扶手椅在家具質(zhì)量檢測(cè)中的力學(xué)性能試驗(yàn)

劉雄飛 王逢瑚

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

家具在人們的生活、工作和學(xué)習(xí)中具有非常重要的作用，其質(zhì)量直接關(guān)系到百姓的切身利益和身心健康，是消費(fèi)者和全社會(huì)共同關(guān)注的話題。為了保證家具產(chǎn)品的質(zhì)量，除了要求企業(yè)予以充分重視并采取有效措施外，還要在家具質(zhì)量檢測(cè)方面提供準(zhǔn)確的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和持續(xù)更新的檢測(cè)手段［1］。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)家具質(zhì)量檢測(cè)的研究比較廣，幾乎涉及到各個(gè)方面。有人采用環(huán)境測(cè)試艙法模擬家具的使用環(huán)境，并根據(jù)抽取的空氣計(jì)算家具中的有害氣體濃度;有人從一些細(xì)節(jié)，如抽屜滑道的強(qiáng)度、家具腳輪的性能等方面出發(fā)，研究零部件對(duì)家具質(zhì)量造成的影響;有人針對(duì)家具中使用的玻璃材料，對(duì)家具用玻璃的安全問題及強(qiáng)度檢測(cè)方法進(jìn)行了相關(guān)研究。

綜合以上研究可看出，目前的重點(diǎn)多數(shù)集中在依據(jù)物理力學(xué)及化學(xué)原理來(lái)對(duì)家具質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)分析，比較前沿的方法是以先進(jìn)的技術(shù)手段為依據(jù)，分析家具的化學(xué)成分構(gòu)成或進(jìn)行物理強(qiáng)度測(cè)試。在根據(jù)物理力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行家具質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程中，有多項(xiàng)研究對(duì)這方面進(jìn)行了探索。本研究則以扶手椅這種常見的家具為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備對(duì)其關(guān)鍵部位進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn);同時(shí)，在確定檢測(cè)部位時(shí)進(jìn)行了創(chuàng)新性的研究，并對(duì)檢測(cè)后的質(zhì)量情況進(jìn)行了評(píng)定和分析。

1 試驗(yàn)分析

家具質(zhì)量檢測(cè)是利用各種測(cè)試手段，按規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)家具零部件及產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，最終確定出產(chǎn)品優(yōu)劣，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督的過(guò)程。通過(guò)準(zhǔn)確的檢測(cè)方法和科學(xué)的數(shù)據(jù)，可以反映出產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量水平，劃分出產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)，促使優(yōu)良產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，停止劣質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)，并為消費(fèi)者購(gòu)買家具時(shí)提供一個(gè)參考的依據(jù)。

在本試驗(yàn)中，主要采用的測(cè)試家具是扶手椅，即較為常見的帶扶手的背靠椅。本試驗(yàn)適用于家庭、賓館、飯店等場(chǎng)合中的各種直背椅，也適用于可調(diào)節(jié)成直背狀態(tài)的躺椅和靠背可傾式座椅，不適用于轉(zhuǎn)椅、多人排椅及其它多用椅，也不適用于可調(diào)節(jié)成躺臥狀態(tài)的躺椅和靠背可成傾斜式的座椅。

本試驗(yàn)方法首先測(cè)試扶手椅家具在正常使用和習(xí)慣性誤用時(shí)，各部位受到一次性或重復(fù)性荷載條件下所具有的強(qiáng)度或承受能力，即靜載荷、耐久性與耐沖擊性試驗(yàn);然后測(cè)試扶手椅家具在日常使用中受載的條件下，所具有的抗傾翻能力，即穩(wěn)定性試驗(yàn)。

同時(shí)，根據(jù)新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，還可采用計(jì)算法對(duì)穩(wěn)定性試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)證，由于兩種試驗(yàn)方法所采用的加力方法和加力部位是相同的，所得出的試驗(yàn)結(jié)果也是等效的。但計(jì)算法不適用于扶手軟椅、多人長(zhǎng)靠背椅以及無(wú)恒定彈性系數(shù)的彈簧軟包坐具和受載時(shí)改變形狀的椅子，如折椅和某些用金屬材料、塑料制成的椅子;也不適用于產(chǎn)品受載時(shí)變形大于2.5 mm的椅子。但是對(duì)于某些移動(dòng)不便的椅類，計(jì)算法仍是適用的［2］。

