工程機(jī)械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹(強(qiáng)度、振動(dòng)、舒適性)

1、工程機(jī)械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹（強(qiáng)度、振動(dòng)、舒適性）一. 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測試驗(yàn)物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。同截面垂直的稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截面相切的稱為剪應(yīng)力。應(yīng)力會(huì)隨著外力的增加而增長，對于某一種材料，應(yīng)力的增長是有限度的，超過這一限度，材料就要破壞，即強(qiáng)度要求不合格。對某種材料來說，應(yīng)力可能達(dá)到的這個(gè)限度稱為該種材料的極限應(yīng)力。極限應(yīng)力值要通過材料的力學(xué)試驗(yàn)來測定。將測定的極限應(yīng)力作適當(dāng)降低，規(guī)定出材料能安全工作的應(yīng)力最大值，這就是許用

2、應(yīng)力。工程結(jié)構(gòu)要想安全使用，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全系數(shù)的前提下，使用時(shí)其應(yīng)力應(yīng)低于它的許用應(yīng)力，否則結(jié)構(gòu)材料就有可能發(fā)生強(qiáng)度破壞。材料會(huì)由于截面尺寸改變而引起應(yīng)力的局部增大，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。對于組織均勻的脆性材料，應(yīng)力集中將大大降低構(gòu)件的強(qiáng)度，這在構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。在實(shí)際測量的時(shí)候，不是直接測量測量結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力值，而是通過測量應(yīng)變值，通過一定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)關(guān)系），計(jì)算得到相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力值。強(qiáng)度校核是應(yīng)力應(yīng)變測試最基礎(chǔ)、最廣泛的應(yīng)用，不同的工程機(jī)械產(chǎn)品的強(qiáng)度檢驗(yàn)（包括結(jié)構(gòu)件、焊縫、局部應(yīng)力集中區(qū)、均勻應(yīng)力區(qū)、彈性屈曲區(qū)）對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全系數(shù)、許用應(yīng)力，及其工況等都有著嚴(yán)格

3、的國家標(biāo)準(zhǔn)，這些項(xiàng)目的檢驗(yàn)是考察工程機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量最基本的要求。GB/T 6068.3-2005汽車起重機(jī)和輪胎起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范 第3部分：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、GB/T9141-1998液壓挖掘機(jī) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)方法等國家標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了對整機(jī)主要結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力位移動(dòng)特性測試的非破壞性試驗(yàn)的方法。標(biāo)準(zhǔn)中，針對不同的工程機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)、靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試方法布點(diǎn)位置數(shù)據(jù)分析，做了詳細(xì)的介紹。質(zhì)量檢驗(yàn)部門依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，對定型的新產(chǎn)品和重大改裝產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)校核，主要測試內(nèi)容包括：靜應(yīng)力測量，動(dòng)應(yīng)力測量，位移測量等，具體測試方法請參看相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。在基本強(qiáng)度檢測的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步進(jìn)行強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如我國壓實(shí)機(jī)械主要通過技

4、術(shù)引進(jìn)、消化吸收進(jìn)而進(jìn)行類比設(shè)計(jì)開發(fā)新產(chǎn)品對機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行的理論計(jì)算和探討較少。通過對大中型振動(dòng)壓路機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，來改善結(jié)構(gòu)、提高設(shè)計(jì)合理性和可靠性，為大中型振動(dòng)壓路機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)提供理論依。 二. 工程機(jī)械振動(dòng)、舒適性測試與評估2.1 工程機(jī)械振動(dòng)、舒適性測試評估簡介工程機(jī)械在運(yùn)行和作業(yè)過程中由于路面不平、加速或減速操作、工作裝置動(dòng)作、動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)等原因使整機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。工程機(jī)械的工作環(huán)境惡劣，在其行駛或作業(yè)過程中必然產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，使得工程車輛的司機(jī)長時(shí)間承受低頻(28Hz)高強(qiáng)度的乘坐振動(dòng)，引發(fā)脊椎畸變和胃病等職業(yè)性疾病，嚴(yán)重?fù)p害司機(jī)的身心健康，大大降低工作效率工程機(jī)械的

5、振動(dòng)主要源于地面不平度的隨機(jī)激勵(lì)車輛本身運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡或者各種作業(yè)載荷的波動(dòng)也會(huì)引起車輛的振動(dòng)。人對不同頻率的振動(dòng)會(huì)有不同的反應(yīng)。過去研究表明認(rèn)為人體肌肉組織和內(nèi)臟器官在水平方向0.5Hz-2Hz及豎直方向4Hz-8Hz的頻帶上會(huì)產(chǎn)生共振，也就是說1 Hz-8Hz頻率的機(jī)械振動(dòng)對人體有很大的危害。而近些年的研究表明，人體脊柱對8Hz-16Hz的振動(dòng)具有很高的響應(yīng)曲線。 由于各種工程機(jī)械的整機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)際工況不同，作業(yè)過程中整機(jī)振動(dòng)能量在頻率上的分布也不同，通過大量的工地實(shí)驗(yàn)測試各種土方機(jī)械的整機(jī)振動(dòng) (測量點(diǎn)取司機(jī)座椅下方地板)，得到PSD (功率譜密度)曲線可得知：所有的工程機(jī)械的整機(jī)振動(dòng)能

