理论教育 摩托车全地形车振动评价方法研究现状

摩托车全地形车振动评价方法研究现状

时间:2023-10-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:对车辆振动评价研究最重要的方面是机械振动对人体的影响,主要包括全身振动和手传振动。该评价方法被美国、北约军方所采用。也有部分学者对各种评价方法进行对比研究。因此,人体振动评价的研究趋势是寻找更为合理的频率加权系数。国内对人体振动评价的研究主要体现在应用方面,如汽车平顺性研究。马广发等人利用ISO 2631 评价汽车平顺性,并指出ISO 2631 标准是一种较好的客观评价方法,且有必要使用多个评价指标。

摩托车全地形车振动评价方法研究现状

对车辆振动评价研究最重要的方面是机械振动对人体的影响,主要包括全身振动和手传振动。 自20 世纪30 年代以来,国内外学者在这方面做了大量的研究工作,但是很难得到非常一致的结论。

专家们普遍认为人体对机械振动的反应非常复杂,与振动的强度、频率、方向和持续时间有关,且存在很大的个体差异,还与人的身体、心理因素有关。

虽然车辆的振动评价最终依赖人的主观评价,但是主观评价复杂、差异大,不利于工程实用,因此,人们致力于寻找合理的客观评价方法。 尽管存在许多争议,目前在评价全身振动方面有以下几种体系:

①ISO 2631—1974/1985、ISO 2631—1974 是最早的振动评价标准,用1/3 倍频带加速度均方根值给出了振动频率在1 ~80 Hz 范围内,人体对振动响应的暴露极限、疲劳⁃工效降低极限和舒适降低极限。 但它规定的频率范围不够宽,而且时间界限被认为不合理。

②BS 6841—1987,该标准较好地反映了20 世纪80 年代以前的研究成果,有别于ISO 2631—1974/1985,它将频率范围扩展至0.5 ~80 Hz,考虑了人体12 个轴向的振动分量,并对各轴向加权系数,以总的振动剂量值(VDV)来评价振动。

③ISO 2631—1997,此标准与ISO 2631—1985 有很大区别,它介于ISO 2631—1985和BS 6841—1987 两个标准之间,类似于后者,它也考虑了人体12 个轴向的振动分量,同时考虑了不同轴向振动和不同频率振动有不同的敏感程度,但是频率加权系数与BS 6841有差别,且频率范围扩展至0.5 ~400 Hz。 它采用加权加速度均方根值作为评价指标,以VDV、MTVV 为辅助评价指标。 该标准得到了广泛应用,许多国家据此制定了自己的国家标准。

④吸收功率法,1968 年Lee R.A.和Pradko F.提出了人体对振动的响应与人体所吸收的能量有关,以人体与振动系统接触部位的力和速度信号来计算吸收功率,以人体吸收的能量来评价振动。 研究表明吸收功率与加速度均方根值有关,可用类似频率加权系数的方法表述,简化了其测量方法。 该评价方法被美国、北约军方所采用。

除上述几种评价方法外,还有Dynamic Response Index(DRI) 加权法、Vibration Greatness(VG)方法、Janeway 界限法等,学术界对各种评价方法的争论不一,集中点在于评价指标的合理性、加权系数的合理性等。 但是各种研究都是以人的主观评价为依据,因此必然存在差异性。

也有部分学者对各种评价方法进行对比研究。 Griffin 等人详细分析了ISO 2631—1985、ISO 2631—1997、BS 6841—1987 等标准各自的特点,提出以总的振动剂量值(VDV)来评价人体振动比较合理。 同时,指出BS 6841 表述清楚、逻辑合理,推荐使用BS 6841 来评价人体振动。 Els 等人认为ISO 2631、BS 6841、吸收功率法都可以用来评价人体振动,其区别在于各个标准的界限不一样。

Mansfield 和Griffin 等人深入分析了吸收功率法和BS 6841 之间的差异,分析结果表明从吸收功率法中提取出来的频率加权系数和BS 6841 的频率加权系数差别较大,认为吸收功率法不适合评价人体振动。

Mansfield 等人对比分析了ISO 2631、BS 6841、吸收功率法及DRI 法的特点,分析结论表明吸收功率法更能反映人体感觉,而总的振动剂量值(VDV)方法最适合用来评价人体振动。 他还指出BS 6841 和ISO 2631 的频率加权系数相差不大,因此,认为评价指标比频率加权系数重要。

Setsuo Maeda 等人从医学角度出发,提出可以通过测量人体接触部位的压力大小来评价人体振动的舒适性。

Griefahn 等人从可靠性的角度出发,对ISO 2631 进行了验证分析,认为ISO 2631 低估了水平振动。 M. J. Griffin 等人还分析了人体对振动的感知界限及人体感受到的振动差异值。

随着对人体振动评价研究的深入,学者们发现频率加权系数是受振动的幅值、种类以及人体的姿势、体重等多种因素的影响,因此频率加权系数是一个非线性的量。R. Lundstrom 和P. Holmlund 等人对吸收功率法的研究也揭示了类似的规律。 因此,人体振动评价的研究趋势是寻找更为合理的频率加权系数。