2 試驗(yàn)條件

本試驗(yàn)所采用的扶手椅為完整組裝的新出廠的成品家具，并符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙的要求，所有五金連接件在試驗(yàn)前均已安裝牢固。該扶手椅的尺寸參數(shù)如下:扶手內(nèi)寬500 mm，座深440 mm，座高480 mm，扶手高250 mm，背長(zhǎng)280 mm，背斜角99°，座斜角3°。

本試驗(yàn)所采用的設(shè)備主要有:①小型座面加載墊。直徑為200 mm的剛性圓形墊，其加載表面為球面。②椅背加載墊。長(zhǎng)250 mm、寬200 mm的剛性矩形物體，其加載表面為圓柱面。③局部加載墊。直徑為100 mm的剛性扁平圓形墊。④座面沖擊器。由圓柱體、螺旋壓縮彈簧組沖擊頭3部分組成。⑤沖擊擺錘。一個(gè)質(zhì)量為6.5 kg的圓柱剛性錘頭，用外徑為38 mm、壁厚為1.6 mm的鋼管作為擺桿連接在回轉(zhuǎn)軸上，擺錘回轉(zhuǎn)中心至錘頭重心的距離為1 m。⑥泡沫塑料襯墊。試驗(yàn)時(shí)放在加載墊與試件表面之間，厚度為25 mm，密度為27～30 kg/m3。⑦擋塊。用來(lái)防止扶手椅移動(dòng)，但不能限制其傾翻的限制裝置，高度為12 mm，剛好能防止扶手椅移動(dòng)。⑧加力器。按規(guī)定值或漸增值對(duì)扶手椅進(jìn)行加力，其結(jié)構(gòu)不妨礙扶手椅的自由移動(dòng)。對(duì)椅座恒定加載時(shí)還采用了金屬塊［3］。

本試驗(yàn)環(huán)境的溫度為22℃，相對(duì)濕度為40%。在加力過(guò)程中，盡量保持速度緩慢，確保附加動(dòng)載荷對(duì)試驗(yàn)造成的影響降低到可忽略不計(jì)的程度;同時(shí)，在耐久性試驗(yàn)中，緩慢加速也有利于保證扶手椅表面不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)發(fā)熱。

3 試驗(yàn)過(guò)程

本試驗(yàn)主要針對(duì)扶手椅的靜載荷、耐久性、耐沖擊性與穩(wěn)定性進(jìn)行，采用的是第三級(jí)試驗(yàn)水平，試驗(yàn)部位的選擇也兼顧到扶手椅的自身特性，對(duì)無(wú)扶手椅的一些試驗(yàn)手段與方法暫不作為參考方案。

3.1 扶手椅靜載荷試驗(yàn)

正式試驗(yàn)時(shí)，采用一對(duì)400 N的力，通過(guò)小型座面加載墊，在兩個(gè)扶手上最容易損壞的位置向外加力20次，每次加力時(shí)均在加載位置上保持15 s。

為了同時(shí)檢測(cè)扶手椅其它易受力部位的強(qiáng)度，本試驗(yàn)還在3個(gè)位置進(jìn)行靜載荷加載，以驗(yàn)證扶手椅多處受力時(shí)的均衡能力與靜載荷強(qiáng)度。首先在左側(cè)扶手的水平加力位置加以一個(gè)垂直向下的400 N的力，共加力20次，每次保持10 s;其次沿著水平方向在扶手椅的椅背頂部和椅座前部的最容易損壞的位置各加力20次，每次保持10 s，力的大小為450 N。加力的位置與方向如圖1所示。這是本試驗(yàn)針對(duì)扶手椅的實(shí)際使用情況而進(jìn)行的綜合靜載荷試驗(yàn)。

