安全人机课程设计

课程设计设计课题火车与高铁硬座的人机关系比拟系部班级平安与环境工程学院安本1101班所属专业平安工程学生姓名贺尧孙旖旎刘霞指导教师刘爱群廖可兵设计时间2023.6.02-2023.6.23目录TOC\o"1-3"\h\z\u1引言............................................................12火车与高铁硬座的概括............................................22.1火车硬座车厢的内部功能概述.................................2.1.1火车硬座车厢内部功能及操作分析..........................2.1.2常见火车型号与参数..................................2.2高铁硬座车厢的内部功能概述..................................2.2.1高铁硬座车厢内部功能及操作分析..........................2.2.2常见高铁型号与参数..................................3火车与高铁硬座舒适度比拟问卷调查................................3.1调查内容及方式..........................................3.1.1调查的对象..........................3.1.2火车与高铁舒适度问卷调查结果状况数据收集、分析.......3.1.3火车与高铁相比拟存在的问题................................3.2火车与高铁车厢人因要素调查总结..........................4火车与高铁硬座车厢的人机分析.....................................4.1火车与高铁各方面比照图...................................4.2火车车厢与高铁车厢的人机分析.................................................................................................火车空间分析〔人的心理感觉〕4.3高铁人机分析4.3.1桌椅人机分析5火车与高铁硬座的改良方案火车与高铁硬座的人机关系比拟平安工程专业202301班贺尧孙旖旎刘霞[摘要]随着生活水平的大大提高，人们对生活质量的要求也越来越高。目前，我国铁路总长已经到达7万多公里，每年运送旅客达10.5亿人次。铁路运输在各种交通工具运输中占有比拟重要的地位。在过去的时间里，铁路运输一直以火车为主，然后目前，高速铁路也逐步进入人民视野，在很大程度上分流了局部火车所不能承载的客流。较为经济和舒适的火车硬座和价格稍贵但舒适度更高的高铁相比拟，到底哪一种方式更受人们青睐，如何从调查中发现各自优缺点并加以改正学习，从而设计各种列车能在满足根本乘坐要求的根底上向舒适化、人性化开展，从而到达尽可能减少旅客出行的疲劳的目的。本设计根据根据国标《中国成年人人体尺寸》〔GB10000-1988〕和《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通那么》，结合我国火车与高铁的实际情况进行比照，发现火车硬座车厢人机匹配不合理之处，再合理选择百分位数，进行硬座车厢座位的高度、宽度，靠背的倾斜度，座位与茶几间的距离、以及车厢内座位间的距离、茶几高度、长度和宽度匹配等工程的设计，使设计改良后的火车车厢人机关系更加协调、座位更加舒适化、人性化。随着生活水平的提高，旅客对出行的交通工具的要求也有所提高。舒适平安的旅行，是我们追求的目标。而火车与高铁都是我们出行重要的交通工具。故希望我们这次的设计能帮助提高旅行的舒适度，让各位旅客旅途更加的愉快。[关键词]平安人机工程；火车硬座；高铁；分析；改良alongwiththestandardoflivingimprove,people'squalityofliferequirementsarealsogettinghigherandhigher.Atpresent,China'srailwaylengthhasreachedmorethan7kilometers,carryingabout1050000000passengersperyear.Railwaytransportationisplayinganimportantroleinallkindsoftransportationtransportation.Inthepasttime,therailwaytransporthasbeentotrain,andthenatpresent,high-speedrailwayalsograduallyintopeople'svision,toalargeextentdivertedpartdonotcarrypassengertrain.ComparisonofmoreeconomicandcomfortabletrainhardseatandthepricealittleexpensivebutcomforthigherGaoTiexiang,whichisamorepopular,howtofindoutfromtheinvestigation,theadvantagesanddisadvantagesandcorrectlearning,whichcanmeetthebasicdesignoftrainridetothecomfortofhumandevelopment,basedontherequirementsofthereduceasmuchaspossible,soastoachievethepurposeofpassengertravelfatigue.Thisdesignaccordingtothenationalstandard"humandimensionsofChineseadults"(GB10000-1988)andthe"general"Applicationofhumandimensionsofpercentileinproductdesign,combinedwithChina'strainiscomparedwiththeactualsituationofhigh-speedrail,trainhardseatcarriagesthatman-machinematchingunreasonable,thenchoosingpercentile,height,widthhardseatcarseat,backrestinclination,distance,andthetableandtheseatdesignseat,compartmentandthedistancebetweenthetableheight,lengthandwidthmatchingproject,sothatthedesignofthetrainman-machinerelationshipimprovedmoreharmonious,morecomfortableseats,humanization.Withtheimprovementoflivingstandard,passengersontheirtransportrequirementsarealsoimproved.Safeandcomfortabletravel,isourpursuitofthegoal.WhilethetrainandhighChinawetravelimportanttraffictool.SoIhopewecanhelpimprovethedesignofthetravelcomfort,letpassengerstripmoreenjoyable.[keyword]safetyergonomics;trainhardseat;high-speedrail;analysis;improvement1引言人机工程学主要是从平安的角度出发来研究人－机－环境这三个因素，用人机工程学的原理和方法去解决系统中人机结合面的平安问题的一门新兴学科.随着人类社会的进步,让人类劳动、生活、生存在一个平安和谐的社会之中,成为人类社会共同努力的目标。如何相互协调而到达效能最优，可以说其立足点在于保证人在工作过程中既能平安又能舒适地工作。实践说明在设计中无视人性化设计而导致作业疲劳引发事故的情况并不少见，而且随着人们对生活质量的进一步要求，各种产品的设计均要考虑到宜人的原那么，这些都是人机工程学所要研究的内容。随着经济的开展，高铁和火车在各种交通工具运输中占有了相当重要的地位，火车硬座相对来说是比拟群众化的选择，因为它比价经济实惠，而高铁硬座相对来说更为快速、舒适但票价比拟高，所以越来越多的人希望火车的硬座设计能有所改善，如何对硬座进行设计使其在满足乘客要求的根底上向舒适化、人性化开展，从而到达尽可能减少旅客出行带来疲劳的目的。本设计根据根据国标《中国成年人人体尺寸》〔GB10000-1988〕和《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通那么》，结合我国高铁与火车硬座的实际情况进行比照，对火车硬座进行合理的改良，合理选择百分位数，对硬座车厢座位的高度、宽度，靠背的倾斜度，座位与茶几间的距离、以及车厢内座位间的距离、茶几高度、长度和宽度匹配等工程进行设计。使设计改良后的硬座车厢人机关系更加协调、硬座更加舒适化、人性化。从而到达尽可能减少旅客出行的疲劳的目的。同时，这是我们学习了人机工程学之后，第一次运用知识。他为我们提供了理论联系实际的时机。我们将会本着为社会效劳的责任心，将会把人机工程学的知识充分的应用到这次是设计之中。奉献我们的一份微薄的力量，使广阔乘客拥有一个更平安、更舒适的旅行。也通过这次设计检验我们所学的知识,本次平安人机课程设计将在参阅有关资料、进行实地测量的根底上，分析与评价与组合柜及周围环境这一系统中的平安人机界面的协调关系，并以平安、健康、协调舒适为目标，针对有关问题，提出建议和相关改良设计措施。2火车与动车车厢的概括2.1火车硬座车厢的内部功能概述火车硬座，也被称为硬板，火车的座位一种，分3人座，2人座，短途还能忍受，长途非常不舒服，尤其是绿皮火车。硬座每排五个座位，以走道分开，一边两座长椅、一边三座长椅，过道较窄，特别是节假日大量买站票乘客站在过道里，还有推销车从中间推过的时候显得格外拥挤。火车硬座的靠背较高且倾斜度小，与坐垫面接近于成垂直状态，这样无法后仰也不舒适，几乎成直角的靠背对人的脊柱非常不好且容易产生疲劳感；茶几小且短，坐在靠过道的乘客几乎没法用上它；座位间的间距小，对面而座，对于稍微胖一点的人来说脚都不好怎么放.2.1.1火车硬座车厢内部功能及分析座位：一般分为2人座和3人座搭配方式。