某五模块有轨电车客室的优化设计_文质彬.pdf

技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期某五模块有轨电车客室的优化设计文质彬，张浩宇(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)摘要:以某五模块有轨电车为基础，针对存在的问题，基于欧洲或国际标准，根据欧洲人体数据，从人机工程学角度优化了客室的轮椅区、台阶和扶手的设计，以期为后续出口到欧洲地区的有轨电车提供客室设计的参考和理论支撑。关键词:轮椅区;台阶;扶手;有轨电车Optimization design of a five-module tram passenger compartmentWEN Zhibin，ZHANG Haoyu(CC Zhuzhou Locomotive Co，Ltd，Zhuzhou 412000，China)Abstract:Based on a five-module tram，this paper optimizes the design of the wheelchair area，step，and handrail of passen-ger compartment according to European or International standards and ergonomic analysis based on European human data Itcan provide reference and theoretical support for the interior design of passenger compartments of trams exported to EuropeKeywords:wheelchair area;step;handrail;tramdoi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0090引言有轨电车具有节能、环保、高效、美观等优点，其采用模块化设计且型式多样，主要结构型式有单车型、浮车型、铰接型、三模块四转向架型(HKL 型)1。有轨电车客室是乘客直接接触的地方，因此在设计时，不仅需要为乘客提供一个美观、舒适的乘车环境，还需要考虑乘客乘坐车辆的便利性和安全性。本文基于欧洲用户角度，对某浮车型五模块有轨电车客室的轮椅区、地板和扶手的设计进行了优化。1客室布置现状及存在的问题某五模块有轨电车在转向架上方的客室布置了玻璃钢材质的横排座椅，并在靠近车门区域设置了优先座椅，用黄色进行区分，以便乘客进行识别，座椅之间过道的地板是水平的(见图 1)。同时在转向架区域中间的两对座椅之间设置了台阶(见图 2)。浮车客室内设置了轮椅区，并在轮椅区设置带扶手的腰靠，以便轮椅乘客和站立乘客使用(见图 3)。但是，此五模块有轨电车存在如下几个问题。1)轮椅区的布置不方便乘客上下车，也没有设置固定装置保护轮椅区乘客。2)中间座椅区地板上设置的台阶不等高，乘客容易绊脚摔倒。3)前排座椅没有设置足够的扶手，车辆紧急启动或制动时，前排乘客容易冲出座椅而摔倒;台阶区域没有设置扶手，乘客上下台阶时没有抓握处，同时车辆紧急启动或制动时，乘客容易冲出座椅而摔向对面乘客造成碰伤。图 1客室布置(一)图 2客室布置(二)53创新与实践TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023图 3客室布置(三)2优化方案2.1轮椅区优化设计目前方案的轮椅区布置在浮车的纵向座椅旁边，轮椅区垂直侧墙与座椅同向布置。通过对轮椅乘客上下车路径的人机工程学模拟分析，现有方案的轮椅乘客上下车时，需要在短距离内 2 次大角度转向，上下车路径复杂，对轮椅乘客和普通乘客形成较大阻碍(见图 4、图 5)。图 4轮椅乘客上车路径人机工程学模拟分析(现有方案)图 5轮椅乘客下车路径人机工程学模拟分析(现有方案)当轮椅区平行侧墙布置时(即与车辆纵向平行)，通过对轮椅乘客上下车路径的人机工程学模拟分析，此方案的轮椅乘客仅需 1 次大角度转向即可上下车，上下车路径简单，不会对轮椅乘客和普通乘客形成较大阻碍(见图 6、图 7)。因此，建议轮椅区平行车辆侧墙布置。图 6轮椅乘客上车路径人机工程学模拟分析(优化方案)63技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期图 7轮椅乘客下车路径人机工程学模拟分析(优化方案)轮椅区平行侧墙布置时，纵向所需空间更大，取消固定座椅，并设置折叠座椅。在轮椅区没有被占用时，可以为站立乘客提供坐席。同时，轮椅区背后需要设置挡板以防止轮椅向后倾翻(见图 8)。虽然轮椅本身会带有安全带和制动器，但是在车辆紧急启动或制动时，还是需要对轮椅乘客进行二次保护，以免轮椅制动器意外失效而冲出轮椅区，对轮椅乘客和普通乘客造成伤害。本优化方案在轮椅区背后的挡板上设置安全带，可以同时固定轮椅及轮椅乘客，并在轮椅区一侧设置横向扶手，方便轮椅乘客抓握，辅助轮椅乘客在车内移动。图 8轮椅区设计(优化方案)2.2台阶优化设计地板上设置的台阶不等高，乘客容易绊脚摔倒(见图 9)。然而，转向架空间需求和车体结构的限制，第一级台阶的平面已不能降低;并且第一级台阶高度为 284 mm，已经超过了标准 EN 16585 22中台阶高度不大于 200 mm 的要求，所以不能仅通过调整两级台阶的高度，使之达到等高。图 9中间座椅区台阶(原有方案)优化方案一是将座椅过道设计成斜坡，达到抬高平面、降低第一级台阶的目的(见图 10)。此时，两级台阶的高度都是 175 mm。斜坡的角度设计为 5 4，小于地板布 9 防滑等级对应的角度3，满足防滑使用要求。图 10中间座椅区台阶(优化方案一)73创新与实践TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023优化方案二是将座椅过道整体抬高，达到抬高平面、降低第一级台阶的目的，但过道区域与其他地板区域形成了一级台阶，过道区域与其他地板区域不再是连续平面(见图 11)。此时，两级台阶的高度都是155 mm。