第一篇：略談超纖皮替代真皮在汽車(chē)座椅中的應(yīng)用

略談超纖皮替代真皮在汽車(chē)座椅中的應(yīng)用

摘 要：我國(guó)汽車(chē)的普及率已經(jīng)得到了大大的提高。其中的原因不僅在于經(jīng)濟(jì)得到了快速的發(fā)展，還在于隨著科技的進(jìn)步，汽車(chē)已經(jīng)朝著經(jīng)濟(jì)平民化的方向發(fā)展。人們的支付能力提高是促進(jìn)汽車(chē)普及率提高的最主要原因。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，汽車(chē)座椅的材料也受到了人們的密切關(guān)注。汽車(chē)座椅是汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在體積方面也大約占據(jù)了汽車(chē)整體體積的五分之一。汽車(chē)檔次越高，大多就會(huì)將真皮作為汽車(chē)座椅的材料。這種將真皮作為汽車(chē)座椅材料的方法違背了我國(guó)科學(xué)發(fā)展觀的相關(guān)理念，不利于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，超纖皮座椅材料應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：超纖皮；真皮；汽車(chē)座椅

汽車(chē)座椅采用真皮制作能夠凸顯汽車(chē)的高端檔次。但是，如果一味地采用真皮作為高檔汽車(chē)的座椅材料，就會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良的影響。因?yàn)檎嫫?lái)自于大自然中的動(dòng)物，將真皮作為汽車(chē)座椅材料就會(huì)增加對(duì)動(dòng)物的捕殺量，這是一種不健康的汽車(chē)生產(chǎn)方式，不利于生態(tài)的平衡發(fā)展。所以，要研發(fā)出一種能夠取代真皮的新型材料，將這種材料作為汽車(chē)的座椅材料，既能夠滿足人們對(duì)汽車(chē)座椅舒適度的要求，又能夠促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。近幾十年來(lái)，眾多的研究者潛心致力于對(duì)超纖皮的研究。并且研究證明，超纖皮擁有真皮的多項(xiàng)性能，它不僅擁有較好的透氣功能，而且在外觀方面也能夠滿足人們的要求。超纖皮能夠成為一種理想的汽車(chē)座椅材料。汽車(chē)座椅材料使用狀況

1.1 高檔汽車(chē)使用真皮作為座椅材料

不管是在中國(guó)還是在國(guó)外，高檔汽車(chē)都是采用真皮作為汽車(chē)的座椅材料。因?yàn)檫@能夠滿足人們對(duì)汽車(chē)舒適度的要求，而且使用真皮還能夠有效地增加汽車(chē)的檔次。從總體上來(lái)說(shuō)，這種將真皮作為汽車(chē)座椅材料的方式不符合我國(guó)綠色環(huán)保的生活要求。因?yàn)檫^(guò)度地使用真皮就會(huì)對(duì)大自然的動(dòng)物帶來(lái)巨大的威脅，不利于生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。真皮固然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是與人類(lèi)社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展相比，這種方式無(wú)疑是一種為了短期利益而忽視長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的不科學(xué)行為。所以，一定要對(duì)汽車(chē)座椅材料的選擇進(jìn)行一定的改革，要讓汽車(chē)座椅材料既能夠滿足人們的需求，又能夠促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 超纖皮得到了一定的應(yīng)用

超纖皮具有許多優(yōu)勢(shì)，超纖皮不僅是在外觀還是在性能方面都不亞于真皮。我國(guó)的高檔車(chē)在座椅材料的選擇方面往往都選擇真皮，這與人們追求汽車(chē)高檔品質(zhì)的思想觀念有著非常密切的聯(lián)系。但是在國(guó)外，人們往往都持有一種綠色環(huán)保的觀念，人們重視的是汽車(chē)座椅的舒適度、抗衰老性能等，而不是座椅材質(zhì)是否高檔。目前，超纖皮在汽車(chē)座椅中的應(yīng)用已經(jīng)成為一種潮流與趨勢(shì)，世界各國(guó)都加入了使用超纖皮而不是一味選擇真皮座椅材料的陣營(yíng)。這極其有利于生態(tài)環(huán)保生活方式的進(jìn)一步推廣。[1]

超纖皮簡(jiǎn)介與優(yōu)點(diǎn)

2.1 簡(jiǎn)介

超纖皮是一種合成性皮革。這是在科學(xué)技術(shù)的巨大發(fā)展之下被成功研發(fā)出來(lái)的一種新型材料，具有許多真皮所具有的優(yōu)點(diǎn)。目前，在真皮供不應(yīng)求的背景之下，使用超纖皮已經(jīng)成為了一種潮流與趨勢(shì)。在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之下，超纖皮外觀的改造方面也能夠做到將此變?yōu)楹驼嫫げo(wú)明顯差異的外觀形式。超纖皮在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，不僅是在汽車(chē)座椅中，還是在鞋包、服飾中，都能夠看到超纖皮的影子。在各個(gè)領(lǐng)域使用超纖皮滿足了人們對(duì)高檔皮革的需求。而且，經(jīng)過(guò)實(shí)踐分析，使用超纖皮會(huì)成為一種發(fā)展潮流與趨勢(shì)，這也是綠色環(huán)保生活方式的要求所在。

2.2 優(yōu)點(diǎn)

超纖皮之所以會(huì)得到巨大的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂性S許多多的優(yōu)點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)其他汽車(chē)座椅材料的缺陷。首先，超纖皮的抗老化功能強(qiáng)大。真皮是取之于動(dòng)物，隨著汽車(chē)的普及，對(duì)動(dòng)物的捕殺量也會(huì)逐漸增加，而且捕殺難度也會(huì)漸漸加大，這種獲取真皮的方式不利于生態(tài)平衡的健康發(fā)展。其次，超纖皮的外觀與真皮并無(wú)明顯差異。這得益于現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，由于其外觀能夠滿足人們的要求，所以在汽車(chē)座椅中使用超纖皮也得到了人們的認(rèn)同。最后，使用超纖皮能夠降低成本。而且使用超纖皮作為汽車(chē)的座椅材料能夠保證汽車(chē)座椅的質(zhì)量以及使用壽命，為汽車(chē)駕駛者以及乘車(chē)者提供比較舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境。真皮固然能夠增加汽車(chē)的檔次，但是是不符合環(huán)保型社會(huì)的發(fā)展要求。對(duì)超纖皮的使用符合現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展潮流。應(yīng)該將超纖皮作為汽車(chē)座椅的主要材料。[2]

超纖皮替代真皮在汽車(chē)座椅中的應(yīng)用

3.1 國(guó)家推廣使用超纖皮

目前，有很多汽車(chē)公司都已經(jīng)將超纖皮作為汽車(chē)的座椅材料，減少了對(duì)真皮的使用。在國(guó)外，這種將真皮作為汽車(chē)座椅材料的汽車(chē)生產(chǎn)方式得到了人們的支持，因?yàn)橄啾扔谑褂谜嫫ぃ藗兏釉敢膺x擇利用無(wú)生命的物質(zhì)構(gòu)成的汽車(chē)座椅，往往不那么關(guān)注汽車(chē)座椅是否是由真皮構(gòu)成的。國(guó)家可以在推廣與普及超纖皮的工作方面發(fā)揮巨大的作用，出臺(tái)一系列的政策，對(duì)于在汽車(chē)座椅中使用超纖皮的企業(yè)進(jìn)行一定的獎(jiǎng)勵(lì)。并且地方政府也要參與到這項(xiàng)工作當(dāng)中，為此貢獻(xiàn)出一份力量。

3.2 汽車(chē)制造商要推廣使用超纖皮

在眾多的汽車(chē)企業(yè)中，對(duì)超纖皮的使用應(yīng)該得到一定的宣傳與推廣，并且要將對(duì)超纖皮的使用付諸實(shí)踐。首先在企業(yè)之中，應(yīng)該將使用新型環(huán)保材料的思想觀念進(jìn)行推廣，在整個(gè)企業(yè)之中形成一種健康的思潮，這種思潮能夠促進(jìn)超纖皮汽車(chē)座椅材料的進(jìn)一步推廣與普及。然后在汽車(chē)制造的過(guò)程之中，要將超纖皮作為汽車(chē)座椅的主要材料。這樣既能夠保證汽車(chē)的舒適度，而且還能夠倡導(dǎo)綠色環(huán)保的生活方式。對(duì)廣大國(guó)人產(chǎn)生良好的影響。[3]

3.3 廣大國(guó)人應(yīng)該支持汽車(chē)座椅制作中對(duì)超纖皮的使用

汽車(chē)座椅材料的選擇還會(huì)在一定程度上受到人民需求的影響，若是人民不支持在汽車(chē)座椅中使用超纖皮，那么超纖皮的推廣與普及也會(huì)遭遇重重困難。所以，為了進(jìn)一步推廣對(duì)超纖皮的使用，廣大國(guó)人也應(yīng)該支持廣大汽車(chē)制造商對(duì)超纖皮的使用，為進(jìn)一步促進(jìn)綠色環(huán)保生活方式的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。廣大的汽車(chē)制造商也可以進(jìn)行必要的問(wèn)卷調(diào)查，了解廣大人民的真實(shí)需要，為汽車(chē)制造商在汽車(chē)生產(chǎn)之中提供明確的方向。結(jié)束語(yǔ)

在汽車(chē)座椅材料的使用中，選擇超纖皮符合各個(gè)國(guó)家的具體國(guó)情，也符合國(guó)家綠色環(huán)保生活方式的發(fā)展要求。為了國(guó)家以及社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，使用超纖皮的思想觀念應(yīng)該融入到廣大人民的精神中去，以此來(lái)促進(jìn)超纖皮的進(jìn)一步普及。利用超纖皮作為汽車(chē)的座椅材料不僅是中國(guó)應(yīng)該做出的抉擇，世界各國(guó)都應(yīng)該在綠色環(huán)保生活方式的倡導(dǎo)之下減少對(duì)真皮的利用，要縱觀國(guó)家發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，選擇綠色環(huán)保的生活方式。選擇超纖皮作為汽車(chē)的座椅材料應(yīng)該成為一種流行趨勢(shì)，世界各國(guó)都應(yīng)該為此貢獻(xiàn)出一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]李齡.超纖皮替代真皮在汽車(chē)座椅上的應(yīng)用研究[J].汽車(chē)工藝與材料，2014，7：59-61.[2]黃維，史榮波，李齡.超纖皮替代牛皮在汽車(chē)座椅上的應(yīng)用分析[J].聚氨酯工業(yè)，2014，6：9-12.[3]王斌.高分子材料在汽車(chē)座椅上的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2013，1：114-118.