到目前为止,在对汽车平顺性进行分析时,国外倾向于依据ISO 2631、BS 6841、吸收功率法,而国内则多采用ISO 2631 标准和吸收功率法。(www.daowen.com)

国内对人体振动评价的研究主要体现在应用方面,如汽车平顺性研究。 陈荫三等人参照ISO 2631/1—1985(E)对卧铺客车振动进行了评价,得到了卧姿人体承受全身振动舒适性振动感觉等值线的基本走向。 马广发等人利用ISO 2631 评价汽车平顺性,并指出ISO 2631 标准是一种较好的客观评价方法,且有必要使用多个评价指标。 卢士富深入分析了ISO 2631 标准,并指出其中存在的问题及修正办法。 赵六奇等人参照ISO 2631—1997 的新草案对汽车平顺性评价进行了修正。 高树新等人参照ISO 2631 评价汽车中脉冲振动对人体的影响,提出了脉冲输入下汽车平顺性评价指标的限值,并以东风EQ2102C 型军用越野汽车为例,说明了脉冲输入下汽车行驶平顺性的评价过程。 郑郧、杜子学等人考虑了汽车振动随车速、路况等多种因素的影响,提出汽车综合振动舒适度的概念,但是其中的加权系数多以经验确定,缺乏严谨的依据。 王秉刚等人利用ISO 2631 和吸收功率法对汽车平顺性进行评价,并指出加权均方根值和均方根值与感觉评价结果不吻合,甚至是矛盾的。 刘建中、张洪欣、王秉刚等人对汽车平顺性主观评价方面进行了研究,并将主观评价值和客观评价值进行联系及对比分析。

另外,国内的相关标准也基本是依据国外的相关标准制定的。 如《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》(GB 4970—1985)是基于ISO 2631 和吸收功率法这两种方法建立的;《汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》(GB 5902—1986)是依据ISO 2631 建立的;《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》(GB 4970—1996)、《客车平顺性评价指标及限值》(QC 474—1999)是基于ISO 2631 制定的。

手传振动方面,摩托车及全地形车手传振动比汽车更为明显、影响更大。 目前,手传振动的评价方法有两种:

①ISO 5349—1986/2001,该评价标准类似于ISO 2631,认为人体对不同频率振动的敏感程度不同,在6.3~1 000 Hz 范围中各1/3 倍频带内规定了加权系数,以加权加速均方根值作为评价指标,1987 标准以单向最大加速度来评价,2001 标准以三轴向合成加速度来评价。

②吸收功率法,手传振动的吸收功率法研究较多,但各种研究表明从手传振动吸收功率分析出来的频率加权系数和ISO 5349 的频率加权系数较接近。

Dong 等人提出了手指吸收功率、手掌吸收功率、手吸收功率的概念,结果发现这些指标与白手指病之间没有很好的相关性。

目前,国外对手传振动的研究也逐渐发现姿势、振动大小、振动种类等因素对频率加权系数的影响。 手传振动的评价主要以ISO 5349—2001 为依据,我国国标《人体手传振动的测量与评价方法》(GB/T 14790—1993)参照的是ISO 5349—1986,这个标准已在电锯、手扶拖拉机等手操纵机械行业得到了广泛应用。

国内最新的手传振动评价标准为《工作场所物理因素测量第9 部分手传振动》(GBZ/T 189.9—2007),其评价方法和原来的《人体手传振动的测量与评价方法》(GB/T 114790—1993)、《作业场所局部振动卫生标准》(GB 10434—1989)和《手传振动测量规范》(GB 11523—1989)一致,并无区别。 这些标准都沿用了ISO 5349—1986,以最大轴向振动为指标,但没有给出日受振量、振动病发病前的年限和发病率之间的关系。

GBZ/T 189.9—2007 和GB 10434—1989 规定使用振动工具或工件的作业、工具手柄或工件的4 h 等能量计权振动加速度不得超过5 m/s2。 若按ISO 5349—1986 来推算,相当于6 年内振动病发病率不超过10%。

针对手扶拖拉机的振动,江苏工学院、洛阳拖拉机研究所在20 世纪90 年代开展了研究,制定了国家标准,还制定了手扶拖拉机振动的指标,成为行业标准,但都是基于ISO 5349—1986。

部分手持式工具也制定了相应的国家标准,如油锯、割灌机等国家标准已指出应计算三轴向振动的合成值,但依据的是ISO 5349—1986。 2004 年颁布的《手持便携式动力工具⁃手柄振动测量方法》等同于ISO 8662—1988,引用的仍是ISO 5349—1986 的内容。

ISO 5349—2001 已经颁布18 年了,我国国家标准仍是依据1986 年的标准,在内容和体系上已不合适。 国外厂商已要求依据ISO 5349—2001 测量评价手持工具振动,并对外公布。 手传振动已成为手持工具的一个重要性能,但在国内还没有引起足够的重视。

以上的全身振动及手传振动评价方法均是测量一些与振动相关的物理量进行相关计算获得的评价值,属客观评价方法。 但是机械振动的评价最终还是取决于人的主观感觉,即主观评价法。 因此,客观评价方法还需要和人的主观感觉联系起来。

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