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用充气金属减轻办公转椅重量

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  【摘  要】本文通过对办公转椅重量的调研,发现办公转椅普遍较重。因此提出用充气金属替换办公转椅的部分零部件以达到减轻重量,降低办公转椅制造、运输、组装成本的目的。经过估算发现用充气金属替换部分零部件减少的重量的确可观。但由于一些条件限制,将充气金属运用于办公转椅生产尚有一定距离。
  【关键词】充气金属;办公转椅;重量
  前言:
  办公转椅因其良好的活动性和基于人体工效学设计的舒适性而受到商务办公场所和家庭办公的广泛使用。大部分办公转椅为了强度和活动性的需要,在其零部件中使用大量金属材料,这使得办公转椅本身重量通常很大,运输以及人工成本很高。充气金属是运用气球充气的原理创造性的减少金属质量的一种材料。本文试图探究将充气金属运用在办公转椅上,达到有效减轻办公转椅重量的目的。
  1.办公转椅重量调研及相关设计案例
  QB/T 2208-2016 《办公家具 办公椅》中对办公椅的定义是:供室内工作使用的单人座椅[1]。QB/T 2208-2007《办公椅》[2]中对转椅的定义是:座面可水平方向转动的办公椅。因此本文办公转椅是指供室内工作使用的可水平方向转动的单人座椅。另用“重量”而非“质量”是为避免与指代座椅耐用程度的“质量”混淆。
  1.1品牌办公转椅重量调研与分析
  笔者根据办公转椅分享论坛调研发现,办公转椅普遍较重成为用户常提出的一个痛点,因此调研了五个品牌某一类型办公转椅的重量。为保证数据具有代表性,五个品牌包含了国内外知名办公家具品牌的有头靠网面办公转椅,共10把椅子。选择“有头枕网面办公转椅”是考虑到两个方面。第一,市面上办公转椅大多分为网面和皮面两种,皮面因内部填充海绵等通常会更重一些;第二,办公转椅也大致分为有头靠和无头靠两种,无头靠的办公座椅重量通常小于有头靠的办公转椅。因此“有头靠办公转椅”在办公转椅中重量处于中间水平。数据统计如表1。
  由表1可以看出有头枕网面办公转椅重量大致在12-33kg,大部分都超过20kg。20kg相当于50-60瓶500ml普通矿泉水的重量。由此可以看出以有头枕的网面办公转椅为代表的办公转椅的确重量很大。
  转椅重量过大会加大物流运输成本,增加用户组装办公转椅的难度。过大的重量产生了更高的物流运输成本。而且由于转椅尺寸通常很大以及脚轮具有活动性,所以在运输过程中通常以零部件形式包装。转椅到达用户家中或办公场所后需要自行组装。过大的重量使得办公转椅组装难度大,耗时长。转椅自身带脚轮,具有活动性,因此不会影响其使用过程中的移动。
  针对办公转椅重量过大这一问题,笔者拟采用充气金属来减轻其重量,减少物流成本,减轻用户组装难度。
  1.2相关设计案例
  在国外一些知名办公家具企业也有用各种方法减轻座椅重量的设计。美国赫曼·米勒公司设计了一款Setu 座椅,这张座椅的设计理念是:尽可能少的材料、在生产中耗费尽可能少的能源。椅子骨架用聚丙烯替代钢材,以达到轻盈又耐用的目标。设计者试图将一切削减到最简状态,设计过程中减小座椅体量,尽可能精简零部件。座椅高度仅900mm,总重仅8kg。
  2.用充气金属制备办公转椅零部件的设想与重量估算
  2.1 充气金属优势
  充气金属,是指把传统的二维金属材料通过充入高压气体的方法变成想要的三维立体构件的金属材料. 这种材料是由芬兰设计师奥斯卡·泽塔与其搭档经过近十年的研究而研制的金属冲压成型技术制作而成。[3]
  充气金属的主要优势是质量轻,,用材少,加工容易。相比于聚丙烯等塑料,相同体积下充气金属重量更轻,并一样可以使用回收材料。充气金属的加工过程不需要模具,经过激光切割与焊接即可。因此在设计研发阶段打样成本很低,在生产阶段既可以大批量生产,也可以小规模定制。