第二篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理，針對(duì)汽車(chē)駕駛座持，從駕駛員生理特性與作業(yè)環(huán)境兩個(gè)方面分析了影響駕駛舒適性及安全性的原因，在此基礎(chǔ)上從坐姿舒適性，振動(dòng)舒適性，操作舒適性，安全性等四個(gè)方面論述了人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，完成了對(duì)汽車(chē)駕駛座椅從分析到設(shè)計(jì)的系列開(kāi)發(fā)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)駕駛座椅 人機(jī)工程學(xué) 設(shè)計(jì)

一、引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)已由工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)即后工業(yè)社會(huì)過(guò)渡，人類(lèi)賴(lài)以生存的生活空間和生活方式，處處都是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)并不斷完善的設(shè)計(jì)世界?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)，作為一種廣泛的文化活動(dòng)，已成為人們生活中的一部分。人們開(kāi)始追求高品質(zhì)的舒適生活,于是按照人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也就越來(lái)越受到大眾的歡迎。人體工程學(xué)的產(chǎn)品也就成了現(xiàn)代社會(huì)人們追求的目標(biāo)。先以汽車(chē)座椅為例,人體工程學(xué)的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計(jì)原則除了常見(jiàn)的尺度設(shè)計(jì)原則,人體機(jī)能和環(huán)境設(shè)計(jì)原則,健康設(shè)計(jì)原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計(jì)原則。并指出在這些原則的指導(dǎo)下好的人體工程學(xué)座椅是功能與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來(lái)身心兩方面的享受。

二、舒適駕乘首要在于座椅設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的人機(jī)因素分析,即尺度、形態(tài)、功能、色彩四方面的具體分析,尋求汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)與人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系,從而論證目前汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用的一些局限性,即學(xué)科內(nèi)涵與目標(biāo)的矛盾、共性原則與個(gè)性需求的矛盾、統(tǒng)計(jì)與個(gè)案的矛盾以及合理與合情的矛盾,通過(guò)對(duì)這些應(yīng)用矛盾的透析,探求出汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用的原則,從而最終為汽車(chē)座椅產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用探索出一條道路。

而人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1、為確定汽車(chē)空間范圍提供依據(jù)。

2、為設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅提供依據(jù)。

3、為確定感覺(jué)器官的適應(yīng)能力提供依據(jù)。

三、汽車(chē)座椅人機(jī)工程學(xué)分析

1、人體坐姿生理特性分析（1）坐姿時(shí)脊柱的形態(tài)

人坐著時(shí)，身體主要由脊柱、盆骨、腿和腳支撐。脊柱位于人體的背部中央，是構(gòu)成人體的中軸。人處于不同的坐姿時(shí)，脊柱形態(tài)不同，只有座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然形態(tài)，才會(huì)減少腰椎的負(fù)荷以及腰背部肌肉的負(fù)荷，防止駕駛疲勞發(fā)生。

（2）坐姿體壓分布

當(dāng)座椅上的人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量作用于座墊和靠背上的壓力分布稱(chēng)作坐姿的體壓分布?？梢?jiàn)，坐姿體壓分布包括座墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。

（3）座墊上的體壓分布

根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，適合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來(lái)分布，即在坐骨處壓力最大，自大腿部位時(shí)壓力降至最低，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均勻原則。圖1為坐姿時(shí)座墊上的體壓分布。

（4）靠背上的體壓分布

靠背上的體壓分布也以不均勻分布，壓力相對(duì)集中在肩胛骨和腰椎兩個(gè)部位。從這兩個(gè)部位向外，壓力應(yīng)逐步降低。

2、環(huán)境分析

把駕駛員——座椅組成的系統(tǒng)看作一個(gè)典型人機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)所處的環(huán)境對(duì)系統(tǒng)中的駕駛員的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，具體分析如下：

（1）振動(dòng)

駕駛員坐在行使中的汽車(chē)上所承受的振動(dòng)屬于全身振動(dòng)的范疇。有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動(dòng)4~8Hz，橫向振動(dòng)1~2Hz。當(dāng)外界振動(dòng)接近器官的共振頻率時(shí)，即產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時(shí)引起器官的生理反應(yīng)最大。

振動(dòng)對(duì)駕駛員操作的影響主要表現(xiàn)為視覺(jué)作業(yè)效率的下降和操作動(dòng)作準(zhǔn)確性變差。當(dāng)振動(dòng)頻率低于2Hz時(shí)，由于眼肌的調(diào)節(jié)補(bǔ)償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對(duì)穩(wěn)定，因此對(duì)視覺(jué)的干擾作用不大，但當(dāng)振動(dòng)頻率大于4Hz時(shí)，視覺(jué)作業(yè)效率將受到嚴(yán)重的影響，振動(dòng)頻率為10~30Hz時(shí)，對(duì)視覺(jué)的干擾最大，振動(dòng)頻率為50Hz、加速度為2m/s2時(shí)，視覺(jué)下降約50%。振動(dòng)對(duì)操作動(dòng)作準(zhǔn)確性的影響，主要是由于振動(dòng)降低了手（或腳）的穩(wěn)定性，從而使操縱動(dòng)作的準(zhǔn)確性變差，而且振幅越大，影響越大。

（2）溫濕度

研究表明，駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為18℃～23℃，舒適濕度為40%～60%，代謝量為1.0～2.0met。座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響因素有：座椅表面的溫度和濕度。座椅表面的溫濕度特性將影響人體背部、臀部、下體等部位的散熱性能及皮膚的呼吸功能，當(dāng)其溫濕度特性與人體生理機(jī)能不適應(yīng)時(shí)將引起人體局部不快感，從而加速人體疲勞的形成。

四、汽車(chē)座椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)

汽車(chē)駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)分析，安全舒適的汽車(chē)駕駛座椅的設(shè)計(jì)必須滿足以下要求：意識(shí)坐姿舒適性（靜態(tài)舒適性）；二是振動(dòng)舒適性（動(dòng)態(tài)舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動(dòng)安全性及被動(dòng)安全性?xún)蓚€(gè)方面）。

上述要求具體到駕駛座椅的設(shè)計(jì)中滿足駕駛員坐姿舒適性的座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滿足駕駛員振動(dòng)舒適性的座椅抗振減振設(shè)計(jì)、滿足操作舒適性的座椅空間位置設(shè)計(jì)以及滿足駕駛員的安全性的汽車(chē)駕駛座椅主動(dòng)安全性及被動(dòng)安全性的設(shè)計(jì)。

1、座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

駕駛座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究把注意力集中在人體生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結(jié)構(gòu)形式、尺寸、輪廓形狀及材料選擇。

（1）座椅尺寸設(shè)計(jì)

座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)包括：椅面高度、寬度、深度、椅面傾角；靠背的高度、寬度和傾角。座椅尺寸設(shè)計(jì)涉及主要參數(shù)如圖2所示。

椅面高度A：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到兩點(diǎn)：椅面過(guò)高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過(guò)低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷，駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。

椅面寬度B：在空間允許的條件下，以寬為好。但對(duì)于汽車(chē)駕駛座椅來(lái)講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢(shì)，通常設(shè)計(jì)應(yīng)滿足最寬人體需要為準(zhǔn)。

椅面深度C：指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應(yīng)滿足：腰部得到靠背的支撐；椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)距離，以保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度：靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關(guān)，對(duì)于汽車(chē)駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角α：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。

椅面傾角β：指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動(dòng)而是椅面前緣向后傾。此角不易過(guò)大，否則會(huì)增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負(fù)荷，阻礙血液循環(huán)，引起身心疲勞。

通過(guò)以上座椅尺寸參數(shù)的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關(guān)節(jié)的角度應(yīng)該滿足圖3中所示的要求角度。

（2）座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：過(guò)于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支撐，第一支撐不位位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。

（3）座椅材料選擇

座椅材料的選擇主要考慮到以下兩個(gè)方面：振動(dòng)舒適性以及座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動(dòng)傳遞率，使座椅有較高的振動(dòng)舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達(dá)到減輕疲勞的目的。

2、座椅舒適性設(shè)計(jì) 通過(guò)查閱相關(guān)資料并對(duì)當(dāng)前市民針對(duì)汽車(chē)座椅舒適性的市場(chǎng)調(diào)查考證，由生物動(dòng)力學(xué)研究表明，長(zhǎng)時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)對(duì)于人體健康的損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)受到影響。新陳代謝以及源于機(jī)體內(nèi)部的一些其他因素會(huì)惡 化這個(gè)影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢(shì)、低溫及氣流會(huì)引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論：

