摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，动车组的运行越来越多。针对某型动车组客室座椅椅腿开裂问题，通过普查发现，座椅椅腿开裂数量虽然较多，但开裂形式基本一致。根据普查结果，对开裂椅腿的断口、座椅强度、所处环境等进行了多项性能分析与模拟试验。结果发现，清洗剂具有腐蚀作用，椅腿表面涂层耐腐蚀性能较差，座椅椅腿开裂属于高强度铝合金的应力腐蚀开裂。根据试验结果，提出了改善使用环境、增强表面防护处理等优化措施。
关键词：动车组;客室座椅;铝合金椅腿;椅腿开裂;应力腐蚀
引言
近几年来，随着我国高铁的飞速发展，我国已成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。在列车高速运行状况下，对乘客的安全性及舒适性要求更加严格。动车组座椅作为乘客与列车的连接纽带，不仅要能够支撑乘客的身体重量，而且要在列车高速运行状态下保证乘客的舒适性，减轻乘客乘坐的疲劳，在列车出现意外时保护乘客的安全。
1座椅椅腿断裂普查
对线路上出现典型断裂问题的6组车辆进行普查。6组车辆座椅均投入运行5年左右，部分座椅椅腿出现断裂现象，与原设计使用寿命20年严重不相符。其中，3人座椅中间腿开裂占所有开裂椅腿比例达到了86．84%，这可能与未安装保护罩壳关系较大。除开裂外现象，未开裂椅腿部分也有不同程度的掉漆和腐蚀现象。座椅腿材质采用A7003S-T5高强度铝合金型材焊接而成，表面未进行氧化处理，但有喷漆。断裂位置位于角焊缝上方，断口呈锯齿状。
2动车组座椅
2.1动车组运行平稳性分析
动车组采用了先进的高速列车制动技术，在舒适度、制动距离和系统可靠性上都有了很大的提高，其平均加速度（0→200km/h）为0.30m/s2，紧急制动瞬时减速度≤1.35m/s2，制动过程为一个连续快速减速的过程，是一条光滑的匀速下降曲线，不会出现骤然停顿或突然加力的情况，乘客不会因此受到影响；此外，动车组座椅造型符合人体曲线，乘客坐上去之后，扶手、靠背形成一个安全环绕系统，将旅客安全地“拥”在座位之中，即使在紧急制动的情况下，旅客也不会有太多前倾的感觉。
2.2试验台的技术创新点
(1)构成用户自定义试验平台，组合试验控制思想，控制软件模块化设计。为用户提供了一个通用的试验平台，用户可以依据不同的试验规范，自行编排试验内容，彻底实现了柔性化组态。(2)模块化设计，各加载通道既可独立控制，构成独立的动力模块，也可任意组合。(3)采用铝合金型材方式组合试验台架，易于安装和维护，结构紧凑，外形美观。可根据试验内容拆分、组合试验台，作动器位置、角度、高度可调，满足不同型号的座椅试验位置的要求，具有良好的通用性。(4)载荷、位移复合控制技术，采用特定的硬件电路设计和软件控制，各作用通道可实现独立的位移和载荷闭环控制以及两种控制方式间的无扰动切换。(5)上下位机双路采集系统，较好地解决了WinCC组态软件和PLC通讯系统实时性差的问题，试验过程中可实时显示通道的信号曲线和数据。(6)通过通道绑定的方式既满足通道独立控制，又简化了试验动作设定过程，整个控制系统可同时进行4项试验内容，大大提高了设备的利用率，为座椅耐久试验节省了试验周期和费用。
2.3安全带使用管理情况分析
动车组运营模式与飞机及汽车有较大差别，其定员多、运行时间长、服务人员相对较少以及可能存在超员情况的运营特点，对动车组座椅配置安全带可行性有较大限制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于动车组运行时间相对较长，长时间使用安全带束缚身体，对乘客乘坐舒适度有较大影响，乘客也可能不会长时间使用安全带；同时动车组定员多，服务人员相对较少，难以像飞机乘务人员一样对乘客安全带使用情况进行逐一确认。如果动车组座椅配置安全带，将不允许有超员情况发生，因为若是强制每一位乘客都系上安全带的话，那么意味着超员乘客只能被阻挡在车厢之外。
2.4座椅靠背后小桌板人机分析
对靠背背后小桌板尺寸，我们从旅客使用角度出发，对高度尺寸进行了定义。按GB10000数值，我们取值18~60岁男性50%人体身高数值1678，并考虑经年来人体身高的增长、欧美等人群相对国内身高的差异及鞋高等因素，将此数值修正至1720mm，小桌板高度设置在675mm满足大多数人使用，同时，考虑到不同百分位人在使用小桌时臂长的，对小桌板设置了抽拉功能，按GB10000标准18~60岁男性前臂长数值，5%为216mm，95%258mm，差异42mm，应此，小桌板设置了50mm的抽拉数值，保证满足绝大多数人使用。再次，对小桌板承载方面，也参照TB/T3263-2011，要求垂直向下载荷不小于750N，确保日常餐饮、使用电脑、睡觉等方面的使用。
3分析讨论
一般产生应力腐蚀裂纹必须具备3个条件:存在拉应力;材料对应力腐蚀有高的敏感性;特定的腐蚀环境。椅腿经断口断裂性质分析、强度分析和腐蚀过程模拟，可以判定以上3个条件都具备，且裂纹各种特征完全符合，故可断定椅腿裂纹为应力腐蚀裂纹。铝合金应力裂纹的产生机理主要存在两种解释:一是阳极溶解理论;二是阴极氢脆开裂机理。阳极溶解理论认为，在腐蚀介质中，合金表面会形成一层保护膜，而在拉应力或活性离子(Cl－)作用下，会发生膜的破坏，致使合金表面裸露，裸露的基体金属与合金其他表面构成小阳极和大阴极的腐蚀电池，故合金新鲜表面就发生了阳极溶解，由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。氢脆理论则认为，腐蚀过程中产生的自由原子氢通过应力诱导扩散和位错迁移，使得氢向裂纹前端的高应力区富集，经过足够长的时间后，氢浓度达到一个临界值，便可促使氢脆的发生，并且铝合金中聚集分布的不溶项类同于三轴应力缺陷，首先捕捉了反应生成的氢原子，并在拉应力的作用下沿晶界优先偏聚，引起沿晶开裂。氢在裂纹附近的浓度高于基体浓度，在裂纹尖端氢除了浓度较高外，其扩散系数也最大，比距离裂纹较远外基体中的高两个数量级。
结语
综上所述，座椅腿开裂是典型的高强度铝合金应力腐蚀开裂。椅腿在腐蚀状态下承受负载能力降低，在长期处于应力腐蚀工况下，易引发开裂。清洗剂中含有对铝合金起缓蚀的成分，能够造成铝合金腐蚀。油漆表面的防腐性能过低，不能满足设计寿命要求，如将喷漆改为喷塑处理，能够有效提高表面防腐能力。
参考文献
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论文作者:张敬源
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
标签：座椅论文; 车组论文; 应力论文; 铝合金论文; 乘客论文; 裂纹论文; 小桌论文; 《基层建设》2019年第28期论文;