模擬運輸試驗是醫用電氣產品環境試驗中機械環境試驗的一項重要試驗項目，那醫用(yong)電(dian)氣產品(pin)為什么(me)都選(xuan)擇(ze)振(zhen)動試驗(yan)臺來做模擬運輸試驗(yan)？下面小編給大(da)家相信分析下！運輸試驗屬于隨機的疲勞累積損傷試驗。為達到等效模擬，通常采用載重汽車實地試驗驗證，，或使用專用的模擬運輸臺進行試驗。但是，當遇到一些產品質量超過500 kg的大型設備，普通承載能力運輸臺無法滿足試驗要求，實現模擬運輸試驗較為困難。為了能夠更好地完成模擬運輸試驗，節約人力、物力成本，現分析采用振(zhen)動試(shi)驗臺替代模擬運輸試驗的可行性，

 

 

模擬運輸試驗是醫用電氣產品環境試驗中機械環境試驗的一項重要試驗項目，運輸試驗屬于隨機的疲勞累積損傷試驗，主要用于驗證醫用電氣設備在頻繁運輸過程中對振動與沖擊的防護能力。為達到等效模擬，可采用實地汽車運輸考核，但從人力、物力、時間角度考慮，實現難度大，因此，一些設備商研制了模擬運輸臺。但是，對于一些產品質量超過500 kg的大型設備，普通承載能力運輸臺無法滿足試驗要求，模擬運輸試驗實現起來較為困難。為了能夠更好地完成模擬運輸試驗，節約人力、物力成本，本研究通過試驗分析論證采用振動試驗臺替代模擬運輸試驗的可行性。試驗樣品選擇較有代表性的中型生化分析儀產品，樣品重量約100 kg，采用木包裝。

 

 

1、模(mo)擬運輸(shu)臺原理分析

1.1  工作原理

 

 

GB/T 14710-2009《醫(yi)用電器環境要(yao)求及(ji)試(shi)(shi)驗方(fang)法》[1] 中對運輸試(shi)(shi)驗的要(yao)求為(wei)：設備為(wei)正常出廠(chang)包裝，行車(che)路面為(wei)三級公路，行車(che)距離為(wei)200 km ；行車(che)速度為(wei)30~40 km/h。試(shi)(shi)驗可(ke)以(yi)(yi)使用載重汽(qi)車(che)以(yi)(yi)及(ji)運輸試(shi)(shi)驗裝置進行。 

公(gong)(gong)路等級(ji)(ji)的(de)定義在《JTG B01-2003公(gong)(gong)路工程技術標準》[2]中(zhong)描述(shu)如下：（1）高速(su)公(gong)(gong)路為(wei)專(zhuan)供(gong)汽(qi)車(che)(che)分(fen)向(xiang)分(fen)車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)行駛并應全部控(kong)(kong)制(zhi)出入的(de)多車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)公(gong)(gong)路；（2）一級(ji)(ji)公(gong)(gong)路為(wei)供(gong)汽(qi)車(che)(che)分(fen)向(xiang)分(fen)車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)行駛并可根據需(xu)要(yao)控(kong)(kong)制(zhi)出入的(de)多車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)公(gong)(gong)路；（3）二級(ji)(ji)公(gong)(gong)路為(wei)供(gong)汽(qi)車(che)(che)行駛的(de)雙(shuang)車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)公(gong)(gong)路；（4）三級(ji)(ji)公(gong)(gong)路為(wei)主要(yao)供(gong)汽(qi)車(che)(che)行駛的(de)雙(shuang)車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)公(gong)(gong)路；（5）四級(ji)(ji)公(gong)(gong)路為(wei)主要(yao)供(gong)汽(qi)車(che)(che)行駛的(de)雙(shuang)車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)或單(dan)車(che)(che)道(dao)(dao)(dao)公(gong)(gong)路。 

模(mo)擬運輸(shu)試(shi)驗(yan)臺(tai)絕大多數(shu)是針(zhen)對(dui)(dui)三級公(gong)路運輸(shu)而研制的(de)，其用(yong)于模(mo)擬實際汽(qi)車(che)運輸(shu)過程中給產品帶(dai)來的(de)疲勞損(sun)傷，并按概率與(yu)統計(ji)隨機(ji)振動條(tiao)件相同的(de)原理，使(shi)振動能量(liang)按線(xian)性范圍(wei)對(dui)(dui)加速度值(zhi)提高一定(ding)的(de)倍數(shu)，從而縮短(duan)試(shi)驗(yan) 時間而進行試(shi)驗(yan)。

模(mo)擬運輸臺(tai)的(de)設(she)計參數(shu)主要(yao)依據《QJ/T 815.2-94產品公路運輸加速模(mo)擬試驗方法(fa)》[3]設(she)定(ding)。該標準中規(gui)定(ding)了(le)模(mo)擬運輸臺(tai)的(de)關(guan)鍵技術指標，見表1。

