醫用電氣產(chǎn)品為什么都選擇振動(dòng)試驗臺來(lái)做模擬運輸試驗？
來(lái)源：劍喬儀器
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發(fā)布日期：2021-09-15
模擬運輸試驗是醫用電氣產(chǎn)品環(huán)境試驗中機械環(huán)境試驗的一項重要試驗項目，那醫用電氣產(chǎn)品為什么都選擇振動(dòng)試驗臺來(lái)做模擬運輸試驗？下面小編給大家相信分析下！運輸試驗屬于隨機的疲勞累積損傷試驗。為達到等效模擬，通常采用載重汽車(chē)實(shí)地試驗驗證，，或使用專(zhuān)用的模擬運輸臺進(jìn)行試驗。但是，當遇到一些產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)500 kg的大型設備，普通承載能力運輸臺無(wú)法滿(mǎn)足試驗要求，實(shí)現模擬運輸試驗較為困難。為了能夠更好地完成模擬運輸試驗，節約人力、物力成本，現分析采用振動(dòng)試驗臺替代模擬運輸試驗的可行性，
模擬運輸試驗是醫用電氣產(chǎn)品環(huán)境試驗中機械環(huán)境試驗的一項重要試驗項目，運輸試驗屬于隨機的疲勞累積損傷試驗，主要用于驗證醫用電氣設備在頻繁運輸過(guò)程中對振動(dòng)與沖擊的防護能力。為達到等效模擬，可采用實(shí)地汽車(chē)運輸考核，但從人力、物力、時(shí)間角度考慮，實(shí)現難度大，因此，一些設備商研制了模擬運輸臺。但是，對于一些產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)500 kg的大型設備，普通承載能力運輸臺無(wú)法滿(mǎn)足試驗要求，模擬運輸試驗實(shí)現起來(lái)較為困難。為了能夠更好地完成模擬運輸試驗，節約人力、物力成本，本研究通過(guò)試驗分析論證采用振動(dòng)試驗臺替代模擬運輸試驗的可行性。試驗樣品選擇較有代表性的中型生化分析儀產(chǎn)品，樣品重量約100 kg，采用木包裝。
1、模擬運輸臺原理分析
1.1 工作原理
GB/T 14710-2009《醫用電器環(huán)境要求及試驗方法》[1] 中對運輸試驗的要求為：設備為正常出廠(chǎng)包裝，行車(chē)路面為三級公路，行車(chē)距離為200 km ；行車(chē)速度為30~40 km/h。試驗可以使用載重汽車(chē)以及運輸試驗裝置進(jìn)行。
公路等級的定義在《JTG B01-2003公路工程技術(shù)標準》[2]中描述如下：（1）高速公路為專(zhuān)供汽車(chē)分向分車(chē)道行駛并應全部控制出入的多車(chē)道公路；（2）一級公路為供汽車(chē)分向分車(chē)道行駛并可根據需要控制出入的多車(chē)道公路；（3）二級公路為供汽車(chē)行駛的雙車(chē)道公路；（4）三級公路為主要供汽車(chē)行駛的雙車(chē)道公路；（5）四級公路為主要供汽車(chē)行駛的雙車(chē)道或單車(chē)道公路。
模擬運輸試驗臺絕大多數是針對三級公路運輸而研制的，其用于模擬實(shí)際汽車(chē)運輸過(guò)程中給產(chǎn)品帶來(lái)的疲勞損傷，并按概率與統計隨機振動(dòng)條件相同的原理，使振動(dòng)能量按線(xiàn)性范圍對加速度值提高一定的倍數，從而縮短試驗 時(shí)間而進(jìn)行試驗。
模擬運輸臺的設計參數主要依據《QJ/T 815.2-94產(chǎn)品公路運輸加速模擬試驗方法》[3]設定。該標準中規定了模擬運輸臺的關(guān)鍵技術(shù)指標，見(jiàn)表1。
表1 模擬運輸臺技術(shù)指標
模擬運輸試驗振動(dòng)加速因子α的計算公式如下：
根據公式代入相關(guān)值進(jìn)行計算，可以得出，產(chǎn)品在模擬運輸測試中，如果需要完成實(shí)際200 km的路程運輸，需要在模擬運輸臺上進(jìn)行1.5 h的試驗。
為了能夠更好地采集模擬運輸臺的頻譜，我們在設置頻譜分析儀的時(shí)候頻譜采集設定了每隔2 s采集以及頻譜加速度超過(guò)0 g2/Hz采集。
模擬運輸臺的測試時(shí)間為90 min，在完成測試后，停止頻譜分析儀，將其中的數據導出后進(jìn)行分解。其中X軸為模擬運輸臺行駛的左右方向，Y軸為模擬運輸臺的行駛方向，Z軸為運輸臺的上下顛簸方向。
1.3 模擬運輸臺頻譜分解
