CN100398034C

CN100398034C - 抗晃自稳式椅座

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Publication number: CN100398034C
Application number: CNB2004100891498A
Authority: CN
Inventors: 江绍成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: CN1633934A

Abstract

运载机具行驶中的乘坐者，由于离心力、惯性力等的作用，常发生左摇右晃、前倾后仰，以往的座椅都难以解决。本抗晃自稳式椅座，由上下两个部分组成，上部有数个充气式皮囊，下部有数个膜片式气缸，利用人体重心偏移时重力在椅座上的不均衡分布，在皮囊间形成压力差，用它去操控膜片式换向阀(或比例方向阀)，使相应的气缸动作，它们的不同组合，在不同部位产生抗晃举力，使人体重心回向中部，抵抗或减小左摇右晃或前倾后仰的幅度。

Description

抗晃自稳式椅座

本发明涉及各种运载机具(车、船、飞机等)的椅座。

现有的各种运载机具的椅座种类很多，但都只考虑乘坐者在静止或垂直颠簸时的减震及舒适。运载机具在作曲线运动时的离心力的作用；加速或减速时的惯性力的作用；车辆在崎岖不平的路面及船遇风浪和飞机遇气流时的外力的作用，会造成乘坐者前后左右水平方向的晃动或震动，以往的座椅都难以解决。这种水平方向上的晃动在机具急转弯或速度急剧变化时，使乘坐者大幅度地左摇右晃、前倾后仰，令人不适，甚至晕眩恶心。

本发明提供的抗晃自稳式椅座，由上下两部分组成，上部为四个充气式皮囊，下部为四个单作用膜片式气缸，利用乘坐者重心向一侧偏移时，重力在椅座上的不均衡分布，在皮囊间形成压力差，用这个压力差去操控一个灵敏的膜片式三位四通换向阀或气动比例方向阀，将储气罐(囊)内的压缩空气通到椅座下部相应的单作用膜片式气缸内，将受压较大的皮囊向上顶起，导致乘坐者重心回向中部，达到减小乘坐者重心晃动的幅度的目的。

各种运载机具在运行中，压缩空气常是必备的，当然可以利用它。此外，因本装置所需压缩空气的压力很低(比大气压力高0.2～0.3kg/cm²即可)，是低压气源，为节约能源，可利用车辆垂直振动能量，在车辆底架或椅垫内安置小型往复式气泵，或利用运载机具在行驶过程中的风力，带动一个小型转动风泵，把空气打入低压储气罐(囊)中，供单作用膜片式气缸使用。储气罐(囊)可放在椅座下，也可和椅子的靠背为一体，往复式气泵不仅可储存振动能量，而且还起到缓冲减振作用。借助这两种不消耗机具燃料能源的气泵来存储低压压力能，这已是成熟的技术。

现借助附图对本发明抗晃自稳式椅座的结构和工作原理作进一步说明：

图1、椅座的垂直剖面图

图2、椅座的皮囊、气缸分布图

图3、系统工作原理图，

图4、八个皮囊、气缸分布图

见图1，本椅座由上下两部分组成，上部I有由十字隔板和侧板组成的田字形箱壳3，在箱壳3的被硬质十字隔板隔开的空间内，分别放置四个软质充气皮囊2，每个皮囊的顶部罩着一个帽盖4，帽盖4的四侧与箱壳留有适当间隙，帽盖4上面蒙着内衬有泡沫层5的软质椅座蒙皮1，皮囊2充气时，均匀顶起各帽盖4，椅座蒙皮均匀上凸。有人乘坐时，蒙皮1受压，帽盖4在箱壳中下移并压缩皮囊2。

下部II由硬质侧板和十字筋板组成的箱壳8，在上下部之间的田字形空间里，有膜片6及板式活塞7，下部即成为四个互相隔开的单作用膜片式气缸。

见图2，在椅座的上部，分别放置四个皮囊，它们分别命名为A、B、C、D。位于各皮囊下面的单作用膜片式气缸(图中虚线所示)，则相应命名为a、b、c、d。(参见图1)。

见图3，2为椅座上部的充气皮囊A、B、C、D，10为椅座下部的单作用膜片式气缸a、b、c、d，12为气泵(以振动或风力为动力)，13为单向阀，14为储气罐(囊)，11和15为膜片式三位四通换向阀(或气动比例方向控制阀)，16为限压阀，17为压力表。

椅座空置未坐人时，A、B、C、D各皮囊内的压力等于初始充气压力P₁，略高于大气压力P₀，(P₁＞P₀＝1kg/cm²)，蒙皮软硬合适即可。

设椅座平面尺寸为W×L(cm)

活塞面积S(cm²)

乘坐者体重为G(kg)

储气罐(囊)内压力为P₂(kg/cm²)

乘坐者正坐时，人体重心落在椅座中央，椅座蒙皮1压着帽盖4下移，使A、B、C、D四个皮囊被均匀压陷，各腔压力同等上升。

P_A＝P_C＝P_B＝P_D＝P₁+G/(W×L)

此时，这些皮囊对垂直振动起着缓冲作用，各换向阀处于中位，储气罐(囊)与气缸不通，气缸a与d相通，c与b相通，各气缸静止不动。

若机具在左转弯时，人体受离心力作用，其重心向右侧偏移(倾斜)，左右两侧皮囊受压不同，而使其内的压力发生改变，P_A↑，P_C↑，P_B↓，P_D↓，A、D组换向阀11左移，储气罐(囊)14与气缸a相通，气缸d与大气相通，C、B组换向阀15左移，储气罐(囊)14与气缸c相通，气缸b与大气相通，右侧气缸a、c活塞上升，作用在上部的皮囊A和C上，使这两个皮囊上抬，抵抗人体重心右移。人体重心左移回向中部，减小了因离心力作用而引起的人体重心的晃动幅度。在人体重心回中时，相应皮囊A和D及C和B内的压力恢复至相等，换向阀回中，气缸a与d，c与b相通，当机具恢复直线等速行驶时，离心力消失后，系统恢复乘坐者正坐时的状态。