 

 

 

表1　模擬(ni)運輸臺技術指標

 

 

 

模擬運輸(shu)試驗振動加速因子α的計(ji)算公式如下(xia)：

根據公式代入相關值進(jin)行計算，可(ke)以(yi)得出，產品在模擬(ni)運(yun)輸(shu)測試(shi)中，如(ru)果需要完成實際200 km的路(lu)程運(yun)輸(shu)，需要在模擬(ni)運(yun)輸(shu)臺上進(jin)行1.5 h的試(shi)驗。

 

 

 

1.2  模擬運(yun)輸臺頻譜采集 

 

 

 

為了(le)能夠(gou)更(geng)好地采集模擬運輸臺的(de)頻譜，我們在設置頻譜分析儀的(de)時候頻譜采集設定了(le)每隔2 s采集以及頻譜加速度(du)超過0 g2/Hz采集。 

模擬運輸(shu)臺的(de)測試(shi)(shi)時(shi)間為90 min，在完(wan)成測試(shi)(shi)后(hou)，停止頻譜分(fen)析儀，將其中的(de)數據導出后(hou)進行(xing)分(fen)解。其中X軸(zhou)為模擬運輸(shu)臺行(xing)駛(shi)的(de)左右方(fang)向，Y軸(zhou)為模擬運輸(shu)臺的(de)行(xing)駛(shi)方(fang)向，Z軸(zhou)為運輸(shu)臺的(de)上(shang)下(xia)顛簸(bo)方(fang)向。 

 

 

 

1.3  模擬(ni)運(yun)輸(shu)臺頻譜分解

 

 

 

隨著公路等級的(de)(de)提高，車(che)(che)輛在公路上行(xing)駛的(de)(de)速度提高，汽車(che)(che)產生的(de)(de)振動頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)也隨之變快。一般汽車(che)(che)在公路上行(xing)駛的(de)(de)主要頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)為1~200 Hz。我們(men)在分解頻(pin)(pin)譜圖像(xiang)時遵循(xun)以下(xia)幾個原則：（1）剔(ti)除超出200 Hz的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)，留(liu)下(xia)1~200 Hz 的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)點(dian)；（2）如(ru)在200 Hz后(hou)段出現較大(da)尖峰，需要留(liu)下(xia)該頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)點(dian)的(de)(de)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)譜密(mi)度值(zhi)；（3）對(dui)于較平滑的(de)(de)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)譜密(mi)度變化不(bu)大(da)的(de)(de)線段，相近(jin)的(de)(de)兩個頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)點(dian)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)譜密(mi)度不(bu)變；（4）對(dui)于出現波峰和波谷的(de)(de)曲線段，直(zhi)接(jie)選(xuan)取該條(tiao)曲線段功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)譜密(mi)度最(zui)大(da)以及(ji)最(zui)小頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)點(dian)進行(xing)記錄。 

依照以(yi)上原則對3個(ge)軸(zhou)向的頻譜(pu)圖進行分(fen)解(jie)，最終得出了3個(ge)軸(zhou)向的頻率以(yi)及(ji)功率譜(pu)密度，見表(biao)2~4。

 

 

 

表2　運輸臺X軸向 

表3　運(yun)輸(shu)臺Y軸向

表4　運(yun)輸臺Z軸向(xiang)

 

 

 

2、振動試驗臺與模擬運輸臺的振動頻譜對比分析(xi)

 

2.1  測試方法(fa) 

 

 

 

使用帶外包裝的測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣品在(zai)振(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)臺(tai)上分(fen)別進行(xing)模擬運(yun)輸(shu)臺(tai)的3個軸向測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)。將(jiang)樣品放置(zhi)在(zai)振(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)臺(tai)中(zhong)心位(wei)置(zhi)上，用鐵桿將(jiang)其(qi)四周圍住，控(kong)制(zhi)(zhi)傳感器固定在(zai)振(zhen)(zhen)動(dong)臺(tai)面上。依據測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)條(tiao)件(jian)，分(fen)別將(jiang)模擬運(yun)輸(shu)臺(tai)的3個軸向測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)條(tiao)件(jian)按(an)表2~4的數(shu)據輸(shu)入(ru)到振(zhen)(zhen)動(dong)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)臺(tai)的控(kong)制(zhi)(zhi)程(cheng)序中(zhong)。 

 

 

 

2.2  測試過(guo)程 

2.2.1  Z軸振動 

 

 

 

輸(shu)入(ru)運(yun)輸(shu)臺(tai)Z軸測試條件，得出Z軸的振動加速度均方根(gen)值約0.68 g2/Hz，振幅約2.17 mm。目測振動量級與模(mo)擬運(yun)輸(shu)臺(tai)相(xiang)差不多。主要(yao)能量集中在3~7 Hz頻(pin)段，與模(mo)擬運(yun)輸(shu)臺(tai)設計的振動頻(pin)率相(xiang)符。 

