基于GB/T 19498的拖拉機防護裝置試驗結果的一致性研究

李先鵬，王欽祥，蘭翼，陳光闊，于修剛

（250100山東省 濟南市 山東省農(nóng)業(yè)機械科學研究院）

0 引言

拖拉機防護裝置主要包括拖拉機駕駛室和拖拉機防翻架，其主要作用是在拖拉機翻車事故中保護駕駛員的人身安全。國內(nèi)針對不同類型的拖拉機防護裝置有GB/T 19498《農(nóng)林拖拉機防護裝置 靜態(tài)試驗方法和驗收技術條件》等8個試驗方法標準，分為靜態(tài)和動態(tài)等試驗方法[1]。試驗是按照規(guī)定的順序對防護裝置進行前后縱向、側向水平加載以及垂向的壓垮加載，要求防護裝置吸收加載能量和承受加載力后仍能保證容身區(qū)處在已變形的防護裝置的保護范圍內(nèi)[2]。

該試驗為破壞性試驗，試驗結果必然受材料差異、尺寸誤差以及焊接水平等偶然因素的影響；為驗證試驗結果的一致性，我們對同一型號的3個樣品分別進行了試驗，對試驗結果進行比對分析，驗證實驗方法的有效性。

1 試驗樣品信息

1.1 樣品結構

樣品選用的1604.451型兩柱式拖拉機防翻架，由上部框架和座箱構成。上部框架為U型矩形鋼管，座箱是矩形鋼管、鋼板、連接板的焊合體，上部框架與座箱用螺栓連接在一起。座箱后下部通過后安裝支架與拖拉機后軸殼體固定，防翻架座箱前下部通過前安裝支架與拖拉機變速箱殼體固定。

1.2 適配拖拉機

適配某型號117 kW拖拉機，拖拉機質量分配如表1所示。

表1 適配拖拉機的質量Tab.1 Mass of adapted tractor

1.3 關鍵尺寸

試驗前分別對3個樣品的SIP位置等關鍵尺寸進行測量，計算相同尺寸的誤差，確保誤差在5%以內(nèi)。

1.4 采用鋼材規(guī)格及材料

試驗前分別核查3個樣品的鋼材規(guī)格及材料，確保3個樣品采用的是相同的鋼材規(guī)格及材料。

2 試驗過程

采用GB/T 19498規(guī)定的試驗方法對樣品進行強度試驗，加載順序、方向以及能量和力分別為：左后方6 790 J、第1次頂部97 kN、右側方8 488 J、第2次頂部97 kN、右前方1 698 J[3]。試驗過程嚴格依照標準規(guī)定，采用相同的人員，相同的儀器設備分別對3個樣品進行加載試驗。試驗過程中詳細記錄了樣品吸收的能量、承受的加載力、瞬時變形和永久變形等信息。試驗過程中，3個樣品均無零件侵入容身區(qū)、無任何零件撞擊座椅、容身區(qū)未超出防護裝置的保護范圍。

3 試驗記錄

3.1 吸收的能量和承載的力

試驗結束后，3個樣品均吸收和承受了標準規(guī)定的能量和力，試驗結果如表2所示。

表2 吸收的能量和承載的力Tab.2 Absorbed energy and carrying capacity

3.2 變形量記錄

水平加載試驗過程中實時記錄加載點的變形量，最大瞬時變形量如表3所示。

試驗結束后，測量防翻架邊界的永久變形，變形量結果如表4所示。

表4 試驗后的永久變形量Tab.4 Permanent deformation after test

3.3 曲線記錄

試驗時，實時記錄加載過程中的力、位移和時間數(shù)據(jù)，試驗結束后，根據(jù)加載的力、位移和時間繪制曲線。

左后方、右側方、右前方加載試驗要求防護裝置吸收相應的能量值，也就是整個加載過程的力和位移的積分值[4]，因此繪制試驗時載荷-位移曲線分別見圖1—圖3。

圖1 左后縱向加載時載荷-位移曲線Fig.1 Load-displacement curve under left rear loading

圖2 右側加載時載荷-位移曲線Fig.2 Load-displacement curve under right loading

圖3 右前縱向加載時載荷-位移曲線Fig.3 Load-displacement curve under right front loading

壓垮試驗要求防護裝置能夠承受相應的加載力值并能夠保持5 s鐘，因此繪制試驗時載荷-時間曲線分別見圖4、圖5。

圖4 第1次壓垮試驗時載荷-時間曲線Fig.4 Load-time curve during the first crush test

圖5 第2次加載時載荷-時間曲線Fig.5 Load-time curve during the second load

4 結果對比分析

4.1 試驗結果對比

按照標準給出的驗收條件，強度試驗方面的主要有以下幾個方面：

（1）在各項加載試驗期間，3個樣品均無零件侵人容身區(qū)、無任何零件撞擊座位，駕駛員容身區(qū)未超出防護裝置的保護范圍。

（2）在規(guī)定的各項水平加載試驗中，對達到所要求的吸收能量瞬間的加載力F'均不低于0，8倍的整個過程中的最大加載力Fmax（見表5）。

表5 水平加載試驗中的加載力Tab.5 Loading force in horizontal loading test

（3）在2次壓垮試驗中，3個樣品均承受住了所要求的壓垮力。

試驗結果表明，3個防翻架樣品均達到了保護容身區(qū)的驗收條件，能夠符合GB/T 19498-2017標準的規(guī)定。

4.2 試驗數(shù)據(jù)差異分析

通過圖1可以看出，在左后縱向加載試驗時，3個樣品對加載的響應趨勢基本是相同的，整個過程的最大力和最大變形量都相差不大。這里需要注意的一點是，樣品1的左后縱向加載試驗增加了一次超載試驗。標準要求防護裝置在吸收了規(guī)定的能量后，如果獲得最后5%變形時的加載力減少超過3%，則應做1次超載試驗。如圖1所示，3個樣品在加載后期都表現(xiàn)出了加載力下降的趨勢，在獲得最后5%變形時的加載力減少量如表6所示。樣品1的加載力減少為3.01%,處于臨界值。

表6 5%變形時的加載力減少量Tab.6 Reduced loading force at 5% deformation

表6中：Fa——前5%變形點對應的加載力；F'——吸收能量瞬間的加載力

通過變形量記錄表3、表4可以看出：3個樣品中，瞬時變形量相差最大的是樣品2和樣品3的左后加載試驗，樣品2比樣品3大34.2 mm；永久變形量相差最大也是樣品2和樣品3的后部左側，樣品2比樣品3大23 mm。通過變形量差異可以看出，樣品3比樣品2具有更好的裝配質量和材料彈性。

理想狀態(tài)下3個樣品的加載曲線應該是重合的，通過圖1—圖5可以看出，3個樣品對加載的響應趨勢都是一樣的，實時變形量和加載力存在較小的差異。

5 結論

對比試驗結果及試驗數(shù)據(jù)可以看出，雖然試驗過程中的變形量和加載力等細節(jié)上存在較小的差異，但是試驗數(shù)據(jù)的總體趨勢是基本相同的，3個防翻架樣品的試驗結果也都是合格的。對于同一批次的產(chǎn)品來說，隨機抽取一個樣品按照GB/T 19498規(guī)定的方法進行試驗的結果基本可以反應該批次產(chǎn)品的試驗結果。