（1）、座椅舒適度的指標(biāo)

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對(duì)靜態(tài)舒適度，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測(cè)量尺寸相適宜；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢(shì)，并最大范圍 滿足各類(lèi)人體的乘坐要求；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。

（2）、座椅舒適度的影響因素 座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻(xiàn)都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對(duì)于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機(jī)工程學(xué)的角度來(lái)講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要。

（3）、座椅舒適度的研究方法 從汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測(cè)座椅的不舒適性。國(guó)內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

目前，國(guó)內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①?zèng)]有針對(duì)中國(guó)人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對(duì)于座椅靜態(tài)舒適性評(píng)價(jià)還沒(méi)有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評(píng)價(jià)舒適性中，對(duì)輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究。

3、座椅空間位置設(shè)計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛室座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。

圖4列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。

4、座椅安全性設(shè)計(jì)

座椅安全性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)、靠 背的設(shè)計(jì)、坐墊的設(shè)計(jì)、頭枕的設(shè)計(jì)。

（1）座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)

座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是安全性設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容。汽車(chē)行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷。汽車(chē)座椅 必須有足夠的強(qiáng)度，以確保座椅上的人所受的傷害最??；座椅的壽命應(yīng)足夠長(zhǎng)，不致過(guò)早變 形或損壞；受沖擊載荷作用時(shí)，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。所以設(shè)計(jì)座椅時(shí) 必須對(duì)汽車(chē)座椅的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強(qiáng)度要求。

（2）座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)

座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的是其對(duì)其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間 的連接方式等。

（3）靠背的設(shè)計(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀。靠背的強(qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該 在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對(duì)乘員的保護(hù)。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對(duì)尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

（4）坐墊的設(shè)計(jì)

坐墊一般不會(huì)造成對(duì)乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運(yùn)動(dòng)過(guò)程、約束力 加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對(duì)值大小。坐墊深度設(shè)計(jì)的原則是在 充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過(guò)人的大腿長(zhǎng)度。（5）頭枕的設(shè)計(jì)

頭枕是一種用以限制乘員頭部相對(duì)于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時(shí)，減 輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車(chē)受到追尾碰撞時(shí)，可抑制乘員頭部后傾，防止或 減輕頸部損傷。現(xiàn)多采用模擬計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲(chǔ)信 息量大、開(kāi)發(fā)周期短且開(kāi)發(fā)費(fèi)用低。

五、汽車(chē)座椅人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用

所謂人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、活動(dòng)范圍、動(dòng)作速度、動(dòng)作頻率、重心變化以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及膚覺(jué)等感覺(jué)器官的機(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對(duì)工作效率的影響等。

人機(jī)工程學(xué)的顯著特點(diǎn)是，在認(rèn)真研究人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個(gè)別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設(shè)計(jì)的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究。在人機(jī)工程學(xué)中將這個(gè)系統(tǒng)稱(chēng)為“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)。

六、結(jié)束語(yǔ)

從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車(chē)駕駛座椅的設(shè)計(jì)，是使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。

目前，雖然已有企業(yè)在利用人機(jī)工程學(xué)的研究成果來(lái)設(shè)計(jì)駕駛員座椅了，但對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的駕駛座椅還不夠完善，因此建立一個(gè)從分析——設(shè)計(jì)的系列開(kāi)發(fā)過(guò)程有著非常重要的意義。參考文獻(xiàn)

[1]王惠軍 《汽車(chē)造型設(shè)計(jì)》 國(guó)防工業(yè)出版社，2007年 [2]郭竹亭 《汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)》 吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992年 [3]黃天澤 《汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2003年

[4]李少波 《汽車(chē)車(chē)身計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析》[碩士論文] 貴州工業(yè)大學(xué)，1999年 [5]吳翔 《產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000年

第三篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

題目 人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

熊雯

湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系,湖北 十堰,442002 摘要：駕駛員駕駛姿勢(shì)直接影響著駕駛員的舒適和健康，關(guān)系著是否能夠安全、高效準(zhǔn)確地駕駛。同時(shí)它還決定著舒適程度，以及長(zhǎng)期駕駛是否對(duì)駕駛員造成生理和心理上的有害的影響。本文結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，從人的心理，生理特點(diǎn)出發(fā)并結(jié)合汽車(chē)振動(dòng)特性，視野范圍以及空間分布來(lái)分析人與座椅的相互關(guān)系和相互作用，從而得出能符合人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的，并將舒適性、安全性都考慮到位的汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)、座椅，舒適度、設(shè)計(jì)

Ergonomics application in automobile seat design

xiongwen hubei automotive industry institute department of Mechanical Engineering,Hubei shiyan,442002 Abstract: Driving position directly influences the driver's comfortable and healthy, relationship with whether can be safe, efficient accurately driving.At the same time it also determines the comfort levels, and long-term driving to drivers whether caused by physical and mental harmful effects.Combining with the ergonomics knowledge from man's psychology, physiology characteristics and combined with auto vibration characteristics, the vision scope and empty room distribution to analyze the relationship between man and seat and interaction, thus developed can accord with standard of ergonomics and will comfort, safety is considered the car seat in the Keywords: Ergonomics, seat, comfort, design

正文：

一個(gè)性能優(yōu)良的汽車(chē)座椅主要取決于以下五個(gè)方面：①座椅與人體的人機(jī)界面能否為人提供舒適而穩(wěn)定的坐姿。②駕駛員(或乘坐)——座椅——車(chē)輛系統(tǒng)能否有效的隔離或衰減來(lái)自路面不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的震動(dòng)以及駕駛員或乘坐員所承受的全身震動(dòng)負(fù)荷低于規(guī)定限值。③駕駛員(或乘坐員)——座椅——駕駛室系統(tǒng)的幾何位置

關(guān)系能否為駕駛員提供良好的視野。④能否為駕駛員提供一個(gè)相對(duì)于各種操縱機(jī)構(gòu)的合適位置，使他能方便地進(jìn)行操作。⑤能否提高駕駛員的人身安全性，當(dāng)發(fā)生翻車(chē)或撞車(chē)事故時(shí)，將駕駛員約束在駕駛座椅上面，下面就從這四個(gè)方面來(lái)分析人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)上的運(yùn)用。

1.舒適坐姿的生理特征

坐姿是人體較自然的姿勢(shì)，坐姿將以腳支撐全身的狀況轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝尾恐稳?，有利于發(fā)揮腳的作用，特別是能夠利用靠背來(lái)增大腿腳的蹬力這一特點(diǎn)，來(lái)控制操縱力較大的裝置。但如果坐姿不正確，座椅設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)給身體帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害。1.1坐姿生理學(xué) 1.1.1脊柱結(jié)構(gòu)

坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱，由24節(jié)椎骨以及5塊骶骨和4塊尾骨連接組成，如圖1-1所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎（共7節(jié)）、胸椎（共12節(jié)）、腰椎（共5節(jié)）三部分，每?jī)晒?jié)椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯(lián)系，使人體得以進(jìn)行屈伸、側(cè)曲和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作等有限度的活動(dòng)。頸椎支撐頭部，胸椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骶骨和椎間盤(pán)承擔(dān)人體坐姿的主要負(fù)荷。

圖1-1 脊柱的構(gòu)造

從圖中可以看出脊柱呈現(xiàn)頸、胸、腰、骶四個(gè)彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。1.1.2腰曲弧線

與坐姿舒適性直接相關(guān)的是腰曲。圖1-2為各種不同姿勢(shì)下所產(chǎn)生的腰曲弧線，人體正常腰曲弧線是松弛狀態(tài)下側(cè)臥的曲線，如圖中曲線B所示；軀干挺直坐姿和前彎時(shí)的腰弧曲線會(huì)使腰椎嚴(yán)重變形，如圖中曲線F和G所示；欲使坐姿能形成幾乎正常的腰曲弧線，軀干與大腿之間必須有大于90度的角度，且在腰部有所支撐，如圖中曲線C所示?？梢?jiàn)保證腰弧曲線的正常形狀是獲得舒適性的關(guān)鍵。

圖1-2 不同姿勢(shì)下所產(chǎn)生的腰椎曲度

1.1.3腰椎后突和前突

正常的腰線曲線是微微前突。為使坐姿下的腰弧曲線變形最小，座椅應(yīng)在腰椎部提

供所謂兩點(diǎn)支撐。無(wú)腰靠或腰靠不明顯將會(huì)使正常的腰椎成圖1-3（a)中的后突形狀。而腰靠過(guò)分凸出將會(huì)使腰椎呈圖1-3（b）中的前突形狀。腰椎后突和過(guò)分前突都是非正常狀態(tài)，合理的腰靠應(yīng)該是使腰弧曲線處于正常的生理曲線。

圖1-3 腰椎后突和前突

1.2坐姿生物力學(xué)

1.2.1肌肉活動(dòng)度

脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱連接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏離自然狀態(tài)，肌腱組織就會(huì)受到相互壓力(拉或壓)的作用，使肌肉活動(dòng)度（活動(dòng)量）增加，招致疲勞酸痛。在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活動(dòng)度高，因?yàn)檠登跋蚶笔辜∪饨M織緊張受力。提供靠背支承腰椎后，活動(dòng)力則明顯減小；當(dāng)軀干前傾時(shí)，背上方和肩部肌肉活動(dòng)度高。1.2.2體壓分布

