客车设计部培训教材
KSJC05-06
铁路客车座椅设计技术
作者 刘志美
内容提要:本文重点介绍了客车座椅的设计原则、设计步骤、设计要点及统型25G型硬座车座椅设计，对铁路客车座椅设计的掌握将有积极的帮助。
1概述
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铁路客车座椅是客车设计中的重要部件之一，是车内设备的重要组成部分，座椅设计的合理与否直接影响到旅客乘坐的舒适度和列车的档次，是体现旅客列车人性化、舒适性以及整车车辆水平程度的重要标志之一。
我国现行铁路旅客列车的座椅从形式上可分为固定式座椅和活动式座椅两种。固定式座椅根据不同车型又可分为22、25B型硬座车座椅及25G型硬座车座椅两种;活动式座椅根据结构型式的不同又可分为座垫前滑式座椅及靠背后仰式座椅两种。
22、25B型硬座车座椅俗称大板椅，由于整车定员数多，座间距较小，座椅的外部造型基本无人性化设计理念，也不符合人机工程学的基本要求，座垫、靠背薄而硬，座垫与靠背几乎成直角，大板椅由此而得名。这种型式的座椅，旅客乘坐时间稍长些极易产生疲劳，而且背对背旅客共用一个靠背，一侧的乘客共用一个座垫，一组座椅六人或四人只要其中一人站起或坐下引起的座椅震动都会对其他乘客产生影响，且每座之间无扶手或任何分区，对女性乘客而言更增加了不便因素。
25G型硬座车座椅，随着列车速度的提升及车辆档次的要求，加之车体长度的增加，定员数减少，座间距得到了适度的增加，给座椅的设计提供了空间的保证，座椅的外部造型基本满足人机工程学的要求，座垫与靠背之间形成了一定的角度，座垫、靠垫的曲线设计及垫材的软硬程度更具人性化的设计理念，基本满足了旅客的乘坐需求，且座垫、靠垫是按个分设的，乘客之间相对不易产生大的干扰，相对25B型车座椅，舒适度得到了较大的改善。
前滑式座椅及靠背后仰式座椅，此类型座椅普遍用于档次高、速度快的客车或动车组上。该类座椅的最大优点在于极大地满足了乘坐的舒适度和人性化设计理念，具体表现在二个方面：一是座椅自身的乘坐舒适度提升，由于有足够的空间，座垫与靠背可以根据坐姿进行无级调节，改变了固定座椅始终一个坐姿带来的疲劳感，而且座垫、靠垫的设计更加符合人体曲线的要求，高速列车的座椅布置常规为2＋2，座椅的宽度得到了有效增加，座椅间增设了活动扶手，乘坐更加舒适;二是座椅的人性化程度明显增加，在座椅的后背板上设有书报架、小茶桌（有的小茶桌设置在扶手座里）、可调节的脚蹬，进一步提高了座椅的档次，提高了乘坐的舒适度，根据车内影视系统的配置，为了更加体现以人为本的理念，在座椅的扶手前端还设置了音响和电视的操作按钮，旅客不需起身就能方便地更换视听节目。
随着旅客列车的速度和档次的不断提高，内部设备件包括座椅在内的旅客服务设施在满足环保、防火、轻量化要求的同时，如何采取防振、抗振的结构设计，利用人机工程学原理优化座椅外部适型，使
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其更具人性化特色，提高乘坐舒适度，是我们对座椅设计的新追求。 2设计原则
设计原则：座椅作为车辆内部设备的重要组成部分，其安全性、可靠性、舒适性要求是座椅设计的最根本要素。座椅的结构设计应能满足强度、刚度、安装及轻量化要求，外型设计符合人机工程学原理，及人性化的功能设置，采用模块化的设计结构，保证运输的便捷和车上安装的集成化。
22、25B、25G型硬座车座椅其外型尺寸、安装方式、每辆车定员数量及座椅配置主要依据招标文件中的技术规范来确定，对于研制型产品主要依据该项目的总技术要求设计或选用符合要求的座椅，对于特别要求的车辆，比如地方铁路客车可根据用户的需求来配置座椅。
