童車跌落試驗(yàn)機(jī)的研制

劉慧 袁興啟 許斌 宋芳

（昆山海關(guān)，江蘇昆山 215300）

兒童是國(guó)家的未來(lái)，兒童的健康安全直接關(guān)系到家庭的幸福和社會(huì)的穩(wěn)定。隨著人民生活水平的提高，童車的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，兒童三輪車和兒童自行車作為兩種常見(jiàn)的童車產(chǎn)品，深受孩子們喜愛(ài)。兒童三輪車的適用年齡一般從1.5 歲開始，兒童自行車的適用年齡一般從3 歲～4 歲開始，這個(gè)年齡段的兒童自我保護(hù)意識(shí)和能力非常弱，童車產(chǎn)品的任何質(zhì)量問(wèn)題都可能造成嚴(yán)重后果。因此，童車的質(zhì)量安全也深受消費(fèi)者和相關(guān)部門重視[1-3]。為了提升童車產(chǎn)品質(zhì)量，確保使用兒童的健康安全，各國(guó)家和地區(qū)都制定了相關(guān)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)還將童車納入強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證（CCC）管理，確保進(jìn)口及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)童車的質(zhì)量安全。在童車產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，跌落試驗(yàn)是一項(xiàng)重要的技術(shù)要求，直接關(guān)乎騎行兒童的安全，一直被業(yè)界重視。如國(guó)標(biāo)GB 14747-2006《兒童三輪車安全要求》[4]、美標(biāo)ANSI Z315.1-2012《三輪車 安全性要求》[5]中規(guī)定了兒童三輪車的跌落試驗(yàn)要求，美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)16 CFR 1512/CPSC 1512[6]中規(guī)定了兒童自行車的跌落試驗(yàn)要求等。

我國(guó)是人口大國(guó)，童車的使用量很大，產(chǎn)品的安全尤為重要，直接關(guān)系到騎行兒童的健康安全。而滿足安全標(biāo)準(zhǔn)是合格產(chǎn)品的首要要求，也是減少企業(yè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。因此，進(jìn)口企業(yè)和生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行正確檢測(cè)，以滿足相關(guān)的法律法規(guī)。另外，我國(guó)童車檢測(cè)機(jī)構(gòu)眾多，每年相關(guān)部門對(duì)童車產(chǎn)品的國(guó)抽、省抽、地抽等抽樣檢測(cè)量也很大。確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性，是各機(jī)構(gòu)應(yīng)該首先考慮的問(wèn)題，準(zhǔn)確檢測(cè)首要的前提就是檢測(cè)設(shè)備是否先進(jìn)和可靠。

1 童車跌落測(cè)試現(xiàn)狀

目前我國(guó)機(jī)構(gòu)和企業(yè)實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行童車跌落試驗(yàn)時(shí)，多采用手動(dòng)測(cè)試或采用翻板式、懸掛式兩種結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)。手動(dòng)測(cè)試需要兩名檢測(cè)人員將樣品抬升至規(guī)定高度，同時(shí)松手釋放使其下落，該方法測(cè)試精度不高，且難以確保兩名檢測(cè)人員操作同步，經(jīng)常發(fā)生釋放不同步導(dǎo)致車子前后輪落地偏差，而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。翻板式試驗(yàn)機(jī)采用兩塊平板分別放置車體前輪和后輪，從而托住試驗(yàn)樣品，通過(guò)上下移動(dòng)平板調(diào)節(jié)車體高度，旋轉(zhuǎn)平板釋放車體使其下落。然而，實(shí)際測(cè)試中該試驗(yàn)機(jī)在釋放車體時(shí)，車體不能自由無(wú)障礙落下，車把兩端在固定上標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷后不能保持平衡而轉(zhuǎn)向某一邊，車身在負(fù)荷作用下向某一邊傾斜，頻繁出現(xiàn)車體傾斜懸掛現(xiàn)象，嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果。懸掛式試驗(yàn)機(jī)通過(guò)鋼繩拉住車體使其懸掛于空中，釋放鋼繩使車體下落，該結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)在測(cè)試過(guò)程中對(duì)抬升至空中的樣品定位困難，調(diào)節(jié)麻煩，難以準(zhǔn)確將樣品穩(wěn)定于規(guī)定高度。