座墊上的體壓分布。根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來(lái)分布，即在坐骨處壓力最大，向四周逐漸減少，自大腿部位時(shí)壓力 降至最低值，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均

勻原則。圖1-4是較為理想的坐墊體壓分布線。

圖1-4 體壓分布曲線

1.2.3骨盤(pán)受力分析

人體結(jié)構(gòu)在骨盤(pán)下面有兩塊圓骨，稱(chēng)為坐骨結(jié)節(jié)。如圖1-5所示。坐骨結(jié)節(jié)下面的底座呈近似水平時(shí)，可使兩坐骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置而不受過(guò)分的壓迫，如1-5（a）。當(dāng)坐面呈斗形時(shí)，會(huì)使股骨向上轉(zhuǎn)動(dòng)，這種狀態(tài)會(huì)使肘部和肩部受力，從而引起不舒服。所以在座椅設(shè)計(jì)中，斗形坐面是應(yīng)該避免的。

圖1-5 座面對(duì)股骨的影響

1.2.4椎間盤(pán)受力分析 當(dāng)坐姿腰弧曲線正常時(shí)，椎間盤(pán)上受的壓力均勻而輕微，幾乎無(wú)推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無(wú)不舒適感，如圖1-6（a）所示。但是，當(dāng)人體處于前彎坐姿時(shí)，椎骨之間的間距發(fā)生改變，相鄰兩椎骨前端間隙縮小，后端間隙增大，如圖1-6（b）。這會(huì)引起腰部的不舒適感，長(zhǎng)期積累作用，可造成椎間盤(pán)病變。

圖1-6 不同坐姿時(shí)椎間盤(pán)受力分析

1.3坐姿人體測(cè)量尺寸

坐姿人體測(cè)量尺寸是座椅靜態(tài)尺寸設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。與座椅設(shè)計(jì)相關(guān)的人體測(cè)量主要尺寸見(jiàn)圖1-7，具體測(cè)量數(shù)值如表1-8所示。

圖1-7 對(duì)座椅設(shè)計(jì)有用的人體尺寸

表1-8坐姿人體尺寸

綜合來(lái)看，從坐姿生理學(xué)角度，應(yīng)保證要弧線正常，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血壓不受壓迫，保持血液正常循環(huán)。因此，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略微向后傾斜，保持腿夾角在90度到115度之間，小腿向前伸，大腿與小腿，小腿與腳面之間也有合適的夾角。如圖1-9所示：

圖1-9 大腿、小腿和腳面的夾角

2.人體對(duì)乘坐振動(dòng)的反應(yīng)

座椅及懸架等部件隔離、吸收、緩和、衰減行駛中所產(chǎn)生的各種沖擊和振動(dòng)激勵(lì)如果超出了人體承受振動(dòng)的舒適性界限，就會(huì)使人產(chǎn)生不舒服感。車(chē)輛駕駛員所受的機(jī)械震動(dòng)分為全局振動(dòng)和全身震動(dòng)兩大類(lèi)。局部振動(dòng)是指作用于人體特殊部位（如頭部和四肢）的震動(dòng)，一般不會(huì)給駕駛員造成損害，但是對(duì)操縱的精確度有影響。全身震動(dòng)是指通過(guò)人體支撐表面作為整體傳給人體的震動(dòng)。車(chē)輛駕駛員承受的乘坐振動(dòng)屬于全身震動(dòng)，是對(duì)駕駛員可能造成嚴(yán)重傷害的主要震動(dòng)形式。人體承受全身震動(dòng)將產(chǎn)生機(jī)械的、生理、病理的和心理的效應(yīng)。2.1乘坐振動(dòng)的機(jī)械效應(yīng)

乘坐振動(dòng)通過(guò)駕駛員的臀部、腰部傳給駕駛員，激起人體的全身震動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)頻率接近人體的主要器官的固有頻率時(shí)，將引起相應(yīng)器官的共振而產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使人感到不舒適。

在正常重力情況下，人體對(duì)4～8Hz頻率的震動(dòng)的能量傳遞最大，其生理效應(yīng)也最大，稱(chēng)為第一共振峰。10 12Hz的震動(dòng)頻率時(shí)出現(xiàn)第二共振峰，其生理效應(yīng)僅次于第一共振峰。在20 25Hz時(shí)出現(xiàn)第三共振峰，其生理效應(yīng)較第二共振峰稍低。以后隨著頻率的增高，震動(dòng)在人體內(nèi)的傳遞逐步衰減，其生理效應(yīng)也相應(yīng)減弱。如圖2-1所示。

圖2-1 坐姿時(shí)人體對(duì)垂直振動(dòng)的傳遞率

坐在駕駛座上的駕駛員承受垂直振動(dòng)時(shí)，人體各主要器官的固有頻率如圖2-2所示。

圖2-2 人體器官的固有頻率 將人置于震動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行各種典型工況下的激振試驗(yàn)，測(cè)得人體的坐姿震動(dòng)特性如圖2-

3、2-

4、2-5所示。圖2-3 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的傳遞特性

圖2-4 人體坐姿承受左、右水平振動(dòng)的傳遞特性

圖2-5 人體坐姿承受前、后水平振動(dòng)的傳遞特性

2.2乘坐振動(dòng)的生理效應(yīng)

全身振動(dòng)引起的主訴癥狀及生理反應(yīng)與振動(dòng)頻率有關(guān)。低于10Hz的震動(dòng)，主要引起胸脯部不適；高于10Hz的振動(dòng)，引起頭部癥狀的增強(qiáng)。全身振動(dòng)英氣的生理效應(yīng)如圖2-6所示：

圖2-6 全身振動(dòng)的生理效應(yīng)

全身振動(dòng)最明顯的生理反應(yīng)時(shí)人體姿勢(shì)的變化，低頻高強(qiáng)度的振動(dòng)使人難以保持

穩(wěn)定的姿態(tài)。

2.3全身振動(dòng)的病理效應(yīng)

研究表明，駕駛員?；嫉膬煞N職業(yè)病：胃病和脊椎損傷。圖2-7為拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率。主要原因是因?yàn)榧眲〉某俗駝?dòng)對(duì)胃的消化功能產(chǎn)生了有害影響。

圖2-7 拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率

圖2-8為拖拉機(jī)駕駛員為脊椎病與年齡的關(guān)系。由此可以看出，駕駛員的脊椎畸形的發(fā)病率都很高，主要原因是因?yàn)轳{駛員承受劇烈的乘坐振動(dòng)和不方便的乘坐姿勢(shì)。

圖2-8 拖拉機(jī)駕駛員脊椎患病率與年齡的關(guān)系

實(shí)線——男人；虛線——女人

2.4乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)

對(duì)車(chē)輛駕駛員來(lái)說(shuō)，乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)主要表現(xiàn)為操作能力的變化。讓人在座椅上用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行各種典型情況下的激振試驗(yàn)，測(cè)得振動(dòng)對(duì)人的操作能力的影響如圖2-9至2-11所示。

圖2-9 人體坐姿承受垂直振動(dòng)時(shí)的實(shí)力降低情況

（a）加振中；（b）加振終了時(shí)

2-10 人體坐姿承受水平振動(dòng)時(shí)腳踩加速踏板壓

力保持不變的能力

左邊—振動(dòng)頻率的影響；右邊—振動(dòng)加速度的影響圖2-11 坐姿人體承受垂直振動(dòng)時(shí)的平衡能力降

低情況（a）加振時(shí)；（b）加振終了時(shí)

圖2-12 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)時(shí)跟蹤誤差

圖2-13 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)選擇時(shí)的反應(yīng)時(shí)間

圖2-14 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的手眼協(xié)調(diào)平均動(dòng)作時(shí)間

根據(jù)受振者的感覺(jué)，《人體承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南》即ISO2631—1982把振動(dòng)劃分為三個(gè)不同的認(rèn)為界限：

（1）保持舒適性界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，沒(méi)有不舒服的感覺(jué)，受振者能順利的完成讀、寫(xiě)、吃等動(dòng)作。

（2）保持工作效率界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，操作人員能在規(guī)定的時(shí)間保持正常的工作效率。超過(guò)此界限，則因疲勞而降低工作效率。

（3）保持健康與安全界限：它是身體所能承受振動(dòng)的上限。超過(guò)此界限將使受振者的健康受到損害。

一般對(duì)于小轎車(chē)和旅游車(chē)，選取保持舒

適性界限作為評(píng)價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于拖拉機(jī)、工程機(jī)械和各種越野車(chē)輛，宜選擇保持工作效率界限作為評(píng)價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)。

3.座椅空間位置的設(shè)計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作

舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。

好的駕駛設(shè)計(jì)必須要保證駕駛員在連續(xù)幾個(gè)小時(shí)操作的情況下，身體能夠得到很好的支持。并且座椅必須有額外的空間，允

許駕駛員坐在座椅上的任一邊或改變?cè)谧紊系慕嵌龋员銜簳r(shí)使他的肌肉放松。

確定駕駛座椅在車(chē)輛上的安裝位置之前，必須先確定坐著的駕駛員與座椅結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置。美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)SAE已將車(chē)輛駕駛座椅設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，這個(gè)參考點(diǎn)稱(chēng)為座椅標(biāo)志點(diǎn)，即SIP，其位置如圖3-1所示。圖3-1 人體H點(diǎn)與座椅標(biāo)志點(diǎn)之間的關(guān)系 圖3-2為轎車(chē)駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。

圖3-3為載貨汽車(chē)的駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。

圖3-2 轎車(chē)駕駛座椅的推薦設(shè)計(jì)

