童车跌落试验机的研制

刘慧 袁兴启 许斌 宋芳

（昆山海关，江苏昆山 215300）

儿童是国家的未来，儿童的健康安全直接关系到家庭的幸福和社会的稳定。随着人民生活水平的提高，童车的应用越来越广泛，儿童三轮车和儿童自行车作为两种常见的童车产品，深受孩子们喜爱。儿童三轮车的适用年龄一般从1.5 岁开始，儿童自行车的适用年龄一般从3 岁～4 岁开始，这个年龄段的儿童自我保护意识和能力非常弱，童车产品的任何质量问题都可能造成严重后果。因此，童车的质量安全也深受消费者和相关部门重视[1-3]。为了提升童车产品质量，确保使用儿童的健康安全，各国家和地区都制定了相关产品安全标准，我国还将童车纳入强制性产品认证（CCC）管理，确保进口及国内生产童车的质量安全。在童车产品标准中，跌落试验是一项重要的技术要求，直接关乎骑行儿童的安全，一直被业界重视。如国标GB 14747-2006《儿童三轮车安全要求》[4]、美标ANSI Z315.1-2012《三轮车 安全性要求》[5]中规定了儿童三轮车的跌落试验要求，美国联邦法规16 CFR 1512/CPSC 1512[6]中规定了儿童自行车的跌落试验要求等。

我国是人口大国，童车的使用量很大，产品的安全尤为重要，直接关系到骑行儿童的健康安全。而满足安全标准是合格产品的首要要求，也是减少企业质量风险的有效手段。因此，进口企业和生产企业应该对产品进行正确检测，以满足相关的法律法规。另外，我国童车检测机构众多，每年相关部门对童车产品的国抽、省抽、地抽等抽样检测量也很大。确保检测的准确性，是各机构应该首先考虑的问题，准确检测首要的前提就是检测设备是否先进和可靠。

1 童车跌落测试现状

目前我国机构和企业实验室在进行童车跌落试验时，多采用手动测试或采用翻板式、悬挂式两种结构试验机。手动测试需要两名检测人员将样品抬升至规定高度，同时松手释放使其下落，该方法测试精度不高，且难以确保两名检测人员操作同步，经常发生释放不同步导致车子前后轮落地偏差，而导致试验失败。翻板式试验机采用两块平板分别放置车体前轮和后轮，从而托住试验样品，通过上下移动平板调节车体高度，旋转平板释放车体使其下落。然而，实际测试中该试验机在释放车体时，车体不能自由无障碍落下，车把两端在固定上标准负荷后不能保持平衡而转向某一边，车身在负荷作用下向某一边倾斜，频繁出现车体倾斜悬挂现象，严重影响测试结果。悬挂式试验机通过钢绳拉住车体使其悬挂于空中，释放钢绳使车体下落，该结构试验机在测试过程中对抬升至空中的样品定位困难，调节麻烦，难以准确将样品稳定于规定高度。

本文从我国童车跌落测试现状出发，克服以往产品的不足，研制出一台调节方便、定位准确、释放过程无障碍、经济实用的童车跌落试验机，既可用于儿童三轮车跌落试验，又可用于儿童自行车跌落试验。所得研究成果将促进我国童车检测技术水平的提升，并带来一定的经济和社会效益。

2 设备结构

童车跌落试验机主要由以下几个部分组成：整机框架、车把顶夹装置、后轮轴顶夹装置、提升装置、释放系统、荷重安装装置和混凝土地面，结构如图1 所示。

图1 童车跌落试验机结构示意图

2.1 整机框架

整机框架包括四根导柱，导柱安装框架。框架采用铝合金型材，组装简单方便且成本较低。将四根导柱牢固固定在框架上，夹持试件的框架沿着导柱上升或下降，实现试件平稳抬升。框架尺寸适应目前市场上所有常见尺寸的儿童三轮车和儿童自行车的测试。

2.2 车把顶夹装置

本试验机可同时适用于儿童三轮车和儿童自行车的跌落试验，车把和后轮是两类童车共同拥有的前后两大部件，综合考虑方便顶夹和试样稳定性等因素，本文选择这两大部件作为试样顶夹位置。