经分析标准 EN 16585 22 和标准 BS 5395 14 的要求:标准 EN 16585 2 中要求台阶高度 h 不大于200 mm;标准 BS 5395 1 中要求“150 mmh180 mm”。2 种优化方案的台阶高度都同时满足 2 个标准的要求，方便乘客使用。图 11中间座椅区台阶(优化方案二)2.3扶手优化设计前排座椅前方没有设置扶手，车辆紧急启动或制动时，前排乘客容易冲出座椅而摔倒(见图 12)。对此处优化设计时，在座椅前面设置立柱扶手和挡板，为乘客提供抓握处(见图 13)。图 12前排座椅扶手(现有方案)中间座椅没有设置扶手，乘客上下台阶时没有抓握处，同时车辆紧急启动或制动时，乘客容易冲出座椅而摔向对面乘客造成碰伤(见图 14)。对此处优化设计时，在台阶两侧设置扶手，为乘客提供抓握处(见图 15)。图 13前排座椅扶手(优化方案)图 14中间座椅扶手(现有方案)图 15中间座椅扶手(优化方案)下面将按照标准 ISO 7250 15 和标准 ISO/T7250 26 中欧洲区域的人体数据(包括18 65 岁男83技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期性和女性数据)进行人机工程学分析。选用5 分位和95 分位人体各项数据，以包含最宽泛的数据。经分析，前排座椅扶手可以满足 5 分位人体坐姿时的需求，只是乘客的臀部不能靠近座椅后部，需要向前移动，同时身体也不能向后靠向椅背，需向前倾斜，才能抓住扶手，如图 16(a)所示。当乘客起身离开座位时，也可以满足 95 分位人体的抓握需求，如图16(b)所示。图 16前排座椅扶手人机工程学模拟分析(优化方案)中 间 座 椅 扶 手 是 竖 向 的，可 以 满 足 标 准EN 16585 22 中在800 1 200 mm 为乘客上下台阶时提供抓握处的要求。同时，中间座椅扶手可以满足95 分位人体坐姿时的需求，只是乘客的手臂须弯曲并向上移动，才能抓住扶手，如图 17(a)所示。当乘客起身离开座位时，内侧座椅上的 5 分位人体也可向前抓住扶手，如图 17(b)所示。图 17中间座椅扶手人机工程学模拟分析(优化方案)3结语国内有轨电车技术发展主要通过技术引进合作、消化吸收、自主创新途径实现技术自主化，并逐步实现技术输出。欧洲是有轨电车的发源地，也是今后很长一段时间内技术提升的高地，我国在技术输出时，需要基于欧洲标准对有轨电车进行设计。本文以某五模块有轨电车为基础，针对其中的问题，基于欧洲(下转第 43 页)93技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期铁屑挤压刀刃的情况。保证该位置深孔的加工精度、质量。图 10制动器孔加工3实施效果通过对以上改善方案的实施，马来西亚三号线构架加工时间得到进一步缩短，加工质量更是有着显著的提升。加工 U 型槽通过修改程序，将转速提到1 000 r/min，进给提到 200 mm/min，每刀切深减少为7 mm，所有一系簧座板 U 型槽及缺口加工完所花时间仅 40 min，增加的精铣程序保证了表面质量与粗糙度。制动器面、孔的加工方式改善了加工产品的尺寸精度，同时减少了对机床的损害。仅仅只是 U 型槽加工的一项改善，最终将加工时间缩短近2 h/架。加工 U 型槽反面的沉台改用沉台铣刀后，刀具成本降低约 440 元/架，加工效率提升 400%，每年节约制造成本约 8 万余元。4结语本文从产品结构、加工难点、及工具参数、走刀路径等方面分析了马来西亚三号线转向架构架的加工工艺，并通过工艺优化保证了构架一系簧座 U 型槽、沉台的加工质量，大大提升了构架加工效率并改善了构架加工质量，顺利完成该项目构架加工试制。参考文献:1 闻邦椿 机械设计手册:第 2 卷 M 北京:机械工业出版社，2012 2 周泽华 金属切削原理 M 上海:上海科学技术出版社，1984 3 盖增杰 关于高铁车辆车下质量振动传递机制的研究 D 大连:大连交通大学，2014作者简介:聂希来(1996)，男，湖南株洲人，本科，助理工程师，研究方向:机械加工工艺。(上接第 39 页)或国际标准，根据欧洲人体数据，从人机工程学角度优化了客室的轮椅区、地板和扶手的设计，保证乘客乘车的舒适性和安全性。参考文献:1 聂世涛，谢耀征，柏友运 常见有轨电车车型及其改型研究分析 J 电力机车与城轨车辆，2021，44(4):71 75 2 ailway applications Design for PM use Equipmentand components on board rolling stock Part 2:Elementsfor sitting，standing and moving:EN 16585 2:2017 S 2017 3Testing of floor coverings Determination of the anti slip property Workrooms and fields of activities withslip danger Walking method amp test:DIN 51130:2014 S 2014 4 Stairs Part 1:Code of practice for the design of stairswith straight flights and winders:BS 5395 1:2010 S 2010 5 Basic human body measurements for technological design Part 1:Body measurement definitions and landmarks:ISO 7250 1:2017 S 2017 6 Basic human body measurements for technological design Part 2:Statistical summaries of body measurementsfrom individual ISO populations:ISO/T 7250 2:2014 S 2014作者简介:文质彬(198