圖3-3 載貨汽車(chē)的駕駛座椅的操作位置尺寸

4.汽車(chē)座椅的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

座椅尺寸設(shè)計(jì)的合適與否，直接影響到駕駛員能否有一個(gè)舒適而穩(wěn)定的坐姿和合適的操縱位置。4.1汽車(chē)座椅的主要尺寸

座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)包

括:椅面高度、寬度、深度、椅面傾角;靠背的高度、寬度和傾角。如圖4-1所示：

圖4-1 座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)

椅面高度A：為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到兩點(diǎn):椅

面過(guò)高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過(guò)低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷。駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。

椅面寬度B :在空間允許的條件下，以寬為好。但對(duì)于汽車(chē)駕駛座椅來(lái)講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢(shì)，通常設(shè)計(jì)應(yīng)以滿足最寬人體需要為準(zhǔn)。

椅面深度C :指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應(yīng)滿足:腰部得到靠背的支承;椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)距離，以

保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度:靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關(guān)，對(duì)于汽車(chē)駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角α:靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。椅面傾角β :指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動(dòng)而是椅面前緣向后傾。此角不易過(guò)大，否則會(huì)增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負(fù)荷，阻礙血液循環(huán)，引起身心疲勞。

通過(guò)以上座椅尺寸參數(shù)的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關(guān)節(jié)的角度應(yīng)該滿足圖4-2中所示的要求角度。

圖4-2 舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度

4.2汽車(chē)座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代汽車(chē)座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成。4.2.1汽車(chē)座椅枕墊的設(shè)計(jì) 頭枕是一種用以限制乘員頭部相對(duì)于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時(shí)，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車(chē)受到追尾碰撞時(shí)，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷。如圖4-3所示：

圖4-3 汽車(chē)座椅的枕墊

4.2.2汽車(chē)座椅的靠背的設(shè)計(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對(duì)乘員的保護(hù)。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對(duì)尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支承即就

是人體背部和腰部的合理支承。汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承部位位于人體第5 一 6胸椎之間的高度上，作為肩靠;第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證乘坐姿勢(shì)下的近似于正常的腰弧曲線。如圖4-4所示： 圖4-4 汽車(chē)座椅的靠背 4.2.3汽車(chē)座椅座墊的設(shè)計(jì) 坐墊一般不會(huì)造成對(duì)乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運(yùn)動(dòng)過(guò)程、約束力加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對(duì)值大小。坐墊深度設(shè)計(jì)的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過(guò)人的大腿長(zhǎng)度。

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛的現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明間：過(guò)于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。如圖4-5所示：

圖4-5 汽車(chē)座椅的坐墊

5.駕駛座椅設(shè)計(jì)的安全性

座椅安全性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。5.1坐椅主動(dòng)安全性

主動(dòng)安全性是指汽車(chē)駕駛座椅防止事故的能力。汽車(chē)駕駛座椅的主動(dòng)安全性設(shè)計(jì)主要從減輕駕駛員的疲勞人手進(jìn)行分析設(shè)

計(jì)，以滿足主動(dòng)安全性要求。主動(dòng)安全性主要考慮合理的座椅尺寸設(shè)計(jì)、座墊上合理的體壓分布、靠背上理的體壓分布等為駕駛員提供一個(gè)舒適的作業(yè)環(huán)境，減輕駕駛員的疲勞，從而保證駕駛座椅主動(dòng)安全性的設(shè)計(jì)要求。

5.2坐椅被動(dòng)安全性

被動(dòng)安全性是指事故發(fā)生時(shí)，保護(hù)乘員的能力。駕駛座椅作為安全部件，是汽車(chē)被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)的主要考慮部件之一。考慮提高駕駛員的人身安全性，汽車(chē)駕駛座椅被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)目 標(biāo)為： ①在事故中要保證駕駛員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車(chē)載體進(jìn)人到這個(gè)空間;②要保持駕駛員在事故發(fā)生時(shí)，保持一定的姿態(tài)，以使其他的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護(hù)效能；③在事故中，使得事故后果對(duì)駕駛員的傷害降低到最小限度。5.3安全措施

目前采取的主要安全措施：提高座椅骨架強(qiáng)度，達(dá)到汽車(chē)駕駛座椅強(qiáng)度的要求值；

設(shè)置座椅安全帶，使在緊急制動(dòng)或正面撞車(chē)時(shí)不致將駕駛員碰傷；達(dá)到一定的阻燃要求，坐墊和靠背材料應(yīng)達(dá)到汽車(chē)內(nèi)飾材料燃燒特性技術(shù)要求的規(guī)定。

現(xiàn)在越來(lái)越多的汽車(chē)座椅都開(kāi)始利用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)及其研究成果進(jìn)行設(shè)計(jì)了。只有從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車(chē)駕駛座椅的設(shè)計(jì)，才能使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性及安全性。

參考文獻(xiàn)：

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第四篇：RMRS在稠油超稠油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)在稠油/超稠油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

摘要：在稠油/超稠油開(kāi)發(fā)中，SAGD雙水平井對(duì)采收率的貢獻(xiàn)最大，但是僅SAGD依靠雙水平井井型具有一定的限制，而雙水平井加連通井的方案為淺層稠油/超稠油（特別是淺層稠油/超稠油）開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)途徑。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)是在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的鄰井距離探測(cè)新技術(shù)，可以直接探測(cè)鉆頭到目標(biāo)井的距離和方位，可用于SAGD雙水平井和連通井的井眼軌跡控制，而且旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)在雙水平井加連通井方案的施工中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)在稠油/超稠油（特別是淺層稠油/超稠油）開(kāi)發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)；SAGD；雙水平井；連通井；淺層

RMRS Application in Heavy Oil / Ultra-heavy Oil Reservoirs

Developments

SUN Dongkui, GAO Deli, DIAO Binbin(Key Laboratory for Petroleum Engineering of the Ministry of Education, China University of Petroleum，Beijing 102249, China)

Abstract: In heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs developments, twin parallel horizontal SAGD wells play the most important role in enhancing oil recovery, but the twin parallel horizontal SAGD wells technology also has some disadvantages.However, the combination of the twin parallel horizontal SAGD wells technology and the connected well technology offered the new way for developing heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs(especially shallow heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs).RMRS, which is a new technology for detecting adjacent well distance and developed in 1990s, can be utilized to detect the distance and direction from drilling bit to target well and can be used in the well path control of twin parallel horizontal wells and connected wells.Moreover, RMRS enjoys obvious advantages in the project of combining twin parallel horizontal wells and connected wells.RMRS, therefore, has broad application prospects in heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs(especially shallow heavy oil / ultra-heavy oil reservoirs)developments.Key Words: RMRS;SAGD;twin parallel horizontal wells;connected wells;shallow layer

稠油是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源，其儲(chǔ)量約有4000億~6000億立方米。我國(guó)也有著豐富的稠油資源，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)新增儲(chǔ)量中稠油、低滲透、小斷塊等復(fù)雜油氣藏所占比例在90%以上。隨著我國(guó)對(duì)稠油開(kāi)發(fā)力度的不斷增加，SAGD（蒸汽輔助重力泄油）技術(shù)作為一項(xiàng)開(kāi)發(fā)稠油/超稠油油藏的前沿技術(shù)，正在我國(guó)得到推廣應(yīng)用。目前，SAGD技術(shù)主要分為以下四種井組類(lèi)型：①直井井組聯(lián)采；②叢式井/斜直水平井聯(lián)合開(kāi)采；③U型井聯(lián)采，直井火燒油層，水平井采油；④雙水平井聯(lián)采，上注下采。其中以雙水平井聯(lián)采方式對(duì)采收率的貢獻(xiàn)最大。為了保證SAGD雙水平井技術(shù)的成功，鉆井時(shí)保持SAGD兩水平井水平段平行、間距誤差不得超過(guò)±1.0m和注入井位于生產(chǎn)井正上方是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，國(guó)外研發(fā)了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距導(dǎo)向系統(tǒng)（RMRS）和磁導(dǎo)向工具（MGT），并得到了廣泛應(yīng)用的研究[12-13][2-11][2]

[1]。為了打破國(guó)外對(duì)該類(lèi)技術(shù)的壟斷，我國(guó)目前也正大力開(kāi)展這類(lèi)技術(shù)。RMRS的組成

RMRS主要由磁短節(jié)、探管和信號(hào)采集與數(shù)據(jù)分析軟件組成，如圖1所示。磁短節(jié)是由無(wú)磁鉆鋌以及若干永磁體等組成的一個(gè)短節(jié)，永磁體軸向相對(duì)磁短節(jié)軸向垂直放置，這個(gè)短節(jié)緊跟在鉆頭的后面，隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)，可以在周?chē)臻g產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，是RMRS的信號(hào)源。探管主要由三部分組成：傳感器組件（三軸交變磁場(chǎng)傳感器、三軸加速度傳感器、三軸磁通門(mén)傳感器和溫度傳感器）、電路及無(wú)磁外殼，其外徑約為44.5mm、長(zhǎng)度約為1.4m，放于已鉆井中。探管不僅可以探測(cè)地磁場(chǎng)和重力場(chǎng)，以確定探管自身的擺放姿態(tài)，而且可以探測(cè)由磁短節(jié)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，并將探測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)中。安裝在計(jì)算機(jī)中的信號(hào)采集與數(shù)據(jù)分析軟件可以對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行處理與分析，將鉆頭相對(duì)目標(biāo)井的位置測(cè)量信息轉(zhuǎn)化為工程師可讀的數(shù)據(jù)。