气路内的气阻成为系统的阻尼，椅座的合理的尺寸参数、合适的阻尼和气源压力，将会达到最佳的抗晃自稳效果。

同理；运载机具在右转弯时，人体重心左移，此时P_D＞P_A；P_B＞P_C，阀11、15右移，左侧d、b活塞上升，使人体重心右移回向中部。

运载机具在加速时，人体重心后移，使P_D＞P_A；P_C＞P_B，阀11右移，阀15左移，后部d、c活塞上升，使人体重心前移而回向中部。

运载机具在刹车时，人体重心前倾，使P_A＞P_D；P_B＞P_C，阀11左移，阀15右移，前部a、b活塞上升，使人体重心后移而回向中部。这点，在撞车事故中，将减轻司机对方向盘的撞击力，有利于安全。

由此可知椅座上部皮囊压力较大的相应的气缸活塞将上升形成抗晃举力。

综上所述，本抗晃自稳式椅座，不仅能对垂直方向上的震动，而且对水平面内的左摇右晃、前倾后仰，都能起到减震和限幅的作用。

下面举实例说明：设椅座尺寸W×L＝33×30(cm)≌1000cm²，

充气皮囊原始充气压力P₁＝1.05kg/cm²(略大于大气压力P₀＝1kg/cm²)，

设S＝200cm²，P₂＝1.2kg/cm²，

乘坐者的体重为G₀＝60kg，压在椅座上的重力为G＝50kg，

人正坐时的各皮囊内的压力P_A＝P_B＝P_C＝P_D＝1.05+G/(W×L)＝1.05+0.05＝1.1kg/cm²，

1、机具向左急转时，若重心右移W/4，全部重力集中到椅座右半部的A和C皮囊之上，

则P_A＝P_C＝1.15 kg/cm²，P_B＝P_D＝1.05kg/cm²，

ΔP₁＝P_A-P_B ΔP₂＝P_C-P_D 分别推动两换向阀动作，

抗晃举力 F＝2×S×(P₂-P₀)

＝2×200×(1.2-1)

＝80kg

F＞G，满足抗晃自稳要求。

当人体小幅晃动时，只要ΔP＝P_A-P_B能推动灵敏的膜片式换向阀，使相应气缸内压力上升形成举力，就可起到抗晃自稳作用，若采用气动比例方向控制阀，则系统可以达到更佳的抗晃自稳效果。

2、机具急刹车时，若重心前移L/4，全部重力集中到椅座的前半部的A和B皮囊之上，

则有P_A＝P_B＝1.15kg/cm²

P_C＝P_D＝1.05kg/cm²

分别推动两换向阀相应动作，

抗晃举力F＝2×S×(P₂-P₀)

＝2×200×(1.2-1)

＝80kg

F＞G，满足抗晃自稳要求。

需要指出，在对角线方位上的晃动，因为此时只有一个气缸起作用，储气罐(囊)内压力较低时，抗晃举力可能不够克服摇晃，当提高储气罐(囊)内压力有困难时，为了能够抵抗平面上任何方位的摇晃，可把气缸和皮囊的数目都增为六个或八个，也可将椅座制成圆形(如图4所示)，对称于椅座中心的两个皮囊和气缸组成一组，共三或四组。在任何情况下，至少有二或三组在起作用，完全能满足抗晃自稳要求。数个膜片式气缸的膜片可做成一块整体，气缸和活塞的形状也可为非圆形(如图4的虚线所示)，数个非圆形的气缸体构成椅座下部。上、下箱体(含气缸体)、板式活塞、帽盖等零件均可用工程塑料模压成型制作。

本抗晃自稳式椅座的另一种设计实例，它上部的每个充气式皮囊的侧面，可做成手风琴式的褶皱，以提高皮囊的侧向刚度，防止其侧向变形，以保证重心偏移时的压力差。此时可取消其上的帽盖4，或也可和其下部的单作用膜片式气缸组成一个组件。将数个这样的组件放置在座垫里，按图3接入气路系统，蒙上衬有泡沫垫的蒙皮即可。

Claims

1.一种抗晃自稳式椅座，其特征是由上下两部分组成，上部(I)内放置四个充气式皮囊(2)，下部(II)由四个膜片式气缸组成，椅座蒙皮(1)受压时，四个帽盖(4)可沿着箱壳(3)下移，将对角线位置的A、D，B、C皮囊分别组成两组，乘坐者受外力作用发生重心水平侧移时，重力在椅座上的不均衡分布，在皮囊间形成压力差，用它去操控对应的气动换向阀或气动比例方向阀，将运载机具内的低压气源的一定压力的压缩空气通到皮囊压力较大的椅座下部相应的气缸内，该活塞上升对其上的皮囊形成举力，使人体重心回向中部，两组四个气缸不同的四种组合，分别可抵抗或减小人体的左摇右晃或前倾后仰的幅度。

2.由权利要求1所述的抗晃自稳式椅座，其特征是低压气源也可取自运载机具的垂直震动或风力作动力的气泵。

3.由权利要求1所述的抗晃自稳式椅座，其特征是皮囊和气缸的数目可增至六个或八个，按圆形分布，对称于椅座中心的两个皮囊和气缸组成一组，共三组或四组，气缸和活塞均可为非圆形。

4.由权利要求1所述的抗晃自稳式椅座，其特征是上部每个充气式皮囊的侧面，也可做成手风琴式的褶皱，或也可和下部的单作用膜片式气缸组成一个组件。