Способ испытаний мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки

 

Способ предназначен для использования при испытаниях мягкой мебели на прочность. Способ осуществляется путем нанесения ударов последовательным сбрасыванием с определенной высоты груза в различные места поверхности неподвижно расположенного испытуемого образца. Места нагружения по поверхности, предназначенной для сидения или лежания человека, для каждого из циклов нанесения ударов сбрасываемого груза устанавливают случайным образом. В процессе проведения испытаний высоту сбрасывания груза относительно мест нагружения изменяют в заданном интервале, в пределах которого ее значения для каждого из циклов нанесения ударов устанавливают случайным образом. Период времени между циклами нанесения ударов изменяют в заданном интервале, в пределах которого его значения для каждых из двух последовательных циклов нанесения ударов устанавливают случайным образом. Плотности распределения совокупности значений координат мест нагружения, высоты сбрасывания груза и периодов времени между последовательными циклами нагружения подчиняют известным законам распределения случайной величины. Обеспечивается повышение достоверности результатов испытаний. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытания конструкций на ударные нагрузки, и предназначено для использования при испытаниях мягкой мебели на прочность, например, осуществляемых в целях сертификации данного вида однородной продукции.

Известен способ испытаний изделий на ударные нагрузки, в соответствии с которым удары наносят в различные места испытуемого образца путем многократного сбрасывания на него груза, а изменения места нанесения удара обеспечивают изменением положения образца на стенде, причем при назначении мест нанесения ударов и параметров ударных импульсов учитывают волновые процессы, возникающие в образце при эксплуатации [Патент РФ N 2035710, БИ N 14, 1995].

Недостатками данного способа испытаний изделий на ударные нагрузки являются низкая производительность и большая трудоемкость его осуществления, обусловленные тем, что в технологическом процессе необходимо производить изменения положений испытуемого образца, а это приводит к увеличению времени испытаний, выполнению дополнительных технологических операций, связанных с перемещением и креплением образца на стенде. Данные недостатки значительно усугубляются, если испытаниям на прочность подвергаются крупногабаритные изделия с многократным изменением их положения на стенде. Кроме того, определение мест нанесения ударов и значений параметров ударных импульсов, учитывающих волновые процессы, возникающие в образце при его эксплуатации, являются сложными теоретическими и экспериментальными задачами, требующими для их решения соответствующих ресурсов и, в конечном итоге, также отрицательно влияющими на производительность и трудоемкость испытаний.

Известен также способ ударных испытаний изделий, реализованный при использовании конкретного стенда, в соответствии с которым наносят точные удары в любые заданные точки испытуемого образца путем сбрасывания на него груза, а изменения места нанесения удара обеспечивают перемещением груза над образцом, причем при испытаниях моделируют сложный процесс ударного взаимодействия, для чего изменяют угол встречи и площадь контакта падающего груза с образцом изменением формы и угла наклона испытуемого образца на стенде [Авторское свидетельство СССР N1791744, БИ N 4, 1993].

Недостатком данного способа ударных испытаний изделий является технологическая сложность как нанесения точных ударов в заданные точки испытуемого образца, так и моделирования взаимодействия последнего со сбрасываемым грузом, а также обусловленные ими конструктивная сложность стенда, реализующего способ испытаний.

Наиболее близким к заявленному техническому решению и принятому в качестве прототипа является способ испытания мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки путем нанесения ударов последовательным сбрасыванием с определенной высоты груза в различные места поверхности неподвижно расположенного испытуемого образца, предназначенной для сидения или лежания человека, по которому места (от одной до четырех точек) нанесения ударов, высота сбрасывания груза, а также конструкция последнего конкретно определены и заданы соответствующими конкретными значениями и требованиями [ГОСТ 19120-93 Мебель для сидения и лежания. Диваны-кровати, диваны, кресла-кровати, кресла для отдыха, кушетки, тахты, скамьи, банкетки. Методы испытаний 25 с.].

Недостатками известного способа испытаний мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки являются: несоответствие процедур проведения испытаний реальным условиям эксплуатации мебели, при которых имеет место приложение во всей совокупности мест поверхности мебели различной по величине ударной нагрузки, причем при испытаниях отсутствуют элементы имитации взаимодействия тела человека и поверхности мягкой мебели, предназначенной для сидения или лежания, что влияет, например, на истирание набивочной ткани, ее разрыв и т.п. и, в конечном итоге, определяет прочность мебели в целом; низкая производительность испытаний, что обусловлено большим количеством циклов нагружения мебели в каждый из установленных мест поверхности, предназначенной для сидения или лежания человека.

