王雁東 李振陽 劉鵬飛 吳俊杰

(中車株洲電力機車有限公司工業(yè)設計研究所 湖南 株洲 412001)

近年來，自動駕駛技術得到快速發(fā)展，逐漸成為城市軌道交通領域的研究熱點[1-2]。南寧市軌道交通5號線項目線路全長20.2 km，共設地下車站17座，是南寧市首條采用全自動駕駛技術的地鐵線路，車輛由中車株州電力機車有限公司提供，為6節(jié)編組的B型列車，最高速度80 km/h。與傳統(tǒng)地鐵車輛相比，全自動駕駛車輛采用開放式司機室設計，乘客可自由進入司機室內，透過前擋風玻璃飽覽車輛在隧道中穿行的畫面。但是，開放的司機室結構導致傳統(tǒng)的大容量隔斷墻電氣柜不復存在，其中電氣設備需要重新尋找空間進行布置，對車輛內裝設計提出了更高的要求。傳統(tǒng)的地鐵座椅一般為懸臂安裝在側墻上，座椅下部的空間沒有被充分利用。因此，大多數(shù)全自動駕駛車輛選擇在座椅下方增加落地安裝的座椅箱，并將電氣設備布置在座椅箱中。本文以南寧地鐵5號線項目為研究背景，介紹了一種不銹鋼活動椅面座椅的設計，為今后同類項目的座椅方案提供設計參考和依據(jù)。

1 座椅構造簡介

為滿足南寧市軌道交通5號線車輛全自動駕駛功能的需求， Tc車大部分電器設備需布置在客室座椅下部， 且必須滿足密封、 防火、 防水和易檢修等要求。 因此， 針對上述項目要求， 在原有普通座椅結構的基礎上， 設計了一種活動椅面座椅。 傳統(tǒng)的固定式座椅是由椅面、 骨架、 端板和底部蓋板等部件組合而成， 而下置座椅箱的活動椅面座椅主要由椅面、 椅面支撐骨架，旋轉機構、座椅箱、檢修門和端板等部件構成，如圖1所示。該座椅的長度為2 670 mm，質量約為95 kg，可同時滿足六人并排乘坐。椅面材料為厚度1.5 mm的304花紋不銹鋼板，通過膠黏劑粘接固定在支撐骨架上。座椅端板通過螺栓安裝于座椅的兩端，可將來自扶手桿的力傳遞到座椅箱，并最終傳遞到地板上去。支撐骨架和座椅箱的材料均為鋁合金，拼焊成為整體。椅面頂部內置鉸鏈，可保證椅面至少打開70°，從而有足夠的操作空間。椅面前端設置有三把方孔鎖保證椅面關閉狀態(tài)時鎖閉緊固。座椅箱正面設置有2個可拆卸式檢修門，方便在不打開椅面的情況下對箱內設備進行操作。

圖1 座椅三維模型

如圖2所示，通過軟件對乘客腿部活動空間進行了驗證，座椅箱正面設計有一定的傾角，以滿足乘坐時的舒適性要求。

圖2 人機工程學仿真驗證模型

2 旋轉機構設計

為了實現(xiàn)椅面順利開閉，并方便對內部設備進行檢修操作，經過分析，將旋轉機構設置在座椅靠背頂部。由于該位置空間比較狹小，旋轉機構的設計需考慮以下條件：首先，靠背頂部對應座椅安裝的位置，需給安裝結構留出空間；其次，為保證與其他普通座椅外觀一致，靠背頂部需伸入側墻凹坑約8 mm，同時需保證與凹坑頂部間隙5 mm；最后，還需考慮椅面與骨架的粘接結構、鉸鏈安裝方式的設計、椅面運動過程中的干涉問題等。最終，經過計算分析，旋轉機構設計如圖3所示。椅面支撐骨架通過粘接固定在椅面上，鉸鏈的一端通過螺栓固定于支撐骨架頂部的長型材上，另一端通過T型螺栓固定在與側墻連接的座椅安裝型材上。