圖1 RMRS的主要組成部分 RMRS的技術(shù)規(guī)范與優(yōu)勢(shì)

目前，用于SAGD雙水平井間距探測(cè)的工具有RMRS和MGT，它們的技術(shù)規(guī)范如表1所示。RMRS和MGT都可以直接探測(cè)鉆頭到目標(biāo)井的距離和方位，不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)測(cè)斜工具的累積誤差。雖然，在國(guó)外有95%的SAGD雙水平都采用了MGT來(lái)控制注入井與生產(chǎn)井的間距，而且MGT相比RMRS主要還具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①應(yīng)用電磁引導(dǎo)工具可以很方便

[6]地探測(cè)正鉆井水平段任意一點(diǎn)到已鉆井水平段的間距；②電磁引導(dǎo)工具探測(cè)數(shù)據(jù)量小，更容易與電磁傳輸技術(shù)相結(jié)合；③需要重復(fù)測(cè)量時(shí)，電磁引導(dǎo)工具更為方便；④如果SAGD雙水平井需要重鉆時(shí)，電磁引導(dǎo)工具可以在注過(guò)蒸汽的地層正常工作。但是，RMRS也有以下MGT無(wú)法取代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①RMRS磁短節(jié)直接與鉆頭相接，而MGT探測(cè)磁信號(hào)的工具距鉆頭在10米以上，因此RMRS的測(cè)量結(jié)果更精確反映鉆頭相對(duì)已鉆井的位置；②RMRS測(cè)量過(guò)程中無(wú)需停鉆，節(jié)省了綜合鉆井時(shí)間；③RMRS不僅可以探測(cè)兩口平行水平井的間距和方位，而且可以探測(cè)鉆頭到靶點(diǎn)的距離和方位（即RMRS不僅可以用于SAGD雙水平井井眼軌跡控制，而且可以用于連通井的井眼軌跡控制）。

表1 RMRS和MGT的技術(shù)規(guī)范

工具外徑 長(zhǎng)度 適用井眼尺寸 極限工作溫度 最大工作壓力 5m~15m的測(cè)量精度 15m~25m的測(cè)量精度 25m以上的測(cè)量精度

最大測(cè)量距離

RMRS 1.75 in 4.9 m —— 140℃ 15000 PSI 2%~4% 5% 超出測(cè)量范圍 m

MGT 2 in 2.5 m 3-7/8 in 以上

85℃ 15000 PSI 5% 5% 5% 80 m 由RMRS和MGT的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)優(yōu)勢(shì)可知：在稠油/超稠油的開(kāi)發(fā)中，如果僅用SAGD雙水平井，那么鄰井距離探測(cè)工具可選RMRS或MGT，但是如果用雙水平井和連通井的組合井型來(lái)開(kāi)采稠油/超稠油，顯然使用RMRS是最佳的選擇。當(dāng)然也可以在雙水平井中用MGT進(jìn)行井眼軌跡控制，而在連通井中用RMRS進(jìn)行軌跡控制，但是租用兩套工具顯然增加了鉆井成本。在我國(guó)的稠油/超稠油開(kāi)發(fā)中，僅依靠雙水平井具有一定的限制，特別是在淺層稠油/超稠油開(kāi)發(fā)中，由于水平井井眼曲率過(guò)大導(dǎo)致的采油泵下入困難以及沉沒(méi)度不夠等一些列問(wèn)題，采用雙水平井和連通井的組合井型可以很好的解決這些問(wèn)題，也為稠油/超稠油的開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)途徑。因此，RMRS在稠油/超稠油（特別是淺層稠油/超稠油）開(kāi)發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。RMRS在SAGD雙水平井中的工作原理[5]

圖2 RMRS在SAGD雙水平井中的工作示意圖

圖3 RMRS探測(cè)的三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度

RMRS與MGT相比，磁源和磁信號(hào)探測(cè)器的位置進(jìn)行了對(duì)調(diào)，RMRS在SAGD雙水平井中的工作示意圖，如圖2所示。檢測(cè)RMRS信號(hào)的探管放置在已鉆井中，隨著鉆頭和磁短節(jié)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，探管實(shí)時(shí)記錄下由旋轉(zhuǎn)磁短節(jié)產(chǎn)生的三軸變化磁場(chǎng)強(qiáng)度，如圖3所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁短節(jié)經(jīng)過(guò)探管時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度軸向分量（Hz）的振幅經(jīng)歷一個(gè)最小值和兩個(gè)最大值。兩個(gè)軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量振幅最大值間的距離等于正鉆井到已鉆井的間距。兩個(gè)振幅最大值的相對(duì)大小也是正鉆井鉆向已鉆井或鉆離已鉆井的指示器。當(dāng)前一時(shí)刻軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量振幅最大值大于后一時(shí)刻的振幅最大值，那么表明鉆頭鉆離已鉆井；反之，當(dāng)前一時(shí)刻軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量振幅最大值小于后一時(shí)刻的振幅最大值，那么表明鉆頭鉆向已鉆井。理想測(cè)距結(jié)果的獲得需要測(cè)得包含兩個(gè)完整振幅最大值的數(shù)據(jù)。例如：為了獲得理想的測(cè)距結(jié)果，如果兩井在設(shè)計(jì)時(shí)相距5米，那么磁短節(jié)周?chē)?~8米區(qū)域的信號(hào)都需要獲得。雖然用信號(hào)處理的技術(shù)對(duì)短信號(hào)進(jìn)行處理也可以得到兩井間距，但是這會(huì)降低測(cè)量精度。

探管探測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度徑向分量（Hx和Hy）的幅值遠(yuǎn)小于磁場(chǎng)強(qiáng)度軸向分量（Hz），這是因?yàn)榇艌?chǎng)強(qiáng)度徑向分量穿過(guò)生產(chǎn)井中的套管或油管時(shí)會(huì)快速衰減，但是磁場(chǎng)強(qiáng)度徑向分量可以用來(lái)確定注入井相對(duì)生產(chǎn)井的方位。4 RMRS在連通井中的工作原理[7-8]

圖4 RMRS在連通井中的工作示意圖

RMRS可以直接探測(cè)鉆頭到連通點(diǎn)的距離和方位，是引導(dǎo)一口水平井與一口洞穴井連通的前沿技術(shù)。目前，在我國(guó)煤層氣連通井鉆井中RMRS已得到了廣泛用。RMRS在連通井中的工作原理：RMRS的最測(cè)距范圍為80m，有效測(cè)距范圍為50m，因此RMRS適用于水平井最后50m的導(dǎo)向鉆進(jìn)，垂直井的鉆進(jìn)和水平井前期鉆進(jìn)工作均保持不變。連通過(guò)程中首先在直井中下入探管，在鉆頭后直接連接一個(gè)磁短節(jié)。連通前首先將兩口井所測(cè)的測(cè)斜數(shù)據(jù)輸入到地面計(jì)算軟件中，初始化坐標(biāo)系。當(dāng)鉆頭進(jìn)入到探管的測(cè)量范圍后，探管不斷地探測(cè)由磁短節(jié)產(chǎn)生的三軸交變磁場(chǎng)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)中的計(jì)算軟件結(jié)合探管探測(cè)三軸交變磁場(chǎng)強(qiáng)度和兩口井的測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，可得到鉆頭與洞穴的距離及方位偏差。根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整工具面，可以及時(shí)地將正鉆井井眼方向糾正至洞穴中心的位置。當(dāng)鉆頭距洞穴5米左右時(shí)，RMRS不能正常工作，需要根據(jù)防碰原理和鄰井距離掃描計(jì)算，利用專(zhuān)用的軌跡計(jì)算軟件進(jìn)行法面距離掃描和最近距離掃描，判斷水平井與洞穴中心的距離，并結(jié)合井眼軌跡三維視圖上分析軌跡每接近洞穴一步的變化趨勢(shì)，以達(dá)到連通的目的。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

某油田超稠油資源十分豐富，利用直井和水平井熱采開(kāi)發(fā)采收率不理想。2008年，該油田進(jìn)行了多口SAGD雙水平井鉆井試驗(yàn)，采收率得了顯著提升。X-IP井組是其中的一組試驗(yàn)井，X-P井（生產(chǎn)井）應(yīng)用傳統(tǒng)的MWD進(jìn)行井眼軌跡控制施工；X-I井（注入井）未進(jìn)入水平段以前，也MWD進(jìn)行井眼軌跡控制施工，進(jìn)入水平段以后，采用RMRS進(jìn)行井眼軌跡控制鉆進(jìn)。X-IP井組要求兩井水平段間距為5m，軌跡距靶心垂向誤差不超過(guò)±1.0m，平面上水平段軌跡距靶心誤差不超過(guò)±2.0m。

X-IP井組井眼軌跡的三維視圖，如圖5所示。由圖可知，X-I井和X-P井的井眼軌跡走向基本一致，兩口井的水平段基本平行。以X-I井為參考井，X-P井為比較井，進(jìn)行最近距離掃描，可得最近距離掃描圖（如圖6所示）和最近距離隨參考井井深的變化關(guān)系圖（如圖7所示）。由圖6和圖7可知，X-I井水平段基本位于X-P井正上方，兩口井水平段的最大間距為5.89m，誤差0.89m；最小間距為4.65m，誤差0.35m；平均間距為5.27m，誤差0.27m。因此，X-IP井組井眼軌跡控制精度完全達(dá)到了設(shè)計(jì)精度要求。

