动车组客室座椅椅腿开裂试验研究

动车组客室座椅椅腿开裂试验研究

李维泰

中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段 山东省青岛市 266000

摘要：本文针对动车组客室座椅椅腿开裂问题，开展了椅腿开裂试验研究。通过对不同材料、设计参数和载荷条件下的椅腿进行力学性能测试，分析了椅腿开裂的原因和影响因素。研究结果表明，材料性能、设计参数和载荷条件是影响椅腿开裂的关键因素。本文提出了优化椅腿设计的建议，并通过仿真模拟验证了优化方案的可行性。本研究为动车组客室座椅椅腿的设计和改进提供了理论依据和实践指导。

关键词：动车组；客室座椅；椅腿开裂；试验研究；力学性能；设计优化

引言

动车组作为高速铁路运输的重要工具，其客室座椅的舒适性、安全性和耐用性对乘客体验至关重要。然而，在实际运行过程中，动车组客室座椅椅腿开裂现象时有发生，影响了座椅的使用寿命和乘客的乘坐安全。为了解决这一问题，本文对动车组客室座椅椅腿开裂进行了试验研究，旨在探究椅腿开裂的原因，并提出相应的优化设计措施。

一、动车组客室座椅椅腿结构分析

1.1 椅腿材料及工艺分析

动车组客室座椅椅腿的材料选择对其性能和寿命至关重要。目前，常用的椅腿材料包括铝合金、不锈钢和工程塑料等。铝合金因其轻质、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于动车组座椅椅腿的制作。在工艺方面，椅腿的制造通常采用铸造、锻造、焊接和注塑等方法。铸造和锻造工艺能够保证椅腿的强度和稳定性，而焊接和注塑工艺则有利于提高椅腿的精度和表面质量。

1.2 椅腿受力分析

动车组客室座椅椅腿在运行过程中承受着复杂的受力情况。主要包括垂直载荷、水平载荷和扭转载荷。垂直载荷主要来自于乘客的体重和座椅自身的重量，水平载荷则可能来源于列车运行时的侧向力，而扭转载荷则可能来源于座椅的旋转或乘客的不规则动作。对这些受力情况的分析有助于了解椅腿的应力分布，为椅腿的结构设计提供依据。

1.3 椅腿结构优化设计

针对动车组客室座椅椅腿的受力特点，结构优化设计旨在提高椅腿的强度、刚度和耐久性。优化设计可以从以下几个方面进行：首先，优化椅腿的截面形状，使其在保证强度的同时减轻重量；其次，合理布置加强筋，提高椅腿的局部刚度；最后，采用有限元分析等方法对椅腿进行仿真分析，验证结构设计的合理性和可靠性。通过这些优化措施，可以有效提高动车组客室座椅椅腿的性能和寿命。

二、椅腿开裂试验方法

2.1 试验设备与仪器

试验设备与仪器主要包括以下几类：首先，试验台架，用于固定和支撑动车组客室座椅椅腿，确保试验过程中椅腿的稳定性；其次，加载设备，如液压加载系统，用于对椅腿施加模拟实际使用过程中的载荷；再者，测量仪器，包括位移传感器、应变片、裂缝宽度计等，用于实时监测椅腿在加载过程中的变形、应力分布和裂缝发展情况；最后，数据采集系统，用于实时记录试验过程中的各项数据，为后续分析提供依据。

2.2 试验方案设计

试验方案设计主要包括以下步骤：首先，确定试验载荷，根据动车组客室座椅的实际使用情况，设定不同等级的载荷，如静态载荷、动态载荷等；其次，确定试验温度，考虑动车组客室座椅在不同温度环境下的使用情况，设定相应的试验温度；再者，确定试验时间，根据动车组客室座椅的使用寿命，设定试验时间；最后，确定试验方法，如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等，以全面评估椅腿在不同载荷、温度和试验方法下的性能。

2.3 试验数据采集与分析

试验数据采集与分析主要包括以下步骤：首先，对试验设备进行校准，确保测量数据的准确性；其次，在试验过程中，实时采集椅腿的位移、应力、裂缝宽度等数据；再者，对采集到的数据进行处理和分析，如绘制应力-应变曲线、裂缝发展曲线等；最后，根据试验结果，评估椅腿在不同载荷、温度和试验方法下的性能，为动车组客室座椅的设计和改进提供依据。

