董明秋 姚 佳 馮 宇/四川文理學(xué)院數(shù)學(xué)與財(cái)經(jīng)學(xué)院

火車彈簧座椅優(yōu)化設(shè)計(jì)

董明秋 姚 佳 馮 宇/四川文理學(xué)院數(shù)學(xué)與財(cái)經(jīng)學(xué)院

目前的火車臥鋪?zhàn)未嬖诓簧傥ｋU(xiǎn)因素，以及舒適性稍待加強(qiáng)，為使廣大旅客在出行中降低危險(xiǎn)，舒適安全的到達(dá)目的地，我們將對目前的火車座椅進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，依據(jù)人體的主要結(jié)構(gòu)以及火車座椅尺寸設(shè)計(jì)綜合分析，得到安全舒適的火車彈簧座椅優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

火車彈簧座椅；安全性；舒適性；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、安全性

背景：目前火車臥鋪過道上的座位多為彈力折疊座椅，不用時會自動彈回以便節(jié)省空間，雖然帶給了乘客方便，但也存在不小的安全隱患。在2014年10月6日，五歲小女孩就在乘車期間，被彈回的火車座椅夾斷了左手食指。就此有人做實(shí)驗(yàn)，將鉛筆放置折角處，只拉下45度，就將鉛筆壓扁裂開。顯然拉下九十度，彈力會更大?？梢娀疖噺椈勺蔚脑O(shè)計(jì)急需改善。

（一）火車座椅設(shè)計(jì)構(gòu)造改進(jìn)

火車座椅現(xiàn)有設(shè)計(jì)構(gòu)造：（見圖1）

圖1

人起立后，座椅沒有了人體施壓，大力彈回，緊緊貼住車廂壁。經(jīng)過調(diào)查，很多乘客為了安全，都會慢慢起身，甚至用手對座椅施壓來減小彈回力度。為此，我們想到借鑒雨傘按壓開關(guān)原理，將原設(shè)計(jì)固定座椅的位置調(diào)整為圖2處，人起身后，座椅受彈力回彈，回彈途中受彈力鋼球阻止，減少回彈力度，直到穩(wěn)穩(wěn)貼住火車車廂。避免了之前座椅快速大力的回彈對人的潛在危險(xiǎn)。

改裝后的火車座椅設(shè)計(jì)構(gòu)造：見圖2：

圖2

（二）設(shè)置安全標(biāo)語

在火車車廂壁上設(shè)置安全標(biāo)語。提醒旅客注意安全，防止意外。并看管好兒童。

二、舒適性

（一）體壓分布

在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結(jié)構(gòu)是脊柱，骨盆，腿和腳等。腰椎，骶骨和椎間盤及軟組織承受坐姿時上身大部分負(fù)荷。而火車臥鋪空間有限，座椅沒有靠背，不考慮腰椎受力，只能從人體骨盆，腿，腳等受力方向大小來調(diào)整座椅的相關(guān)尺寸，使整個身體感覺舒服，有利于身體平衡。

（二）火車座椅設(shè)計(jì)的尺寸

為滿足以上要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何確定座椅各部位的尺寸。座椅的尺寸有：座高，座面深，座面寬。

1、座高

座高是座面至地面的垂直距離。根據(jù)實(shí)地調(diào)查得到目前火車座高數(shù)據(jù)，現(xiàn)座高為44cm。而通過文獻(xiàn)查閱座高一般約為人體的總身高1/4，或略低于小腿長1cm左右，小腿高于坐面為的是能使下肢著力于整個腳掌，并有利于兩腳前后移動。座高45cm比較適合我國的人體尺寸。

2、座面深

座面深即座面的前后距離。座面深應(yīng)保證臀部的全部支撐，其深度一般相當(dāng)于臀部至大腿全長的3/4，座面要光華平整，盡量增加彈性坐墊?，F(xiàn)座面深為（41cm）。

3、座寬

座寬即座面的左右高度，座寬要滿足臀部橫寬所需要的尺度，一般座寬五十厘米即可，調(diào)查到座椅與座椅之間的間隙，以及座椅與桌子之間的間距，將座寬定為36cm，更適宜旅客及空間的安排。

以下是通過計(jì)算火車通道及座椅之間的距離結(jié)合查閱文獻(xiàn)得到座椅參數(shù)，詳見表1：

表1：原始數(shù)據(jù)與改造數(shù)據(jù)

三、小結(jié)

選擇火車臥鋪的旅客，大多乘車時間超過12小時，在這長時間的旅途中，有一個安全舒適的火車座椅，能減輕乘客因?yàn)樘膳P導(dǎo)致的身體酸痛是十分重要的。本文通過研究目前座椅的設(shè)計(jì)構(gòu)造，分析了人體的乘坐舒適性，調(diào)整了火車座椅的設(shè)計(jì)構(gòu)造，適當(dāng)修改了座椅的幾何參數(shù)，讓旅客在出行中能感到更舒適更安全。

[1]陳偉,王松文.25型客車及其新技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社,2001.

[2]郭伏,楊學(xué)涵.人因工程學(xué)（第2版）[M].沈陽：東北大學(xué)出版社,2005.

[3]馬廣韜,田煒,孫海義.基于人體靜態(tài)尺寸的座椅設(shè)計(jì).沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(04),783—786.

[4]陳祥.我國硬座車廂座椅設(shè)計(jì)——人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用的探討與展望[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào),2006(06)90—92.

指導(dǎo)老師：

古傳運(yùn)（1982.2—），男，碩士研究生，四川文理學(xué)院，講師，研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)。

董明秋（1992—），女， 四川華鎣人，在讀本科生，專業(yè)：數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)。

姚 佳（1994—），女， 四川資陽人， 在讀本科生，專業(yè)：數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)。

馮 宇（1993—），男，四川南充人，在讀本科生，專業(yè)：數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)。

本文為四川文理學(xué)院大學(xué)生科研項(xiàng)目（編號：X2014Z002）。