隨后，該油田設(shè)計(jì)了幾組試驗(yàn)井，由于某組雙水平井的曲率過(guò)大，導(dǎo)致采油泵下入困難以及沉沒(méi)度不夠等一些列問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，該油田采用于SAGD雙水平井加連通井的方案（即下方的生產(chǎn)井與鄰近的一口直井連通），利用直井采油，從而簡(jiǎn)化了有桿泵舉升工藝。利用RMRS該油田很好完成了SAGD雙水平井加連通井方案的施工，如圖8所示。

圖5 X-IP井組井眼軌跡三維視圖

圖6最近距離掃描圖

圖7 最近距離隨參考井井深的變化關(guān)系

圖8 某井組垂直剖面圖 結(jié) 論

（1）RMRS可以直接探測(cè)鉆頭到目標(biāo)井的距離和方位，隨著井深的增加不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，可用于SAGD雙水平井和連通井的井眼軌跡控制中。

（2）在稠油/超稠油（特別是淺層稠油/超稠油）開(kāi)發(fā)中，SAGD雙水平井對(duì)采收率的貢獻(xiàn)最大，但是僅依靠雙水平井井型具有一定的限制，而雙水平井加連通井的方案為淺層稠油/超稠油開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)途徑，開(kāi)拓了思路。

（3）在雙水平井加連通井方案的施工中，可以只用RMRS一種工具完成雙水平井水段和水平井與直井連通的井眼軌跡探測(cè)，這是MGT等工具沒(méi)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，RMRS在稠油/超稠油（特別是淺層稠油/超稠油）開(kāi)發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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第五篇：B超在奶牛繁育中的應(yīng)用

B超在奶牛繁育中的應(yīng)用

B超是超聲波影像診斷技術(shù)之一，是利用超聲波的物理學(xué)特性和動(dòng)物體組織結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特點(diǎn)而建立的一種物理學(xué)檢查方法，能夠準(zhǔn)確地探測(cè)機(jī)體不同組織器官。這項(xiàng)技術(shù)在家畜繁殖學(xué)中的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代，其最大優(yōu)點(diǎn)在于它的非損傷性。即可在未損傷動(dòng)物繁殖性能的情況下重復(fù)檢查動(dòng)物生殖道。這使其在奶牛繁殖領(lǐng)域中成為一種出色的臨床診斷和研究手段，并已經(jīng)為許多利用其他方式無(wú)法解決的有關(guān)牛生殖周期及其失調(diào)的問(wèn)題提供了答案。還可將超聲波用于妊娠診斷、觀測(cè)卵巢及子宮變化、胎兒及胎膜發(fā)育、胎兒性別及胚胎早期死亡等。展示了超聲波技術(shù)在動(dòng)物繁殖領(lǐng)域中的良好應(yīng)用前景。B超診斷技術(shù)的基本原理及技術(shù)要求

1.1 基本原理

超聲波影像診斷主要采用B型實(shí)時(shí)超聲掃描儀，即輝度調(diào)制型診斷儀。它通過(guò)脈沖電流引起超聲探頭同時(shí)發(fā)射多束超聲波，在一個(gè)斷面上進(jìn)行探測(cè)，并利用聲波的反射，經(jīng)探頭轉(zhuǎn)換為脈沖電流信號(hào)，在顯示屏上形成明暗亮度不同的光點(diǎn)來(lái)顯示被探查部位的一個(gè)切面斷層圖像。由于機(jī)體各種組織的聲阻值不同，從而表現(xiàn)出聲波反射的強(qiáng)度差異。當(dāng)探測(cè)到無(wú)反射（液體）和強(qiáng)活、反射（致密組織）時(shí)，分別顯示黑色和白色。

1.2 技術(shù)要求

B超掃描法在奶牛中的應(yīng)用包括體外探查法、陰道探查法和直腸探查法。三者都未見(jiàn)感染現(xiàn)象。對(duì)直腸探查而言，掃描儀應(yīng)處于可感距離內(nèi)，并處于操作者未伸人直腸的手臂一側(cè)。在探查過(guò)程中用手將短小的直腸探頭帶人直腸內(nèi)隔著直腸壁將探頭晶片面緊貼在子宮或卵巢上方進(jìn)行探查。應(yīng)搞好預(yù)防工作，在插入探頭前應(yīng)排空直腸內(nèi)的所有糞便，并用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑探頭。在陰道探查法中，應(yīng)將探頭緩慢送人陰道，使探頭達(dá)陰道穹隆下部，然后上下、左右適當(dāng)調(diào)整探頭角度，以便清晰觀察卵巢及子宮。

在探查過(guò)程中，外周光是必不可少的。在光亮環(huán)境中進(jìn)行探查時(shí)，應(yīng)用布罩住顯示屏以產(chǎn)生有效的灰影效果。B超診斷技術(shù)在奶牛繁殖中的應(yīng)用

2.1 檢測(cè)奶牛的正常卵巢發(fā)育

2.1.1 卵泡 對(duì)確定和測(cè)量奶牛卵泡而言，直腸超聲掃描為一種有效方法。奶牛有腔卵泡為無(wú)反射結(jié)構(gòu)，可根據(jù)其血管的伸展特征而加以區(qū)別。卵泡超聲影像顯示牛卵泡是以一種明晰的、非常規(guī)則的模式發(fā)育的。每個(gè)卵泡波由同時(shí)出現(xiàn)的一系列5mm或更大的卵泡組成，幾天內(nèi)會(huì)出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)卵泡。在青年母牛的每個(gè)發(fā)情周期中存在2～3個(gè)卵泡波。

優(yōu)勢(shì)卵泡具有生長(zhǎng)期和靜止期，約持續(xù)5～6天。第一波的優(yōu)勢(shì)卵泡保持4～5天優(yōu)勢(shì)，至發(fā)情周期的11～12天時(shí)喪失優(yōu)勢(shì)并退化，約持續(xù)5～7天。同時(shí)第二波發(fā)生，選擇出其優(yōu)勢(shì)卵泡并發(fā)育至排卵。然而在三波周期中，第二波被第三波所替，并有第三個(gè)優(yōu)勢(shì)卵泡的排卵發(fā)生。據(jù)認(rèn)為，優(yōu)勢(shì)卵泡保持形態(tài)優(yōu)勢(shì)（兩卵巢中最大卵泡）比保持功能優(yōu)勢(shì)（抑制其他卵泡生長(zhǎng)）的時(shí)間更長(zhǎng)。

據(jù)報(bào)道，優(yōu)勢(shì)卵泡對(duì)超排有負(fù)面影響。因此，在超排前應(yīng)考慮卵泡狀態(tài)。用FSH處理青年母牛后，超排反應(yīng)和胚胎回收率降低也許是由于在超排處理前大量7～10mm或大于10mm卵泡存在的緣故。這抑制了在超排處理期2～3mm卵泡的發(fā)生。利用超聲波研究證明，在青年母牛和成年母牛妊娠的頭60～70天內(nèi)卵泡發(fā)育狀態(tài)同未妊娠時(shí)一樣。在妊娠青年牛中，連續(xù)的周期性非排卵性卵泡的出現(xiàn)同連續(xù)的孕酮分泌相對(duì)應(yīng)。

2.1.2 排卵 對(duì)8頭青年母牛的卵巢進(jìn)行發(fā)情前后的超聲波掃描，如在前一次檢查中存在成熟卵泡而第二次檢查時(shí)消失，則為排卵發(fā)生。隨后在同一點(diǎn)處有黃體發(fā)育。有報(bào)道稱(chēng)，為探測(cè)排卵可每隔2小時(shí)或4小時(shí)檢查一次。

2.1.3 黃體 在排卵后第3天便可利用超聲波確定黃體的存在。發(fā)育黃體的超聲影像為不規(guī)則灰黑結(jié)構(gòu)，其反射點(diǎn)都在卵巢內(nèi)。而中期黃體是規(guī)則的顆粒狀黑色結(jié)構(gòu)，并可見(jiàn)分界線。在退化黃體中分界線不明顯。有腔黃體主要分布于無(wú)反射區(qū)，并被灰色黃體結(jié)構(gòu)所包圍。這些腔體的形態(tài)隨黃體而變化，是一種正常的狀態(tài)。

利用超聲波與解剖方式檢查中期黃體的靈敏度都可達(dá)85%，而用超聲測(cè)得的黃體大小同RIA測(cè)得的牛乳中孕酮濃度間相關(guān)系數(shù)為0.68（非退化期）。故可用對(duì)黃體的超聲掃描代替測(cè)定血漿PA濃度來(lái)確定黃體狀態(tài)。但黃體退化期除外。

2.2早期妊娠診斷

應(yīng)用直腸超聲掃描可對(duì)奶牛早期胚胎進(jìn)行仔細(xì)觀察，并根據(jù)其不同時(shí)期的圖像特征作出準(zhǔn)確妊娠診斷，而且對(duì)母體與胎體均不會(huì)造成損傷。一般而言，應(yīng)用5.0MHz或7.5MHz探頭效果較好。

對(duì)奶牛胚胎及胎兒的超聲探測(cè)表明配種后12～14天子宮腔內(nèi)出現(xiàn)不連續(xù)無(wú)反射小區(qū)，即為聚有液體的胚泡;以后胚泡逐漸增大，至20天時(shí)，胚泡結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)短直線狀的胚體;22天時(shí)，可探測(cè)到胚體心跳;22～30天時(shí)，胚體呈C形。