圖3 旋轉機構示意圖

如圖4所示，椅面打開后可用支撐桿對兩側進行支撐固定，同時椅面兩側設置有防脫安全繩，可在椅面撐開時固定于座椅側扶手上，起到二次防護的作用。支撐桿材料為直徑8 mm的不銹鋼棒，如圖5所示，收起狀態(tài)時，支撐桿前端可牢固夾持在尼龍架中，防止在列車運行過程中的晃動和異響；支撐狀態(tài)時，支撐桿前端垂直插入椅面支撐骨架的孔中，另一端將力傳遞到箱體上，保證支撐穩(wěn)固、不滑脫。

圖4 椅面打開狀態(tài)

圖5 支撐桿兩種狀態(tài)示意圖

3 防水結構設計

座椅箱內布置有多種電器設備，若乘客誤將水或飲料等液體不慎傾倒進箱內，可能會引發(fā)起火或緊急制動等安全事故。因此，座椅箱的防水性能是在結構設計時必須滿足的重要要求。

(1)側部防水。相對于椅面和兩側端板緊貼的固定式座椅，為了實現(xiàn)運動過程中流暢無干涉，活動椅面座椅的椅面和兩側端板之間留有3 mm的間隙。但是，這也對側部的防水性提出了要求。如圖6所示，在端板內側增加低于椅面輪廓的“L”形彎槽，椅面的折邊搭接在該側部導水槽上，可以將椅面?zhèn)炔康乃鲗肫渲?。同時，在導水槽的最低點(座椅和端板處于正確安裝位置)開孔，可將水流進一步排至靠近側墻的地板處，從而實現(xiàn)座椅側部的防水，水流方向如圖7所示。

圖6 側部導水槽與椅面配合關系示意圖

圖7 側部導水槽及水流示意圖

(2)頂部防水。因為靠背頂端與側墻凹坑之間留有5 mm的間隙，若有水從該處流入，同樣易對箱內設備造成威脅。因此，在該縫隙的下方安裝通長的背部導水槽，如圖8所示，可盛接頂部滲入的水滴，并將其引入兩端的側部導水槽中，最終同樣排至地板上，實現(xiàn)頂部的防水。

圖8 頂部導水槽

(3)正面防水。為了進一步方便檢修，座椅箱正面設計有2個檢修門，每個檢修門上方兩側設置2把方孔鎖，下方通過2個圓柱銷插接在門框型材的銷孔內。檢修門板背面四周粘有膨脹密封膠條，在鎖緊時可以保證門板能始終壓緊門框，起到防水的作用。

(4)底部防水。安裝完成后，座椅箱完全落地，在箱體周圍與地板的縫隙處通過打膠進行密封，同時地板內側留有向上的折邊結構，進一步保證座椅箱底部的防水性能。

4 樣機試制

為了驗證設計的可行性，對活動椅面座椅進行了樣機試制。如圖9所示，座椅樣機可實現(xiàn)椅面翻轉打開、支撐桿穩(wěn)固支撐固定的功能，翻轉機構轉動靈活，無卡頓。同時，經過驗證，導水槽結構能夠有效防止水流進入座椅箱內部。

圖9 座椅樣機

為了進一步驗證活動椅面座椅的承載性能，對座椅樣機進行了載荷試驗，并將試驗結果與傳統(tǒng)的固定式座椅(長沙5號線座椅)進行對比。如圖10所示，試驗方法是在六人座椅的每個座位上，使用鐵砂袋提供1 000 N的載荷(每個鐵砂袋重25 kg，每個座位4袋)，加載5 min，卸載3 min后，運用百分表測量座椅端部點和中央點2個位置的變形量。試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

圖10 載荷試驗

表1 載荷試驗結果對比 /mm

對試驗數(shù)據(jù)進行分析，在靜態(tài)載荷作用下，活動椅面座椅的椅面變形量稍大于傳統(tǒng)的固定式座椅，承載性能稍有降低。在卸載后，活動椅面座椅樣機骨架無開裂現(xiàn)象，膠黏劑無開縫和錯位，椅面變形量小于設計標準(1 mm)，因此該座椅滿足使用要求。

5 結束語

上文以南寧5號線全自動駕駛地鐵項目為研究背景，介紹了一種新型不銹鋼活動椅面座椅的設計方案，重點介紹了其旋轉機構和防水結構。通過樣機試制驗證了座椅結構的可行性，并與固定式座椅的承載性能進行了對比。經過分析，這種活動椅面座椅可以滿足南寧5號線項目的要求，同時也對今后同類型項目的座椅設計具有積極的參考意義。