陈国帼 王晓玲
（中车南京浦镇车辆有限公司 江苏 南京 210031 ）
摘要：介绍了城轨车辆客室不锈钢座椅的主要安装结构，通过在运营过程中出现的一例典型设计问题，采用有限元析软件进行对其工况模拟分析，找出不锈钢座椅发生问题的具体原因， 给出解决方案，并对后续座椅的安装设计提出建议。
关键词：不锈钢座椅；问题分析；改进措施
客室座椅作为城轨车辆面向乘客的直接载体，其安全性和舒适性是设计过程中重点关注 的项点。本文通过对一个城轨车辆客室不锈钢座椅运营中所出现的问题，通过有限元分析问 题出现的原因，提出改进措施,并为今后客室座椅的安装设计提供参考。
1.问题描述
客室不锈钢座椅在拆卸更换部件的时候发现，座椅安装座最上面一排安装梁的 C 型槽已被拉坏，发生塑性变形，严重影响乘客的安全。
1.1座椅的结构及安装
座椅采用悬臂式安装方式(即下部与地板无连接），通过安装座安装在车体侧墙结构上，安装座采用牌号为 6063-T5 铝合金型材，安装座与车体采用螺栓连接。座椅为不锈钢面罩， 与座椅骨架粘接为一体，通过 T 型螺栓与安装座的 C 型槽连接，座椅骨架在两端部与屏风挡板（铸铝结构）进行螺栓连接，屏风挡板与车体通过螺栓连接（设计师在初始设计时考虑座椅骨架最外侧两根梁柱与屏风挡板距离很近，且与之连接，屏风挡板与车体也有连接，因此就没有将此两根梁柱与车体连接）。
座椅安装方式如下图所示，座椅中间 5 根梁柱与座椅安装座连接，靠近两侧的两根梁柱与屏风挡板连接，与车体侧墙没有连接，屏风挡板与车体连接。
1.2计算工况
为了验证 C 型槽塑性变形产生的原因以及获取改进方案，进行以下工况的有限元计算分析：
按照实际运行中采用的 T 型螺栓和实际运行中采用的连接方式，进行有限元计算。采用工况
1.1、工况 1.2、工况 1.3 进行计算，载荷分别为：X3Z1、Y1Z1、Z3。
注：X3Z1 表示 X 方向施加 3g 加速度，同时 Z 方向施加 1g 加速度。
Y1Z1 表示 Y 方向施加 1g 加速度，同时 Z 方向施加 1g 加速度。
Z3 表示 Z 方向施加 3g 加速度。此载荷的施加依据标准 EN 12663。
2.有限元分析计算
在每个座位的中心位置施加垂直向下的力 800N。
连接梁的材料为 6063-T5，座椅骨架的材料为 5083H111；根据标准 EN-755，将两种材料的力学属性统计如表 2 所示。
表 1 材料
3.有限元计算结果
由计算得出，现有的运行情况下的 C 型槽在 T 型螺栓的拉力作用下，很多连接点的应力已经超过屈服极限，三个方向的加速度都会引起 C 型槽发生局部凸起的屈服变形，尤其是车辆行驶方向（X 方向）的加速度对其影响最大，且最上边第一根横梁受力情况最为严重，这
与在现场发现的第一排安装座的 C 型槽被拉坏的事实相吻合。最恶劣应力情况计算结果如下所示：
工况 1.1 计算结果
4.改进措施
根据有限元分析结果，重新考虑了受力的情况，对座椅的安装方式进行了优化，从两方 面进行：
1）增加座椅的连接点。将座椅最外侧的两根梁柱与车体进行了连接，即每侧增加了 4 个连接点，共增加 8 个连接。螺栓与两侧梁柱之间增加φ30，厚为 10mm 垫块，增加受力面， 避免局部变形。
2）增加每个连接点的接触面积。考虑到连接点应力很大，将 T 型螺栓头部进行了改良， 增大接触面积，特制接触宽度为 30mm 的 T 型螺栓。
整改后的连接情况如下图所示：
整改前 T 型螺栓头部 整改后 T 型螺栓头部
5.改进后结构有限元分析
5.1计算工况
按整改后的座椅安装结构进行有限元分析，采用工况 2.1、工况 2.2、工况 2.3 进行计算， 载荷分别为：X3Z1、Y1Z1、Z3。
注：X3Z1 表示 X 方向施加 3g 加速度，同时 Z 方向施加 1g 加速度。
Y1Z1 表示 Y 方向施加 1g 加速度，同时 Z 方向施加 1g 加速度。
Z3 表示 Z 方向施加 3g 加速度。此载荷的施加依据标准 EN 12663。
5.2计算结果
在每个座位的中心位置施加垂直向下的力 800N,考虑到 C 型槽已有部分发生塑性变形， 因此将变形区域切除，进行有限元计算，最恶劣应力情况计算结果如下：
由计算结果可知，整改后的安装方式大大的降低了安装座的受力情况，使得连接点的应 力降低到屈服极限以下，最大应力为 124.5MPa，三个方向的加速度均不会对 C 型槽造成破坏。
6.结束语
客室座椅按上述的改进方案整改实施已满 5 年。目前，客室座椅及安装座运营情况良好。
在此次对座椅进行的有限元受力分析过程中，通过增加支撑点应力的变化，可以得出座椅最 好的受力状态是下部有支撑的情况，此种安装结构能够大大的降低整个座椅及其安装件所受 的应力；如果一定要选择悬臂式座椅的安装方式，则一定要注意端部梁柱一定要与车体进行 紧固，并要注意连接点的数量，确保座椅设计的安全性能。
参考文献
【1】车辆座椅悬架自适应模糊 PID 控制及仿真[J]. 陈学文,张衍成,张玉蛟,杨威勇,邵鹏生. 机械科学与技术. 2014(05)
【2】车辆座椅悬架的研究进展[J]. 赵强,丁柏群,杨瑞,宋百玲,朱宝全. 上海汽车. 2011(04)