还存在个别短途硬座是由硬卧改装过来，分为上下两层，下铺两边各4人座，上铺空置。座位木质。餐桌：位于相靠的火车面上。只有一个，用于放那个水杯及其他物品。因为餐桌板短小，对坐在边上座位的乘客没有作用，及其不方便。过道：用于乘客行走的走廊。行李放置处：位于乘客座位的头顶上方。图1火车硬座座椅图火车车厢的尺寸和比例是固定标准的。目前我国铁路客车车厢座位设置会有几种客车车厢。有128硬座车厢、有122硬座车厢两种，长度一般有两种，26.4和24.4m，宽度大概是3.1m高度大概是3.8m。一列普通客车有12节车厢,每节车厢长16m,宽2.5m,高2.5m,全列火车有1400个座,假设坐满乘客，每位乘客占的面积：〔16X2.5〕X12/1400=每位乘客占地约0.343平方米，如图2所示是火车座位分布平面图。图2火车座位分布平面图2.1.2常见型号硬座列车参数通过网络和工具书的查找，我们研究主要以22型硬座车厢为主。22型车车厢空间尺寸参数如下：硬座车技术参数车体长度：23600mm车体宽度：3106mm车顶距轨面高度：4283mm轨距：1435mm自重：45.5T定员：118名

构造速度：120km/h通过最小曲线半径：145mm

空调机组距轨面高度：4768mm车钩中心线距轨面高度：880mm

转向架：209型制动装置：104型分配阀空调装置：单元式机组29kw/台×2采暖装置：燃煤温水锅炉给水装置：车上水箱980L2.2高铁车厢的内部功能概述高速铁路虽然源于传统铁路，但借助于多项高新技术已全面突破了常规铁路的概念，形成一种能与既有路网兼容的新型交通系统。高速铁路具有占地省、能耗低、运能大、污染少、全天候，适应性强等技术经济优势，在车厢内部，较普通火车相比，高铁座椅有了改良，可进行前后调节，让人舒适休息。每个乘客的前面都有一个可折叠的小桌板，既不占空间，又为旅客提供方便。同时，高铁实行“一人一座〞，所以不会出现满员拥挤的现象。2.2.1动车车厢内部功能及操作分析座位：二等座每列设有“3+2〞方式排列五个座位，一等座每列设有“2+2〞方式排列四个座位。座椅为柔软布制，感觉舒适餐桌：每列高铁都设有两节车厢为餐车，供人们饮食。除此，每位乘客座位前都配有一块可伸展的小桌板。〔图3，图4所示〕过道：用于乘客行走的走廊。行李放置处：位于乘客座位的头顶上方，呈上斜状。每两个背对乘客座位间有空间放置小行李箱等行李。图3高铁餐车图图4高铁可伸缩小桌板图5高铁座位分布直观图2.2.2常见动车型号与参数中国铁道部将所有自行开展关键技术、引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速车辆均命名为“和谐号(CRH)〞。目前有CRH1，CRH2，CRH3，CRH5，CRH380A等多种型号。CRH380A是新一代“和谐号〞高速动车组，在现代线路上使用普遍。我们以CRH380A为例进行分析，它是我国自称有自主知识产权最新一代动车组。据中国南车科技人员介绍，CRH380A不仅搭载了融合现代科技与中国文化的低阻力流线型头型，而且在振动模态匹配、车体气密强度和气密性、高速转向架技术、噪声控制技术、牵引系统、高速双弓受流性能、制动系统以及旅客界面等方面实现了系统创新，完全满足正式运营的平安性、舒适性、环保性要求。经查询资料显示，CRH380A列车设有带一等包厢座位的商务车〔SW〕1辆、一等座车〔ZY〕2辆、二等座车〔ZE〕10辆、带观光座的一等座车〔ZYG〕2辆和餐车〔CA〕1辆。列车内部的旅客空间“航空化〞，座位号除了数字外还增加了英文字母。二等座每列设有“3+2〞方式排列五个座位，一等座每列设有“2+2〞方式排列四个座位，无论是一等车厢还是二等车厢，带字母“A〞和“F〞的座位靠窗，带字母“C〞和“D〞代表贴近中间走道。除了带酒吧的二等座车外，其他车厢所有座位均能旋转。每个座位前都有个可收缩的小桌板供旅客看书吃饭。VIP车更舒适，座位为面对面式设置，中间有餐桌。VIP车厢内坐椅较少，空间较大，所以比拟适合商务客人举行移动办公会议。资料查询，CRH380高铁参数如以下图6所示：图6CRH380高铁参数普通硬座火车高速铁路时速慢〔120-160KH/M之间〕时速快〔可达350KM/H以上〕没有，所运行的线路客货混用有专门线路价格廉价实惠价格稍贵站点分布多，可抵达城市多站点分不少，不方便偏远旅客出行旅客超过定员数，车厢拥堵一人一座，车厢宽松硬座座椅硬且垂直设计，不好休息座椅柔软且可调节座椅车厢空气不流畅，温度不适宜，过高过低车厢整体感觉舒适，温度适宜桌板靠窗，边上乘客用不到美人配备桌板一个火车与高铁硬座舒适度比拟调查问卷调查内容及方式我们采用问卷星做出一个问卷调查，并发布给大家去做，并回收答卷进行整理，得出结论。TOC\o"1-3"\h\z\u我们面向大多数旅客进行调查，其中最多的以学生为主，还有到外务工人员，一定经济实力的家庭，所以调查的范围相比照拟广，调查人群也比拟多，其中五湖四海的朋友都有，所以调查对象比拟广给我们的调查研究报告带来了真实性和全面性，有利于我们课题的真实符合性，贴近于生活，贴近于课堂。火车与高铁硬座舒适度比拟调查结果状况数据收集、分析火车硬座与高铁二等座相比拟存在的问题4火车与高铁硬座车厢的人机分析4.1火车与高铁各方面比照图比照名称火车高速列车厕所桌子座椅售票车厢效劳消防设施4.2火车车厢与高铁车厢的人机分析火车空间分析〔人的心理感觉〕4.3高铁人机分析进入2l世纪，世界各国高速铁路营运速度逐渐稳定在200—320km／h之间．