Задачей изобретения является повышение качества и безопасности выпускаемой предприятиями мебели за счет повышения достоверности результатов испытаний, в том числе сертификационных, а также повышение производительности испытаний, обеспечиваемой интенсификацией процесса нагружения мебели.

Указанная задача решается за счет того, что места нагружения по поверхности испытуемого образца мебели для каждого из циклов нанесения ударов сбрасываемым грузом устанавливают случайным образом, плотность распределения совокупности значений координат которых подчиняют известному закону распределения случайной величины, например нормальному закону. В процессе проведения испытаний дополнительно высоту сбрасывания груза относительно мест нагружения поверхности испытуемого образца изменяют в заданном интервале, в пределах которого ее значения для каждого из циклов нанесения ударов устанавливают случайным образом, а плотность распределения совокупности значений высот подчиняют известному закону распределения случайной величины, например закону эксцентриситета. В процессе проведения испытаний дополнительно период времени между нанесениями ударов сбрасываемого груза по поверхности испытуемого образца изменяют в заданном интервале, в пределах которого его значения для каждых двух последовательных циклов нанесения ударов устанавливают случайным образом, а плотность распределения совокупности значений периодов времени подчиняют известному закону распределения случайной величины, например закону равной вероятности. Кроме того, при проведении испытаний плотности распределения совокупности значений координат мест нагружения, высоты сбрасывания груза и периодов времени между последовательными циклами нагружения можно обеспечить композицией независимых распределений соответствующих случайных величин, которые формируют сбрасыванием на поверхность испытуемого образца мебели, предназначенной для сидения или лежания человека, не менее одного дополнительного груза, причем масса последнего может быть больше или меньше массы основного груза. В качестве сбрасываемого груза может быть использован манекен человека.

Способ испытания мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки может быть реализован на стенде, конструктивная схема которого изображена на фигуре 1 (вид спереди) и фигуре 2 (вид сбоку).

Стенд содержит колонны 1 с поперечными направляющими 2, на которых при помощи механизма продольного перемещения 3 установлена подвижная траверса 4 с механизмом 5 перемещения и сброса груза, например манекена 6, подвешенного на тросе 7. Стенд может содержать ограничители 8 максимального продольного и поперечного перемещения, а также высоты подъема груза 6, выполненные, например, в виде концевых выключателей электроприводов механизмов 3 и 5. Управление стендом при проведении испытаний мебели, например дивана 9, осуществляется от пульта 10, содержащего программное устройство (на фигурах не показано).

Образец мягкой мебели 9 размещают на основании 11 в пределах зоны действия механизма 5 перемещения и сброса груза 6.

Стенд может быть снабжен дополнительным грузом, соответствующим по конструкции основному грузу 6, перемещение и сбрасывание которого на испытываемый образец мебели должно быть осуществлено при помощи дополнительного механизма перемещения и сброса груза (на фиг. 1 и 2 не показано), аналогичного механизму 5, что обеспечивает случайное воздействие каждого (основного и дополнительного) из грузов на поверхность, предназначенную для сидения или лежания человека.

Каждый из грузов предусматривает узел изменения своей массы.

В общем случае механизмы перемещения 3 и 5 могут содержать электропривод, направляющие ролики, фрикционные колеса, электромагнитную муфту и т.п. общеизвестные элементы, которые на фигурах 1 и 2 не обозначены. Согласно описываемому способу испытания мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки сначала на этапе подготовки стенда к проведению технологического процесса производят размещение, а затем закрепляют испытываемый образец мебели, например диван 9, на основании 11.

На пульте 10 управление стендом с помощью программного устройства, выполненного на базе электронно-вычислительной машины и осуществляющего построение рядов случайных чисел, подчиняющихся определенным наиболее употребительным в задачах надежности распределений - нормальному закону, закону эксцентриситета, равной вероятности и т.п., производят установку режимов проведения испытаний мебели.

В процессе испытаний реализуют следующий основной режим работы стенда, когда места нагружения поверхности испытуемого образца для каждого из циклов нанесения ударов сбрасываемого груза устанавливают случайным образом, плотность распределения значений координат которых, а именно мест нагружения по длине и ширине мебели, подчиняют заданному закону распределения случайной величины, при этом высота сбрасывания груза относительно мест нагружения поверхности испытуемого образца в каждом из циклов нанесения ударов и период времени между двумя последовательными циклами сбрасывания груза на поверхность испытуемого образца устанавливаются постоянными по величине в пределах точности стенда.

