一種新型乘騎玩具電動(dòng)童車模擬自動(dòng)加載儀器的研究

原偉 嚴(yán)曉鳴 賴興濱

摘要：文中研究一種新型乘騎玩具電動(dòng)童車模擬自動(dòng)加載儀器，該儀器模擬電動(dòng)童車道路運(yùn)行過程，實(shí)時(shí)監(jiān)控施加座位上的定量負(fù)載，為專業(yè)化技術(shù)支持和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，有效地提高了檢測(cè)效率。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)童車；自動(dòng)加載儀器；設(shè)計(jì)

Research on a New Type of Automatic Loading Instrument for Electrically Driven Ride-on Toys

YUAN Wei， YAN Xiaoming， LAI Xingbin

（ Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou350002， Fujian， China）

Abstract：? This paper studies a new type of automatic loading instrument for electrically driven ride-on toys， which simulates the road running process of the electrically driven ride-on toys， monitors the quantitative load on the seat in real time. It provides accurate data for professional technical support and scientific experiments， and effectively improves the detection efficiency.

Key Words： Electrically driven ride-on toys; Automatic loading instrument; Design

0 前言

為了準(zhǔn)確研判乘騎玩具電動(dòng)童車座位載荷質(zhì)量下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫升符合GB 19865-2005《電玩具的安全》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)熱和非正常工作項(xiàng)目的試驗(yàn)要求[1]，亟需探索一種安全高效的模擬自動(dòng)加載儀器，有效提升檢測(cè)水平，克服檢測(cè)過程不確定因素。

國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 19865-2005《電玩具的安全》規(guī)定，玩具在使用中，溫度不應(yīng)過高，盡可能避免由于誤操作或元件失效而引起的著火、影響安全的機(jī)械損壞危險(xiǎn)或其他危險(xiǎn)。玩具在正常工作條件下運(yùn)行時(shí)各部件的溫升均要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，帶有電機(jī)的玩具在堵住可觸及運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)行時(shí)各部件的溫升應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。實(shí)驗(yàn)室通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，模擬不同年齡段兒童使用電動(dòng)童車時(shí)，在正常工作及非正常工作狀態(tài)下對(duì)坐位面施加不同的負(fù)載，測(cè)試各部件的溫升情況。通常電動(dòng)童車玩耍過程需要在道路地面行駛，不同于靜態(tài)玩具，實(shí)驗(yàn)室需要模擬電動(dòng)童車的運(yùn)行過程，和解決模擬運(yùn)行占用試驗(yàn)場(chǎng)地面積大的問題。此外，由于乘騎玩具電動(dòng)童車的造型新穎各異，應(yīng)用傳統(tǒng)方法加載在電動(dòng)童車座位上的負(fù)荷，無法在其變位造型座位上放置。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是依靠人工搬運(yùn)負(fù)載砝碼，通過多人協(xié)同工作將砝碼置于童車座位面上，再用繩鎖或其它組件固定砝碼，耗時(shí)費(fèi)力且存在安全隱患，且很難保證施加的負(fù)載主軸與水平面垂直，無法滿足省時(shí)、省力、安全、準(zhǔn)確的作業(yè)要求。

文中為了準(zhǔn)確模擬在道路運(yùn)行時(shí)電動(dòng)童車座位上方載荷力學(xué)過程，研究出一種新型乘騎玩具電動(dòng)童車模擬自動(dòng)加載儀器，克服了在對(duì)電動(dòng)童車檢測(cè)過程中應(yīng)用人力操作的“負(fù)載”效率低下、耗時(shí)費(fèi)力易疲勞、安全無法保證以及無法實(shí)時(shí)獲取“力值”等諸多低能作業(yè)與數(shù)據(jù)無法溯源采集的弊端。

1 電動(dòng)童車模擬自動(dòng)加載儀器的設(shè)計(jì)