6、量幾乎都落在1Hz-20Hz的頻率范圍內(nèi)，而處于這些頻帶的振動(dòng)恰恰容易造成操作者的短期不適和長期健康危害。其中除履帶式機(jī)械能量主要集中在5Hz-12Hz外，其他工程機(jī)械振動(dòng)能量主要集中在1Hz-5Hz。工程機(jī)械在其行駛或作業(yè)過程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈的振動(dòng)，使得工程車輛的司機(jī)長時(shí)間承受低頻(28Hz)高強(qiáng)度的乘坐振動(dòng)，引發(fā)脊椎畸變和胃病等職業(yè)性疾病，嚴(yán)重?fù)p害司機(jī)的身心健康，大大降低工作效率。2.2 人體暴露于工程機(jī)械全身振動(dòng)和人體手傳振動(dòng)的測量與評價(jià) 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)介紹 GB 8419-87 GB 8419-1987土方機(jī)械 司機(jī)座椅 振動(dòng)試驗(yàn)方法和限值詳細(xì)規(guī)定了土方機(jī)械司機(jī)座椅臺(tái)架振動(dòng)試驗(yàn)的方法和限值，用

7、于評價(jià)司機(jī)座椅的舒適性。適用于工程機(jī)械新產(chǎn)品或經(jīng)過重大改進(jìn)的老產(chǎn)品，變性產(chǎn)品及轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的產(chǎn)品在投入批量生產(chǎn)以前應(yīng)進(jìn)行的試驗(yàn)。在此標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，不同機(jī)種在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也全對座椅振動(dòng)、舒適度給出了相應(yīng)的要求。例如針對履帶式推土機(jī)，JB/T 7306-1994 履帶式推土機(jī) 技術(shù)條件第條 規(guī)定推土機(jī)座椅最大傳遞率應(yīng)不大于2，推土機(jī)座椅加速度均方根值不應(yīng)大于1.65；JB/T 1666-1997 履帶式推土機(jī) 試驗(yàn)方法第14條 司機(jī)座椅振動(dòng)試驗(yàn)；JB/T 50021.1-1994履帶式推土機(jī) 產(chǎn)品質(zhì)量分等 質(zhì)量指標(biāo)推土機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等項(xiàng)目及質(zhì)量指標(biāo)表 第22項(xiàng)規(guī)定座椅最大加速度傳遞率 1.8、2、2時(shí)質(zhì)量

8、指標(biāo)分別為優(yōu)等品、一等品、合格品；第23項(xiàng)規(guī)定座椅加速度均方根值 1.12、1.25、1.65時(shí)質(zhì)量指標(biāo)分別為優(yōu)等品、一等品、合格品。對于其它的機(jī)種篇幅有限不一一介紹，列出一些標(biāo)準(zhǔn)的名稱供參考，JB/T 5960-1991履帶式濕地推土機(jī) 技術(shù)條件，JB/T 51149.1-1994履帶式濕地推土機(jī) 產(chǎn)品質(zhì)量分等 質(zhì)量指標(biāo)，JB/T 7153.3-1993輪胎式推土機(jī) 型式試驗(yàn)方法，JB/T 5040.2-1993鏟運(yùn)機(jī) 性能試驗(yàn)方法，GB/T平地機(jī) 性能試驗(yàn)方法，JB/T 5950-1991路面銑刨機(jī) 技術(shù)條件，JB/T 9726-2001路面銑刨機(jī) 試驗(yàn)方法等。 歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)意識(shí)到振動(dòng)

9、會(huì)產(chǎn)生各種職業(yè)病和造成對人體傷害，并通過立法實(shí)行強(qiáng)制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)限制人體承受的振動(dòng)，如歐盟制定了振動(dòng)指令200244EC (包括 ISOTR 25398：2006土方機(jī)械 土方機(jī)械上人體振動(dòng)評估指南 利用國際機(jī)構(gòu)組織和生產(chǎn)商合作測量數(shù)據(jù)、ISO 2631-1：1997機(jī)械振動(dòng)與沖擊人體處于全身振動(dòng)的評價(jià)第1部分：一般要求ISO 5349-1：2001機(jī)械振動(dòng)人體手傳振動(dòng)的測量和評價(jià)第1部分：一般要求和 ISO 5349-2：2001機(jī)械振動(dòng)人體手傳振動(dòng)的測量與評價(jià)第2部分：用于現(xiàn)場測量的實(shí)施指南)。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)比對。ISOTR 25398：2006土方機(jī)械 土方機(jī)械上人體振動(dòng)評估指南 利用國際機(jī)構(gòu)