车把顶夹装置包括两个顶夹气缸，以及气缸安置滑块、调节滑块之间距离的螺杆。将横梁安置在线性滑套上（导向套），横梁可沿导柱上下滑动。将线性滑轨和两个滑块安置到横梁上，在两个滑块上分别安装两个气缸，滑块用正反牙的螺杆驱动，使两个气缸同时向中间靠拢或向两边分离，以适应不同长度的把横管顶夹。

2.3 后轮轴顶夹装置

后轮轴顶夹装置包括两个气缸，以及气缸安置滑块、调节滑块前进或后退的螺杆。在U 型框架移动该装置，并上下滑动U 型框架，使后轮轴顶夹气缸对准试件后轮轴，顶夹装置上设置线性滑轨和滑块，滑块上安装顶夹气缸，用螺杆驱动滑块前进或后退，以适应不同宽度的轮轴。

2.4 提升装置

提升装置包括提升电动葫芦，可滑动U 型框架（安置后轮轴顶夹装置用）、可滑动横梁（安置车把顶夹装置用），以及U 型框架和横梁连接固定板。本试验机顶夹位置定在车把和后轮轴两个位置，若两个顶夹部位分别提升，难以保持试样的水平状态。因此，本试验机将U 型框架和横梁用连接板固紧，成为一体，确保两个顶夹部位同时上升下降。整体框架顶上悬挂电动葫芦，可将试件顶夹框架沿四根导柱水平抬升。

2.5 释放系统

本试验机利用气缸顶夹车把和后轮轴两个部位，因此释放系统的主要组成部分也是气缸。气缸装有电磁换向阀，对四个气缸电磁换向阀同时给出信号，让气缸轴同时快速回收，实现试件童车水平状态下的自由跌落。

2.6 荷重安装装置

根据标准要求，鞍座、每个把套、后踏板（如有）需要安装荷重，其中把套既是安装荷重位置，也是顶夹位置。在车把两端安装尾套，套入砝码套管，套管下面锁入规定砝码即可实现荷重安装。不同的车把两端指向的方向会不同，本文把车把尾套一端设计为球面，使之更好地适应不同角度车把的顶夹。把套荷重安装装置结构示意图如图2 所示。

图2 把套荷重安装装置结构示意图

2.7 混凝土地面

标准要求将试件跌落至水泥地面，为了让试验机适用于各种地面的测试环境，试验机下面单独设置一个混凝土地面，结构示意图如图3 所示。混凝土地面由底板和水泥台组成，根据试件落地接触面的特征设计为T 型，相比较整面的长方形台面，T 型台面使得整机更加轻便。混凝土地面设计为可移动部件，通过一端安装脚轮组，另一端设置把手方便移动。

图3 混凝土地面结构示意图

3 主要技术原理

3.1 高度清零

将试件放置在混凝土地面上，根据试件大小，调节夹紧气缸的位置，实现试件的固定，此时试件的高度视为零点，在触摸屏界面点击“高度清零”，然后再进行试件提升。

3.2 参数控制

童车跌落试验机的跌落高度和释放时间等参数可在触摸屏界面“参数设定”栏目中设置，如图4 所示；同时，也可以实时读取运动过程中试件的高度。高度使用编码器控制，系统到达设定高度时报警，此时可以执行跌落测试。

图4 触摸屏界面

3.3 试件的自动释放

试件提升至设定高度后，点击触摸屏主界面上“释放”，进行跌落试验。系统采用气缸夹紧试件，左右气缸两两一组，可同时使用，也可分开使用，4 个气缸共用电磁换向阀，保证其同时动作，实现试件自由跌落。

4 结论

本试验机研制成功后，可应用于国标GB 14747-2006、美标ANSI Z315.1-2012 中儿童三轮车的跌落试验，以及美标16 CFR 1512/CPSC 1512 中儿童自行车的跌落试验。应用结果表明，本试验机调节方便、定位准确、释放过程无障碍，是童车跌落试验的首选设备，可广泛应用于童车生产企业及相关检测机构的型式试验。同时，还可以根据相关标准要求进一步拓展改装，应用于其他产品的类似跌落试验中。