为了开拓客运市场并确立竞争优势，各国高速列车设计展开了更为深入的乘坐舒适度问题研究，强调了从人体生理、心理和人体运动出发提升乘坐舒适度，满足日益增长的旅客出行需求．座椅是高速列车的莺要设施，其设计优良程度直接关系到列车的乘坐舒适性能，并影响人们对出行时交通工具的选择．当代旅客对列车座椅的评价，不仅满足于外形美)l!Il华美，更重视人的冈素，例如舒适的座姿、轻便的操作体位、合理的体压分布等…．乘坐舒适度主要取决于座椅尺度能否在人体工程学的根底上符合人体生理特性的要求．座椅根本尺度由人体相邻关节的距离(又称线度)及每个关节的角度来确定，成年人线度一般是稳定不变的旧J．虽然不同国家的人存在身高、体重、心理、行为等差异，使得高速列车座椅设计尺度不能形成统一的国际标准，但对人体关节角度的研究和座椅在其可变的范围内存在最正确区间，在此根底上可建立本国人体数据库与座椅尺度参考体系．4.3.1桌椅人机分析5火车与高铁硬座的改良方案火车和高铁座椅的设计及改良5.1.1人体尺寸数据获取〔1〕人体测量标识人体测量一般包括形态测量、生理测量、运动测量三个方面.根据座椅设计研究需要，采用抽样测量法将其中的形态测量和生理测量作为主要测试工程.在坐姿状态下，乘客的身体重量主要由座位面来承当，另一些那么传递给了靠背、扶手、地板或桌面等受力支撑物，因此坐姿人体尺寸测量是座椅设计的主要依据。坐姿人体尺寸包括坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高等具体测量方法见图4，根据我国国标得到表1坐姿人体尺寸具体数据。图3-4人体坐姿尺寸示意图表3-1坐姿人体尺寸年龄分组与百分位数测量工程男〔16～60〕女〔18～55〕1510509095151050909583685887090894795878980981985589190159961562465769170156357958761764865772974976179883684767869570473977378353955756659863165950451852655658559421422823526329129820121522325127728410311211613014615110711311713014615144145646149352353241042443145848549337238338941343944833134235038239940540742142945748649438840140843346146949951552455458559548149550252956157089292193799210461063826851865912960975表3-2正常人着装身材尺寸修正值工程尺寸修正量修正原因坐姿眼高/mm3裤厚坐姿臀宽/mm13衣厚坐姿两肘间宽/mm20衣厚小腿加足高/mm36裤厚鞋厚坐姿肩高/mm10裤厚坐深/mm3裤厚坐姿肘高/mm3裤厚足长/mm30鞋长5.1.2座椅各局部尺寸数据的设计正常的姿势下，脊柱的腰椎局部前凸，而至骶骨时那么后凹。在良好的坐姿状态下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷；当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，形成压力梯度，严重的会将椎间盘从腰椎之间挤出来，压迫中枢神,产生腰部酸痛、疲劳等不适感。根据矫形学原理和肌肉活动度分析可得出以下结论：A躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳B设置适当的靠背可使疲劳降低C大于90度的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿稳定性且使坐姿更接近自然状态〔1〕座高的设计座高是座面至地面的垂直距离。座高相当于胫骨点高度(约为人体总长度的1/4)，一般在400mm～460mm左右，略低于腿部漆关节，有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷。座椅为Ⅲ型产品选择第50百分位作为产品尺寸设计依据，而列车座椅为通用产品选用男性尺寸较为合理。人体尺寸数据均是在裸体或穿薄弱内衣条件下测量的,在设计时应考虑功能修正量，具体修正量数据见表2正常人着装身材尺寸修正值。所以根据表1坐姿人体尺寸数据，取男性小腿加足高第50百分位+功能修正量〔小腿加足高〕413mm+36mm=449mm。〔2〕座宽的设计座宽即单人座面的左右距离，必须满足坐姿两肘间宽所需要的尺度，一般座宽500mm左右即可符合要求。列车座椅为多人座椅主要是两人椅和三人椅，，根据GB10000-88中国成年人体尺寸中的男性坐姿两肘间宽第50百分位数422mm，二人椅时，取男性坐姿两肘间宽第50百分位数+功能修正量〔坐姿两肘间宽〕422mm×2+20mm=864mm考虑到克服人心理上的“空间压抑感〞等心理感受，再追加100mm的心理修正量及扶手宽度4×60mm即864mm+100mm+240mm=1204mm。三人椅，取男性坐姿两肘间宽第50百分位数+功能修正量〔坐姿两肘间宽〕422mm×3+20mm×2=1306mm。同样考虑到心理修正量100mm×2及扶手宽度6×60mm所以最终尺寸为1286mm+200mm+360mm=1866mm。〔3〕座深的设计座面深即座面的前后距离，应能保证臀部能够得到全部支撑，其深度至少相当于臀部至腿部漆关节全长的3/4，根据表1坐姿人体尺寸数据取坐深第50百分位数+功能修正量〔坐深〕457mm+3mm=460mm。