本階段試驗(yàn)結(jié)束之后，重新測(cè)量扶手椅的外形尺寸，檢查它的質(zhì)量與整體結(jié)構(gòu)，并與試驗(yàn)之前記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)如下［4］:①檢查產(chǎn)品的零部件，觀察是否發(fā)生斷裂或豁裂的現(xiàn)象;②用手掀壓某些應(yīng)為牢固結(jié)合的部件，觀察是否出現(xiàn)永久性松動(dòng);③檢查椅背、扶手、椅腳及其它部件的位移變化，觀察是否大于試驗(yàn)前實(shí)測(cè)的尺寸;④檢查是否有嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量的零部件的變形或豁裂;⑤在試驗(yàn)期間，觀察試件是否發(fā)出清晰可變的噪聲。

圖1 扶手椅的靜載荷試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)比較后可得出結(jié)論，該扶手椅在試驗(yàn)之后的變化并不明顯，可忽略不計(jì)。

3.2 扶手椅耐久性試驗(yàn)

正式試驗(yàn)時(shí)，首先測(cè)試座面的耐久性。把扶手椅放到試驗(yàn)機(jī)的水平臺(tái)面上，通過(guò)試驗(yàn)機(jī)將950 N的力垂直向下重復(fù)施加在椅座表面的加載墊上，共加載50 000次，加載速率為30次/min。座面加載點(diǎn)由模板確定。在第一次和最后一次加載時(shí)，分別測(cè)量加載墊最低處至地面的距離，所得兩數(shù)之差即為試驗(yàn)的座面位移。本試驗(yàn)的測(cè)得值為2 mm。

然后測(cè)試椅背的耐久性。保持扶手椅的位置不變，把擋塊靠在椅腿上，將950 N的力垂直施加在座面加載點(diǎn)上，座面加載點(diǎn)由模板確定;接著通過(guò)椅背加載墊，把330 N的力反復(fù)施加在椅背縱向軸線上距離椅背上沿100 mm處，加載次數(shù)為50000次，加載速率為30次/min。加力的位置與方向如圖2所示。

圖2 扶手椅的耐久性試驗(yàn)

本階段試驗(yàn)結(jié)束后，檢查椅子的整體結(jié)構(gòu)，并按3.1中的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定缺陷。經(jīng)過(guò)檢測(cè)和評(píng)定后可看出，產(chǎn)品的零部件保持完好無(wú)損，并未出現(xiàn)永久性松動(dòng)，也未發(fā)出不正常的噪聲。

在進(jìn)行扶手椅的耐久性試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，可以將椅座耐久性試驗(yàn)和椅背耐久性試驗(yàn)合并為一個(gè)試驗(yàn)聯(lián)合進(jìn)行，需要注意的是，加載時(shí)應(yīng)先加載座面，后加載椅背;卸載時(shí)應(yīng)先使椅背卸載，后使座面卸載。

3.3 扶手椅耐沖擊性試驗(yàn)

正式試驗(yàn)時(shí)，首先測(cè)試椅背的耐沖擊性。把擋塊靠在和沖擊方向相反的椅腿上，把沖擊擺錘提升到?jīng)_擊高度為210 mm的位置，使其繞回轉(zhuǎn)軸線自由跌落，向著椅背頂沿外側(cè)的中間部位，由外向內(nèi)水平?jīng)_擊10次。

然后測(cè)試椅子扶手的耐沖擊性。把擋塊靠在和沖擊方向相反的椅腿上，把沖擊擺錘提升到?jīng)_擊角度為38°的位置，使其自由跌落，朝未加擋塊一側(cè)扶手表面最易損壞的部位，由外向內(nèi)沿水平方向沖擊10次。加力的位置與方向如圖3所示。

圖3 扶手椅的耐沖擊性試驗(yàn)

本階段試驗(yàn)結(jié)束后，檢查椅子的整體結(jié)構(gòu)，并按3.1中的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定缺陷。經(jīng)過(guò)檢測(cè)和評(píng)定后可看出，產(chǎn)品的零部件保持完好無(wú)損，并未出現(xiàn)嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量的變形或豁裂。

3.4 扶手椅穩(wěn)定性試驗(yàn)

正式試驗(yàn)時(shí)，首先測(cè)試扶手椅的向前傾翻穩(wěn)定性。把擋塊靠在椅子前腿的外側(cè)上，在座面中心線上離前沿50 mm的位置，通過(guò)加載墊垂直施加600 N力，接著把初始值為20 N的力，從加載墊接觸座面的部位沿水平方向向前加載并逐漸增加，當(dāng)這個(gè)力增加到83 N的時(shí)候，扶手椅開始向前傾翻，此時(shí)停止加力并將力的大小記錄下來(lái)。

