列车座椅静态舒适性研究.pdf

列车座椅静态舒适性研究 江渡，闫志勇 大连交通大学机械工程学院，辽宁大连（116028 ） E-mail ：3987595@163.com 摘 要：为适应我国铁路向高速化、舒适化方向发展的趋势，本研究基于坐姿下乘坐静态 舒适性的生理学机理，分析了座椅结构形式，及适合我国人体特征乘坐舒适的座椅结构几 何参数。 关键词：列车座椅，舒适性，生理学 1 引言 交通运输工具的变革都是围绕着如何满足日益增长的社会需求，让人们在更大的空间、 更短的时间内流动这个目标进行的，因而速度是交通运输现代化的重要标志。因此我国也 在不失时机的抓紧建设高速铁路。高速铁路在向着高密度、高速度方向发展的同时，应用 现代人机工程学，也向着舒适性方向飞速发展。作为人与列车之间连接部件的座椅，是人― 车环境中人机界面的重要元素，它的结构形式、几何参数和物理参数，都对乘坐舒适度有 很大影响。目前，国内还没有高速列车座椅，准高速列车座椅一般从国外引进，我们应该 消化吸收其先进经验，探讨适合我国国情的中高速旅客列车座椅，借以推动铁路车辆工业 的发展。 2 坐姿下静态舒适性的生理学效应 2.1 脊柱结构 在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。腰椎、骶骨和椎间盘 及软组织承受坐姿时上身大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作。对座椅设计而言，这两 部分最为重要。正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿 状态下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉织织上承受均匀的静负荷。人体的坐姿本身 就是一对矛盾。当直腰坐时，身体保持“S型，椎间盘内压力小，但是肌肉负荷大；当弯腰 坐时，可以解除背部肌肉的负荷，使整个身体感觉舒服，有利于身体平衡，但增加了椎间 盘的内压力，易形成佝偻。如图1 所示。 -1- 图1 不同坐姿时脊柱状态 Fig1 The states of spine in different sitting posture 2.2 体压分布 人体在坐姿情况下，大腿和上身的重量必须由座椅来承担。人体结构在骨盆下面有两 块圆骨，称为坐骨结节，这两块小面积能够支撑大部分上身的重量。覆盖在它们上面的皮 肤能获得丰富的动脉血液供应，就像脚底一样；而臀部的边缘部分，血液循环则大不一样， 在这部分静脉较多（含有较少的氧）。当人坐着的时候，覆盖着坐骨结节的皮肤能够更好 地经受住持久的压力。因此，座面上的臀部压力分布应该是坐骨结节处最大，由此向外逐 渐减少，直至与座面边缘接触的大腿下部，压力最小。座椅靠背上的压力分布，应当是肩 胛骨和腰椎骨两个部位最高，这就是靠背设计中的“两点支撑”准则。没有腰靠将只靠肌肉 来维持腰曲弧形，势必引起腰部肌肉疲劳和损伤。当人长时间保持一个坐姿不动而出现肌 肉紧张时，稍稍转动身体位置可以促进生物电的活动，使肌肉放松而重新获得休息。 3 舒适坐姿对座椅设计的要求 舒适的坐姿生理特征，应该保证腰曲弧形处于正常自然状态，腹背肌肉处于松弛状态， 从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。因此，最舒适的坐姿，是臀部稍离 靠背向前移，使上体略向后倾斜，保持体腿夹角在 90°～115°之间，小腿向前伸，大腿与 [4] 小腿，小腿与地面之间也有合适的夹角，如图2 所示 。 -2- 图2 舒适坐姿的关节角度 Fig2 The joint angle in comfortabl