A型城市轨道车辆客室扶手设计

A型城市轨道车辆客室扶手设计

丁修予  邢淑梅 张敬大

中车大连机车车辆有限公司   辽宁大连  116045

摘　要：本文介绍了某项目A型城市轨道车辆的客室扶手设计方案。城市轨道车辆客室扶手是专为站立乘客乘车提供安全保障的抓握部件，对乘客能享受到舒适性、安全性乘车体验有至关重要的作用。[1]其在车辆启动和制动过程中，客室扶手会受到乘客较大的抓握力和冲击力，为满足乘客站立乘车的便利性与舒适性，遵循人机工程学[2]相关原理和方法，对某项目车辆客室扶手的设计方案进行分析校核，形成最终设计方案。

关键词：城铁车辆 客室扶手设计 双瓣式中立柱扶手

一、概述

车辆客室内装中扶手是最能影响乘客乘坐舒适性和安全性的地铁内装部件，客室扶手的设计应在符合人机工程学要求的基础上，保证乘客使用的安全性、手握的舒适性和普遍适用性。文章针对某A型城市轨道车辆项目客室中扶手设计，介绍了客室中扶手的设计原则、选材特点、组成、安装结构等，为后续A型铝合金车辆中客室扶手的设计提供了一定的依据。

二、扶手设计

A型车体结构，车内客室扶手设计主要分为门立柱罩扶手、座椅挡风板扶手、座椅上方侧扶手、端部侧扶手、中立柱扶手、以及吊环组成等。

1客室扶手布置设计

Tc车为带司机室的拖车，Mp、M车为不带司机室的动车。客室扶手的分布充分，设计满足人机工程学的要求，在车辆客室的门区、窗区设置中立柱扶手杆，在客室中心线上分布设置横扶手，横扶手上均布设有吊环；座椅两端设置挡风板及扶手，上方设置侧扶手；门立柱罩上设置内嵌式扶手，贯通道区域两侧设置扶手。Mp车二位端右侧安装有残疾人靠背。所有扶手杆采用不锈钢材质，表面采用拉丝处理，美观可靠。（见图1）

图1 客室扶手布置

2 中立柱扶手设计

地铁扶手设计主要遵循人机工程学相关原理和方法进行的，从而最大限度地体现内装设计的人性化、舒适性和安全性，其中最重要的设计原则就是人体尺寸百分位数，最常用的有P5、P50、P95３种百分位数。按照GB10000-1998[3]中人体尺寸标准，3种百分位数对应的我国男女身高尺寸（见表１）。车辆中心横扶手的高度尺寸1900mm就是根据人体身高尺寸的95%确定的，这样可确保95%的人群身高小于此值，从而避免身材高大人群头部触碰到上部中央横扶手杆，同时也保障50%以上的男女乘客可方便抓握到中央横扶手杆。[4]

表1 人体尺寸

中立柱扶手布置位于客室中央，具有占据空间大且造型醒目的特点，对其结构的设计和接口特性进行了研究设计。客室内设有5处门区中立柱扶手，4出窗区中立柱扶手。（见图2）门区中立柱扶手采用双开花形式。内侧之间距离为150mm，能够同时保证中立柱两侧均有乘客把扶且互不干涉。窗区中心设置单根中立柱扶手结构，中心横扶手与地板布上平面的距离为1900mm，并均布吊环组成，吊环底面与地板布上平面的距离为1642mm。中立柱扶手的设计造型美观，布置数量充分，结合乘客人体尺寸以及站姿需求，扩大乘客抓握区域，规避了站立乘客人数较多时产生的重叠抓握尴尬问题，提升了乘客乘车的体验感。

图2 客室中立柱扶手分布

中立柱扶手主要用来维持车辆中心处乘客站立平衡和缓解乘客站立疲劳的作用，在车辆加速和制动过程中，中立柱扶手则会受到站立乘客较大的抓扶力。且中心横扶手处均布设置了吊环组成供乘客抓握，相对其他扶手来说，中立柱扶手和中心横扶手处聚集的乘客人数将会较多，并考虑车辆满载乘客抓扶时，其结构和固定方式能否满足高结构强度要求。