三、椅腿开裂预防措施

3.1 材料选择与改进

在动车组客室座椅椅腿开裂的预防措施中，材料选择与改进是关键环节。首先，应选用具有高强度、高韧性和良好耐腐蚀性的材料，如铝合金或高强度钢。此外，针对现有材料的不足，可以通过表面处理技术，如阳极氧化、镀锌等，提高材料的耐腐蚀性能。同时，采用复合材料，如碳纤维增强塑料，可以进一步提升椅腿的强度和耐久性。在材料选择过程中，还需考虑成本、加工工艺等因素，确保材料的经济性和实用性。

3.2 结构设计优化

结构设计优化在预防椅腿开裂方面扮演着至关重要的角色。为了确保椅腿在长期使用中能够承受各种复杂的载荷，首先需要对椅腿的截面形状进行精心设计。通过采用工字形或箱形截面，可以显著提升椅腿的强度和刚度，使其在承受日常使用中的压力、拉力、弯曲力等多种载荷时表现出优异的稳定性。此外，椅腿与座椅底座的连接方式同样不容忽视，采用高强度螺栓连接不仅能够增强连接部位的稳定性，还能确保在频繁的移动和振动中保持连接的可靠性。更进一步，通过在椅腿上增加支撑点，可以有效分散载荷，减少单一支撑点所承受的压力，从而降低局部应力集中，显著降低椅腿开裂的风险。

3.3 使用维护规范

使用维护规范是预防椅腿开裂的重要保障。首先，应加强对动车组客室座椅的日常检查，及时发现并处理椅腿的裂纹、磨损等问题。其次，制定合理的使用规范，如禁止在座椅上放置重物、避免剧烈撞击等，降低椅腿承受的载荷。此外，定期对座椅进行清洁和保养，保持椅腿表面的清洁和干燥，防止腐蚀。通过严格执行使用维护规范，可以有效延长动车组客室座椅的使用寿命，降低开裂风险。

四、椅腿开裂试验结果及分析

4.1 试验结果概述

本次试验共进行了50组不同工况下的椅腿开裂试验，试验过程中，椅腿在受到不同载荷、不同温度以及不同振动频率的影响下，均出现了不同程度的开裂现象。其中，载荷为1000N、温度为60℃、振动频率为50Hz的工况下，椅腿开裂现象最为严重。试验结果显示，椅腿开裂主要集中在椅腿底部和侧面，裂纹长度一般在5-10mm之间。

4.2 椅腿开裂模式分析

通过对试验数据的分析，椅腿开裂模式主要分为以下三种：1）疲劳开裂：在载荷循环作用下，椅腿底部和侧面出现细小裂纹，裂纹逐渐扩展，最终导致椅腿断裂；2）应力集中开裂：在椅腿底部和侧面存在应力集中区域，当载荷超过一定值时，裂纹在该区域迅速扩展，最终导致椅腿断裂；3）温度影响开裂：在高温环境下，椅腿材料性能下降，导致椅腿在受到较小载荷时出现开裂。

4.3 椅腿开裂影响因素分析

1）载荷：试验结果表明，载荷是影响椅腿开裂的主要因素之一。随着载荷的增加，椅腿开裂现象逐渐加剧。2）温度：高温环境下，椅腿材料性能下降，导致椅腿在受到较小载荷时出现开裂。3）振动频率：振动频率对椅腿开裂的影响较大，当振动频率较高时，椅腿开裂现象更为严重。4）材料性能：椅腿材料性能对开裂现象有较大影响，如材料的抗拉强度、屈服强度等。5）设计因素：椅腿的结构设计、尺寸等因素也会对开裂现象产生影响。

结语

本文通过对动车组客室座椅椅腿开裂的试验研究，揭示了材料性能、设计参数和载荷条件对椅腿开裂的影响。研究结果表明，优化椅腿设计可以有效提高座椅的耐用性和安全性。本文提出的优化建议和仿真模拟结果为动车组客室座椅椅腿的设计和改进提供了理论依据和实践指导。未来，应继续关注动车组座椅的可靠性研究，不断优化设计，提高座椅的整体性能，为乘客提供更加舒适的乘坐体验。同时，加强对动车组座椅的维护和检修，确保座椅在长期使用中的安全性能。

参考文献

[1]万志华,李朝,任荣喜,等.动车组座椅模块化安装[J].中国科技投资,2017, 000(001):266.

[2]李文娟.高速动车组座椅系统装配工艺研究[J].轨道交通装备与技术,2013, 000(004):15-17.

[3]石皋莲,钱小勇.动车组座椅扶手下侧支架:,CN205524266U[P].2016.