〔4〕座面倾角座面后倾的作用有两点：一是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。二是防止坐者从座缘滑出座面。取座面倾角为5。〔5〕靠背的高度与宽度靠背一般由肩靠、腰靠、头枕三局部组成，肩靠高度应到达肩胛下角位置，根据坐姿人体尺寸数据，取男性坐姿肩高第50百分位数+功能修正量〔坐姿肩高〕598mm+10mm=608mm，腰靠高度应到达坐姿肘高左右，根据表1坐姿人体尺寸数据取男性坐姿肘高第50百分位数+功能修正量〔坐姿肘高〕263mm+3mm=266mm。头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力，头枕高度应到达坐姿眼高高度，根据表1坐姿人体尺寸数据取男性坐姿眼高第50百分位数+功能修正量〔坐姿眼高〕798mm+3mm=801mm。靠背整体高度为头枕高度加头枕修正厚度[6]即801mm+50mm=851mm。〔6〕靠背角度靠背倾角的增加能增强人体舒适感．靠背倾角越大，人体所获得的休息程度越高.列车上，旅客大多处于休息状态，如果倾角小于100°，使人感到疲劳；靠背倾角超过120°时，将占用后排旅客乘坐空间，影响正常使用．从脊柱正常形态来看，该角为115°较为适宜，如图6，可调节范围是105°～135°。考虑到列车车厢空间大小及人体舒适度问题115°虽然最舒适但占用空间较大，所以采用反面斜度105°既能到达人体舒适要求又能节省空间。〔7〕椅垫厚度人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75％左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感测试研究说明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适应地陷入座垫。设计采用厚度为40mm的椅垫。〔8〕扶手高扶手不能太高，否那么迫使肘部抬高，肩部与颈部肌肉拉伸；但如过低那么实际上使臂部得不到支撑，或者躯干必须偏斜，以寻求一侧的支承,故按男性平均肘高加上修正量及坐垫厚度取扶手高为287mm+3mm+40mm=330mm。〔9〕座间距座椅间距主要考虑乘客起坐方便、腿部舒适性。根据表1坐姿人体尺寸数据最小尺寸应取男性臀膝距第50百分位数+功能修正量〔足长〕+桌台尺寸[6](554mm+30mm)×2+400mm=1568mm综合以上的设计分析及数据计算，本组再次对设计尺寸进行了总结归纳并优化制作了座椅尺寸参数表见表3。并通过再设计的尺寸参数绘制了新坐椅的尺寸参数图见图5。改良尺寸座高H/mm449座深H0/mm460靠背高H1/mm851肩靠高H2/mm608腰靠高H3/mm266头枕高H4/mm801扶手高H5/mm330座全宽W/mm二人1204三人1866座垫斜度α/mm5°反面斜度β/mm105°座间距L/mm≥1568表3座椅尺寸参数图5座椅尺寸座椅舒适性的设计在上一节做座椅根本尺寸的设计时，我们就已经以使旅客尽量舒适为目的做了大量的尺寸优化设计，但是考虑到坐垫及靠垫的材料也是影响旅客舒适性的重要因素，因此我们在本小点中独立做出设计说明。坐垫及靠垫材料的选择要满足透气和散热的性能，查找相关资料可得：从:表4-1，表4-2,表4-3可得出如下结论：座椅的坐垫及靠垫一般普遍采用聚氨酯泡沫，这是因为它容易从外表迅速散发水蒸气和透气好。如果材料单纯追求透气性好，就是用天然纤维和化纤交织的弹性材料——聚氨酯纤维，后者具有纤维状的壁面，也具有流畅的通气环境，性能优于聚氨泡沫。所以一般选用聚氨酯纤维。5.2.1平安性设计由于座椅设计的后倾式，座椅与靠背的夹角为105°，座面倾角为5°。这样设计，是为了当火车突然启动或停止时，有助于减缓身体向前倾的趋势。防止突然撞上，有助于人体平安。5.2.3经济性设计由于设计可以在原有座椅的根底上加以改装，从而节省了原料费，并且改装本钱比拟小。因而经济实用。5.2.4可扩展性设计当火车或高铁上有儿童乘坐时，为了增加平安性能，可在座椅上安装平安带。火车上的空调大多安装在顶棚，距离人体比拟远。产生的效果不明显。因此，可以把空调安装在座椅下。同时在每个座椅上安装空调开关，乘客可根据自己的需要随时开关空调。这样设计不仅符合人机工程学原理，还可以到达节能减排，保护环境的目的。方案总结座椅的研究对于人体的舒适有着重要和关键的作用。虽然人们对座椅的研究已经有很长的历史，但是设计的方法仍存在争议。目前计算机的应用深入到各行各业，列车座椅可以实现计算机的设计，对于人体模型的研究也从以前的二维人体模型、三维模型逐渐转变为计算机三维数字模型。由于计算机可以自动生成人体的几何模型。本小组提出几点展望：〔1〕CAD技术和人体三位数据库相结合，实现座椅的数字化设计。〔2〕虚拟环境中实现乘员-座椅-车厢环境的协同设计。〔3〕快速成型技术和CAE结合，实现座椅的个性化设计，解决人际沟通关系问题。总之，座椅的人机工程学研究是一个系统的工程，需要应用到目前各种先进的技术和方法。座高：座高是座面至地面的垂直距离，座高一般相当与胫骨点高度〔约为人体总身高的1/4〕，或略低于小腿长1cm左右。小腿高于座面为的是能使下肢着力于整个脚掌。并有利于两脚前后移动。一般情况下，座高45cm比拟适合我国的人体尺度。座靠背：座背分为肩靠、腰靠。以及头枕。肩靠高度应到达肩胛下角位置，腰靠的高度应适合脊柱弯曲和腰曲弯度，两靠背连在一起，一般多在50cm左右。