10、組織和生產(chǎn)商合作測量數(shù)據(jù)，無對應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，2008年7月25日，國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)以“國標(biāo)委綜合2008118號”文下達(dá)了2008年第二批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃，計(jì)劃項(xiàng)目編號為20080706-T-604，采用ISO/TR 25398:2006，制定新的國家標(biāo)準(zhǔn)；ISO 2631-1：1997機(jī)械振動(dòng)與沖擊人體處于全身振動(dòng)的評價(jià)第1部分：一般要求，已有對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 13441.1-2007機(jī)械振動(dòng)與沖擊 人體暴露于全身振動(dòng)的評價(jià) 第1 部分：一般要求，從2007年11月1號開始實(shí)施；ISO 5349-1：2001機(jī)械振動(dòng)人體手傳振動(dòng)的測量和評價(jià)第1部分：一般要求和 ISO 5349-2：

11、2001機(jī)械振動(dòng)人體手傳振動(dòng)的測量與評價(jià)第2部分：用于現(xiàn)場測量的實(shí)施指南，對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14790-1993人體手傳振動(dòng)的測量和評價(jià)方法，并沒有對應(yīng)到最新的國際標(biāo)準(zhǔn)；GB/T 8419-1987土方機(jī)械 司機(jī)座椅 振動(dòng)試驗(yàn)方法和限值及以此為基礎(chǔ)的其它工程機(jī)械機(jī)種的振動(dòng)舒適性國家標(biāo)準(zhǔn)多年沒有更新，采用此類標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在工程機(jī)械出口時(shí)遇到很大的障礙，例如認(rèn)證必須用最新的國際標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的振動(dòng)指令作出評價(jià)，應(yīng)用多年的國家標(biāo)準(zhǔn)亟待更新提高，更好的服務(wù)于工程機(jī)械產(chǎn)品國際化水平的發(fā)展。 工程機(jī)械全身振動(dòng)（司機(jī)座椅）振動(dòng)分析GB/T8419-1987土方機(jī)械 司機(jī)座椅 振動(dòng)試方法和限值標(biāo)準(zhǔn)適用于表1中列

12、出的土方機(jī)械，第一類 、第二類工程機(jī)械懸置式座椅的設(shè)計(jì)目標(biāo)是司機(jī)能夠連續(xù)工作4h，第三類 、第四類工程機(jī)械懸置式座椅的設(shè)計(jì)目標(biāo)是 司機(jī)能夠連續(xù)工作8h。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了土方機(jī)械阻尼振動(dòng)試驗(yàn)與隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的加速度傳遞率和加速度加權(quán)均方根值必須符合的指標(biāo)。表1中的4類工程機(jī)械用座椅必須滿足，最大加速度傳遞率不大于2，座椅加速度加權(quán)均方根值不大于1.25 。其它各機(jī)種對座椅振動(dòng)有具體的要求在參考GB/T8419-1987的基礎(chǔ)上，再根據(jù)各工程機(jī)械機(jī)種相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測試檢驗(yàn)。表1分類號1234機(jī)械名稱自行式鏟運(yùn)車輪胎式裝運(yùn)機(jī)輪胎式推土機(jī)履帶式裝運(yùn)機(jī)履帶式推土機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無懸掛裝置或緩沖減震器有懸掛裝置或緩沖

13、減震器工作重量大于5000kg所有結(jié)構(gòu)工程機(jī)械將振動(dòng)傳遞給司機(jī)的路徑為：地板-腳、地板-座椅-臀部及背部、方向盤-手、先導(dǎo)閥手柄-手。人在機(jī)械上操作通常有三種姿勢：坐姿、站姿和仰臥姿勢，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)及人體組織對振動(dòng)的響應(yīng)定義，腳-頭方向?yàn)閆方向，背-胸方向?yàn)閄方向，右-左方向?yàn)閅方向。此三種姿勢下人體振動(dòng)輸人點(diǎn)及振動(dòng)方向。如圖一：圖1 人體振動(dòng)輸人點(diǎn)及振動(dòng)方向在工程機(jī)械上操作人員大多采用坐姿操作，這種姿勢的振動(dòng)輸人點(diǎn)有三個(gè)：座墊-臀部、靠背-背部和地板-腳的振動(dòng)。對于座墊-臀部，由于座椅的 L形支承面還約束了繞X、Y、Z方向的自由度，所以除了位移振動(dòng)，還有旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，共六個(gè)方向的振動(dòng)；對于靠背-背部，三個(gè)方向的位移振動(dòng)；對于地板-腳，三個(gè)方向的位移振動(dòng)。所以通常坐姿振動(dòng)需要在三個(gè)測量點(diǎn)共 12個(gè)方向上測量。從2007年11月1號開始實(shí)施的GB/T 13441.1-2007機(jī)械振動(dòng)與沖擊 人體暴露于全身振動(dòng)的評價(jià) 第1 部分：一般要求較淘汰的GB/T 13441-1992和GB/T 13441-1992再諸多方面做了新的強(qiáng)制性要求。例如在計(jì)算頻率計(jì)權(quán)加速度時(shí)計(jì)權(quán)方式有了很大的變化，新的標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)有關(guān)國際組織的大量研究試驗(yàn)，用1/3倍頻