工程机械相关标准介绍(强度、振动、舒适性).doc

工程机械相关标准介绍（强度、振动、舒适性）一. 结构强度检测试验物体由于外因（受力、湿度变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏，即强度要求不合格。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许用应力。工程结构要想安全使用，在保证结构强度安全系数的前提下，使用时其应力应低于它的许用应力，否则结构材料就有可能发生强度破坏。材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。在实际测量的时候，不是直接测量测量结构工作状态下关键点的应力值，而是通过测量应变值，通过一定的应力应变关系（本构关系），计算得到相应点的应力值。强度校核是应力应变测试最基础、最广泛的应用，不同的工程机械产品的强度检验（包括结构件、焊缝、局部应力集中区、均匀应力区、弹性屈曲区）对结构强度安全系数、许用应力，及其工况等都有着严格的国家标准，这些项目的检验是考察工程机械产品质量最基本的要求。GB/T 6068.3-2005汽车起重机和轮胎起重机试验规范 第3部分：结构试验、GB/T9141-1998液压挖掘机 结构强度试验方法等国家标准详细规定了对整机主要结构件的应力位移动特性测试的非破坏性试验的方法。标准中，针对不同的工程机械产品的动、静态应力应变测试方法布点位置数据分析，做了详细的介绍。质量检验部门依据该标准，对定型的新产品和重大改装产品进行检验校核，主要测试内容包括：静应力测量，动应力测量，位移测量等，具体测试方法请参看相应的国家标准。在基本强度检测的基础上，可以进一步进行强度优化设计。例如我国压实机械主要通过技术引进、消化吸收进而进行类比设计开发新产品对机架结构强度进行的理论计算和探讨较少。通过对大中型振动压路机机架结构强度的试验研究，来改善结构、提高设计合理性和可靠性，为大中型振动压路机机架的设计提供理论依。 二. 工程机械振动、舒适性测试与评估2.1 工程机械振动、舒适性测试评估简介工程机械在运行和作业过程中由于路面不平、加速或减速操作、工作装置动作、动力及传动系统运转等原因使整机产生振动。工程机械的工作环境恶劣，在其行驶或作业过程中必然产生强烈的振动，使得工程车辆的司机长时间承受低频(28Hz)高强度的乘坐振动，引发脊椎畸变和胃病等职业性疾病，严重损害司机的身心健康，大大降低工作效率工程机械的振动主要源于地面不平度的随机激励车辆本身运转质量的不平衡或者各种作业载荷的波动也会引起车辆的振动。人对不同频率的振动会有不同的反应。过去研究表明认为人体肌肉组织和内脏器官在水平方向0.5Hz-2Hz及竖直方向4Hz-8Hz的频带上会产生共振，也就是说1 Hz-8Hz频率的机械振动对人体有很大的危害。而近些年的研究表明，人体脊柱对8Hz-16Hz的振动具有很高的响应曲线。 由于各种工程机械的整机结构和实际工况不同，作业过程中整机振动能量在频率上的分布也不同，通过大量的工地实验测试各种土方机械的整机振动 (测量点取司机座椅下方地板)，得到PSD (功率谱密度)曲线可得知：所有的工程机械的整机振动能量几乎都落在1Hz-20Hz的频率范围内，而处于这些频带的振动恰恰容易造成操作者的短期不适和长期健康危害。其中除履带式机械能量主要集中在5Hz-12Hz外，其他工程机械振动能量主要集中在1Hz-5Hz。工程机械在其行驶或作业过程中产生的强烈的振动，使得工程车辆的司机长时间承受低频(28Hz)高强度的乘坐振动，引发脊椎畸变和胃病等职业性疾病，严重损害司机的身心健康，大大降低工作效率。2.2 人体暴露于工程机械全身振动和人体手传振动的测量与评价2.2.1 国内外标准介绍 GB 8419-87 GB 8419-1987土方机械 司机座椅 振动试验方法和限值详细规定了土方机械司机座椅台架振动试验的方法和限值，用于评价司机座椅的舒适性。适用于工程机械新产品或经过重大改进的老产品，变性产品及转厂生产的产品在投入批量生产以前应进行的试验。在此标准的基础上，不同机种在相关的标准也全对座椅振动、舒适度给出了相应的要求。例如针对履带式推土机，JB/T 7306-1994 履带式推土机 技术条件第3.2.18条 规定推土机座椅最大传递率应不大于2，推土机座椅加速度均方根值不应大于1.65；JB/T 1666-1997 履带式推土机 试验方法第14条 司机座椅振动试验；JB/T 50021.1-1994履带式推土机 产品质量分等 质量指标推土机产品质量分等项目及质量指标表 第22项规定座椅最大加速度传递率 1.8、2、2时质量指标分别为优等品、一等品、合格品；第23项规定座椅加速度均方根值 1.12、1.25、1.65时质量指标分别为优等品、一等品、合格品。