头枕支撑头部向后仰，减轻颈部肌肉受力，其离座面高度70cm左右。座靠背整体高度为85聪明左右。座面与肩靠夹角：座面与肩靠夹角是保证得到舒适姿势的必要条件。座面与肩靠的夹角多为115度左右，调节靠背一般在95~135度。这样，靠背与座面与人体背部、臀部、大腿形成曲线相吻合使人感到舒适。座垫和靠垫设计：座垫和靠垫应填充柔软适度的填料，太硬易造成人体接触局部的压力集中，使某些部位的肌肉长时间处于紧张状态会或血液循环受到阻碍而发麻，太软会使乘客起身不变。表２正常人着装身材尺寸修正量工程尺寸修正量修正原因坐姿眼高３ｍｍ裤厚坐姿臀宽１３ｍｍ衣厚坐姿两肘间宽２０ｍｍ衣厚小腿加足高３６ｍｍ裤厚鞋厚坐姿肩高１０ｍｍ裤厚坐深３ｍｍ裤厚坐姿肘高３ｍｍ裤厚足长３０－３８ｍｍ鞋长表1坐姿人体尺寸表1坐姿人体尺寸年龄分组与百分位数测量工程男〔16～60〕女〔18～55〕1510509095151050909583685887090894795878980981985589190159961562465769170156357958761764865772974976179883684767869570473977378353955756659863165950451852655658559421422823526329129820121522325127728410311211613014615110711311713014615144145646149352353241042443145848549337238338941343944833134235038239940540742142945748649438840140843346146949951552455458559548149550252956157089292193799210461063826851865912960975表3座椅尺寸参数表3座椅尺寸参数改良尺寸座高H/mm449座深H0/mm460靠背高H1/mm851肩靠高H2/mm608腰靠高H3/mm266头枕高H4/mm801座全宽W/mm二人964三人1506座垫斜度α/mm5°反面斜度β/mm105°座间距L/mm≥1568(高、宽、深)座高是座面至地面的垂直距离。座高相当于胫骨点高度(约为人体总长度的1/4)，一般在400mm～460mm左右，略低于腿部漆关节，有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷。座椅为Ⅲ型产品选择第50百分位作为产品尺寸设计依据，而列车座椅为通用产品选用男性尺寸较为合理。人体尺寸数据均是在裸体或穿薄弱内衣条件下测量的,在设计时应考虑功能修正量，具体修正量数据见表2正常人着装身材尺寸修正值。所以根据表1坐姿人体尺寸数据，取男性小腿加足高第50百分位+功能修正量〔小腿加足高〕413mm+36mm=449mm。座宽即单人座面的左右距离，必须满足坐姿两肘间宽所需要的尺度，一般座宽500mm左右即可符合要求。列车座椅为多人座椅主要是两人椅和三人椅，，根据GB10000-88中国成年人体尺寸中的男性坐姿两肘间宽第50百分位数422mm，二人椅时，取男性坐姿两肘间宽第50百分位数+功能修正量〔坐姿两肘间宽〕422mm×2+20mm=864mm考虑到克服人心理上的“空间压抑感〞等心理感受，再追加100mm的心理修正量即854mm+100mm=964mm。三人椅，取男性坐姿两肘间宽第50百分位数+功能修正量〔坐姿两肘间宽〕422mm×3+20mm×2=1306mm。同样考虑到心理修正量100mm×2所以最终尺寸为1286mm+200mm=1506mm。座面深即座面的前后距离，应能保证臀部能够得到全部支撑，其深度至少相当于臀部至腿部漆关节全长的3/4，根据表1坐姿人体尺寸数据取坐深第50百分位数+功能修正量〔坐深〕457mm+3mm=460mm。(高、倾角)靠背一般由肩靠、腰靠、头枕三局部组成，肩靠高度应到达肩胛下角位置，根据坐姿人体尺寸数据，取男性坐姿肩高第50百分位数+功能修正量〔坐姿肩高〕598mm+10mm=608mm，腰靠高度应到达坐姿肘高左右，根据表1坐姿人体尺寸数据取男性坐姿肘高第50百分位数+功能修正量〔坐姿肘高〕263mm+3mm=266mm。头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力，头枕高度应到达坐姿眼高高度，根据表1坐姿人体尺寸数据取男性坐姿眼高第50百分位数+功能修正量〔坐姿眼高〕798mm+3mm=801mm。靠背整体高度为头枕高度加头枕修正厚度[6]即801mm+50mm=851mm。座面与靠背夹角是使人体腹部与大腿之间的血管不受压迫、血流畅通的必要条件，正常状态下座面与靠背夹角多为115°的钝角状态如图4，可调节范围是105°～135°。考虑到列车车厢空间大小及人体舒适度问题115°虽然最舒适但占用空间较大，所以采用反面斜度105°既能到达人体舒适要求又能节省空间。座垫尺寸的设计行车过程中为了防止乘客臀部产生向前滑行的趋势和平衡大腿与坐骨所受的体压，座垫应有一定倾角。根据坐姿受力分析座垫倾斜5°～10°时能得到较为理想的体压分布曲线，考虑到制作难度和本钱采用5°为座垫角度。座椅间距主要考虑乘客起坐方便、腿部舒适性。根据表1坐姿人体尺寸数据最小尺寸应取男性臀膝距第50百分位数+功能修正量〔足长〕+桌台尺寸[6](554mm+30mm)×2+400mm=1568mm火车在座位中间安置茶几，茶几上可以放水，临时放置旅客的食品。