唐山華達(dá)總公司　劉阿威

探討高速列車鋪椅的結(jié)構(gòu)及舒適設(shè)計(jì)

唐山華達(dá)總公司劉阿威

我國(guó)的鐵路事業(yè)正在不斷推進(jìn)和擴(kuò)展，隨著高速鐵路的高密度、高速度的發(fā)展趨勢(shì)，人們對(duì)于高速列車的座椅設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。在追求快速的前提下，高速列車上的鋪椅的安全、舒適與方便性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和考慮內(nèi)容，為了提升高速列車鋪椅的舒適及安全度，可以結(jié)合人體數(shù)據(jù)、人機(jī)工程學(xué)等理論，對(duì)高速列車的鋪椅進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

高速列車；鋪椅；結(jié)構(gòu)

在高速的列車之中，鋪椅是重要的設(shè)施，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與人體乘坐的安全舒適度密切相聯(lián)，在人們乘坐高鐵出行的過(guò)程中，不僅關(guān)注到鋪椅的美觀外形，而且重視鋪椅的舒適座姿、便捷的操作等因素。因而，要關(guān)注高速列車鋪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要符合人體的生理特征，建構(gòu)高速列車鋪椅的尺度評(píng)價(jià)體系，從而最大化地滿足乘客的安全舒適要求，減少人們旅途之中的疲累。

1　高速列車的運(yùn)行振動(dòng)對(duì)于人體的影響及鋪椅設(shè)計(jì)防護(hù)

1.1高速列車的運(yùn)行振動(dòng)對(duì)于人體的影響分析

高速列車在行進(jìn)過(guò)程，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生整體或局部的振動(dòng)影響，導(dǎo)致人體產(chǎn)生生理和物理上的反應(yīng)，通常來(lái)說(shuō)，人體對(duì)振動(dòng)的感受頻率大約在4～8HZ之間，全身振動(dòng)會(huì)對(duì)人體的內(nèi)臟器官造成損傷或位移，局部振動(dòng)會(huì)對(duì)人體的末梢循環(huán)、骨關(guān)節(jié)肌肉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)造成傷害。

1.2鋪椅設(shè)計(jì)預(yù)防振動(dòng)的有效措施

高速列車上的鋪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，要考慮到運(yùn)行振動(dòng)對(duì)于人體的生理影響因素，需要在地板與座椅的支撐腿之間，進(jìn)行有效的隔振設(shè)計(jì)，通常采用的隔振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法有鋪墊橡膠減少振動(dòng)；鋪設(shè)軟木減少振動(dòng)；鋪墊玻璃纖維氈減少振動(dòng)；采用復(fù)合型材料減少振動(dòng)。

同時(shí)，還要對(duì)列車鋪椅的底架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的、科學(xué)性的設(shè)計(jì)，可以對(duì)座椅的坐墊及靠背增加減震墊層的方式，減少車體運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，并增設(shè)一定數(shù)量的彈簧，使其振動(dòng)受到有效的緩沖。通過(guò)分析，得知高速列車的中央轉(zhuǎn)盤處的位移幅度最大，也是負(fù)荷承載最大的位置，為了提升乘客的舒適度，需要對(duì)該處的剛度進(jìn)行增強(qiáng)，大約將尺寸加大20mm，避免與人體器官固有頻率相接近的頻率范疇，提升此處的耐變形能力。

2　基于人體腰椎動(dòng)力特征的高速列車鋪椅結(jié)構(gòu)舒適性設(shè)計(jì)

在高速列車的鋪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要考慮其靜態(tài)的舒適性特征，這就需要對(duì)座椅的尺寸參數(shù)、表面質(zhì)量和調(diào)節(jié)特質(zhì)進(jìn)行分析，要適合于人體腰椎的正常生理曲線，使座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足人體正常的生理彎曲，使軀體處于正常的血液循環(huán)狀態(tài)，并在放松的狀態(tài)下，產(chǎn)生安全舒適的心理滿意度。

2.1座椅高度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了減少人體大腿以下的負(fù)荷壓力，座位前沿到腳踏的高度不應(yīng)當(dāng)大于腳底到大腿彎的距離，經(jīng)過(guò)研究表明，當(dāng)座椅高度為400mm時(shí)，腰部肌肉活動(dòng)最為劇烈；當(dāng)座椅高度大于或小于400mm時(shí)，腰部肌肉活動(dòng)的強(qiáng)度會(huì)下降，也即座椅在略高或略低于400mm的高度時(shí)，人體的腰部不會(huì)感覺(jué)到疲累。同時(shí)，座椅的高度設(shè)計(jì)還要考慮由地面到人體膝蓋骨中點(diǎn)的垂直距離，成年人的膝蓋骨中點(diǎn)到地面的距離通常在445～490mm之間。因此，我國(guó)的高速列車座椅的高度設(shè)計(jì)為軟座座面高度為430mm，硬座車座面高度為440～450mm，這樣，可以滿足人體軀體的自然要求，使人體內(nèi)的血液流動(dòng)保持通暢。

