高鐵座椅切割強度智能測試儀的設計

◇常州機電職業技術學院 靳敏 秦政 楊振業

本研究的目的是設計開發用于高鐵座椅切割強度的試驗儀，驗證在規定條件下，高鐵座椅是否符合要求。檢測過程中的切削速度、切削力及切削深度精確可控，保證了測試結果的準確性。經過調研及檢索發現，目前國內并無同類型的設備，因此具有良好的市場前景。

1 引言

動車組客室座椅是與乘客接觸最多的關鍵設備，它除了起到支撐乘客的作用外，還緩和軌道與機車之間的相對運動傳給人體的沖擊和減小由此產生的振動，對于乘客乘坐的舒適體驗和安全保障有很大的影響。更重要的是，在面臨突發狀況的情況下，如何利用座椅為乘客提供一個安全的港灣，如何避免乘客的二次碰撞損傷，如何提高座椅的安全性，并結合人機工程學、生理學，根據乘客要求的機車座椅，是當今機車制造業中面臨的一個重要的問題。

為保證乘客的安全和舒適，根據鐵路總公司要求，座椅按照人機工程學的原理設計，整體可旋轉180°，使乘客始終朝向列車前進方向。座椅強度及耐久性需滿足標準（TB/T 3263－2011《動車組乘客座椅》）的要求，按照標準中對強度的要求，座椅的各個部位在規定的載荷條件下，不應出現裂痕及永久變形等缺陷，并保持一定的剛度，但是對于具體的測試方式并沒有具體規定。

通過調研發現，目前的切割強度測試并沒有具體的操作標準，是采用人工手握刀具切割座椅的方式驗證。人工操作會造成切割力、切割速度、切割深度的不可控，提供的數據也不準確。因此，現行的切割強度的測試并不嚴謹。本論文的設計是為了解決以上問題而提出。

2 測試標準及測試儀的結構設計

目前國標及行業標準并沒有切割強度相應的具體要求，本測試儀基于2018年英國標準協會（BSI）制定的用于評估軌道車輛座椅抵抗用刀片破壞的能力指標來設計及測試，與國際接軌。

測試儀的整體結構及組成如圖1所示。底座、龍門架組件與橫向導軌組成了整體的框架式結構。為了適應不同厚度的測試坐墊，轉動升降機上的手輪帶動連接在升降支架上的坐墊定位組件沿著垂直導軌上下滑移。切割時，切割頭組件在切割氣缸的推動下沿著橫向導軌橫向滑移，帶動刀片從左到右切割測試坐墊。

圖1 測試儀整體結構組成

由于工作臺的高度可調，可測試不同厚度的座椅；工作臺寬度可調節可使試驗臺用于不同寬度的座椅的測試。因此，本試驗儀可以拓展應用于其他交通工具的座椅測試。

切割頭組件是此測試儀中非常重要的一個部件，如圖2所示。圖1中切割頭組件處于停車狀態即起始位置，此時切割頭組件在切割路線之外。小氣缸壓縮，經擺動板轉動接頭帶動擺動板繞擺動支點順時針擺動。此時，刀尖高于測試坐墊的上表面。

圖2 切割中的切割頭組件

圖2中切割頭處于切割狀態。當開始試驗時，切割氣缸推入，推動移動主板離開停車位，沿橫向導軌以60mm/s的額定速度移動到切割位停止。此時小氣缸通氣、伸出，通過使擺動板繞擺動支點擺動，使刀片伸出切入坐墊。同時，切入力傳遞到傳感器，由傳感器實時顯示切入力，切割力的大小由另一個傳感器實時顯示。然后，切割頭組件再次向右開始切割，切割深度最大為20mm，并到預設的行程后停止。同時，小氣缸回縮使刀片抬刀至原位，以保證安全與保護刀頭。

需要注意的是，為保證測試的準確性，對于每個要測試的座椅，應進行兩次破壞性的強度測試。且當有兩個不同的織物方向時，測試應在兩個方向上進行。另外，每次測試都應使用新刀刃。切削速度及切削力可通過兩個傳感器實時觀察、調節，當刀片切入測試坐墊的切割深度不足20mm或者切割不動時，說明此坐墊的切割強度符合要求。

3 結束語

本項目是開發設計高鐵座椅切割強度試驗儀，可以實現高鐵座椅切割強度的精確測定，對于座椅安全性的保證非常重要。這個試驗儀可以廣泛應用于交通工具的座椅切割強度測試，既解決了目前測量不準確的問題，也填補了國內的空白。