下面结合25G型硬座车座椅以及活动式座椅（以“二动一拖”座椅为例），对其设计步骤、设计要点进行重点介绍。 3设计步骤 3．1设计依据
TB/T1755-1986《硬座车座椅尺寸参数及技术条件》
《技术规范》中对座椅的有关规定；
《技术规范》中各车种平断面布置中座椅的配置要求; 总体设计说明及平断面布置图; 同类座椅的设计。
3．2 设计定位（设计方案确定）
依据总体设计技术要求及平断面布置图确定座椅的结构型式、安装关系、数量以及双人双面、三人双面、双人单面以及左右件的配置。
结构型式：25G型统型座椅 数量：根据车型车种确定 座椅配置：根据车型车种确定 3．3提出联系书
与车体之间的安装关系以业务联系书的方式提出，针对车体浮筑地板结构的安装要求以及座椅安装需要，在车体纵向铺有通长铝合金型材，该型材断面须同时满足铺设地板及安装座椅的要求，根据座椅腿部连接方式和椅腿造型，在通长铝型材上提出安装座椅用防转螺栓的开孔尺寸，并明确座椅螺栓安装面的铝合金厚度，保证座椅能安装牢固。 3．4完成设计 3．5试制验证
座椅的设计必须满足其使用功能的要求，产品试制完成后须对其进行强度试验，25G型统型座椅由于是在以往成熟座椅的基础上研制而成的，在招标技术规范中无明确进行相关强度试验的要求和执行标
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准。产品制成后主要检验项目为：座椅外观和功能检验、原材料的物理性能和阻燃性能检测报告。对于活动座椅除上述检验项目外还须进行强度性能试验、耐久性能试验等。 4设计要点 4．1基本要求
a) 整体要求
对于不同运营速度以及不同内装档次的各车型座车，对座椅的功能要求和舒适性指标是不同的。车辆的运营速度越高，相对而言对座椅的各项主要性能指标要求越高，比如座椅强度性能、轻量化指标等；车辆的内装档次越高，对座椅的功能要求、舒适度指标就越高。但不论是固定式座椅还是活动式座椅，其安全性、可靠性以及与车体连接的牢固性是必须保证的。
b) 基本参数
产品须符合TB1755-1986《硬座车座椅尺寸参数及技术条件》的基本规定。 c) 结构要求
座椅的强度主要是由其骨架来保证。固定式座椅的座垫及靠垫骨架主要由钢板折边后焊接而成， 钢板材料通常用碳素结构钢，组焊后应不变形、不开焊，与座垫、靠垫的接触面应平整、光滑，不得有 锐棱和毛刺，并进行防腐处理，座椅腿通常用圆钢或方钢管制作，并与座垫、靠垫骨架用螺栓连接。外 露面还须进行喷塑处理，喷塑面不应有起皱、流坠、气泡等缺陷。喷塑厚度为60μm～100μm。活动式 座椅的骨架主要由强度较高的超强铝骨架焊接而成，骨架为铝合金挤出型材，型材断面的设计应满足座 椅强度、刚度要求外，同时应满足座椅相关部件与之连接的需求，比如与座垫、靠垫的安装，与座椅腿的安装，通常活动式座椅的腿部与上部安装骨架是用T型螺栓连接起来的，这样能够保证两座椅腿之间的距离可以调整，更好地适应各种车辆的安装要求。
d) 安装要求
固定式座椅应结构可靠，座垫、靠垫与骨架安装便捷、稳固，座椅与车体连接方式应方便车上安装和更换。
活动式座椅组成后应作用灵活，无异常响声，调节装置及操作按钮应可靠，各项功能设施应作用良好，座椅与车体连接方式应方便车上安装和更换。 4．2 主要材料要求
a) 座椅用钢板应符合GB/T700-2006《碳素结构钢》的规定。
b) 座椅用铝合金型材应符合GB/T5237.2的规定，力学性能应不低于6063－T5，阳极氧化型材氧化膜质量应不低于AA15级。粉末喷涂型材质量应符合GB/T5237.4规定。