2.2座椅深度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高速列車的座椅深度設(shè)計(jì)主要是指座椅的座面前沿到后沿的距離，座椅的深度設(shè)計(jì)可以較大地影響人體的舒適感，在臀部得到充分的支撐前提下，可以使人體的腰部得到靠背的有效支撐，大腿肌肉不會(huì)受到擠壓，小腿也可以得到輕松自由的活動(dòng)。因而，根據(jù)人體生理學(xué)原理，通常將高速列車的鋪椅的深度尺寸，設(shè)計(jì)在450～490mm之間，并考慮到鋪椅的擺放形式，可以將高速列車的一等車座面深度尺寸設(shè)定為450mm，二等車座面深度尺寸設(shè)定為420mm。

為了將壓力集中于大腿后部，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高坐墊與水平方向的夾角，用于防范車輛行進(jìn)過(guò)程中的人體臀部向前滑動(dòng)的趨勢(shì)，這個(gè)夾角應(yīng)當(dāng)以5°～10°最為適宜，這樣，可以防止滑動(dòng)趨勢(shì)下產(chǎn)生的心理和生理上的疲累感。同時(shí)，坐椅的后傾角度也不能夠過(guò)大，要防止由于血液循環(huán)受到阻礙而引起的雙腿麻木狀態(tài)。身體軀干與大腿之間也要保持一個(gè)適宜的角度，以使腰部有所依托，減少腰部肌肉收縮，這個(gè)角度應(yīng)當(dāng)以105°～115°為佳。

2.3高速列車鋪椅的寬度設(shè)計(jì)

在座椅的寬度設(shè)計(jì)方面，要依據(jù)人體測(cè)量學(xué)原理，考慮到座面寬度是由臀部最寬部分的水平尺寸所決定的因素，可以將座椅的座面寬度尺寸設(shè)計(jì)在450～480mm之間，這樣，可以使人體舒適地坐于座椅的椅面之上，而不會(huì)感受到拘束感。

2.4高速列車座椅的靠背設(shè)計(jì)

對(duì)于高速列車的座椅靠背設(shè)計(jì)，主要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)在于椅背的寬度和靠背傾斜度，要使人體的脊柱處于自由舒展的狀態(tài)，需要科學(xué)合理地設(shè)計(jì)座椅靠背的形狀和尺寸，使人體的脊柱和手臂可以靈活自如地運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，靠背還要支撐人體的腰部位置和背部、頭部位置，使人體處于自然的生理狀態(tài)。為此，要將高速列車靠背的傾斜角度設(shè)計(jì)成大于90°的角度，并根據(jù)人體休憩度的需求而適當(dāng)提升，可以將其靠背的傾斜度設(shè)計(jì)在大約95°～120°之間，具體可以歸結(jié)為：1）靠背傾斜角度稍小時(shí)，主要將其支撐點(diǎn)置于人體的第二和第三腰椎處；2）靠背傾斜角度稍大時(shí)，要將其支撐點(diǎn)移至人體的胸椎下部位置；3）靠背傾斜角度成大于114°時(shí)，則要調(diào)整腰椎、胸椎、頭部三個(gè)部位。

2.5高速列車座椅的扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)高速列車的座椅的扶手設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮扶手的高度和扶手的間距，要使扶手與人體兩肘部位的寬度和平放的高度相聯(lián)系，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)資料表明，當(dāng)扶手的表面與人體坐骨節(jié)點(diǎn)部位的距離為240～250mm之間時(shí)，人體肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度最小，人體處于最為舒適的狀態(tài)，也表明扶手的位置設(shè)計(jì)最為恰當(dāng)，因此，對(duì)于高速列車座椅的扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要保持間距在420～440mm之間，扶手的傾斜角度也以90±20°最佳，扶手的高度設(shè)計(jì)為230mm，這樣，可以基本滿足人體的舒適性需求。

3　結(jié)束語(yǔ)

為了使乘客處于安全舒適的生理體位，要使人體保持正常的生理彎曲度，就要根據(jù)人體腰椎動(dòng)力學(xué)的特性和原理，使座椅的動(dòng)態(tài)減振設(shè)計(jì)與人體的振動(dòng)適應(yīng)范疇相匹配，并從高速列車的防振、座椅高度、座椅寬度、座椅深度、座椅靠背、座椅扶手、座椅傾斜度等方面，進(jìn)行科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使人體處于合理的體壓分布狀態(tài)，并具有良好的橫向穩(wěn)定性，使人體脊柱減少縱向做功的消耗，合理地選擇參數(shù)，避免人體振動(dòng)與系統(tǒng)敏感頻率接近，增強(qiáng)安全舒適性。

［1］周澤.基于乘客—座椅—環(huán)境等要素高速列車空間設(shè)計(jì)及舒適性研究［D］.東南大學(xué)，2015.

［2］繆珂.高速列車乘坐車廂的本土化設(shè)計(jì)研究［D］.江南大學(xué)，2013.

［3］范靜靜.中國(guó)高速列車內(nèi)室照明設(shè)計(jì)研究［D］.西南交通大學(xué)，2010.

［4］吳東閣.高速列車碰撞條件下的乘客安全性分析［D］.西南交通大學(xué)，2015.