构建94

一、操纵过程的数字化描述95

二、操纵过程的动作单元划分95

三、单元指标组合权重的确定96

四、操纵过程多动作单元耦合98

五、负面因素定位模型100

六、基于物元分析模型的评价结论101

七、基于MATLAB的图形界面评价程序103

3.6　本章小结105



第4章　农机装备操纵舒适性影响机制及关键参数优化107

4.1　引言107

4.2　驾驶室操纵舒适性试验平台的设计107

一、驾驶室操纵舒适性试验平台的空间布局设计108

二、驾驶室试验平台主要装置的人机工程设计122

4.3　农机装备操纵舒适性影响机制及关键参数优化134

一、本节主要研究工作135

二、农机装备座椅的舒适性评价及位置参数优化137

三、方向盘的舒适性评价及位置参数优化153

四、脚踏板的舒适性评价及位置参数优化165

五、操纵杆的舒适性评价及位置参数优化175

六、基于CATIA的舒适性仿真分析与评价188

七、基于主客观对比实验的舒适性分析与评价194

4.4　本章小结206



第5章　农机装备工效学设计与静态舒适性评价208

5.1　引言208

5.2　农机装备驾驶室人机工效学与安全性设计210

一、拖拉机驾驶室设计的流程210

二、拖拉机驾驶员人体尺寸的修正210

三、拖拉机驾驶室人机工效学布置工具212

四、驾驶室内部布局设计213

五、驾驶室内部主要操纵装置的设计218

六、驾驶室外部结构的设计224

七、驾驶室三维模型的建立228

5.3　基于驾驶员安全性的驾驶室静载强度分析229

一、驾驶室安全强度验收标准229

二、驾驶室有限元模型的建立230

三、驾驶室强度安全性分析过程与结果232

四、驾驶室轻量化优化设计238

五、优化后驾驶室的强度安全性分析239

5.4　基于DELMIA的驾驶室人机系统静态舒适性分析245

一、DELMIA人机工程仿真概述245

二、驾驶员-驾驶室人机系统模型的构建245

三、人机系统静态舒适性分析246

5.5　驾驶室静态舒适性测试与评价258

一、试验目的259

二、试验人员的选取259

三、试验过程与数据采集260

四、试验结果及分析261

5.6　本章小结263



第6章　总结与展望265

6.1　全书总结265

6.2　主要创新点267

6.3　不足与展望268



参考文献269