李先鵬，王欽祥，蘭翼，陳光闊，于修剛

（250100山東省 濟(jì)南市 山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院）

0 引言

拖拉機(jī)防護(hù)裝置主要包括拖拉機(jī)駕駛室和拖拉機(jī)防翻架，其主要作用是在拖拉機(jī)翻車事故中保護(hù)駕駛員的人身安全。國(guó)內(nèi)針對(duì)不同類型的拖拉機(jī)防護(hù)裝置有GB/T 19498《農(nóng)林拖拉機(jī)防護(hù)裝置 靜態(tài)試驗(yàn)方法和驗(yàn)收技術(shù)條件》等8個(gè)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等試驗(yàn)方法[1]。試驗(yàn)是按照規(guī)定的順序?qū)Ψ雷o(hù)裝置進(jìn)行前后縱向、側(cè)向水平加載以及垂向的壓垮加載，要求防護(hù)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(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi)[2]。

該試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)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(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的一致性，我們對(duì)同一型號(hào)的3個(gè)樣品分別進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法的有效性。

1 試驗(yàn)樣品信息

1.1 樣品結(jié)構(gòu)

樣品選用的1604.451型兩柱式拖拉機(jī)防翻架，由上部框架和座箱構(gòu)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(jī)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(jī)變速箱殼體固定。

1.2 適配拖拉機(jī)

適配某型號(hào)117 kW拖拉機(jī)，拖拉機(jī)質(zhì)量分配如表1所示。

表1 適配拖拉機(jī)的質(zhì)量Tab.1 Mass of adapted tractor

1.3 關(guān)鍵尺寸

試驗(yàn)前分別對(duì)3個(gè)樣品的SIP位置等關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量，計(jì)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(yàn)前分別核查3個(gè)樣品的鋼材規(guī)格及材料，確保3個(gè)樣品采用的是相同的鋼材規(guī)格及材料。

2 試驗(yàn)過程

采用GB/T 19498規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，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(cè)方8 488 J、第2次頂部97 kN、右前方1 698 J[3]。試驗(yàn)過程嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用相同的人員，相同的儀器設(shè)備分別對(duì)3個(gè)樣品進(jìn)行加載試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中詳細(xì)記錄了樣品吸收的能量、承受的加載力、瞬時(shí)變形和永久變形等信息。試驗(yàn)過程中，3個(gè)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(hù)裝置的保護(hù)范圍。

3 試驗(yàn)記錄

3.1 吸收的能量和承載的力

試驗(yàn)結(jié)束后，3個(gè)樣品均吸收和承受了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能量和力，試驗(yàn)結(jié)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(yàn)過程中實(shí)時(shí)記錄加載點(diǎn)的變形量，最大瞬時(shí)變形量如表3所示。

試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)量防翻架邊界的永久變形，變形量結(jié)果如表4所示。

表4 試驗(yàn)后的永久變形量Tab.4 Permanent deformation after test

3.3 曲線記錄

試驗(yàn)時(shí)，實(shí)時(shí)記錄加載過程中的力、位移和時(shí)間數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)加載的力、位移和時(shí)間繪制曲線。

左后方、右側(cè)方、右前方加載試驗(yàn)要求防護(hù)裝置吸收相應(yīng)的能量值，也就是整個(gè)加載過程的力和位移的積分值[4]，因此繪制試驗(yàn)時(shí)載荷-位移曲線分別見圖1—圖3。

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

圖2 右側(cè)加載時(shí)載荷-位移曲線Fig.2 Load-displacement curve under right loading

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

壓垮試驗(yàn)要求防護(hù)裝置能夠承受相應(yīng)的加載力值并能夠保持5 s鐘，因此繪制試驗(yàn)時(shí)載荷-時(shí)間曲線分別見圖4、圖5。

圖4 第1次壓垮試驗(yàn)時(shí)載荷-時(shí)間曲線Fig.4 Load-time curve during the first crush test

圖5 第2次加載時(shí)載荷-時(shí)間曲線Fig.5 Load-time curve during the second load

4 結(jié)果對(duì)比分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

按照標(biāo)準(zhǔn)給出的驗(yàn)收條件，強(qiáng)度試驗(yàn)方面的主要有以下幾個(gè)方面：

（1）在各項(xiàng)加載試驗(yàn)期間，3個(gè)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(hù)裝置的保護(hù)范圍。

（2）在規(guī)定的各項(xiàng)水平加載試驗(yàn)中，對(duì)達(dá)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(gè)過程中的最大加載力Fmax（見表5）。

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

（3）在2次壓垮試驗(yàn)中，3個(gè)樣品均承受住了所要求的壓垮力。

試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)防翻架樣品均達(dá)到了保護(hù)容身區(qū)的驗(yàn)收條件，能夠符合GB/T 19498-2017標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4.2 試驗(yàn)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(yàn)時(shí)，3個(gè)樣品對(duì)加載的響應(yīng)趨勢(shì)基本是相同的，整個(gè)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(diǎn)是，樣品1的左后縱向加載試驗(yàn)增加了一次超載試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)要求防護(hù)裝置在吸收了規(guī)定的能量后，如果獲得最后5%變形時(shí)的加載力減少超過3%，則應(yīng)做1次超載試驗(yàn)。如圖1所示，3個(gè)樣品在加載后期都表現(xiàn)出了加載力下降的趨勢(shì)，在獲得最后5%變形時(shí)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(shí)的加載力減少量Tab.6 Reduced loading force at 5% deformation

表6中：Fa——前5%變形點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(gè)樣品中，瞬時(shí)變形量相差最大的是樣品2和樣品3的左后加載試驗(yàn)，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(cè)，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(zhì)量和材料彈性。

理想狀態(tài)下3個(gè)樣品的加載曲線應(yīng)該是重合的，通過圖1—圖5可以看出，3個(gè)樣品對(duì)加載的響應(yīng)趨勢(shì)都是一樣的，實(shí)時(shí)變形量和加載力存在較小的差異。

5 結(jié)論

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，雖然試驗(yàn)過程中的變形量和加載力等細(xì)節(jié)上存在較小的差異，但是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總體趨勢(shì)是基本相同的，3個(gè)防翻架樣品的試驗(yàn)結(jié)果也都是合格的。對(duì)于同一批次的產(chǎn)品來說，隨機(jī)抽取一個(gè)樣品按照GB/T 19498規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果基本可以反應(yīng)該批次產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果。