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2013-05-15

本文介绍了坐资对人体脊柱的影响及座椅设计过程中需考虑的各项参数要求,重点讲述了我公司AW101座椅在设计过程中应用亚博app下载苹果版在座位深度、座位宽度、靠背角、坐面角、靠背形状、座椅饰面等座椅结构参数选择、应用上积累的经验。
关键词 亚博app下载苹果版,舒适性,座椅设计
 
1 坐姿对脊柱的影响
       (1)人的脊柱由24块椎骨、5块骶骨和4块尾骨连接而成,椎骨间有椎间盘连接。脊柱由正面看是上下竖直的,从侧面看可观察到S型弯曲的形状,正常立姿状态时,颈椎略向前弯曲,胸椎向后弯曲,腰椎向前弯曲,骶骨向后弯曲,这时椎间盘所受的压力和脊柱各区段的静态负荷处在最佳状态。
       (2)从立姿转到坐姿状态时,脊柱、骨盆和下肢骨的状态发生很大变化,这种变化表现为:大腿骨位置由竖转横,骨盆上缘向后旋转,脊柱从向前弯凸转为向后弯凸,坐姿时的脊柱后凸状态又因坐姿不同而变化,腰椎后凸直接导致椎间盘之间的压力增加。(见图1)
      
       图1 立姿与坐姿时的脊柱变化(左为立姿)
       (3)坐姿可分为三种:向前坐、笔直坐、向后靠,向前坐是工作时的状态,向后靠是休息放松的姿势。在各种坐姿中,躯干后倾(与大腿成115°角),腰、背有衬垫支撑的姿势时脊柱较自然,躯干重量的一部分落在腰、背衬垫上,可使腰椎负荷减轻,脊柱变形程度减小,腰、腹、背等处肌肉放松,不易疲劳。
 
2 坐姿功效学简述
       (1)座椅的设计应能使坐姿经常改变,能够足够的自由活动,即不能只考虑静态人体尺寸,而应考虑动态人体尺寸。
       (2)为了避免完全的脊柱后凸和背部拉紧,工作椅应为背的下部提供靠背,这种靠背将有效地支撑脊柱(包括骨盆和骶骨),并能放松背上的肌肉,减少静态的肌肉拉力。
       (3)坐得笔直的姿势,脊柱前凸将很快地导致肌肉系的疲劳,故必须避免将此作为一种长时间的坐姿。
       (4)直的以腰部和上身略向前弯曲的中间坐姿,是一种悠闲的姿势,背部肌肉放松,并且上身的重量全部由脊椎、椎间盘和韧带承受,工作中应经常采用这种姿势。
       (5)坐姿的体压分布:坐姿时人体的大部分重量由骨盆下的两块坐骨结节承受(见图2),由坐骨结节向外压力逐渐减少,为保证臀部压力的合理分布,椅面应坚实平坦,过于松软的椅面使臀部与大腿肌肉受压面积加大,增加了身体的不稳定性,使身体重量不容易由两块坐骨结节准确支撑,而且也不易改变坐姿,容易产生疲劳。
      
           图2 两种坐姿在座面上所产生的压力分布图
 
3 座椅设计需着重考虑的问题
       (1)座椅设计首先必须保证脊柱保持正常形状,腰椎间盘上的力最小,并且背部肌肉有最大可能的放松,应避免坐靠垫过软坐下去形成猫背状,坐下去最终落体姿势是腰椎附近能得到轻轻的支撑,使背肌有伸张感为宜。
       (2)座椅座面深度不宜过大,座面过深会导致第5百分位人靠不着靠背,或是靠背对腰椎的支持无效,这样就会形成猫背状易疲劳。
       (3)座椅应有很好的铺垫和饰面,座的前缘以不坚硬的为宜,将大部分体重分布在臀部较大的面积上,一只坐垫能将体重分布在座面上直径为6~10cm的圆面积内为宜。
       (4)靠背的前倾斜角超过110°者要附有靠枕,无靠枕者如以颈支持头的重量则肩部会痛。
       (5)图3为Grundjean建议的休息椅靠背曲线,人们对它的抱怨最少,我们的座椅很多参数在工作椅和休息椅的交界值,为兼顾舒适而偏向休息椅参数。
      
        图3 Grundjean建议的休息椅靠背曲线
            图中网格尺寸为100mm×100mm。
 
4 AW101座椅设计参数选择
       (1)座位深度:合理的座位深度可使就座者的腰背自然地倚靠在靠背上时椅面前缘不会抵到小腿,“臀-腿弯距”是座椅坐深的设计参考值,第5百分位中国男性该值为421mm(见表1),AW101座椅无坐垫时坐深为380~390mm,加坐垫时坐深390~400mm,人们在就座时一般不会将整个大腿全部埋进椅子里,腿弯部分总是要离坐面稍许,所以该值比较合理。
 
       表1 中国成年人人体尺寸比较(局部表)
      
 
       (2)座位宽度:此时应考虑大个子的身体尺寸,“坐姿臀宽”是该尺寸的设计参考值,中国男性第95百分位男性该值为334mm,AW101座椅坐宽380mm,加坐垫时坐宽430mm,(法国坐垫450mm),考虑到衣着基本能满足需求,因为工作时需着安全带腰带,两侧预留不宜过大。
       (3)靠背角:靠背角是指靠背与座面之间的夹角,靠背角的大小对坐姿和脊柱、背肌的负荷程度有重要影响,一般来说随着靠背角增大,腰椎间盘压力降低,背肌放松,但靠背角增大到110°角以后,再增大并无进一步明显改善,考虑到驾驶员座椅的工作特性并非完全休闲用,AW101该角度选取为105°。
       (4)座面角:座面角指座面与水平面之间的夹角,座椅有一定的后倾角有两个好处,一是可使坐者腰背比较自然地靠在座椅靠背上,二是可以防止坐者向后倾靠时臀部向前滑动,根据Grundjean对最舒适椅子的平均值建议(《亚博app下载苹果版与环境行为学》),座面坡度20°~26°可兼顾工作及休息,考虑到驾驶员座椅主要以满足操作直升机的工作特性,AW101座椅座面角选择为21°。
       (5)靠背的形状:靠背形状的原则是应与脊柱的自然弯曲状相适应,脊柱腰椎段是承受上体重量最关键的部位,它呈角度的前凸弯曲形状,靠背应在腰椎倚靠的部位适度隆起,使人后靠在上面时能与腰椎段的自然弯曲状贴合,并使上体前倾,在从事操作工作时不使腰椎段后凸,以免腰椎间盘产生过渡压力。休息椅靠背主要支撑点应在座面以上80~140mm处位于骶骨上缘和第五腰椎高度处(《亚博app下载苹果版与环境行为学》)。AW101座椅椅盆腰靠高度110mm左右,且附加的靠垫上腰靠位置可调。
     (6)座椅饰面:当人坐在一个硬的表面上时,体重的75%左右由约25c㎡的坐骨结节周围的部位来支撑,似乎过于集中,如果座面上有饰面铺垫后,可增加承受体重的面积,防止血液在臀部和大腿中流动时的阻力,可减少痛或不适的感觉。但铺垫过于柔软,臀部的体压感觉便不好,坐起来不踏实。建议工作椅使用一小时以上的,应有薄的坐垫,躯体埋在坐垫中的深度不大于20~30mm,能将体重分布在座面上直径60~100mm的圆形面积内为宜,AW101座椅座靠垫选择密度45kg/m3、厚度约40mm的阻燃聚氨酯泡沫垫芯,透气性好的纯毛布套,乘坐舒适。

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