驾驶室工效设计是大型矿用挖掘机研制的重要环节之一。良好的驾驶室工效是顺利完成挖掘任务,发挥大型矿用挖掘机产品性能的关键。研究大型矿用挖掘机驾驶室工效问题,对提升大型矿用挖掘机的安全可靠性和系统工效,降低驾驶员肌肉骨骼疾患,提高我国大型矿用设备自主设计研发水平以及改善恶劣环境中劳动者健康状况,创建舒适工作空间具有重要意义。本课题依托国家863科技基金资助项目(2012AA062001)和山西省煤基重点科攻关项目(MJH2014-08),以大型矿用挖掘机驾驶室为研究对象,对其工效设计方法和技术进行了深入研究。主要研究工作如下:(1)从人-机-环境的复杂关系出发,构建了大型矿用挖掘机驾驶室工效设计研究框架体系,明确了大型矿用挖掘机驾驶室工效设计要素和与研制各阶段相对应的工效设计研究任务,为大型矿用挖掘机驾驶室工效设计提供了理论基础。(2)依据大型矿用挖掘机操作视野要求,提出了基于视野的驾驶室布局方法。构建了驾驶员工作姿势模型,以挖掘机铲斗最高点和最低点为视野极限尺寸确定眼点分布区域,获得满足视野要求的H点布局区域,该方法具有更好的适应性和可操作性。搭建了大型矿用挖掘机模拟操作试验台,设计了基于上肢姿势舒适性的操作手柄布局试验,得到了操作手柄舒适区域;通过动作捕捉系统确定了以上肢关节角度为指标的操作姿势舒适梯度,该指标适用于挖掘机操作姿势的预测分析。(3)对大型矿用挖掘机驾驶室人机界面进行了研究。建立了显控台布局三因素数学模型,以序列最优为目标函数;将退火思想引入粒子群算法,提出了一种改进粒子群算法求解显控台布局的优化设计方法。对操作手柄开展了人机界面分析,提出基于关键点的多样本逆向设计方法来获得舒适的手柄造型。通过具体试验和分析,对方法进行了验证。结果表明,显控台布局方法和手柄设计方法均能满足对大型矿用挖掘机人机界面的需求,为人机界面设计提供了新的思路。(4)应用表面肌电描记术,通过对不同操作姿势上肢肌电信号实时测量,得到表面肌电信号与操作姿势舒适性之间的关系:旋前圆肌的RMS值与舒适性呈高度正相关。设计了挖掘机操作中有无扶手支撑的对照试验,探讨了扶手对上肢肌肉疲劳的影响:驾驶员在长时间反复操作过程中,扶手对上肢的支撑可以使操作更轻松,有效降低疲劳,其中扶手对三角肌的影响是最大的,其次是尺侧腕伸肌和桡侧腕屈肌,对肱二头肌和旋前圆肌的影响较小。(5)以实际大型矿用挖掘机驾驶室为例,基于JACK对当前驾驶室工效进行了分析,提出存在的主要问题,完成优化方案设计。