但是这列车的茶几小，靠窗的一边大，向行道逐渐变小。出于平安的考虑，把茶几设计成折叠式的。由于前面设计的一个椅面的宽度为470mm，两个人联排的座椅，茶几的中间一块板长应小于470mmX2，就取用850mm。宽度取为250mm。为了使茶几不过多的占用旅客的空间和方便折叠，在桌面的两边各加两块125mmX425mm的板，用合叶固定住，这样可以折叠的茶几就应运而生。翻开小板加大了茶几的使用面积，加大了旅客的个人使用空间；折叠小板减小了茶几的占地空间，便于坐在靠窗的旅客出入。42车内设施的人机分析421桌椅人机分析1．座椅座椅是旅客在客车硬座车厢的承载工具，直接起到支撑人的身体同时缓冲人与车振动的工具，它也是与人接触最密切的部件．人们对车辆平稳性的评价多是通过座椅的感受做出的。作为硬座车厢中最重要的设施，座椅设计的是否合理直接影响到人在乘车过程中的舒适度。传统客车座椅采用直角式，只是满足能坐而已，没有运用人机工程学理论来设计座椅，如图4．4。1)座椅椅背外形曲线设计从人机工程学的角度来讲，人体舒适的坐姿应该是在坐姿状态下使脊柱达呈自然弯曲状态而形成颈、胸、腰、骶四个生理弯曲，锥间盘之间具有合理的压力分布、椎问盘无滑出其正常位置的趋势；腰背肌肉松弛；上体通向大腿的血管不受压迫、血液循环正常；具有腰椎依托感，背部贴合感及侧向稳定感，如图4．5。当处于非自然姿势时，椎Ⅻ盘内压力分．竹i不正常，产生腰部酸痛、幽44传统客车座椅幽45脊牲的形状疲劳等不适感。人体正常腰曲弧线是松弛状态下侧卧的曲线，躯干挺直坐姿和前弯时的腰弧曲线会使腰椎严重变形，欲使坐姿能形成几乎正常的腰曲弧线。第4章动车组车内设施及空间人机工程理论分析和研究躯干与大腿之间必须有大于90。角度，且在腰部有所支撑。保证腰弧曲线的正常形状是获得舒适坐姿的关键。正常的腰弧曲线应该是微微前突的，在非正常坐姿下腰弧曲线会发生变形，座椅在腰椎部提供支撑可以保证变形量最小。人体第5～6胸椎高度相当于肩胛骨的高度，肩胛骨面积大，可承受较大压力，因此应该在位于第5～6胸椎之间提供肩靠，在第4～5腰椎之间的高度上提供腰靠。无腰靠或腰靠不明显将会使正常的腰椎呈后突形状。而腰靠过分凸出将使腰椎呈前突形状。腰椎后突或过分前突都是非正常状态，合理的腰靠应该是使弧曲线处于正常的生理曲线。另外，客车座椅是一种长途休息椅，还应在人体颈后提供头靠。2)座椅椅面的体压分布设计在座椅设计中应当重点考虑坐姿的体压分布。恰当的座椅设计，应使入坐着时，体压分布合理。根据人体解剖学可知，人体臀部的不同部位在产生不适的感觉以前所承受的压力是不同的。人体坐骨粗壮，与其周围的肌肉相比，能承受更大的压力。而大腿底部的肌肉里含有大量血管和神经系统，即使压力不是很大也会影响血液循环和神经传导而感到不适。臀部的合理压力分布应为人体一半以上的重量由骨盆下的两块面积为25cm2的坐骨结节承受，由此向外，压力逐渐减小，直至一面前缘与大腿接触处，压力为最小∞1。图4．6是较为理想的座垫体压分布曲线，图中各条曲线为等压线，所标数字的压力单位为1000Pa。因此，座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原那么来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力将至最低，而且椅面应坚实平坦，以保证臀部压力的合理分布。研究说明，过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积加大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。坐骨结节处的椅面过软会使其陷入凹陷的斗形椅面上，使股骨头向上转动而受力，体压分布不合理。在硬椅面上，坐骨结节下面的座面呈近似水平，两侧股骨头不承受过分压迫，处于正常位置，坐骨结节处被支撑，体压分布合理人体感到舒适。3)座椅设计原那么图4．6理想体压分布曲线设计理想的座椅是非常复杂的问题，要根据具体情况进行多方面的考虑，6了第4章动下组车内设施及空间人机工程理论分析和研究总的原那么就是座椅的设计要符合人的生理尺寸和生理特点，使人在工作或休息时感到舒适。可以概括为以下一些根本原那么：(1)从适用性上讲要尽量满足大多数人的使用要求，所以应使尺寸可调，以满足不同身材的人使用。(2)要从座椅的功能上来确定形式与尺寸。(3)要有良好的动态特性，以缓和与衰减由地面或地板传来的振动和冲击。(4)有足够的结构强度、刚度和寿命，能保证人的平安。(5)靠背的轮廓要符合两点支撑的要求。(6)座垫要有适当的硬度，使体重压力合理的分布在座垫上。(7)要使就坐者在工作或休息时保持舒适的坐姿。4)高速铁路客车座椅综合设计座椅的尺寸设计包括椅面、靠背和扶手。尺寸设计必须以人体测量数据为依据，考虑到着衣、穿鞋的情况，使用人体测量数据时应予以适当放宽，即要修正尺寸。铁路客车座椅设计应满足座椅设计根本准那么，但座椅又是在特定的条件下被乘客使用的，所以设计时必须考虑三个限定条件：(1)车是在不停的运行的，即在动态状态下(2)客车会有紧急加、减速或停车的情况(3)在工程技术条件的限定下，车厢的三维空间‘必须按设计规定限定于一定值，要考虑到经济性，即要在有限的空间内尽量多载客，所以座椅允许占用的空间有限。动车座椅可分为一等车座椅、二等车座椅及其他特殊人群座椅进行研究。根据我国的国情及当前客车的开展趋势，二等车将会成为普通群众的最正确选择，所以在这里重点讨论二等车座椅。座椅采用2+3布置，各局部组成见图4．7，图4．