南宁市轨道交通5号线车辆客室不锈钢活动椅面座椅设计

王雁东 李振阳 刘鹏飞 吴俊杰

(中车株洲电力机车有限公司工业设计研究所 湖南 株洲 412001)

近年来，自动驾驶技术得到快速发展，逐渐成为城市轨道交通领域的研究热点[1-2]。南宁市轨道交通5号线项目线路全长20.2 km，共设地下车站17座，是南宁市首条采用全自动驾驶技术的地铁线路，车辆由中车株州电力机车有限公司提供，为6节编组的B型列车，最高速度80 km/h。与传统地铁车辆相比，全自动驾驶车辆采用开放式司机室设计，乘客可自由进入司机室内，透过前挡风玻璃饱览车辆在隧道中穿行的画面。但是，开放的司机室结构导致传统的大容量隔断墙电气柜不复存在，其中电气设备需要重新寻找空间进行布置，对车辆内装设计提出了更高的要求。传统的地铁座椅一般为悬臂安装在侧墙上，座椅下部的空间没有被充分利用。因此，大多数全自动驾驶车辆选择在座椅下方增加落地安装的座椅箱，并将电气设备布置在座椅箱中。本文以南宁地铁5号线项目为研究背景，介绍了一种不锈钢活动椅面座椅的设计，为今后同类项目的座椅方案提供设计参考和依据。

1 座椅构造简介

为满足南宁市轨道交通5号线车辆全自动驾驶功能的需求， Tc车大部分电器设备需布置在客室座椅下部， 且必须满足密封、 防火、 防水和易检修等要求。 因此， 针对上述项目要求， 在原有普通座椅结构的基础上， 设计了一种活动椅面座椅。 传统的固定式座椅是由椅面、 骨架、 端板和底部盖板等部件组合而成， 而下置座椅箱的活动椅面座椅主要由椅面、 椅面支撑骨架，旋转机构、座椅箱、检修门和端板等部件构成，如图1所示。该座椅的长度为2 670 mm，质量约为95 kg，可同时满足六人并排乘坐。椅面材料为厚度1.5 mm的304花纹不锈钢板，通过胶黏剂粘接固定在支撑骨架上。座椅端板通过螺栓安装于座椅的两端，可将来自扶手杆的力传递到座椅箱，并最终传递到地板上去。支撑骨架和座椅箱的材料均为铝合金，拼焊成为整体。椅面顶部内置铰链，可保证椅面至少打开70°，从而有足够的操作空间。椅面前端设置有三把方孔锁保证椅面关闭状态时锁闭紧固。座椅箱正面设置有2个可拆卸式检修门，方便在不打开椅面的情况下对箱内设备进行操作。

图1 座椅三维模型

如图2所示，通过软件对乘客腿部活动空间进行了验证，座椅箱正面设计有一定的倾角，以满足乘坐时的舒适性要求。

图2 人机工程学仿真验证模型

2 旋转机构设计

为了实现椅面顺利开闭，并方便对内部设备进行检修操作，经过分析，将旋转机构设置在座椅靠背顶部。由于该位置空间比较狭小，旋转机构的设计需考虑以下条件：首先，靠背顶部对应座椅安装的位置，需给安装结构留出空间；其次，为保证与其他普通座椅外观一致，靠背顶部需伸入侧墙凹坑约8 mm，同时需保证与凹坑顶部间隙5 mm；最后，还需考虑椅面与骨架的粘接结构、铰链安装方式的设计、椅面运动过程中的干涉问题等。最终，经过计算分析，旋转机构设计如图3所示。椅面支撑骨架通过粘接固定在椅面上，铰链的一端通过螺栓固定于支撑骨架顶部的长型材上，另一端通过T型螺栓固定在与侧墙连接的座椅安装型材上。