本文從我國(guó)童車跌落測(cè)試現(xiàn)狀出發(fā)，克服以往產(chǎn)品的不足，研制出一臺(tái)調(diào)節(jié)方便、定位準(zhǔn)確、釋放過(guò)程無(wú)障礙、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的童車跌落試驗(yàn)機(jī)，既可用于兒童三輪車跌落試驗(yàn)，又可用于兒童自行車跌落試驗(yàn)。所得研究成果將促進(jìn)我國(guó)童車檢測(cè)技術(shù)水平的提升，并帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

童車跌落試驗(yàn)機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：整機(jī)框架、車把頂夾裝置、后輪軸頂夾裝置、提升裝置、釋放系統(tǒng)、荷重安裝裝置和混凝土地面，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 童車跌落試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 整機(jī)框架

整機(jī)框架包括四根導(dǎo)柱，導(dǎo)柱安裝框架。框架采用鋁合金型材，組裝簡(jiǎn)單方便且成本較低。將四根導(dǎo)柱牢固固定在框架上，夾持試件的框架沿著導(dǎo)柱上升或下降，實(shí)現(xiàn)試件平穩(wěn)抬升?？蚣艹叽邕m應(yīng)目前市場(chǎng)上所有常見(jiàn)尺寸的兒童三輪車和兒童自行車的測(cè)試。

2.2 車把頂夾裝置

本試驗(yàn)機(jī)可同時(shí)適用于兒童三輪車和兒童自行車的跌落試驗(yàn)，車把和后輪是兩類童車共同擁有的前后兩大部件，綜合考慮方便頂夾和試樣穩(wěn)定性等因素，本文選擇這兩大部件作為試樣頂夾位置。

車把頂夾裝置包括兩個(gè)頂夾氣缸，以及氣缸安置滑塊、調(diào)節(jié)滑塊之間距離的螺桿。將橫梁安置在線性滑套上（導(dǎo)向套），橫梁可沿導(dǎo)柱上下滑動(dòng)。將線性滑軌和兩個(gè)滑塊安置到橫梁上，在兩個(gè)滑塊上分別安裝兩個(gè)氣缸，滑塊用正反牙的螺桿驅(qū)動(dòng)，使兩個(gè)氣缸同時(shí)向中間靠攏或向兩邊分離，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的把橫管頂夾。

2.3 后輪軸頂夾裝置

后輪軸頂夾裝置包括兩個(gè)氣缸，以及氣缸安置滑塊、調(diào)節(jié)滑塊前進(jìn)或后退的螺桿。在U 型框架移動(dòng)該裝置，并上下滑動(dòng)U 型框架，使后輪軸頂夾氣缸對(duì)準(zhǔn)試件后輪軸，頂夾裝置上設(shè)置線性滑軌和滑塊，滑塊上安裝頂夾氣缸，用螺桿驅(qū)動(dòng)滑塊前進(jìn)或后退，以適應(yīng)不同寬度的輪軸。

2.4 提升裝置

提升裝置包括提升電動(dòng)葫蘆，可滑動(dòng)U 型框架（安置后輪軸頂夾裝置用）、可滑動(dòng)橫梁（安置車把頂夾裝置用），以及U 型框架和橫梁連接固定板。本試驗(yàn)機(jī)頂夾位置定在車把和后輪軸兩個(gè)位置，若兩個(gè)頂夾部位分別提升，難以保持試樣的水平狀態(tài)。因此，本試驗(yàn)機(jī)將U 型框架和橫梁用連接板固緊，成為一體，確保兩個(gè)頂夾部位同時(shí)上升下降。整體框架頂上懸掛電動(dòng)葫蘆，可將試件頂夾框架沿四根導(dǎo)柱水平抬升。