对于其它的机种篇幅有限不一一介绍，列出一些标准的名称供参考，JB/T 5960-1991履带式湿地推土机 技术条件，JB/T 51149.1-1994履带式湿地推土机 产品质量分等 质量指标，JB/T 7153.3-1993轮胎式推土机 型式试验方法，JB/T 5040.2-1993铲运机 性能试验方法，GB/T平地机 性能试验方法，JB/T 5950-1991路面铣刨机 技术条件，JB/T 9726-2001路面铣刨机 试验方法等。 欧美发达国家已经意识到振动会产生各种职业病和造成对人体伤害，并通过立法实行强制性技术标准限制人体承受的振动，如欧盟制定了振动指令200244EC (包括 ISOTR 25398：2006土方机械 土方机械上人体振动评估指南 利用国际机构组织和生产商合作测量数据、ISO 2631-1：1997机械振动与冲击人体处于全身振动的评价第1部分：一般要求ISO 5349-1：2001机械振动人体手传振动的测量和评价第1部分：一般要求和 ISO 5349-2：2001机械振动人体手传振动的测量与评价第2部分：用于现场测量的实施指南)。国内外标准比对。ISOTR 25398：2006土方机械 土方机械上人体振动评估指南 利用国际机构组织和生产商合作测量数据，无对应国家标准，2008年7月25日，国家标准化委员会以“国标委综合2008118号”文下达了2008年第二批国家标准制修订计划，计划项目编号为20080706-T-604，采用ISO/TR 25398:2006，制定新的国家标准；ISO 2631-1：1997机械振动与冲击人体处于全身振动的评价第1部分：一般要求，已有对应的国家标准，GB/T 13441.1-2007机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1 部分：一般要求，从2007年11月1号开始实施；ISO 5349-1：2001机械振动人体手传振动的测量和评价第1部分：一般要求和 ISO 5349-2：2001机械振动人体手传振动的测量与评价第2部分：用于现场测量的实施指南，对应的国家标准为GB/T14790-1993人体手传振动的测量和评价方法，并没有对应到最新的国际标准；GB/T 8419-1987土方机械 司机座椅 振动试验方法和限值及以此为基础的其它工程机械机种的振动舒适性国家标准多年没有更新，采用此类标准产品在工程机械出口时遇到很大的障碍，例如认证必须用最新的国际标准对产品的振动指令作出评价，应用多年的国家标准亟待更新提高，更好的服务于工程机械产品国际化水平的发展。2.2.2 工程机械全身振动（司机座椅）振动分析GB/T8419-1987土方机械 司机座椅 振动试方法和限值标准适用于表1中列出的土方机械，第一类 、第二类工程机械悬置式座椅的设计目标是司机能够连续工作4h，第三类 、第四类工程机械悬置式座椅的设计目标是 司机能够连续工作8h。该标准规定了土方机械阻尼振动试验与随机振动试验的加速度传递率和加速度加权均方根值必须符合的指标。表1中的4类工程机械用座椅必须满足，最大加速度传递率不大于2，座椅加速度加权均方根值不大于1.25 。其它各机种对座椅振动有具体的要求在参考GB/T8419-1987的基础上，再根据各工程机械机种相关的标准执行测试检验。表1分类号1234机械名称自行式铲运车轮胎式装运机轮胎式推土机履带式装运机履带式推土机结构特点无悬挂装置或缓冲减震器有悬挂装置或缓冲减震器工作重量大于5000kg所有结构工程机械将振动传递给司机的路径为：地板-脚、地板-座椅-臀部及背部、方向盘-手、先导阀手柄-手。人在机械上操作通常有三种姿势：坐姿、站姿和仰卧姿势，根据人体结构及人体组织对振动的响应定义，脚-头方向为Z方向，背-胸方向为X方向，右-左方向为Y方向。此三种姿势下人体振动输人点及振动方向。如图一：图1 人体振动输人点及振动方向在工程机械上操作人员大多采用坐姿操作，这种姿势的振动输人点有三个：座垫-臀部、靠背-背部和地板-脚的振动。对于座垫-臀部，由于座椅的 L形支承面还约束了绕X、Y、Z方向的自由度，所以除了位移振动，还有旋转振动，共六个方向的振动；对于靠背-背部，三个方向的位移振动；对于地板-脚，三个方向的位移振动。所以通常坐姿振动需要在三个测量点共 12个方向上测量。从2007年11月1号开始实施的GB/T 13441.1-2007机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1 部分：一般要求较淘汰的GB/T 13441-1992和GB/T 13441-1992再诸多方面做了新的强制性要求。例如在计算频率计权加速度时计权方式有了很大的变化，新的标准中根据有关国际组织的大量研究试验，用1/3倍