中立柱扶手固定采用成熟可靠的设计，中立柱扶手顶部自带内螺纹，通过旋转紧固在中顶横梁自带的螺柱上。为便于安装拆卸工序且保持客室内饰的美观，安装后中立柱与中顶板周边留有1mm的自然缝隙。中立柱扶手底部安装座采用固定螺钉与地板底部安装座紧固连接，外部套有装饰盖，装饰盖的顶部和底部均设有减震环和密封圈，并在底部增加一圈密封胶，保证装饰盖的密封性，防止紧固件因暴露在空气中或有液体进入到腔内造成空气潮湿而形成锈蚀。装饰盖的紧固件采用不锈钢螺钉，使装饰盖与扶手杆紧密连接在一起，中间夹有EPDM材质的减震环，使结构牢固可靠，能够很好的解决了由于车辆制动乘客施加抓扶力带来的扶手杆晃动问题。中立柱扶手顶部和底部固定形式如图3所示。

图3 中立柱扶手顶部及底部安装设计

3 座椅上方侧扶手设计

侧扶手包括：座椅上方区域和端部上方区域的侧扶手，座椅两端的挡风板扶手。在做侧扶手位置设计时，设计中所涉及的人体尺寸应是在穿鞋条件下的人体尺寸[5]。根据产品设计人体尺寸数据的应用方法及要求为：产品最小功能尺寸=相应百分位数人体尺寸+功能修正量[6]。为在仿真分析中弥补25 mm 的穿鞋修正量，将横杆高度设为1850mm。侧扶手中心与车辆纵向中心线的距离充分考虑站立乘客与座席乘客之间的相对距离，确保站立乘客与座席乘客之间富有足够的活动空间。侧扶手安装方式如图4所示。

图4 侧扶手安装示意

座椅两端设置挡风板，安装于侧墙板上。挡风板采用铸铝材料，上部设置不锈钢扶手。用于乘客靠扶、抓握，提升车辆美观性，如图5所示。

图5 挡风板扶手

4 扶手杆之间连接设计

扶手杆之间采用两瓣式三通、四通的连接设计，为不锈钢精铸件，内侧设有定位销，受力稳定，体积更加轻薄，外形精巧美观，安装拆卸快捷方便。（见图6）

图6 三通、四通单瓣示意图

5 吊环设计方案

每辆车设置32个吊环，吊环数量充足。在中心横扶手上设置吊环，吊环的吊带采用尼龙材质。吊环设有转向连接头，可实现360°旋转，能够满足车辆在满载时来自各方向站立乘客的抓扶需求。为增加吊环的受力稳定性，在吊环固定座内侧设置长度为3mm直径为5.2±0.1mm的定位销，并在对应的中心横扶手上预留出安装孔，让吊环牢固可靠。（见图7）吊环分布如图1、图2所示。

图7 吊环示意图

6扶手强度校核

对扶手的布置及安装结构进行有限元计算，按照UIC566:1990《客车车体及其部件的载荷》标准规定载荷进行校核，结果满足要求[7][8]，且不会发生塑性变形，并能够承受列车包括紧急制动在内的乘客施加的载荷。

三、结语

本文以A型城市轨道车辆的客室扶手为研究设计对象，结合人机工程学介绍了该扶手的选材、选型、设计结构特点，牢固美观。概述了客室扶手在客室的布置情况，以及中立柱、侧扶手等安装固定方式。解决了扶手晃动问题、中立柱扶手下部装饰盖密封性问题以及站立乘客与座席乘客落脚点之间的冲突问题。本设计方案能够很好的解决乘客站立平衡和站立疲劳等问题。

参考文献

[1]相贝贝，任万跃，陈群. 一种城轨车辆环形扶手的设计分析. 技术与市场. 第29卷第3期.2022.

[2]毛恩荣，张红，宋正河．车辆人机工程学[M]．北京：北京理工大学出版社，2007.

[3]国家技术监督局．GB10000-1988中国成年人人体尺寸[S]．北京：中国标准出版社，1989．

[4]王立国．地铁车辆内装设计关键技术研究[D]. 大连：大连交通大学，2009．

[5]陈悦源, 方卫宁, 刘慧军. 基于人因工程学的轨道车辆无障碍设计[J]. 机械设计, 2019, 36(8): 20-31.

[6]阮宝湘, 刘永翔, 董明明. 工业设计人机工程[M]. 3版. 北京: 机械工业出版社, 2017.[2]

[7]国际铁路协会.客车车体及其部件的载荷：UIC566:1990[S].

[8]姜红岩，盖杰，马书元．地铁车内扶手强度校核工况分析和仿真计算[J]．大连交通大学学报，2019.40(2):71-75．