2.5 釋放系統(tǒng)

本試驗(yàn)機(jī)利用氣缸頂夾車把和后輪軸兩個(gè)部位，因此釋放系統(tǒng)的主要組成部分也是氣缸。氣缸裝有電磁換向閥，對(duì)四個(gè)氣缸電磁換向閥同時(shí)給出信號(hào)，讓氣缸軸同時(shí)快速回收，實(shí)現(xiàn)試件童車水平狀態(tài)下的自由跌落。

2.6 荷重安裝裝置

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，鞍座、每個(gè)把套、后踏板（如有）需要安裝荷重，其中把套既是安裝荷重位置，也是頂夾位置。在車把兩端安裝尾套，套入砝碼套管，套管下面鎖入規(guī)定砝碼即可實(shí)現(xiàn)荷重安裝。不同的車把兩端指向的方向會(huì)不同，本文把車把尾套一端設(shè)計(jì)為球面，使之更好地適應(yīng)不同角度車把的頂夾。把套荷重安裝裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 把套荷重安裝裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.7 混凝土地面

標(biāo)準(zhǔn)要求將試件跌落至水泥地面，為了讓試驗(yàn)機(jī)適用于各種地面的測(cè)試環(huán)境，試驗(yàn)機(jī)下面單獨(dú)設(shè)置一個(gè)混凝土地面，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示?；炷恋孛嬗傻装搴退嗯_(tái)組成，根據(jù)試件落地接觸面的特征設(shè)計(jì)為T 型，相比較整面的長(zhǎng)方形臺(tái)面，T 型臺(tái)面使得整機(jī)更加輕便?；炷恋孛嬖O(shè)計(jì)為可移動(dòng)部件，通過(guò)一端安裝腳輪組，另一端設(shè)置把手方便移動(dòng)。

圖3 混凝土地面結(jié)構(gòu)示意圖

3 主要技術(shù)原理

3.1 高度清零

將試件放置在混凝土地面上，根據(jù)試件大小，調(diào)節(jié)夾緊氣缸的位置，實(shí)現(xiàn)試件的固定，此時(shí)試件的高度視為零點(diǎn)，在觸摸屏界面點(diǎn)擊“高度清零”，然后再進(jìn)行試件提升。

3.2 參數(shù)控制

童車跌落試驗(yàn)機(jī)的跌落高度和釋放時(shí)間等參數(shù)可在觸摸屏界面“參數(shù)設(shè)定”欄目中設(shè)置，如圖4 所示；同時(shí)，也可以實(shí)時(shí)讀取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中試件的高度。高度使用編碼器控制，系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定高度時(shí)報(bào)警，此時(shí)可以執(zhí)行跌落測(cè)試。

圖4 觸摸屏界面

3.3 試件的自動(dòng)釋放

試件提升至設(shè)定高度后，點(diǎn)擊觸摸屏主界面上“釋放”，進(jìn)行跌落試驗(yàn)。系統(tǒng)采用氣缸夾緊試件，左右氣缸兩兩一組，可同時(shí)使用，也可分開使用，4 個(gè)氣缸共用電磁換向閥，保證其同時(shí)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)試件自由跌落。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)機(jī)研制成功后，可應(yīng)用于國(guó)標(biāo)GB 14747-2006、美標(biāo)ANSI Z315.1-2012 中兒童三輪車的跌落試驗(yàn)，以及美標(biāo)16 CFR 1512/CPSC 1512 中兒童自行車的跌落試驗(yàn)。應(yīng)用結(jié)果表明，本試驗(yàn)機(jī)調(diào)節(jié)方便、定位準(zhǔn)確、釋放過(guò)程無(wú)障礙，是童車跌落試驗(yàn)的首選設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于童車生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的型式試驗(yàn)。同時(shí)，還可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)一步拓展改裝，應(yīng)用于其他產(chǎn)品的類似跌落試驗(yàn)中。