文中以筆者多年從事童車類產(chǎn)品的檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過對(duì)傳統(tǒng)電動(dòng)童車以及造型新穎各異、前瞻性創(chuàng)新造型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，旨在研發(fā)一種新型電動(dòng)童車加載試驗(yàn)設(shè)備，包括運(yùn)行機(jī)架、四對(duì)滾筒、直驅(qū)電機(jī)、氣缸組件、壓力傳感器、轉(zhuǎn)向盤、控制系統(tǒng)等。其優(yōu)勢(shì)在于模擬電動(dòng)童車在道路運(yùn)行的過程，應(yīng)用控制系統(tǒng)準(zhǔn)確在預(yù)置座位上施加負(fù)載，確保施加的負(fù)載與其主軸與水平面垂直，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入負(fù)載變化滿足“標(biāo)準(zhǔn)力值”。

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

一套設(shè)備能滿足兩輛乘騎玩具電動(dòng)童車同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)工位滾筒位置可根據(jù)電動(dòng)童車的不同軸距電動(dòng)自由調(diào)節(jié)，電動(dòng)童車車輪置于自由滾輪上，在其座位上方采用氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)施加負(fù)載，由車輪帶動(dòng)滾輪運(yùn)行，模擬電動(dòng)童車道路運(yùn)行，設(shè)備前端滾筒能快速替換成轉(zhuǎn)向盤滿足帶轉(zhuǎn)向功能電動(dòng)童車的轉(zhuǎn)向測(cè)試需求，應(yīng)用PLC程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并控制載荷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同要求通過調(diào)節(jié)力值以滿足不同造型座位條件下加載實(shí)驗(yàn)要求。

1.2 設(shè)計(jì)理論

（1）基于模擬道路運(yùn)行又不使得運(yùn)動(dòng)過程中電動(dòng)童車向前運(yùn)動(dòng)，采用摩擦系數(shù)0.0010～0.0015滾動(dòng)軸承與包膠滾筒組成自由滾輪組件，童車車輪與自由滾輪組件靜摩擦系數(shù)為0.3，動(dòng)平衡精度為G6.3級(jí)，其兩滾輪組件間的平行度為1.20mm，以減少自由滾輪組件與童車車輪在運(yùn)動(dòng)過程干涉產(chǎn)生摩擦，又形成童車車輪與地面模擬狀態(tài)。四組自由滾輪組件置于自潤(rùn)式線性導(dǎo)軌上，由4臺(tái)滾筒位置調(diào)節(jié)電機(jī)連接滾筒位置調(diào)節(jié)絲桿控制自由滾輪組件前后移動(dòng)，通過觸摸屏來調(diào)節(jié)自由滾輪組件前后位置以適應(yīng)不同軸距的電動(dòng)童車，確保電動(dòng)童車前后軸距與自由滾輪組件前后中心距離一致，使電動(dòng)童車在不同速度運(yùn)行時(shí)前后車輪分別在前后兩組滾輪中間滾動(dòng)而不會(huì)滑離滾筒。

（2）異型座位加載，在與座位接觸面上方柔性組件應(yīng)用關(guān)節(jié)軸承萬向方位原理，與氣缸活動(dòng)桿連接，形成異型座位加載組件，可以適應(yīng)不同童車座位面的需求，保證下壓力始終垂直地面。通過控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上下左右調(diào)整位置，滿足不同座位高度、角度的電動(dòng)童車，確定加載組件正確加載位置。

（3）應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制氣缸行程與氣量，通過高精度力值傳感器控制力值，使其對(duì)施加的負(fù)載力值調(diào)整，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同要求準(zhǔn)確施加負(fù)載，保持負(fù)載力值±5%的穩(wěn)定性。

（4）過程實(shí)施在觸摸屏操作界面上實(shí)時(shí)精準(zhǔn)控制，界面清楚，操作方便、快捷。加載力值可以根據(jù)在觸摸屏上輸入的力值結(jié)合傳感器反饋的數(shù)據(jù)自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)加載。