  充气金属的构件的结构为,两层轮廓焊接在一起的1mm厚金属板,常为钢板,中间填充特定压力的压缩气体。有资料显示,3.4千克的充气金属凳子可承受2.5吨重量,此时的负荷值约为1:1000。在桥梁工程中其净负荷值为1:10,也就是材料能承受本身十倍的重量。笔者分析其部件负荷值与产品结构以及体量有关,但总的来讲这种材料相比普通金属材料有质量轻强度大的优势。
  2.2 充气金属替代办公转椅部分零部件的设想
  由图可以看出,办公转椅由下而上的部件分为椅脚轮、气杆、座面支架、背支柱、座垫、扶手、靠腰、靠背、头靠九部分。[4]
  充气金属使用金属冲压成型技术,设计人员只能控制几何图形的关键连接点,而曲面和内空间是内部自由变形的结果,即“可控制的失控”。因此充气金属产品部件最终的外形具有一定不确定性。而座面,靠背,靠腰,头靠,扶手为直接接触人体的部分,对零部件的形状,角度,尺寸等有较为严格的人体工学相关要求。所以充气金属不适合替代这些部件的框架。
  办公转椅的中的椅座下的气压升降杆质量要求非常严格,要求符合SGS质量认证和GB/T 29525-2013《座椅升降气弹簧 技术条件》[5]中的技术要求。因此也不适宜由充气金属来替代。
  经过分析可以得出,能够用充气金属替换的零部件为:脚轮五星架上的金属部分,背支柱以及支撑扶手的金属部件。
  用充气金属替代普通金属材料时的结构。办公椅脚轮与五星架为螺钉连接,扶手与支撑架也为螺钉连接。靠背与底座的连接常通过螺栓连接。所以若以充气金属替代这些部件,连接部分要设置供连接的螺纹。充气金属本身就是金属材料,所以最简单的解决方法就是将相应螺母通过焊接的方式固定在相应连接处。
  2.3以某一品牌办公椅为例的重量估算
  以冈村人体工学椅contessa2为例,估算使用充气金属替代相应部件时办公座椅减少的重量。
  根据座椅销售商在其网站上提供的座椅尺寸可以大致估算要替换的部件尺寸及重量。经相关资料查阅,办公椅所用金属管壁厚在2.5-30mm不等,这里取2.8mm为金属管壁厚值。此办公转椅采用骨架材料和脚架材料都为铝合金,密度为2.7×103kg/m3。靠背部分钢管长度约为横杆450mm,竖杆730mm,横截面约为50mm×20mm。扶手处钢管长度约为260mm,横截面约为50mm×10mm。五星脚架每条腿长360mm,最中心处横截面为60mm×40mm。因此可估算背支柱、扶手与脚架处铝合金支撑的重量和约为10.53kg。当使用充气金属材料时,壁厚为1.0mm,重量和为1.35kg。一把椅子可减轻重量约9.18kg。
  3.将充气金属应用于办公转椅生产的障碍
  充气金属现由研发它的波兰设计师所开的公司zieta运营,具体气体压力参数尚未公开。另一方面,目前由充气金属制作的产品价格都相对较高。这是充气金属广泛应用于办公转椅的客观障碍。且由于笔者技术条件限制尚未对相应设想进行实践,因此可能存在未知技术障碍。
  结语:
  由本文的分析与计算可以看出用充气金属替代办公转椅相应的零部件确实可以很好的减轻办公椅重量。这对办公转椅降低制造、运输和组装成本是一个很好的思路。但目前缺乏实践,对于其应用于大批量生产尚有一定距离。
  参考文献:
  [1]赖德明,卢攀宇,邓燕平,何健华,张小吉.《办公家具办公椅》新版标准解读[J].家具,2017,38(01):98-100.
  [2]QB-T 2208-2007《办公椅》[S].
  [3]Leeble.金属充气魔法[J].设计,2013(03):74-79.
  [4]丁利敬. 办公转椅的模块化设计开发研究[D].江南大学,2008.
  [5]GB-T 29525-2013《座椅升降气弹簧 技术条件》[S].
  作者简介:
  陈宁馨(1997.12.1),女,汉族,河南焦作人,中南林业科技大學家具与艺术设计学院,19级在读研究生,硕士学位,专业:工业设计工程,研究方向:家具设计工程。
  (作者单位:中南林业科技大学)

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