城軌地鐵項目橫向雙人懸臂座椅結構設計及試驗驗證

喻海洋，楊文鑫，辛 超，許 嬌

（1.中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266011；2.青島蘇試海測檢測技術有限公司，山東 青島 266031）

軌道車輛的座椅是旅客界面重要的可視物之一，合理舒適的客室座椅會給乘客帶來愉悅的旅行體驗，同時，座椅也是乘務人員客室維護保養的主要部件，簡潔方便地維護是車輛座椅安裝設計的重要考量指標。通常座椅布置為面向車輛運行方向，垂直安裝在車體結構的側墻和底架上，這種安裝結構有利于保障座椅安裝結構的承載強度。但是，分散式的立柱安裝在車體結構底架上，增加了車輛客室維保的難度和強度，并且維保時間較長[1]。

為了解決軌道車輛座椅結構不便于車廂內清潔的問題，創新設計了一種軌道車輛客室雙人橫向座椅懸臂安裝結構，座椅承載安裝座安裝固定在車輛的側墻上，不與車輛的地板相連。座椅采用懸臂簡支梁的方式固定在車體結構上，使客室地板（包括座椅下部）無障礙阻擋，形成一個完整的平面，人工和輔助機器人清潔維護省時、省力，降低了維護成本，提高了維護效率[2]。

1 橫向雙人懸臂座椅結構設計

橫向雙人懸臂座椅的可視布置見圖1-a，座椅承載結構全部固定安裝在車體結構側墻見圖1-b。

圖1 橫向雙人座椅結構布置及其承載結構

雙人座椅單元承載結構與側墻連接采用三點穩定支撐結構，上部一點、下部兩點構成三角形結構。三角形的兩點結構采用板凳結構，采用焊接和螺栓連接固定在車體側墻支撐立柱上。

2 橫向雙人懸臂座椅承載結構強度計算與分析

依據車輛結構強度設計標準BSEN 12663-1:2010的要求，對橫向雙人懸臂座椅的承載結構進行靜強度及疲勞強度的仿真分析，進而進行結構強度校核及評估[3]。

2.1 靜強度分析工況及分析結果

按照平均每人的體重90 kg進行校核，靜強度仿真計算載荷工況見圖2。

圖2 座椅安裝結構強度校核工況

1）180 kg乘客坐在座椅中心前沿，永久變形不超過3 mm，見圖2-a。

2）140 kg水平作用力，包括前部及后部作用力，在靠近過道座椅靠背中部邊沿施加，永久變形不超過3 mm，見圖2-b。

3）113 kg作用在扶手上的力，在任何水平方向，永久變形不超過3 mm，見圖2-c。

4）座椅與側墻安裝部分能夠承受兩個68 kg乘客4g作用力水平沖擊，座椅可以扭曲，但不可以在載荷條件下撕裂，見圖2-d。

車體靜強度仿真計算校核和座椅承載結構安裝座的靜強度仿真分析結果均表明，承載結構的母材和焊縫強度校核，滿足要求。

2.2 疲勞強度分析工況及分析結果

座椅承載結構疲勞強度分析工況見表1。

表1 承載結構疲勞強度載荷要求

車體疲勞強度仿真計算校核和疲勞工況下承載結構的母材和焊縫強度校核結果均表明，安裝座螺栓孔周圍母材最大利用系數為0.70；安裝座立面補板與側墻立柱焊縫處最大利用系數為0.83。利用系數均小于1，符合要求。

3 承載結構靜強度和疲勞強度試驗驗證

仿真分析強度驗證合格后進行試驗件試制，同時按照與座椅承載結構強度仿真計算相同的工況進行靜強度和疲勞強度試驗。試驗選取一個典型的橫向雙人懸臂座椅骨架及由其承載結構本體組成的試驗件為考核對象。通過研究局部組成單元與車體結構整體承載結構的約束條件，采用工裝對試驗件進行約束和載荷加載。靜強度試驗加載曲線和疲勞強度加載曲線見圖3和圖4[4]。

圖3 靜強度試驗加載曲線

圖4 疲勞強度加載曲線

試驗件靜強度試驗和疲勞試驗完畢后，分別對試驗件的連接部位焊縫進行表面著色無損檢測，無裂紋，合格[5]。

4 結論與建議

本文從城市軌道車輛項目用戶需求出發，創新設計開發出城軌地鐵車輛客室橫向雙人懸臂座椅的承載結構，并對承載結構按照結構強度設計要求進行多工況復雜載荷情況下的靜強度、疲勞強度仿真分析。根據強度仿真分析結果進行結構優化，按照結構承載安全可靠、有限空間操作方便和可達性高、承載結構自身輕量化程度高的要求確定最優結構設計方案。按照最優設計結構方案進行承載部件的試制、靜強度和疲勞強度試驗驗證，驗證校核結果表明其結構符合強度要求。

軌道車輛的座椅是車輛中旅客界面重要的內飾部件之一，它直接影響到旅客乘坐的安全性和舒適性，同時也是車輛運用維護的重要部件之一。隨著以人為本和綠色節能理念的不斷深入，在不斷優化完善座椅乘坐舒適性的同時，提高座椅運用維護的方便性和快捷性，減輕運維人員勞動強度的要求越來越高。城軌地鐵項目橫向雙人懸臂座椅的設置增大了軌道車輛內部座椅的檢修空間，并且提高了車廂內的清潔工作效率，是一次有益的嘗試，值得推廣應用。