1 前言

　　兒童座椅是汽車兒童乘員必需的防護(hù)裝置，在日常交通中大量使用，屬于國(guó)家強(qiáng)制性認(rèn)證產(chǎn)品和被動(dòng)安全范疇。其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)繁多，尤其在北美、歐洲、澳大利亞、新西蘭和印度等國(guó)家或地區(qū)已相當(dāng)成熟，形成了各自的標(biāo)準(zhǔn)體系。而我國(guó)在該領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，目前也已制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 27887-2011，規(guī)定了相應(yīng)的檢驗(yàn)要求和檢驗(yàn)方法。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是參照歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ECE R44制定，多數(shù)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法與之等同。兒童座椅調(diào)節(jié)裝置在日常使用中與操作者接觸頻次很高，且裝置內(nèi)部含有彈簧等彈性件，長(zhǎng)期高頻使用極易導(dǎo)致疲勞失效，因此其耐久性能是影響兒童座椅安全性能的重要因素。

　　兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久性能檢驗(yàn)作為兒童座椅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)檢驗(yàn)設(shè)備可靠性、安全性要求很高。設(shè)備在試驗(yàn)過程中不能出現(xiàn)故障停機(jī)、計(jì)數(shù)不準(zhǔn)等狀況，且執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位精度應(yīng)嚴(yán)格保證，以避免對(duì)樣品造成傷害，進(jìn)而影響后續(xù)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)調(diào)研行業(yè)內(nèi)主要實(shí)驗(yàn)室，用于該項(xiàng)目的檢驗(yàn)設(shè)備工作原理基本相同，但設(shè)備構(gòu)建方案存在較大差異。在控制系統(tǒng)元器件選型上，可編程邏輯控制器(PLC)、運(yùn)動(dòng)控制卡匹配數(shù)據(jù)采集卡、繼電器控制等均有涉及;在執(zhí)行機(jī)構(gòu)元器件選型上，電動(dòng)缸、氣缸、特定機(jī)械機(jī)構(gòu)(如凸輪機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等)在不同實(shí)驗(yàn)室中均有存在。形成兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久試驗(yàn)?zāi)芰?，則需設(shè)計(jì)、構(gòu)建相應(yīng)的檢驗(yàn)設(shè)備，以達(dá)成按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法開展檢驗(yàn)活動(dòng)的目的。在兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久試驗(yàn)項(xiàng)目中，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)試驗(yàn)要求和試驗(yàn)方法與ECE R44有關(guān)內(nèi)容完全一致。

　　設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一定的原則。理論上，應(yīng)充分考慮技術(shù)性、標(biāo)準(zhǔn)化和安全性等方面的要求。該檢驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、使用等環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵性能指標(biāo)應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，一般包括靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)。例如，功率、強(qiáng)度、使用年限、效率等靜態(tài)技術(shù)指標(biāo);穩(wěn)定性、耐磨損等動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)。應(yīng)確保相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)得到滿足，以規(guī)避對(duì)設(shè)備的不利影響。同時(shí)，應(yīng)確保相應(yīng)工作的標(biāo)準(zhǔn)化，既要關(guān)注概念標(biāo)準(zhǔn)化，比如計(jì)量單位、符號(hào)等，又要注意方法標(biāo)準(zhǔn)化，嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法執(zhí)行，確保設(shè)備的使用性能。另外，在安全性方面，需關(guān)注零件安全性，避免出現(xiàn)過度變形、局部斷裂等不良情況，減少設(shè)計(jì)的不良影響;需關(guān)注操作安全性，保證操作人員的安全，建立友好的人機(jī)界面;需關(guān)注環(huán)境安全性，提前考慮設(shè)備對(duì)周邊環(huán)境的潛在影響，包括但不限于噪聲、振動(dòng)等，適當(dāng)采取預(yù)防措施。行業(yè)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)、研發(fā)過程，應(yīng)系統(tǒng)考慮“人-機(jī)-料-法-環(huán)-測(cè)”的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，在設(shè)備的設(shè)計(jì)階段為設(shè)備后期的無縫嵌入創(chuàng)造條件。