 

 

 

2.2.2  X軸振動(dong)

 

 

輸入運輸臺X軸(zhou)測試(shi)條件(jian)，得(de)出X軸(zhou)的(de)(de)振動(dong)(dong)加速度均方根值約0.28 g2/Hz，振幅約0.17 mm。由于X軸(zhou)方向為汽車行駛(shi)方向的(de)(de)左(zuo)右(you)方向，從測試(shi)曲線來看，我們(men)依據振動(dong)(dong)試(shi)驗中疲勞關系的(de)(de)計算公式： 

計算后得出：Tx=34.78Tz。X軸的疲勞強度相比Z軸太小，因此可以忽略X軸的振動測試(shi)。 

 

 

 

2.2.3  Y軸(zhou)振動

 

 

輸入(ru)運(yun)輸臺Y軸(zhou)測(ce)試條件，得出Y軸(zhou)的(de)振(zhen)動(dong)加速度均方根(gen)值(zhi)約0.32 g2/Hz，振(zhen)幅約1.19 mm。根(gen)據(ju)測(ce)試曲線，我們依(yi)據(ju)振(zhen)動(dong)試驗中疲勞關系的(de)計(ji)算公式：

 

 

 

計算后得出(chu)TY=20.39TZ。Y軸(zhou)的疲勞強度相(xiang)比Z軸(zhou)太小，因此可以忽(hu)略Y軸(zhou)的振(zhen)動測試。

 

2.3  模擬運輸振動頻(pin)譜(pu)測(ce)試小結(jie)

 

 

從(cong)上述分析(xi)可以看出，X軸(zhou)(zhou)和Y軸(zhou)(zhou)雖(sui)然也存(cun)在一定程度的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)，但振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)量(liang)級(ji)很小，不管是從(cong)接(jie)觸感覺(jue)還是實際量(liang)值，均遠(yuan)遠(yuan)小于Z軸(zhou)(zhou)，考慮(lv)到大型樣品實際運輸的(de)(de)安(an)裝情況，振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)來源主要為Z軸(zhou)(zhou)，即上下(xia)方向，因此，后續如果進行模(mo)擬運輸臺的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)試(shi)驗，只需要針對Z軸(zhou)(zhou)測試(shi)，X軸(zhou)(zhou)、Y軸(zhou)(zhou)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)帶來的(de)(de)影(ying)響可以近似忽略。

 

 

 

 

3、試驗結論

 

 

 

分析(xi)對比模(mo)(mo)擬運(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)振動頻(pin)譜，可(ke)以得出以下幾個結論：（1）模(mo)(mo)擬運(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)振動試(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)X軸(zhou)、Y軸(zhou)所產生(sheng)的(de)(de)疲勞(lao)系數(shu)(shu)相(xiang)(xiang)比Z軸(zhou)較低，只需進(jin)行Z軸(zhou)的(de)(de)振動測試(shi)(shi)即(ji)可(ke)，無需進(jin)行X軸(zhou)以及Y軸(zhou)的(de)(de)振動試(shi)(shi)驗(yan)(yan)；（2）使用振動試(shi)(shi)驗(yan)(yan)臺(tai)模(mo)(mo)擬運(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)相(xiang)(xiang)比使用模(mo)(mo)擬運(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)臺(tai)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)，其疲勞(lao)系數(shu)(shu)、振動頻(pin) 譜基本(ben)相(xiang)(xiang)同，在重點考(kao)查三級(ji)公路(lu)運(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)時(shi)，可(ke)以替代其完成(cheng)模(mo)(mo)擬運(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)測試(shi)(shi)。 

綜上所述，必要時可通過使用振動試驗臺的隨機振動試驗替代模擬運輸試驗，試驗中選擇Z軸振動試驗進行測試，這樣可以節約公路測試的費用，提升測試的便捷性及可操作性。 

 

【參(can)考文獻】

［1］中(zhong)華人民共(gong)和國(guo)國(guo)家質(zhi)量(liang)監(jian)督檢(jian)驗檢(jian)疫(yi)總局，中(zhong)國(guo)國(guo)家標(biao)準化(hua)管理委員(yuan)會(hui). GB/T 14710-2009 醫用電器環境(jing)要求(qiu)及試驗方法[S].北京：中(zhong)國(guo)標(biao)準出版社，2010.

［2］中華(hua)人(ren)民(min)共(gong)和國交(jiao)通部.JTG B01-2003 公(gong)路工程(cheng)技術標準[S].北京：人(ren)民(min)交(jiao)通出版社，2004.

［3］中國航天工(gong)(gong)業總公(gong)司.QJ/T 815.2-94產品公(gong)路運(yun)輸加速模(mo)擬(ni)試(shi)驗方法 [S].北京：中國航天工(gong)(gong)業總公(gong)司第七〇八研(yan)究所，1994.