火車彈簧座椅優化設計

董明秋 姚 佳 馮 宇/四川文理學院數學與財經學院

火車彈簧座椅優化設計

董明秋 姚 佳 馮 宇/四川文理學院數學與財經學院

目前的火車臥鋪座椅存在不少危險因素，以及舒適性稍待加強，為使廣大旅客在出行中降低危險，舒適安全的到達目的地，我們將對目前的火車座椅進行實地調查，依據人體的主要結構以及火車座椅尺寸設計綜合分析，得到安全舒適的火車彈簧座椅優化設計方案。

火車彈簧座椅；安全性；舒適性；優化設計

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。就此有人做實驗，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。可見火車彈簧座椅的設計急需改善。

（一）火車座椅設計構造改進

火車座椅現有設計構造：（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。經過調查，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原理，將原設計固定座椅的位置調整為圖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，直到穩穩貼住火車車廂。避免了之前座椅快速大力的回彈對人的潛在危險。

改裝后的火車座椅設計構造：見圖2：

圖2

（二）設置安全標語

在火車車廂壁上設置安全標語。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

在坐姿狀態下，支持人體的主要結構是脊柱，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整座椅的相關尺寸，使整個身體感覺舒服，有利于身體平衡。

（二）火車座椅設計的尺寸

為滿足以上要求，結構設計的關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。根據實地調查得到目前火車座高數據，現座高為44cm。而通過文獻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。座面深應保證臀部的全部支撐，其深度一般相當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。現座面深為（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。

以下是通過計算火車通道及座椅之間的距離結合查閱文獻得到座椅參數，詳見表1：

表1：原始數據與改造數據

三、小結

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，能減輕乘客因為躺臥導致的身體酸痛是十分重要的。本文通過研究目前座椅的設計構造，分析了人體的乘坐舒適性，調整了火車座椅的設計構造，適當修改了座椅的幾何參數，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[M].北京：中國鐵道出版社,2001.

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

[3]馬廣韜,田煒,孫海義.基于人體靜態尺寸的座椅設計.沈陽建筑大學學報(自然科學版),2010(04),783—786.

[4]陳祥.我國硬座車廂座椅設計——人機工程學應用的探討與展望[J].攀枝花學院學報,2006(06)90—92.

指導老師：

古傳運（1982.2—），男，碩士研究生，四川文理學院，講師，研究方向：應用數學。

董明秋（1992—），女， 四川華鎣人，在讀本科生，專業：數學與應用數學。

姚 佳（1994—），女， 四川資陽人， 在讀本科生，專業：數學與應用數學。

馮 宇（1993—），男，四川南充人，在讀本科生，專業：數學與應用數學。

本文為四川文理學院大學生科研項目（編號：X2014Z002）。