　　2 技術(shù)要求

　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

　　依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 27887-2011條款5.2.2.7和6.2.7或歐洲標(biāo)準(zhǔn)ECE R44條款7.2.2.7的要求：直接安裝在兒童約束系統(tǒng)上的調(diào)節(jié)器應(yīng)能夠承受耐久試驗(yàn)，在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)之前應(yīng)進(jìn)行(5000±5)次的循環(huán)試驗(yàn)。

　　具體的試驗(yàn)方法及試驗(yàn)載荷配置詳見圖1。其中，A、B、C為力值載荷，以拉力、壓力形式體現(xiàn)，W為質(zhì)量載荷，恒定重量1.25kg，在調(diào)節(jié)裝置反復(fù)開閉及力值重復(fù)加載的循環(huán)過程中，直接考驗(yàn)調(diào)節(jié)裝置的耐久性能，或者試驗(yàn)后在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中間接考核該項(xiàng)指標(biāo)。試驗(yàn)過程如下：

　　在將要試驗(yàn)的兒童座椅上安裝適用的最大假人，并按照標(biāo)準(zhǔn)要求處于規(guī)定松弛狀態(tài)。在織帶的自由端進(jìn)入調(diào)節(jié)裝置處畫一參考線。取出假人，將兒童座椅置于圖1所示的工作平臺(tái)上?？棊?yīng)通過調(diào)節(jié)裝置循環(huán)移動(dòng)的長(zhǎng)度至少為150mm，其中從織帶參考線到織帶自由端一側(cè)織帶長(zhǎng)度至少為100mm。在參考線的另一側(cè)，用于循環(huán)移動(dòng)的剩余織帶的長(zhǎng)度約為50mm。如果從參考線到自由端的織帶長(zhǎng)度不能滿足所需長(zhǎng)度，則應(yīng)抽出一部分織帶以使其滿足循環(huán)移動(dòng)長(zhǎng)度的需要。試驗(yàn)頻次為(10±1)次/min，部位B處抽取織帶的速率應(yīng)為(150±10)mm/s。

　　2.2 其他要求及實(shí)現(xiàn)

　　人因工程學(xué)是一門涉及人的生理和心理特點(diǎn)、作業(yè)能力、認(rèn)知能力、行為方式等方面的學(xué)科，側(cè)重于研究人、機(jī)器和環(huán)境的相互作用，其研究目的就是如何達(dá)到安全、健康、舒適和工作效率的最優(yōu)化。兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久試驗(yàn)設(shè)備作為一種機(jī)械產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)過程應(yīng)適度考慮人因工程學(xué)因素。該設(shè)備研發(fā)過程充分參考了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10000-1988中國(guó)成年人人體尺寸、GB/T 13547-1992工作空間人體尺寸等，使得該設(shè)備操作部位的高度、設(shè)備橫向尺寸等數(shù)值較適宜于中國(guó)普通成年人的操作。同時(shí)，通過電氣元件合理選型等措施，使設(shè)備整體噪聲不超過55dB。

　　CNAL-CL01：2018(ISO-IEC17025：2017)檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則規(guī)定，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有正確開展實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)所需可影響結(jié)果的設(shè)備。用于測(cè)量的設(shè)備應(yīng)能達(dá)到要求的準(zhǔn)確度和(或)測(cè)量不確定度，以提供有效結(jié)果。設(shè)備校準(zhǔn)參數(shù)主要涉及配重質(zhì)量、循環(huán)次數(shù)、位移等。

　　3 機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)方案

　　結(jié)合2中所述技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)所需工作流程，可選用氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選擇PLC作為控制下位機(jī)，觸摸屏作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能設(shè)置。既便于實(shí)驗(yàn)室集中布置氣路，又能節(jié)約成本和占地空間。通過三位數(shù)字建模技術(shù)，構(gòu)建了兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案，詳見圖2、圖3。