2.3 確定胎兒性別

根據(jù)胎兒性別的形態(tài)學(xué)差異，可利用超聲波確定胎兒性別。具體說(shuō)，可根據(jù)胎兒的生殖結(jié)節(jié)或陰囊與乳房進(jìn)行性別判定。

在胎兒分化過(guò)程中，生殖結(jié)節(jié)在雄性中由后腿間起始部位移向臍帶，在雌性則移向尾部。鑒別時(shí)應(yīng)仔細(xì)探查臍、后腿及尾區(qū)，確認(rèn)頭、搏動(dòng)的心臟、臍帶等標(biāo)記部位。最佳鑒別時(shí)間為妊娠后50～60天。鑒別可在生產(chǎn)條件下進(jìn)行，然而需要相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。

2.4 胚胎學(xué)超聲影像

超聲波可被用來(lái)估計(jì)胎齡，監(jiān)測(cè)胎兒生長(zhǎng)及診斷妊娠失調(diào)等。胎兒各部分如眼球、胃、肋骨等都可被探測(cè)到。為確定各器官發(fā)育情況應(yīng)調(diào)整探頭位置以獲得最大掃描斷層。還可根據(jù)胎齡計(jì)算出各組織生長(zhǎng)相關(guān)系數(shù)?？傊?，可根據(jù)胎兒各器官大小判定胎齡及其生長(zhǎng)發(fā)育程度，并據(jù)此準(zhǔn)確預(yù)報(bào)產(chǎn)期以利于生產(chǎn)管理。

2.5 產(chǎn)后子宮的超聲影像

產(chǎn)后子宮超聲影像顯示：在子宮復(fù)舊完成時(shí)，子宮大小及內(nèi)膜厚度均減小至固定大小。在產(chǎn)后28～40天時(shí)，子宮復(fù)舊完成。完成子宮復(fù)舊的時(shí)間有所差異，這主要是由于樣本大小，胎次及管理水平等因素造成。而分娩時(shí)難產(chǎn)也會(huì)造成子宮復(fù)舊的延遲?？梢?jiàn)超聲影像是監(jiān)測(cè)子宮復(fù)舊的有效途徑。

2.6 異常生殖器官的診斷

2.6.1 卵巢囊腫 卵巢囊腫是導(dǎo)致不育的重要原因，可將其分為卵泡囊腫和黃體囊腫。很有必要區(qū)分二者以確定處理方法。超聲波影像是一種很好的區(qū)分手段，超聲影像顯示卵泡囊腫是一種均一的無(wú)反射結(jié)構(gòu)，直徑大于25mm，膜厚小于3mm。而黃體囊腫的無(wú)反射結(jié)構(gòu)直徑大于25mm，在黃體腔或沿內(nèi)膜處有灰色斑點(diǎn)，膜厚大于3mm，同時(shí)也應(yīng)注意區(qū)分黃體囊腫與有腔黃體，因后者是非病理性的?？筛鶕?jù)大小，腔體形狀，膜厚和內(nèi)部區(qū)域反射特性而區(qū)別二者。通常有腔黃體小于3mm，膜厚約為5～10mm，外形為卵形，腔體形狀為圓形或卵形，充滿液體的腔體呈均一化，幾乎無(wú)反射。而黃體囊腫則經(jīng)?？梢?jiàn)反射。

2.6.2 治療后的卵巢囊腫 超聲波可被用來(lái)快速有效地檢查卵巢囊腫的治療效果。在用

GnRH處理過(guò)的牛囊腫卵泡中，超聲影像發(fā)生變化，囊泡均一性無(wú)反射結(jié)構(gòu)模糊化，囊泡壁黃體化，囊泡變小，在囊腫卵巢或?qū)?cè)卵巢出現(xiàn)1～4個(gè)黃體，并偶有超排發(fā)生。

用孕酮陰道海棉栓或GnRH處理卵巢囊腫，并不會(huì)立即生效，但會(huì)導(dǎo)致發(fā)情和排卵。黃體也會(huì)隨之出現(xiàn)。用PG處理黃體囊腫會(huì)在2～4天內(nèi)顯著減小囊泡大小，并在1周內(nèi)出現(xiàn)新黃體。

2.6.3 子宮異常 能用超聲波確診的子宮異常包括子宮內(nèi)膜炎、子宮化膿、胚胎流失及胎兒干尸化等。對(duì)子宮內(nèi)膜炎的超聲影像而言，其腔體擴(kuò)展，腔體內(nèi)不同程度的含有分散的小碎塊狀半反射結(jié)構(gòu)。其反射程度取決于子宮內(nèi)液體組成。當(dāng)子宮內(nèi)容物很稠，充滿白細(xì)胞及纖維碎片時(shí)，其反射特性類(lèi)似于子宮壁。對(duì)于胚胎流失，子宮壁變厚，胎兒骨骼在無(wú)反射的胎水中呈伸展?fàn)?，可產(chǎn)生反射。胎兒干尸化中，胎兒呈團(tuán)塊狀，完全缺乏胎水。

2.7 卵泡穿刺

利用超聲波引導(dǎo)經(jīng)陰道穿刺卵泡而取卵并經(jīng)體外培養(yǎng)，是獲取卵子的一種有效方法。優(yōu)秀供體牛的繁殖潛力會(huì)因此而極大地提高。已經(jīng)證明，用此方法在青年母牛中每周取卵1～2次，并不影響隨后的超排效果、胚胎回收率及發(fā)情。即此方法可在發(fā)情周期和妊娠牛的不同時(shí)期安全地重復(fù)使用。此外，超聲波引導(dǎo)卵泡穿刺還可用來(lái)收集卵泡液以進(jìn)行激素研究。

2.8 超聲波引導(dǎo)羊膜和尿膜穿刺

胎膜穿刺可被用來(lái)獲取胎水以進(jìn)行妊娠研究。胎膜穿刺的特殊目的包括：各時(shí)期胎兒生化成份變化的相關(guān)性研究，通過(guò)細(xì)胞學(xué)分析確定胎兒性別，獲取胚胎細(xì)胞等。

穿刺過(guò)程中，通過(guò)直腸將妊娠子宮緊靠導(dǎo)液針。導(dǎo)液針安裝于超聲探頭上并經(jīng)陰道插入胎膜。但由于粗暴操作和細(xì)菌感染會(huì)導(dǎo)致胎兒死亡，這極大地限制了該技術(shù)的應(yīng)用。然而，這種技術(shù)仍有其誘人的應(yīng)用前景，因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)改善導(dǎo)液針而克服其缺陷。

2.9 公牛生殖系統(tǒng)的檢查

可運(yùn)用超聲波探查公牛生殖系統(tǒng)。正常睪丸具中等反射能力，結(jié)構(gòu)均一。附睪頭和尾較易確認(rèn)，但附睪體和輸精管較難確認(rèn)。用超聲波所測(cè)得的睪丸大小同睪丸周長(zhǎng)、重量、體積有關(guān)，而同陰囊周長(zhǎng)無(wú)關(guān)。用5.0MHz探頭對(duì)丸進(jìn)行3分鐘掃描并不會(huì)對(duì)其造成損傷。

卡尺與超聲波都可被用來(lái)測(cè)量睪丸長(zhǎng)度與寬度。然而，卡尺使用更方便，所測(cè)長(zhǎng)度更準(zhǔn)

確，故僅在測(cè)量睪丸長(zhǎng)度時(shí)最好使用卡尺。

直腸超聲探查法可用來(lái)檢查副性腺，以確定各副性腺解剖關(guān)系及器官大小。據(jù)研究，發(fā)生精囊炎時(shí)腺體變大，失去正常小葉狀結(jié)構(gòu)，在具強(qiáng)反射能力的分泌腺實(shí)質(zhì)中，出現(xiàn)明亮的纖維組織。超聲影像在公牛中的應(yīng)用還很多，但目前研究較少。問(wèn)題與不足

B超在奶牛繁殖領(lǐng)域用途廣泛，然而由于若干因素的影響使其在國(guó)內(nèi)的發(fā)展受到限制。這首先表現(xiàn)為在牛繁殖中經(jīng)常應(yīng)用直腸探查法和陰道探查法。但在探查過(guò)程中這兩者均需直腸把握，過(guò)程較繁瑣。而體外探測(cè)雖克服了這一缺陷，但存在圖像不清、分辨率較低的問(wèn)題。因此，推廣此技術(shù)的關(guān)鍵還在于設(shè)法提高體外探測(cè)的準(zhǔn)確性，使之達(dá)95%以上。其次，探查中多根據(jù)探測(cè)者的經(jīng)驗(yàn)確定結(jié)果，主觀性較大。所以為提高探測(cè)效率還必須配有標(biāo)準(zhǔn)圖樣，以便對(duì)照。但國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)展此項(xiàng)工作。再次，設(shè)備昂貴，一般單位難以承受。這限制了B超的推廣和應(yīng)用。結(jié)語(yǔ)

利用超聲影像可在生產(chǎn)條件下以一種非損傷性方式監(jiān)測(cè)奶牛的生殖系統(tǒng)，提高繁殖效率。此外，超聲影像技術(shù)在育種工作中也具有重要利用價(jià)值。它的應(yīng)用已使發(fā)達(dá)國(guó)家的養(yǎng)牛業(yè)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。然而在國(guó)內(nèi)尚缺乏此方面的系統(tǒng)報(bào)道。今后有關(guān)科研及生產(chǎn)單位應(yīng)投入力量加強(qiáng)此方面的研究，以使我國(guó)養(yǎng)牛業(yè)能取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。