張仲強(qiáng)，葛宇申，黃薛青

（上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院，上海 200000）

引言

包裝運(yùn)輸件測試是模擬產(chǎn)品運(yùn)輸過程中抵抗外界環(huán)境因素影響的一項(xiàng)環(huán)境性能試驗(yàn)，運(yùn)輸過程中產(chǎn)品會(huì)因振動(dòng)造成表面擦傷、漆膜或鍍膜脫落等問題，內(nèi)部部件還會(huì)因反復(fù)施加作用力產(chǎn)生螺釘松動(dòng)、部件變形彎曲、產(chǎn)生裂紋、斷裂和脫落等現(xiàn)象，造成不必要的損失。為了檢驗(yàn)包裝運(yùn)輸件能否承受在運(yùn)輸、使用過程中遇到的各種力學(xué)環(huán)境，需要進(jìn)行一系列相關(guān)的機(jī)械環(huán)境性能試驗(yàn)，而振動(dòng)試驗(yàn)是包裝運(yùn)輸件測試中的一項(xiàng)重要的環(huán)境性能試驗(yàn)[1,2]。

振動(dòng)夾具作為包裝運(yùn)輸件與振動(dòng)臺(tái)面的重要連接件，能夠真實(shí)模擬產(chǎn)品的安裝狀態(tài)，起到準(zhǔn)確傳遞振動(dòng)量級的作用。夾具性能的優(yōu)劣直接影響振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致被測產(chǎn)品出現(xiàn)過試驗(yàn)或欠試驗(yàn)。本文以包裝運(yùn)輸件為研究對象，基于包裝運(yùn)輸件所進(jìn)行的不同振動(dòng)試驗(yàn)類型，設(shè)計(jì)一種牢固可靠的包裝運(yùn)輸件振動(dòng)夾具，為包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障[3]。

1 包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)類型

包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有ISTA 2A（國際安全運(yùn)輸協(xié)會(huì)）、GB/T 4857.7《包裝運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn)方法》，上述標(biāo)準(zhǔn)包括兩種包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)方法，即定位移振動(dòng)試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，所利用的振動(dòng)夾具為圍欄[4]。

1.1 定位移振動(dòng)試驗(yàn)

包裝運(yùn)輸件定位移振動(dòng)試驗(yàn)方法是通過圍欄將包裝運(yùn)輸件固定在振動(dòng)臺(tái)面，圍欄的作用是限制包裝運(yùn)輸件四周的移動(dòng)，允許其在垂直振動(dòng)方向產(chǎn)生移動(dòng)。以預(yù)定的振幅25 mm，使樣品在2 Hz的頻率下開始振動(dòng)，逐步增大頻率直至試驗(yàn)樣品與振動(dòng)臺(tái)面分離。確定試驗(yàn)樣品與振動(dòng)臺(tái)面分離時(shí)的頻率為振動(dòng)頻率，并進(jìn)行指定持續(xù)時(shí)間的振動(dòng)試驗(yàn)。該振動(dòng)頻率的確定方法是在試驗(yàn)期間，沿包裝運(yùn)輸件底部移動(dòng)厚度為（1.5～3）mm、最小寬度為50 mm的標(biāo)準(zhǔn)量具，如果該標(biāo)準(zhǔn)量具可以掃過至少三分之一試驗(yàn)樣品的底面積部分，即為試驗(yàn)樣品與振動(dòng)臺(tái)面實(shí)現(xiàn)脫離狀態(tài)[5]。

1.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)

包裝運(yùn)輸件的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方法是在包裝運(yùn)輸件周圍加裝圍欄，防止其在四周方向出現(xiàn)大幅移動(dòng)，但允許其在垂直振動(dòng)方向產(chǎn)生位移。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)所施加的振動(dòng)量級為頻率范圍、功率譜密度、振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，分別在橫向、縱向和垂向進(jìn)行指定時(shí)間的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，以評定包裝件對內(nèi)裝產(chǎn)品的保護(hù)能力，揭露包裝件結(jié)構(gòu)上的缺陷。

2 包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)要求

目前，常見的包裝件固定裝置是通過壓板、長螺栓將包裝件壓緊固定在振動(dòng)臺(tái)面，存在如下問題：一是壓板與包裝運(yùn)輸件易發(fā)生相對滑動(dòng)，其固定的牢固度較差；二是對于較高的包裝運(yùn)輸件易出現(xiàn)搖擺，高度較高包裝運(yùn)輸件的整體重心位置偏高，若其固定位置與振動(dòng)臺(tái)面的中心有偏距，包裝運(yùn)輸件會(huì)額外受到偏心力矩作用而出現(xiàn)左右大幅度搖擺現(xiàn)象；三是固定位置由振動(dòng)臺(tái)面的螺孔位置決定，固定位置無法實(shí)現(xiàn)水平橫向自由調(diào)節(jié)。