c) 座椅用垫材应符合TB/T3138-2006的规定。 d) 座椅用面料应符合Q/PC25.041-2002的规定。 e) 非金属材料的阻燃性能应能符合TB/T3138-2006规定。
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f) 非金属材料的环保要求应能符合TB/T3139-2006规定。 g) 压铸铝合金应符合GB/T15115－1994的规定。 4．3 结构设计 4．3.1 固定式座椅
固定式座椅主要由靠背骨架、靠背垫、座垫、支架等组成。
靠背骨架是由方钢管和钢板折边后焊接而成，该骨架主要承载旅客乘坐时的背部力量，所以必须有足够的强度和刚度，同时须满足安装靠背垫的结构需要，还须满足与下部支架的连接要求;
靠背垫主要由聚氨脂高回弹发泡垫材与阻燃纺织面料组成，垫材的设计应符合人体工程学的要求，各项物理性能指标、阻燃性能指标应满足TB/T3138-2006的要求；
座垫主要由聚氨脂高回弹发泡垫材与阻燃纺织面料以及与支架固定的连接件组成，垫材的设计要求同靠垫，安装结构的设计应满足方便、可靠的要求；
支架主要由两部分焊接而成，一部分为水平位置的骨架，由钢板折边后焊接，由于须承载座椅及旅客的全部重量，其刚度和强度须满足要求，同时结构设计还应考虑与靠背骨架的连接以及与座垫的安装结构，另一部分为座椅腿组成，椅腿由四个钢管加连接座外加装饰罩组成，二部分焊接而成。
考虑到固定式座椅通常为双人双面或三人双面的布置，设计座椅时应考虑到车上安装的可操作性以及运输的便捷性，座椅设计分成了几个小模块，即靠背组成、座垫组成、支架组成，各模块设计时都应考虑相应的安装接口，车上安装时各模块间用紧固件连接牢固。座椅设计时还应考虑与侧墙或端部间壁间留有间隙，便于安装座椅套。 4．3.2 活动式座椅
活动式座椅顾名思义是指座垫可向前移动或靠垫可向后仰，或座垫、靠垫联动，同时完成座垫前 移和靠垫后仰的动作。现以“二动一拖”软座车座椅为例，简单介绍活动座椅的结构设计。
“二动一拖”软座车座椅为座垫、靠垫联动式座椅，该座椅的运行轨迹为座垫向前滑行，靠垫向下、 向前移动，同时改变了靠垫的角度，实现无级调节的可躺功能。
该型座椅主要结构有靠垫及头靠组成、座垫组成、脚蹬及椅腿组成、腿支架组成、侧扶手及中扶手组成以及安装在腿支架上的跑道组成，另外从装饰性的效果考虑，座垫下部还增加了玻璃钢制成的底罩，椅腿及椅脚的外部分别用PVC和ABS材料制成了装饰罩，靠垫的背板采用ABS材料模压而成，并留有安装翻板小茶桌及垃圾箱的接口。
活动式座椅在结构设计时，首先应考虑活动件与固定件之间的相互连接及安装关系，确保活动部件在固定件上的移动的顺畅及可靠，满足可躺座椅的功能需求。
活动式座椅在脚支架上装有组合跑道的下滑道，在活动座垫的下部装有组合跑道的上滑道，在滑道上还装有控制滑行的卡扣，卡扣的操作按钮安装在座椅扶手的前端，通过旅客按下按钮即可实现滑移，放下按钮即可在该位置停止，操作符合人性化的要求。
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靠垫的上部两侧装有滑动块，此滑动块在固定的靠背骨架的滑槽内移动，靠垫的下部两侧与座垫的后端铰接，并随座垫的滑动而滑动，座垫的动力来自于人体向前的力量，上部的头靠通过钢骨架结构与靠垫的骨架用紧固件连接，并随靠垫一起移动；