隨著(zhù)公路等級的提高，車(chē)輛在公路上行駛的速度提高，汽車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率也隨之變快。一般汽車(chē)在公路上行駛的主要頻率為1~200 Hz。我們在分解頻譜圖像時(shí)遵循以下幾個(gè)原則：（1）剔除超出200 Hz的頻率，留下1~200 Hz 的頻率點(diǎn)；（2）如在200 Hz后段出現較大尖峰，需要留下該頻率點(diǎn)的功率譜密度值；（3）對于較平滑的功率譜密度變化不大的線(xiàn)段，相近的兩個(gè)頻率點(diǎn)功率譜密度不變；（4）對于出現波峰和波谷的曲線(xiàn)段，直接選取該條曲線(xiàn)段功率譜密度最大以及最小頻率點(diǎn)進(jìn)行記錄。
依照以上原則對3個(gè)軸向的頻譜圖進(jìn)行分解，最終得出了3個(gè)軸向的頻率以及功率譜密度，見(jiàn)表2~4。
表2 運輸臺X軸向
表3 運輸臺Y軸向
表4 運輸臺Z軸向
2、振動(dòng)試驗臺與模擬運輸臺的振動(dòng)頻譜對比分析
使用帶外包裝的測試樣品在振動(dòng)試驗臺上分別進(jìn)行模擬運輸臺的3個(gè)軸向測試。將樣品放置在振動(dòng)試驗臺中心位置上，用鐵桿將其四周?chē)?，控制傳感器固定在振?dòng)臺面上。依據測試條件，分別將模擬運輸臺的3個(gè)軸向測試條件按表2~4的數據輸入到振動(dòng)試驗臺的控制程序中。
輸入運輸臺Z軸測試條件，得出Z軸的振動(dòng)加速度均方根值約0.68 g2/Hz，振幅約2.17 mm。目測振動(dòng)量級與模擬運輸臺相差不多。主要能量集中在3~7 Hz頻段，與模擬運輸臺設計的振動(dòng)頻率相符。
輸入運輸臺X軸測試條件，得出X軸的振動(dòng)加速度均方根值約0.28 g2/Hz，振幅約0.17 mm。由于X軸方向為汽車(chē)行駛方向的左右方向，從測試曲線(xiàn)來(lái)看，我們依據振動(dòng)試驗中疲勞關(guān)系的計算公式：
計算后得出：Tx=34.78Tz。X軸的疲勞強度相比Z軸太小，因此可以忽略X軸的振動(dòng)測試。
輸入運輸臺Y軸測試條件，得出Y軸的振動(dòng)加速度均方根值約0.32 g2/Hz，振幅約1.19 mm。根據測試曲線(xiàn)，我們依據振動(dòng)試驗中疲勞關(guān)系的計算公式：
計算后得出TY=20.39TZ。Y軸的疲勞強度相比Z軸太小，因此可以忽略Y軸的振動(dòng)測試。
從上述分析可以看出，X軸和Y軸雖然也存在一定程度的振動(dòng)，但振動(dòng)量級很小，不管是從接觸感覺(jué)還是實(shí)際量值，均遠遠小于Z軸，考慮到大型樣品實(shí)際運輸的安裝情況，振動(dòng)來(lái)源主要為Z軸，即上下方向，因此，后續如果進(jìn)行模擬運輸臺的振動(dòng)試驗，只需要針對Z軸測試，X軸、Y軸振動(dòng)帶來(lái)的影響可以近似忽略。
3、試驗結論
分析對比模擬運輸試驗振動(dòng)頻譜，可以得出以下幾個(gè)結論：（1）模擬運輸振動(dòng)試驗的X軸、Y軸所產(chǎn)生的疲勞系數相比Z軸較低，只需進(jìn)行Z軸的振動(dòng)測試即可，無(wú)需進(jìn)行X軸以及Y軸的振動(dòng)試驗；（2）使用振動(dòng)試驗臺模擬運輸試驗相比使用模擬運輸臺試驗，其疲勞系數、振動(dòng)頻 譜基本相同，在重點(diǎn)考查三級公路運輸試驗時(shí)，可以替代其完成模擬運輸測試。
綜上所述，必要時(shí)可通過(guò)使用振動(dòng)試驗臺的隨機振動(dòng)試驗替代模擬運輸試驗，試驗中選擇Z軸振動(dòng)試驗進(jìn)行測試，這樣可以節約公路測試的費用，提升測試的便捷性及可操作性。
【參考文獻】
［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會(huì ). GB/T 14710-2009 醫用電器環(huán)境要求及試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2010.
［2］中華人民共和國交通部.JTG B01-2003 公路工程技術(shù)標準[S].北京：人民交通出版社，2004.
［3］中國航天工業(yè)總公司.QJ/T 815.2-94產(chǎn)品公路運輸加速模擬試驗方法 [S].北京：中國航天工業(yè)總公司第七〇八研究所，1994.
