［摘  要］ 文章以北京地铁增购车辆上翻转式座椅为研究对象，分析其安装结构，并通过模拟翻转式座椅在城轨车辆上的实际安装条件，以实际试验形式分析该形式的座椅静载、冲击强度、翻转疲劳等力学性能是否满足要求。

［关键词］ 翻转式座椅；城轨车辆；力学性能

 

      随着当今社会精神文明的不断进步和科学技术的发展，随着残障人士融入社会需求的不断增长、人口老龄化的加剧，以及人们对生活质量要求的不断提高，全社会对“无障碍设计”的要求日益迫切^[1]。目前，北京地铁增购车辆上出现的翻转式座椅就是一种“无障碍设计”的体现，在需要时，可以将座椅翻转，为残疾人轮椅增加空间，满足了不同车况和乘客的需要。同时，城轨车辆上座椅性能的首要指标是其安全性和强度性能，其安全性和强度性能直接影响着整车的评价。因此，要模拟现车安装方式对客室座椅进行各项冲击、静载试验和疲劳性能试验 ，以验证其性能是否满足使用要求。

 

      （一）城轨车辆上座椅分布形式

      目前，地铁车辆中的主要座椅形式采用六人座椅、三人座椅、二人座椅及残疾人靠座等形式。一般而言，六人座椅布置在中间大窗口处，三人、二人和残疾人靠座依据车型及客户实际要求分散在一位端和二位端处，如图1 所示。

      （二）北京地铁增购车翻转座椅结构分析

      北京地铁增购车辆上翻转座椅用于六人座椅区，与三人非翻转式座椅组合成六人座椅，主要由座椅面、翻转座椅骨架组成、翻转机构组成和翻转扶手四部分组成。其中座椅面采用聚酯玻璃钢材料，聚酯玻璃钢采用的是合成树脂、玻璃纤维和树脂固化剂固化成型^[3]，座椅面分为靠背区和坐垫区两部分，原始状态下座垫位于翻下位置，并保持自锁，当需要时，座垫可向上翻至竖直位置，并在此位置锁死，此时翻转扶手可供旅客抓扶，如图2所示。

      地铁座椅为六人座椅，座椅主骨架采用铝合金焊接结构，与车体侧墙通过螺栓连接，焊接牢固可靠，具有重量轻、耐用的特点，座椅面与骨架之间通过螺栓连接，上部靠背背后预埋钢制挂钩，与座椅骨架连接。该形式座椅组合安装后外观示意图如图 3 所示。图 1 座椅分布示意图。

      （一）落球冲击试验分析

      在产品中央部位的上方用一个质量为112g±1g（直径为 30mm）的钢球，从 2.5m 的高度自由落下，反复 5 次，然后检验试验结果，要求玻璃钢表面无裂纹无变形。

      试验采用质量为 112.5 克直径为 30mm 从座椅上方 2.5m处自由落下,反复进行 5 次，得到落球冲击试验后的座椅表面，如图4所示。

      （二）耐沙袋冲击试验

      在产品中央部位的上方用一个质量为7kg砂袋（由帆布和半个排球制作，里面装有干砂，上部扎牢，半球部朝下），从1m的高度自由落下，反复 5次，然后检验试验结果，要求产品经过沙袋冲击试验后表面无裂纹和变形。玻璃钢表面无裂纹，无变形。

      试验采用质量为 7.09 千克从座椅上方 1 米处自由落下，落下后受冲击座椅表面如图 5 所示。

      （三）静载试验

      静载试验要求取座椅面中心点，每点垂直施加100kg 载重，要求产品经过静载试验后表面无裂纹，座椅面无变形或丧失功能且加载前后座椅面垂直位移不大于 1mm。

      试验取三人翻转座椅每个座位的中心点为试验点1、2、3。加载 100kg 的初始载重，使各紧固螺丝充分咬合，并测量座椅底端距地面高度，测得试验前：点 1:371mm点 2:373mm点 3:374mm。将重物加载到座椅上 (沙袋每袋重 100kg，共 300kg)，加载后测量各点与地面的间距点1:364mm点 2:367mm点 3:366mm。静载后测量加载重物半小时左右，将重物拿下 200kg，留着初始的载重量，再测量各点与地面的间距。

     测试结果如表 1 所示。

      由试验前后的数据对比可以看出，试验前后：测试点1相差1mm，测试点2相差1mm，测试点3相差 0.5mm。

      （四）疲劳试验

      翻转机构的疲劳寿命要求承受 15 万次循环测试后功能不丧失。为此，制作专用疲劳试验装置如图 6 所示。该装置由气泵、气缸、连杆机构、计数器等部分组成。使用时，气缸固定于座椅安装支架上，该支架为方管焊接而成，用于固定翻转座椅，通电后，气泵产生压缩气体，推动气缸活塞杆伸长，由此带动连杆机构运动，从而带动座椅翻起，当气缸活塞杆回缩时，翻转座椅翻下。

      试验开始时，将座椅及工装安装在一起，并预先测试其功能能否实现。而后开始进行 24 小时不间断的翻转实验，使得翻转达到15 万次。

      经过翻转测试，座椅经过 15 万次的疲劳试验后翻转机构功能仍可实现，且座椅面无损伤。

      （五）力学实验结果分析

      通过以上力学性能试验的试验，可以看出：落球冲击试验前后，座椅面的变形量在要求范围内，说明座椅面适用的材料及结构满足强度要求；耐沙袋冲击试验前后座椅面表面无裂纹、变形，符合试验要求；静载试验试验前后各测试点相差不大于 1mm，满足强度要求；经过 15 万次翻转疲劳试验后，该机构仍能正常运转、运转时无异音、座椅面无擦伤等表面不良现象。

 

      本文以北京地铁翻转座椅为研究对象，分析了其结构，并对以聚酯玻璃钢材料为座椅面板做成的座椅力学性能进行试验研究，且对实验前后的状态进行了对比分析，结论如下：

      （1）聚脂玻璃钢座椅面的耐冲击性能能够较好地满足设计强度要求。

      （2）翻转座椅面的厚度及材料选择能满足静载性能要求。

      （3）翻转机构结构设计满足疲劳性能要求。

 

［1］魏春红.浅述“无障碍设计”在轨道交通及其车辆中的应用［J］.四机科技. 2008,(2).

［2］GB/T 21563- 2008, 轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验［S］.

［3］王勇,尹桂旭,尹维,魏东.地铁应用材料的调查与研究［J］.广西民族大学学报(自然科学版),2009,(S1)