活动脚蹬和椅腿为一个模块，脚蹬用压铸铝制成，并通过活动轴、肖、套等件与椅腿连接； 扶手的结构设计分固定扶手和活动扶手，座椅的两侧设有固定扶手，主要有扶手把、手动开关、扶手支架以及内、外侧板组成，扶手把是由钢板折边后外覆聚氨脂自结皮复合而成，并通过底部的焊接螺栓与扶手支架固定并安装上手动开关，再将ABS材料制成的内、外侧板通过支架对把在扶手上；中间扶手的设计，考虑到旅客进出的方便，应可以翻起置入两个靠垫之间的位置，中扶手主要有支架、扶手、外罩板组成，扶手支架固定在腿支架与两个靠背支架之间，扶手通过连接肖及螺套与支架相连并实现转动，扶手外部覆有聚氨脂自结皮，外罩板由ABS材料制成。
通常活动式座椅在组成阶段须进行跑道的跑合调试、脚蹬转动及小茶桌翻转的的灵活性调试，加之活动座椅的外形尺寸能满足装车的要求，所以生产厂家是以完整座椅的形式进行供货的。 5 25G型统型硬座车座椅
25G型统型硬座车座椅是目前铁路25G/T型客车中的主型座椅，其主要特点为结构简单，安装方便。靠背组成、座垫组成及支架为模块，车上安装及更换方便，由于车辆的运营速度为120km/h,与车体的连接只是将椅腿用木螺钉固定在地板上即可。设计时座椅与侧墙板间、客室两端座椅与间壁之间须留有安装座椅套的空间。座椅的外观见图1。
图1 25G型统型硬座车座椅外观图
5．1结构组成及安装
25G型统型硬座车座椅主要由靠背骨架、靠背垫、座垫、支架及装饰罩组成。根据硬座车的平面布
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置，常规规格有三种：三人双面座椅、双人双面座椅、双人单面座椅。它们的外形尺寸分别为（以双人双面为例见图2）：
三人双面座椅：1190（高）X1380 (宽) X1080(深)； 双人双面座椅：1190（高）X920 (宽) X1080(深)；
双人单面座椅：1190（高）X920 (宽) X540(深)。
通常固定式座椅不设扶手，从安全的角度出发，靠背的设计虽然是单个的，但是安装后靠背之间是紧密相依的，所以靠背的设计宽度应在450～460之间，才能保证正常的乘坐需要而又不占用有限的走廊宽度。
图2 25G型统型硬座车双人双面座椅
图3 25G硬座车座椅靠背骨架结构
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靠背骨架是由方钢和钢板及胶合板组成的，其主要作用是连接下部支架、安装靠背垫，同时保证靠背垫的强度，靠背垫的外形设计应符合人机工程学的要求，结构设计应考虑与骨架的连接方式，该座椅是利用尼龙搭扣及鞋钉将靠背垫固定在骨架上的（见图3）。
支架的结构设计为钢板折边后组焊成水平的框架结构，与四个圆钢管组成的椅腿焊接后组成支架，支架的主要作用是安装座垫、安装靠背组成座椅固定在车体地板上，设计时应考虑与靠垫、座垫的安装接口以及与车体的连接关系，实际上支架是承载了座椅及乘客的所有重量，在设计时一定要考虑到强度设计是否满足运营需求（见图4）。
座垫的设计，应满足人体工程学的要求，结构上应满足与支架的安装设计要求，考虑到座垫是在车上安装的，座垫下部的空间较小，为方便工人操作，座垫的安装是采用预埋螺栓的方式紧固，不须动用电钻等设备即可完成（见图5）。
图4 25G硬座车座椅支架结构
图5 25G硬座车座椅座垫的安装
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6展望
随着铁路事业的发展，车辆的速度和档次不断提高，设计满足高速运营的客车座椅是个崭新的课题。车速的提高，对座椅的强度要求、轻量化的要求都有了一定的提高，人性化的座椅设计更是高档车所不能或缺的，舒适度指标、各种功能的增加都是高档座椅所必须具备的，这当中涉及到诸多的新材料、新结构，是我们今后座椅设计所要研究的课题。
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