基于包裝運(yùn)輸件在振動(dòng)試驗(yàn)過程中所面臨的實(shí)際難題，振動(dòng)夾具必須具有結(jié)構(gòu)、加工工藝性和動(dòng)態(tài)傳遞特性等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合包裝運(yùn)輸件定位移振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)所需固定夾具的特點(diǎn)，其在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求：①夾具與振動(dòng)臺(tái)面和試件間應(yīng)剛性連接，且能夠模擬產(chǎn)品的真實(shí)安裝方式；②垂直方向振動(dòng)時(shí)夾具和產(chǎn)品的合成重心應(yīng)位于振動(dòng)臺(tái)的中心線上，防止振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生搖擺振動(dòng)；③夾具制造時(shí)應(yīng)選用剛度大、阻尼大的鋁合金材料，提高夾具自身的固有頻率，避免夾具與產(chǎn)品產(chǎn)生共振；④夾具與振動(dòng)臺(tái)面的連接螺紋孔應(yīng)均勻分布，夾具結(jié)構(gòu)橫截面應(yīng)均勻一致，提高夾具整體的剛度；⑤夾具應(yīng)設(shè)置用于安裝控制傳感器的位置，其表面應(yīng)平整并具有足夠的剛度[6]。

3 包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)的固定夾具

為了解決現(xiàn)有包裝運(yùn)輸件壓板夾持固定裝置的牢固性差、較高包裝件易搖擺等問題，研制一種用于包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)的固定夾具，如圖1所示。固定夾具包括臺(tái)面連接板、兩個(gè)活動(dòng)立柱、兩個(gè)限位立柱以及縱向限位組件，兩個(gè)活動(dòng)立柱相對設(shè)置在臺(tái)面連接板上，兩個(gè)限位立柱相對設(shè)置在臺(tái)面連接板上，兩個(gè)活動(dòng)立柱、兩個(gè)限位立柱可沿著臺(tái)面連接板兩條對稱軸設(shè)置的滑槽自由移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)距離可調(diào)。在包裝運(yùn)輸件定位移振動(dòng)試驗(yàn)中，活動(dòng)立柱和限位立柱形成用于容納包裝運(yùn)輸件的限位空間，可以替代定位移振動(dòng)試驗(yàn)中圍欄的功能，進(jìn)而對不同尺寸的包裝運(yùn)輸件進(jìn)行固定。同時(shí)，調(diào)整限位立柱上圍擋板數(shù)量及其所處的高度，可對較高的包裝運(yùn)輸件進(jìn)行限位操作，防止包裝運(yùn)輸件出現(xiàn)傾倒。

圖1 包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)的夾具裝置圖

在包裝運(yùn)輸件隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中，縱向限位組件設(shè)在兩個(gè)活動(dòng)立柱之間，縱向限位組件中的橫向壓板能夠沿著活動(dòng)立柱上下移動(dòng)，可牢固地將包裝運(yùn)輸件壓緊固定在振動(dòng)臺(tái)面，限制包裝運(yùn)輸件沿豎直方向的位移，防止橫向壓板與包裝運(yùn)輸件發(fā)生相對滑動(dòng)，此時(shí)的固定夾具裝置可滿足包裝運(yùn)輸件進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)對夾具的設(shè)計(jì)要求。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所述包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)固定夾具的性能，依據(jù)ISTA 2A中的定位移振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)方法展開測試，技術(shù)指標(biāo)如表1。其中，包裝運(yùn)輸件樣品外觀尺寸為230×130×160 mm，質(zhì)量1.5 kg。

表1 包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)過程中振動(dòng)傳感器安裝在與振動(dòng)臺(tái)面連接的夾具底板上，包裝運(yùn)輸件定位移振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如圖2，可見定位移振動(dòng)試驗(yàn)中的目標(biāo)值與響應(yīng)值處于數(shù)值一致，表明該振動(dòng)夾具能夠?qū)⒄駝?dòng)臺(tái)面的能量很好的傳遞到包裝運(yùn)輸件。隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的目標(biāo)-響應(yīng)曲線如圖3，可見隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中的響應(yīng)曲線較為光滑連續(xù)、無尖刺，響應(yīng)曲線與目標(biāo)曲線的變化趨勢一致，表明該振動(dòng)夾具在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)過程中能夠準(zhǔn)確的傳遞振動(dòng)量級，且夾具的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、牢固，驗(yàn)證了所述振動(dòng)夾具在包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)中具有較好的應(yīng)用性。

圖2 包裝運(yùn)輸件定位移振動(dòng)目標(biāo)-響應(yīng)曲線

圖3 包裝運(yùn)輸件隨機(jī)振動(dòng)目標(biāo)-響應(yīng)曲線

5 結(jié)語

本文所研制的包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)的固定夾具，其限位空間的水平方向和垂直方向空間大小可調(diào)，連接牢固可靠，能夠?qū)^高的包裝運(yùn)輸件進(jìn)行限位操作，防止包裝運(yùn)輸件出現(xiàn)傾倒，同時(shí)固定包裝運(yùn)輸件時(shí)不易產(chǎn)生非破壞性應(yīng)力損傷，能夠滿足包裝運(yùn)輸件振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)對振動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)要求。