然后測(cè)試扶手椅的向后傾翻穩(wěn)定性。把擋塊靠在椅子后腿的外側(cè)上，在扶手椅上選取座面中心線與椅背中心線的交點(diǎn)作為一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，在座面中心線上距該標(biāo)記點(diǎn)175 mm的位置，通過(guò)加載墊垂直向下施加600 N力，接著在椅背中心線上距該標(biāo)記點(diǎn)280 mm的位置，把初始值為200 N的力沿水平方向向后加載并逐漸增加，當(dāng)這個(gè)力增加到338 N的時(shí)候，扶手椅開始向后傾翻，此時(shí)停止加力并將力的大小記錄下來(lái)［5］。

最后測(cè)試扶手椅的側(cè)向傾翻穩(wěn)定性。把擋塊靠在椅子左側(cè)兩腿的外側(cè)上，在扶手椅左側(cè)選取距座面中心線100 mm、距座面后沿200 mm的一點(diǎn)，垂直向下施加250 N力，接著在左側(cè)扶手上選取距外側(cè)邊沿37.5 mm的一個(gè)最不穩(wěn)定的位置，通過(guò)加載墊垂直向下施加350 N力，最后把初始值為20 N的力，在左側(cè)扶手的垂直力加載位置沿水平方向向外加載并逐漸增加，當(dāng)這個(gè)力增加到53 N的時(shí)候，扶手椅開始向左側(cè)傾翻，此時(shí)停止加力并將力的大小記錄下來(lái)。加力的位置與方向如圖4所示。

圖4 扶手椅的穩(wěn)定性性試驗(yàn)

本階段試驗(yàn)結(jié)束后，檢查椅子的整體結(jié)構(gòu)，并按3.1中的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定缺陷。經(jīng)過(guò)檢測(cè)和評(píng)定后可看出，產(chǎn)品的零部件未出現(xiàn)斷裂或豁裂，也未出現(xiàn)永久性松動(dòng)。

4 結(jié)論

充分結(jié)合扶手椅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)檢測(cè)其靜載荷、耐久性、耐沖擊性與穩(wěn)定性，既表現(xiàn)出家具質(zhì)量檢測(cè)的全面性，又體現(xiàn)出檢測(cè)方法的針對(duì)性和靈活性。與同類研究相比，本研究更側(cè)重于對(duì)檢測(cè)位置的控制和選擇，特別是在靜載荷試驗(yàn)，通過(guò)新型的檢測(cè)方案及數(shù)據(jù)分析，闡明了運(yùn)用力學(xué)檢測(cè)原理的思路，以及對(duì)新的檢測(cè)位置的提出和控制，具有一定的先進(jìn)性。由于家具質(zhì)量檢測(cè)是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的復(fù)雜過(guò)程，不但檢測(cè)設(shè)備的工作情況會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，扶手椅的實(shí)際結(jié)構(gòu)、檢測(cè)環(huán)境的實(shí)際情況也會(huì)對(duì)其造成影響，因此再完整的檢測(cè)方法都會(huì)存在不能兼顧的區(qū)域，這些都需要進(jìn)一步結(jié)合力學(xué)檢測(cè)原理，發(fā)揮檢測(cè)手段的多樣性和適應(yīng)性來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)也可為更進(jìn)一步的質(zhì)量檢測(cè)提供參考依據(jù)。

［1］劉學(xué)莘，張報(bào)忠，楊文斌.基于ASTM標(biāo)準(zhǔn)的4款實(shí)木靠背椅力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試與分析［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2011(6):19－21.

［2］羅菊芬.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中家具質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的探討［J］.上海標(biāo)準(zhǔn)化，2010(5):10－12.

［3］李興江.淺談實(shí)木家具開裂變形的原因與措施［J］.世紀(jì)橋，2010(17):153－154.

［4］張立，張亞池，張帆.實(shí)木框架家具力學(xué)結(jié)構(gòu)分析方法［J］.家具，2010(3):90－91.

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