　　其中，圖2所示方案，樣品安裝高度更適合實(shí)際操作需要，操作者正常身體姿態(tài)即可滿足安裝樣品需要。高度、橫向距離、傾斜角度等參數(shù)調(diào)節(jié)均可實(shí)現(xiàn)，但組合調(diào)節(jié)的方式可能會(huì)存在效率不高、耗時(shí)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，不便于優(yōu)化整體試驗(yàn)作業(yè)流程，在檢驗(yàn)周期方面易形成全項(xiàng)檢驗(yàn)中的“瓶頸”環(huán)節(jié)。圖3所示方案，高度、橫向距離、傾斜角度各參數(shù)調(diào)節(jié)更為方便，雖樣品安裝時(shí)夾具高度與成年人操作者身高未能更好匹配，但樣品安裝、調(diào)整占用時(shí)間不長(zhǎng)，試驗(yàn)周期中耐久循環(huán)占極大比重，故可忽略相關(guān)不便。比較而言，方案2對(duì)試驗(yàn)效率更為有利，可作為實(shí)際實(shí)施方案。

　　4 電氣部分實(shí)現(xiàn)方案

　　4.1關(guān)鍵元器件配置

　　按照3中選定機(jī)械部分實(shí)施方案，可構(gòu)建如圖4所示控制方案，依照該控制方案對(duì)電氣控制的關(guān)鍵元器件進(jìn)行選型，形成表1所列關(guān)鍵元器件配置清單，并以該配置進(jìn)行設(shè)備后期組裝。

　　4.2電路、氣路方案

　　設(shè)備電路分主電路和從電路，主電路交流電壓220V，連接接觸器，并向直流電源供電，產(chǎn)生24V直流電。從電路為24V直流電路，連接觸摸屏以及連接串聯(lián)的電磁閥和繼電器。作為下位機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)通斷控制功能的控制線路接線圖如圖5所示，其中KA1、KA2、KA3為三個(gè)繼電器，對(duì)應(yīng)連接三個(gè)電磁閥。氣路圖如圖6所示，其中SV1、SV2、SV3為三個(gè)氣缸對(duì)應(yīng)的電磁閥。

　　5 結(jié)論

　　該設(shè)備按照4所述方案設(shè)計(jì)、組裝完成，滿足第三方校準(zhǔn)要求，已在實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行約一年，見設(shè)備實(shí)物圖7，并通過CMA計(jì)量認(rèn)證和CNAS實(shí)驗(yàn)室評(píng)審，實(shí)現(xiàn)了兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久試驗(yàn)擴(kuò)項(xiàng)。設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性、噪聲及振動(dòng)、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性等指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)策劃要求?！?/p>

　　設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方案較易實(shí)現(xiàn)，對(duì)周邊設(shè)備/環(huán)境無干擾，便于高度、橫向長(zhǎng)度、傾斜角度等參數(shù)調(diào)節(jié)及控制，對(duì)于復(fù)雜姿態(tài)下的耐久試驗(yàn)可以較快調(diào)整，可以較好銜接全項(xiàng)試驗(yàn)流程中的其他環(huán)節(jié)，基本實(shí)現(xiàn)無縫嵌入，作為行業(yè)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)設(shè)備，可很好地實(shí)現(xiàn)客戶需求。

　　設(shè)備不足之處主要是樣品裝夾未能很好滿足人因工程學(xué)，如提高樣品裝夾高度，則氣缸高度調(diào)節(jié)手輪過高，不便于操作。另外，高度調(diào)節(jié)需要手動(dòng)，后期可視需要將手輪更換為電機(jī)助力裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。但所述不足目前均可通過輔助手段加以克服，且設(shè)備其余技術(shù)指標(biāo)均居行業(yè)內(nèi)同類設(shè)備先進(jìn)水平，試驗(yàn)效率很高。通過構(gòu)建兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久試驗(yàn)設(shè)備，完美實(shí)現(xiàn)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)所要求的兒童座椅調(diào)節(jié)裝置耐久試驗(yàn)方法，為國(guó)內(nèi)兒童座椅產(chǎn)品內(nèi)銷、出口均提供了質(zhì)量驗(yàn)證窗口和測(cè)試、研發(fā)平臺(tái)。