图3 旋转机构示意图

如图4所示，椅面打开后可用支撑杆对两侧进行支撑固定，同时椅面两侧设置有防脱安全绳，可在椅面撑开时固定于座椅侧扶手上，起到二次防护的作用。支撑杆材料为直径8 mm的不锈钢棒，如图5所示，收起状态时，支撑杆前端可牢固夹持在尼龙架中，防止在列车运行过程中的晃动和异响；支撑状态时，支撑杆前端垂直插入椅面支撑骨架的孔中，另一端将力传递到箱体上，保证支撑稳固、不滑脱。

图4 椅面打开状态

图5 支撑杆两种状态示意图

3 防水结构设计

座椅箱内布置有多种电器设备，若乘客误将水或饮料等液体不慎倾倒进箱内，可能会引发起火或紧急制动等安全事故。因此，座椅箱的防水性能是在结构设计时必须满足的重要要求。

(1)侧部防水。相对于椅面和两侧端板紧贴的固定式座椅，为了实现运动过程中流畅无干涉，活动椅面座椅的椅面和两侧端板之间留有3 mm的间隙。但是，这也对侧部的防水性提出了要求。如图6所示，在端板内侧增加低于椅面轮廓的“L”形弯槽，椅面的折边搭接在该侧部导水槽上，可以将椅面侧部的水流导入其中。同时，在导水槽的最低点(座椅和端板处于正确安装位置)开孔，可将水流进一步排至靠近侧墙的地板处，从而实现座椅侧部的防水，水流方向如图7所示。

图6 侧部导水槽与椅面配合关系示意图

图7 侧部导水槽及水流示意图

(2)顶部防水。因为靠背顶端与侧墙凹坑之间留有5 mm的间隙，若有水从该处流入，同样易对箱内设备造成威胁。因此，在该缝隙的下方安装通长的背部导水槽，如图8所示，可盛接顶部渗入的水滴，并将其引入两端的侧部导水槽中，最终同样排至地板上，实现顶部的防水。

图8 顶部导水槽

(3)正面防水。为了进一步方便检修，座椅箱正面设计有2个检修门，每个检修门上方两侧设置2把方孔锁，下方通过2个圆柱销插接在门框型材的销孔内。检修门板背面四周粘有膨胀密封胶条，在锁紧时可以保证门板能始终压紧门框，起到防水的作用。

(4)底部防水。安装完成后，座椅箱完全落地，在箱体周围与地板的缝隙处通过打胶进行密封，同时地板内侧留有向上的折边结构，进一步保证座椅箱底部的防水性能。

4 样机试制

为了验证设计的可行性，对活动椅面座椅进行了样机试制。如图9所示，座椅样机可实现椅面翻转打开、支撑杆稳固支撑固定的功能，翻转机构转动灵活，无卡顿。同时，经过验证，导水槽结构能够有效防止水流进入座椅箱内部。

图9 座椅样机

为了进一步验证活动椅面座椅的承载性能，对座椅样机进行了载荷试验，并将试验结果与传统的固定式座椅(长沙5号线座椅)进行对比。如图10所示，试验方法是在六人座椅的每个座位上，使用铁砂袋提供1 000 N的载荷(每个铁砂袋重25 kg，每个座位4袋)，加载5 min，卸载3 min后，运用百分表测量座椅端部点和中央点2个位置的变形量。试验数据如表1所示。

图10 载荷试验

表1 载荷试验结果对比 /mm

对试验数据进行分析，在静态载荷作用下，活动椅面座椅的椅面变形量稍大于传统的固定式座椅，承载性能稍有降低。在卸载后，活动椅面座椅样机骨架无开裂现象，胶黏剂无开缝和错位，椅面变形量小于设计标准(1 mm)，因此该座椅满足使用要求。

5 结束语

上文以南宁5号线全自动驾驶地铁项目为研究背景，介绍了一种新型不锈钢活动椅面座椅的设计方案，重点介绍了其旋转机构和防水结构。通过样机试制验证了座椅结构的可行性，并与固定式座椅的承载性能进行了对比。经过分析，这种活动椅面座椅可以满足南宁5号线项目的要求，同时也对今后同类型项目的座椅设计具有积极的参考意义。