高铁座椅切割强度智能测试仪的设计

2022-05-11常州机电职业技术学院靳敏秦政杨振业

内江科技 2022年4期

◇常州机电职业技术学院靳敏秦政杨振业

本研究的目的是设计开发用于高铁座椅切割强度的试验仪，验证在规定条件下，高铁座椅是否符合要求。检测过程中的切削速度、切削力及切削深度精确可控，保证了测试结果的准确性。经过调研及检索发现，目前国内并无同类型的设备，因此具有良好的市场前景。

1 引言

动车组客室座椅是与乘客接触最多的关键设备，它除了起到支撑乘客的作用外，还缓和轨道与机车之间的相对运动传给人体的冲击和减小由此产生的振动，对于乘客乘坐的舒适体验和安全保障有很大的影响。更重要的是，在面临突发状况的情况下，如何利用座椅为乘客提供一个安全的港湾，如何避免乘客的二次碰撞损伤，如何提高座椅的安全性，并结合人机工程学、生理学，根据乘客要求的机车座椅，是当今机车制造业中面临的一个重要的问题。

为保证乘客的安全和舒适，根据铁路总公司要求，座椅按照人机工程学的原理设计，整体可旋转180°，使乘客始终朝向列车前进方向。座椅强度及耐久性需满足标准（TB/T 3263－2011《动车组乘客座椅》）的要求，按照标准中对强度的要求，座椅的各个部位在规定的载荷条件下，不应出现裂痕及永久变形等缺陷，并保持一定的刚度，但是对于具体的测试方式并没有具体规定。

通过调研发现，目前的切割强度测试并没有具体的操作标准，是采用人工手握刀具切割座椅的方式验证。人工操作会造成切割力、切割速度、切割深度的不可控，提供的数据也不准确。因此，现行的切割强度的测试并不严谨。本论文的设计是为了解决以上问题而提出。

2 测试标准及测试仪的结构设计

目前国标及行业标准并没有切割强度相应的具体要求，本测试仪基于2018年英国标准协会（BSI）制定的用于评估轨道车辆座椅抵抗用刀片破坏的能力指标来设计及测试，与国际接轨。

测试仪的整体结构及组成如图1所示。底座、龙门架组件与横向导轨组成了整体的框架式结构。为了适应不同厚度的测试坐垫，转动升降机上的手轮带动连接在升降支架上的坐垫定位组件沿着垂直导轨上下滑移。切割时，切割头组件在切割气缸的推动下沿着横向导轨横向滑移，带动刀片从左到右切割测试坐垫。

图1 测试仪整体结构组成

由于工作台的高度可调，可测试不同厚度的座椅；工作台宽度可调节可使试验台用于不同宽度的座椅的测试。因此，本试验仪可以拓展应用于其他交通工具的座椅测试。

切割头组件是此测试仪中非常重要的一个部件，如图2所示。图1中切割头组件处于停车状态即起始位置，此时切割头组件在切割路线之外。小气缸压缩，经摆动板转动接头带动摆动板绕摆动支点顺时针摆动。此时，刀尖高于测试坐垫的上表面。

图2 切割中的切割头组件

图2中切割头处于切割状态。当开始试验时，切割气缸推入，推动移动主板离开停车位，沿横向导轨以60mm/s的额定速度移动到切割位停止。此时小气缸通气、伸出，通过使摆动板绕摆动支点摆动，使刀片伸出切入坐垫。同时，切入力传递到传感器，由传感器实时显示切入力，切割力的大小由另一个传感器实时显示。然后，切割头组件再次向右开始切割，切割深度最大为20mm，并到预设的行程后停止。同时，小气缸回缩使刀片抬刀至原位，以保证安全与保护刀头。

需要注意的是，为保证测试的准确性，对于每个要测试的座椅，应进行两次破坏性的强度测试。且当有两个不同的织物方向时，测试应在两个方向上进行。另外，每次测试都应使用新刀刃。切削速度及切削力可通过两个传感器实时观察、调节，当刀片切入测试坐垫的切割深度不足20mm或者切割不动时，说明此坐垫的切割强度符合要求。