Для каждой из координат мест нагружения поверхности, предназначенной для сидения или лежания человека, а именно координат по длине и ширине мебели, могут быть заданы как одинаковые, так и разные законы распределения. Например, для координат по длине нормальный закон, а по ширине мебели - закон эксцентриситета, что определяет совокупную плотность распределения мест нагружения по поверхности мебели, как композицию этих законов.

В качестве вариантов основного режима работы стенда, реализующих способ испытаний, используются технологические процессы, при которых высоту сбрасывания груза относительно мест нагружения поверхности испытуемого образца в каждом из циклов нанесения ударов и периоды времени между двумя последовательными циклами сбрасывания груза на поверхность испытуемого образца дополнительно изменяют в заданных, наиболее вероятных для условий эксплуатации соответствующих интервалах, в пределах которых их значения устанавливают случайным образом, плотность распределения совокупности их значений подчиняют известным законам распределения - нормальному, эксцентриситета, равной вероятности и т.п.

При этом для реальных условий эксплуатации мягкой мебели наиболее вероятными законами распределения представляются: нормальный закон - для координат мест сбрасывания груза на поверхность мебели, определяемых комфортностью ее использования по назначению, а именно для сидения или лежания человека; закон эксцентриситета - для высоты сбрасывания груза на поверхность мебели, зависящей от роста человека; закон равной вероятности - для периодов времени между последовательными циклами нанесения ударов, являющихся функцией частоты использования мебели ее потребителем.

Интервалы изменения высоты сбрасывания груза, периодов времени между циклами нагружения, массы грузов определяются, техническими условиями или методиками на проведение испытаний на основе опытных данных, сформулированных для наиболее вероятных условий эксплуатации мебели, а именно частотой использования, сроком службы и т.д., человеком со среднестатистическими параметрами роста, веса и т.п. физическими данными.

После задания режима проведения испытаний включают стенд, работа которого осуществляться следующим образом.

В зависимости от установленных программным устройством пульта 10 координат механизм перемещения 3 по поперечным направляющим 2, а механизм 5 по траверсе 4, размещают груз 6, подвешенный на тросе 7, над испытываемым образцом 9, над местом предполагаемого нагружения поверхности, предназначенной для сидения или лежания человека, после чего механизм сброса 5 обеспечивает подъем или опускание груза 6 на заданную высоту и производит его сброс через определенный период времени.

Перемещение подвижной траверсы механизмом 3 может быть осуществлено, например, реверсивным электродвигателем с редуктором и фрикационным колесом, управляемым электронным программным устройством пульта 10, включающим электродвигатель на промежуток времени случайной длительности из заданного интервала, при этом электродвигатель механизма 5 перемещения и сброса груза запускается электронным устройством, формирующим импульс со случайной длительностью таким образом, что после его выключения срабатывает электромагнитная муфта, которая вводит в зацепление с валом электродвигателя механизма 5 барабан для намотки троса 7, одновременно отключая фрикационное колесо перемещения. После намотки троса 7, на необходимую длину из условия заданной высоты сбрасывания груза 6 программное устройство включает электродвигатель механизма 5 и переводит его электромагнитную муфту в положение, при котором освобождается барабан с намотанным тросом 7 и осуществляется сброс груза 6.

Подъем, перемещение и сброс груза 6 многократно повторяют в соответствии с заданным режимом испытания и установленным количеством циклов нагружения образца мебели.

Эти операции позволяют обеспечить нанесение удара сбрасываемым грузом 6 в любое место поверхности испытуемого образца 6 мебели с заданной высоты и через установленный период времени, а значит максимально точно смоделировать сложный процесс ударного взаимодействия падающего тела человека с поверхностью мягкой мебели. Использование в качестве сбрасываемого груза 6 манекена человека приближает условия испытания мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки по данному способу к реальным условиям ее эксплуатации, а значит повышает достоверность получаемых результатов, что особенно важно для сертификационной оценки изделий по параметрам безопасности.

Манекен человека при проведении испытаний по предлагаемому способу позволяет моделировать условия эксплуатации в широком диапазоне изменения влияющих факторов, в том числе моделировать процессы взаимодействия, истирания и разрушения набивочной ткани за счет изменения коэффициентов трения и площадей контакта при нагружении поверхностей, предназначенных для сидения и лежания человека, а также исследовать влияние углов встречи сбрасываемого груза и поверхности мебели, изменение которых обеспечивают смещением центра тяжести манекена, при этом определяющую роль играют форма и масса, а также жесткость сочленения конечностей с туловищем, манекена и т.п. конструктивные элементы.

