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本论文论述关于新一代火车座椅的改进设计,其改革的根源是针对当前火车客运的拥挤现状,并根据人机工程学的人类解剖学特点和原理进行深入分析与探究,为火车车厢量身大容量、高舒适度的双层座椅.
长期以来,火车的座椅为缓解中国铁路客运的拥挤压力没有得到合理的设计；火车硬座的座椅靠背都是垂直的,很容易使长途旅行的乘客处于疲劳状态.从设计理念来讲,座椅的靠背采用人机工程学的座椅设计原理,把现有的座椅垂直的靠背设计为40～50度的倾斜靠背,这样设计的座椅能让人体所有部位得到放松,不会因长途旅行而导致疲劳,座椅的设计理念部分是采纳了卧铺的设计原理；这样节省了火车的垂直方向的空间,这种倾斜靠背的座椅每一层所占用的空间是1.2米,进而使火车的垂直空间能布置上下两层座椅；从布局的角度来讲,这样充分的利用了火车的上层空间,提高了每节车厢的载客数量；鉴于中国人口持续增多,对于客运列车座位需求量持续上升,在当前列车座椅的不合理设计以及列车客运拥挤的现状下,双层式座椅也必将伴随着未来的经济发展得到普及.
人机工程学坐姿的分析与研究
为了合理的对座椅进行设计,当人体以正常姿势入座时,如当前的火车的硬座,人体脊骨生理结构骨腰椎部分承受的负荷最大,此时的腰曲易出现前倾变形,使脊柱处于非正常生理弯曲状态.一旦脊椎偏离自然状态,肌腱组织会受到拉力或压力的作用,长时间会引起腰酸等不舒服的感觉.因此,旅客长时间处于坐姿状态,腰部首先感到疲劳.人处于不同的坐姿时,脊柱形态不同；只有合理的座椅结构和尺寸设计使脊柱形态接近于自然状态,如躺在较小角度的倾斜座椅靠背上才会减少腰椎的负荷及腰背部肌肉的负荷,防止疲劳发生.
座椅设计要点和座椅整体设计
座椅设计的出发点在于通过分析人体脊椎的受力与火车空间布局,以设计倾斜座椅靠背的方式缓解脊椎受到的压力,来提高座椅的舒适度和充分利用火车空间,达到极大地增加乘客数量的目的；最终设计的座椅要解决长途旅行的旅客因久坐座椅而感到疲劳的问题,所以要求把座椅的合理设计和座椅的布局进行优化.
1座椅设计重点
在正常的舒适姿势下,脊柱的腰脊椎部分前凸,而至骶骨时则后凹,压力适当的分布于各椎间盘上,一旦脊椎盘里自然状态,肌腱组织就会受到彼此挤压的作用,使肌肉活动增加以至疲劳酸痛.根据肌电图记录结果可知,在正坐姿态下,腰椎部位肌肉活动度高,所以由于腰椎前拉使肌肉组织紧张受力,所以,座椅应考虑设计倾斜40～50度的靠背.人体解剖学认为,人体的坐骨粗壮,能承受更大的压力,而大腿底部有大量血管和神经系统,压力过大会影响血液循环和神经传导,从而感到不适；所以坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计,即在坐骨处压力最大,向四周逐渐减小,至大腿部位时压力降至最低值,这是坐垫设计的压力分布不均匀原则.
2座椅整体设计
火车座椅的机构形式应尽可能满足乘客的各种动作要求,座椅的结构材料和装饰材料应该舒适柔软,椅面的材料既要耐用还要粗糙,防止乘客从椅面滑落.椅面高度400mm,座椅面宽400mm,腰靠宽350mm,腰靠厚40mm,腰靠高度560mm,腰靠长度800mm,前后两排座椅间距1180mm,靠背倾角135度,座面倾角5度；在规格为每节23.6m的车厢内能放置20排座椅,总计每节车厢的座椅数为160个,相比每节定员118人的车厢,增加了42人,并且还提高了座椅的舒适度.
设计参数的选择
椅面高度：椅面高度的设计在原则上应该加上尺寸修正量,鞋跟高度12～38mm和裤厚3～10mm.主要考虑到以下两点：椅面过高会使大腿肌肉受压,椅面过低就会添补背部肌肉负荷.根据GB1000088中要求,火车座椅面高度采用双限值95%的适用度设计,座椅面最佳高度设计为400mm.
椅面宽度：在火车空间许可的条件下,稍宽为好.但对于火车座椅来讲,空间还是很有限；通常应以满足最宽人体必要为准.根据人的坐姿体压分布曲线可知,为了减少股骨的压迫状态,座椅宽度必须大于350mm,结合火车空间利用程度,座椅面的宽度取400mm.
椅面深度：是指椅面前缘至靠背前面水平距离；其尺寸设计原理遵循以下原则：腰部获得靠背的支承；椅面前缘与小腿之间留有适当距离,以保证大腿肌肉不受挤压,腿弯部分不碰壁碍.在火车座椅的设计中,座椅的深度取380mm.
扶梯尺寸：每阶300mm,扶梯宽度120mm,由车的底部直达顶部.
尺寸修正量：椅子靠背顶端距离层隔板为200～250mm,座椅靠背顶端距离火车地面为950mm～1000mm（座椅靠背在一定的弹性限度内）.
座椅构造设计
正常普通列车内车厢的垂直空间高度为2.4～2.5米,在同样的空间内,采用上下双层座椅来提高载客数量.原始的座椅靠背都是垂直的,火车的垂直空间不足以放置两层座椅,但是此座椅的靠背倾斜135度的时候,没成座椅垂直方向占用的空间为1.2米,因此,此座椅的设计布局才能安置双层座椅.当做以倾斜135度的时候,从人因工程学的角度出发,仅仅是座椅靠背倾斜设计的基础上附加了座椅的双层设计.