7二等车座椅的各部位组成第4章动车组车内设施及空间人机工程理论分析和研究车厢室内宽度为3210mm。座椅的设计参数主要包括座高、座宽、座深、椅面倾角、靠背尺寸、靠背与座面夹角、扶手尺寸等，见图4．8和图4．9。a．走廊宽度Az-走廊是乘客上车、下车及在乘车过程中离开座位进行各种活动的必由之路，理论上来说越宽越好，受空间限制只能采用方便行人通过的最小宽度，即两人同时从走廊走过(一人侧身，一人正身前行)能够错开的宽度。人在正身行走时宽度尺寸由最大肩宽E(4．4)加上衣服的尺寸修正量13mm确定；侧身行走时宽度尺寸由胸厚E(4．2)加衣服的尺寸修正量18mm确定。走廊应满足让尺寸大者通过，其他人群就可顺利通过。男性的最大肩宽和胸厚尺寸都大于女性，因此以男性第95百分位数值为设计基准。最后所得走廊的宽度尺寸A：-为[E(4．4)男+13+E(4．2)男+18]mm，即745mm。b．座宽A12、A13、h14、h15、hi8在条件允许的的情况下，座宽以宽为好，以方便就坐者变换姿势。由于女性臀宽一般都大于男性，所以椅面座宽通常根据女性第95百分位数值坐姿臀宽加尺寸修正量来确定，以满足大多数人的需要，考虑到衣服修正量13mm，座宽一般取大于[E(4．6)女+13]mm，即大于395mm。考虑肥胖者以及在变换姿势时所需要的活动空间，双人座椅座宽尺寸ht2、ht3可取430mm。三入座椅中的A15由于处于中间位置，从旅客心理上来分析，最易产生不平安感、内心不愿与他人接触，所以要在两侧加大活动空间，中间座椅宽度要略大于其它座椅宽度尺寸，受总体宽度所限综合考虑Ats可取440mm。Att、A-e可以与双入座椅一样取430mm。c．扶手宽度A17、A18，高度A32扶手的主要作用在于支撑手臂重量，以减轻手臂下垂对肩部的作用，增加舒适感；在就座和起身站立或变换姿势时，可利用扶手支撑身体；在摇摆、颠簸状态下扶手还可帮助保持身体稳定D3。扶手能起到促进上肢静脉血回流的作用，但高度要配适宜当，扶手的高度不宜过高，以免引起肩部疲劳甚至酸痛。扶手的高度A3z，即座面到扶手上外表的距离可取160mm左右。边扶手宽度根据在坐姿状态下手臂平放，前臂贴近扶手椅面的宽度确定，A-s可取40mm，中间扶手要略宽于边扶手A，t取50mm。扶手长度最大不超过座面深度的2／3，以300～400mm为宜，防止人体肌肉因为扶手上下失当而产生屈曲或伸张的感觉。短而低的扶手同时提供了可靠的侧向支撑，能阻止乘客臀部侧滑。为方便乘客的出入和不同需要，扶手一般都采用可调型式，即扶手可向上转动与靠背平齐第4章动车组车内设施及空间人机工程理论分析和研究或向下转动与扶手座成为同一形状。可以满足不同乘客对座椅和乘坐姿势的生理要求及心理需求。图4。8座椅尺寸d．修正走廊宽度A2·厢壁与座椅间距A，t为安装尺寸可取40nv．。在座椅宽度和扶手宽度及厢壁与座椅间距确定的情况下，走廊采用745mm就会大于车体内部宽度，所以要对走廊宽度进行修正。当两人相对通过时一人侧身，一人前行，在空间狭窄的情况下，人体倾斜一定的角度，速度放慢前行，通过走廊没有太大影响，倾斜角度小于45。为宜。所以最小宽度A2t为[E(4．4)男+13mm]*COS45。+E(4．2)男+18mm，可取650mm。e．椅面高度A3l椅面高度是指椅面至地面的垂直距离。设计合理的椅面高度应使就坐者大腿近似水平、小腿自然伸直稍向前倾，双脚平放在地面上。椅面过高，会使小腿悬空，大腿肌肉受椅面前缘压迫而阻碍血液循环，长时间就坐会使人感N4,腿麻木肿胀很不舒服。椅面也不能过低，否那么会使腿长就坐者的骨盆向后倾斜，出现不正常的腰椎曲线，从而增加背部肌肉负荷导致腰酸背痛。椅面高度以坐第4章动车组车内设施及空间人机工程理论分析和研究姿小腿加足高为设计依据，考虑到通用性，椅面高度应以小腿加足高的女性第5百分位数值和男性第95百分位数值之间调节进行设计。具体高度为[E(3．8)女5+30ram]～[E(3．8)男95+30mm]之间可调，即A31可取370～480mm调节。f．椅面倾角Q椅面倾角是指椅面与水平面的夹角。在行车过程中，适宜的椅面倾角能够防止乘客久坐时臀部向前滑动，并方便背部在重力影响下自然向后倾靠到靠背上，使腰背获得较大面积支撑，从而可降低背肌静压，放松背部肌肉，减轻疲劳。铁路客车座椅以休息为主，倾角应大些有利于肌肉放松，不宜过大否那么会增加大腿前缘的压力，从而阻碍血液循环引起腿部发麻和肿胀，而且在短途城际列车上还要考虑工作行为，所以椅面倾角Q一般可取5。～10。。g．座深儿。座深是指椅面前缘到后沿的距离。正确的设计尺寸应该使乘客就坐时臀部得到充分支持，腰部得到靠背的支持，而且椅面前缘与小腿之间留有适当的距离，以保证大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。椅面的深度值不能过大，如果超过大腿水平长度就会使身体倾斜腰部得不到靠背的支持，也就得不到正常的腰部曲线，从而加剧腰部的肌肉活动强度而致使疲劳产生。如果身体往后靠坐，座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位。为适应大多数人使用，座深尺寸设计应以人体坐深第5百分位数值为依据，并且要在膝窝与座面前缘间留有一定空间。留出的空间可定为20mm。考虑到男女尺寸有所差异，取尺寸小者，即座深A。。为MIN[E(3．9)男一20，E(3．9)女-201mm，取400mm。由体压分布曲线可知，在与座面接触最紧密的坐骨结节两个点周围约25cmz范围承受人体大约7