Производительность способа испытаний мягкой мебели на прочность может быть увеличена, если на поверхность, предназначенную для сидения или лежания человека, сбрасывать несколько грузов, а именно, кроме основного груза, использовать на стенде не менее одного дополнительного груза. При проведении испытаний в этом случае распределения совокупности значений координат мест нагружения, высоты сбрасывания грузов и периодов времени между последовательными циклами нагружения обеспечивают композицией независимых распределений соответствующих случайных величин, которые формируют сбрасыванием на поверхность испытуемого образца мебели не менее чем двух сбрасываемых грузов. Работа стенда, реализующего способ испытания с использованием не менее чем двух сбрасываемых грузов, осуществляется аналогичным, как и для одного груза, образом, при этом программное устройство должно обеспечивать управление соответствующими приводными механизмами перемещения и сброса грузов по всей поверхности основания 11 стенда.

Использование на стенде нескольких сбрасываемых грузов позволяет реализовать предлагаемый способ испытаний при условии еще большего приближения к реальным условиям эксплуатации мягкой мебели, когда массы сбрасываемых на ее поверхность грузов отличаются друг от друга или когда нагружение мебели осуществляется путем нанесения практически одновременных ударов нескольких сбрасываемых грузов в различные места поверхности мебели и т.д. Кроме того, при сбрасывании нескольких грузов на поверхность мягкой мебели можно установить согласно заявленному способу испытания для каждого из грузов различные законы распределения координат мест нагружения поверхности, высот сбрасывания грузов, а также периодов времени между последовательными циклами нанесения ударов, что позволяет реализовать композиции законов их распределения, а это особенно важно при проведении исследований в целях совершенствования конструкции и повышения качества выпускаемой продукции.

Анализ технических решений, известных из патентной и технической литературы, позволяет сделать вывод, что заявленные отличительные признаки способа испытаний мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки обладают новизной, а при его использовании приводят к положительному техническому результату.

Элементы контроля качества изготовления с использованием операций предлагаемого способа испытаний могут быть использованы не только при определении прочности мягкой мебели под действием ударной нагрузки, но и для других видов аналогичных изделий, подвергаемых исследованиям на прочность.

Реализация предлагаемого способа расширяет функциональные возможности и область применения известного универсального испытательного оборудования.

Применение способа испытания мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки позволяет приблизить режимы испытаний к условиям эксплуатации, что повышает достоверность получаемых результатов.

При установленном количестве циклов нагружения испытуемого образца применение в соответствии со способом нескольких сбрасываемых грузов повышает производительность испытательного оборудования за счет сокращения продолжительности процесса нагружения мебели.

Технологические операции способа испытаний обладают простотой, надежностью и не содержат в своем составе трудоемких подготовительных работ.

Прелагаемый способ испытания за счет повышения достоверности получаемых результатов обеспечивает выполнение требований к качеству и безопасности выпускаемой продукции, а именно мягкой мебели, что предполагает его использование для различных целей в том числе, для целей сертификации.

Формула изобретения

1. Способ испытаний мягкой мебели на прочность под действием ударной нагрузки путем нанесения ударов последовательным сбрасыванием с определенной высоты груза в различные места поверхности неподвижно расположенного испытуемого образца, отличающийся тем, что места нагружения по поверхности, предназначенной для сидения или лежания человека, для каждого из циклов нанесения ударов сбрасываемого груза устанавливают случайным образом, а плотность распределения совокупности значений координат мест нанесения ударов подчиняют известному закону распределения случайной величины, например нормальному закону.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе проведения испытаний высоту сбрасывания груза относительно мест нагружения поверхности испытуемого образца изменяют в заданном интервале, в пределах которого ее значения для каждого из циклов нанесения ударов устанавливают случайным образом, а плотность распределения совокупности значений высот подчиняют известному закону распределения случайной величины, например закону эксцентриситета.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в процессе проведения испытаний период времени между циклами нанесения ударов сбрасываемого груза по поверхности испытуемого образца изменяют в заданном интервале, в пределах которого его значения для каждых из двух последовательных циклов нанесения ударов устанавливают случайным образом, а плотность распределения совокупности значений периодов времени подчиняют известному закону распределения случайной величины, например, закону равной вероятности.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при проведении испытаний плотности распределения совокупности значений координат мест нагружения, высоты сбрасывания груза и периодов времени между последовательными циклами нагружения обеспечивают композицией независимых распределений соответствующих случайных величин, которые формируют сбрасыванием на поверхность испытуемого образца мебели, предназначенную для сидения или лежания человека, не менее одного дополнительного груза.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что массу дополнительного груза устанавливают больше или меньше массы основного груза.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве сбрасываемого груза используют манекен человека.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2