（5）針對(duì)童車前輪可由遙控電機(jī)使其方向盤轉(zhuǎn)角換向靈活，設(shè)備以軸承為中心的自由轉(zhuǎn)角盤，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)童車驅(qū)動(dòng)車輪在滾筒組件上行進(jìn)時(shí)電動(dòng)童車轉(zhuǎn)向車輪同步轉(zhuǎn)向，模擬電動(dòng)童車正常行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向功能。單臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)成雙工位，可以同時(shí)對(duì)兩輛電動(dòng)童車進(jìn)行測(cè)試，占用地方小，節(jié)省空間，而且操作簡(jiǎn)便、快捷。針對(duì)加長(zhǎng)加寬版大型電動(dòng)童車或設(shè)計(jì)可乘坐雙座位的產(chǎn)品，需要多個(gè)座位施加負(fù)載，也可以調(diào)整設(shè)備雙工位合并，滿足特殊產(chǎn)品的測(cè)試。

1.3 設(shè)計(jì)效果

一種新型電動(dòng)童車模擬自動(dòng)加載儀器研究應(yīng)用，通過電控系統(tǒng)控制各參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了模擬電動(dòng)童車道路運(yùn)行過程、異型座位加載、高精度力值控制、雙工位運(yùn)行、保證下壓力始終垂直地面，節(jié)省勞力與空間，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性、安全性及工作效率。

1.4 儀器設(shè)備示意圖

通過對(duì)儀器設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)要素的把握，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的設(shè)備示意圖，儀器主要包括運(yùn)行機(jī)架、四對(duì)滾筒、直驅(qū)電機(jī)、氣缸組件、壓力傳感器、轉(zhuǎn)向盤、數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)等，如圖1所示。

2 設(shè)計(jì)符合性

該儀器的設(shè)計(jì)符合GB 19865-2005《電玩具的安全》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)熱和非正常工作項(xiàng)目的試驗(yàn)要求，設(shè)備設(shè)計(jì)為雙工位，兩對(duì)滾筒距離可以根據(jù)不同軸距需求電動(dòng)調(diào)節(jié)，配備的平面轉(zhuǎn)向盤能適應(yīng)帶電動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的童車，模擬電動(dòng)童車道路運(yùn)行自動(dòng)加載過程，準(zhǔn)確預(yù)置電動(dòng)童車座位施加輸入負(fù)載，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入負(fù)載變化滿足“標(biāo)準(zhǔn)力值”，準(zhǔn)確模擬電動(dòng)童車在正常行駛工作條件及堵住可觸及運(yùn)動(dòng)部件工作條件下運(yùn)行時(shí)各部件的溫升，提高測(cè)試效率和安全性，實(shí)現(xiàn)高效、省力、節(jié)省空間的需求。

3? 結(jié)語

文中所研發(fā)的乘騎玩具電動(dòng)童車模擬道路運(yùn)行自動(dòng)加載設(shè)備有效地提高了電動(dòng)童車的負(fù)載條件下驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫升檢測(cè)效率，同時(shí)具有省時(shí)、省力、省空間的效果顯著，給童車的檢測(cè)提供更專業(yè)化的技術(shù)支持和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)數(shù)據(jù)，有效地提升童車行業(yè)的檢測(cè)效率與檢測(cè)水平。

該設(shè)備還應(yīng)用于乘騎玩具及座位的超載性能測(cè)試。國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 6675.2-2014《玩具安全 第2部分：機(jī)械與物理性能》要求乘騎玩具、有座位的落地式玩具和設(shè)計(jì)用來承受兒童全部或部分體重的玩具，在進(jìn)行乘騎玩具及座位的超載時(shí)，不應(yīng)倒塌。根據(jù)不同測(cè)試年齡段，一般使用到35kg、80kg、140kg三種載荷。傳統(tǒng)設(shè)備因不同測(cè)試樣品座位面設(shè)計(jì)差異導(dǎo)致負(fù)荷安裝及固定費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而本研究設(shè)備可以準(zhǔn)確定位施加負(fù)載方向與測(cè)試樣品水平面垂直，保障重心處于座位面的準(zhǔn)確位置，并控制加載時(shí)間，提高測(cè)試準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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