扶手椅在家具质量检测中的力学性能试验

刘雄飞 王逢瑚

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

家具在人们的生活、工作和学习中具有非常重要的作用，其质量直接关系到百姓的切身利益和身心健康，是消费者和全社会共同关注的话题。为了保证家具产品的质量，除了要求企业予以充分重视并采取有效措施外，还要在家具质量检测方面提供准确的检测标准和持续更新的检测手段［1］。

目前，国内外对家具质量检测的研究比较广，几乎涉及到各个方面。有人采用环境测试舱法模拟家具的使用环境，并根据抽取的空气计算家具中的有害气体浓度;有人从一些细节，如抽屉滑道的强度、家具脚轮的性能等方面出发，研究零部件对家具质量造成的影响;有人针对家具中使用的玻璃材料，对家具用玻璃的安全问题及强度检测方法进行了相关研究。

综合以上研究可看出，目前的重点多数集中在依据物理力学及化学原理来对家具质量进行检测分析，比较前沿的方法是以先进的技术手段为依据，分析家具的化学成分构成或进行物理强度测试。在根据物理力学强度进行家具质量检测的过程中，有多项研究对这方面进行了探索。本研究则以扶手椅这种常见的家具为试验对象，通过检测设备对其关键部位进行力学试验;同时，在确定检测部位时进行了创新性的研究，并对检测后的质量情况进行了评定和分析。

1 试验分析

家具质量检测是利用各种测试手段，按规定的技术标准对家具零部件及产品进行检测，最终确定出产品优劣，并对产品进行质量监督的过程。通过准确的检测方法和科学的数据，可以反映出产品的实际质量水平，划分出产品的质量等级，促使优良产品不断涌现，停止劣质产品的生产，并为消费者购买家具时提供一个参考的依据。

在本试验中，主要采用的测试家具是扶手椅，即较为常见的带扶手的背靠椅。本试验适用于家庭、宾馆、饭店等场合中的各种直背椅，也适用于可调节成直背状态的躺椅和靠背可倾式座椅，不适用于转椅、多人排椅及其它多用椅，也不适用于可调节成躺卧状态的躺椅和靠背可成倾斜式的座椅。

本试验方法首先测试扶手椅家具在正常使用和习惯性误用时，各部位受到一次性或重复性荷载条件下所具有的强度或承受能力，即静载荷、耐久性与耐冲击性试验;然后测试扶手椅家具在日常使用中受载的条件下，所具有的抗倾翻能力，即稳定性试验。

同时，根据新的国家标准，还可采用计算法对稳定性试验的试验结果进行补充验证，由于两种试验方法所采用的加力方法和加力部位是相同的，所得出的试验结果也是等效的。但计算法不适用于扶手软椅、多人长靠背椅以及无恒定弹性系数的弹簧软包坐具和受载时改变形状的椅子，如折椅和某些用金属材料、塑料制成的椅子;也不适用于产品受载时变形大于2.5 mm的椅子。但是对于某些移动不便的椅类，计算法仍是适用的［2］。

2 试验条件

本试验所采用的扶手椅为完整组装的新出厂的成品家具，并符合产品设计图纸的要求，所有五金连接件在试验前均已安装牢固。该扶手椅的尺寸参数如下:扶手内宽500 mm，座深440 mm，座高480 mm，扶手高250 mm，背长280 mm，背斜角99°，座斜角3°。

本试验所采用的设备主要有:①小型座面加载垫。直径为200 mm的刚性圆形垫，其加载表面为球面。②椅背加载垫。长250 mm、宽200 mm的刚性矩形物体，其加载表面为圆柱面。③局部加载垫。直径为100 mm的刚性扁平圆形垫。④座面冲击器。由圆柱体、螺旋压缩弹簧组冲击头3部分组成。⑤冲击摆锤。一个质量为6.5 kg的圆柱刚性锤头，用外径为38 mm、壁厚为1.6 mm的钢管作为摆杆连接在回转轴上，摆锤回转中心至锤头重心的距离为1 m。⑥泡沫塑料衬垫。试验时放在加载垫与试件表面之间，厚度为25 mm，密度为27～30 kg/m3。⑦挡块。用来防止扶手椅移动，但不能限制其倾翻的限制装置，高度为12 mm，刚好能防止扶手椅移动。⑧加力器。按规定值或渐增值对扶手椅进行加力，其结构不妨碍扶手椅的自由移动。对椅座恒定加载时还采用了金属块［3］。

本试验环境的温度为22℃，相对湿度为40%。在加力过程中，尽量保持速度缓慢，确保附加动载荷对试验造成的影响降低到可忽略不计的程度;同时，在耐久性试验中，缓慢加速也有利于保证扶手椅表面不会产生动态发热。

3 试验过程

本试验主要针对扶手椅的静载荷、耐久性、耐冲击性与稳定性进行，采用的是第三级试验水平，试验部位的选择也兼顾到扶手椅的自身特性，对无扶手椅的一些试验手段与方法暂不作为参考方案。

3.1 扶手椅静载荷试验

正式试验时，采用一对400 N的力，通过小型座面加载垫，在两个扶手上最容易损坏的位置向外加力20次，每次加力时均在加载位置上保持15 s。

为了同时检测扶手椅其它易受力部位的强度，本试验还在3个位置进行静载荷加载，以验证扶手椅多处受力时的均衡能力与静载荷强度。首先在左侧扶手的水平加力位置加以一个垂直向下的400 N的力，共加力20次，每次保持10 s;其次沿着水平方向在扶手椅的椅背顶部和椅座前部的最容易损坏的位置各加力20次，每次保持10 s，力的大小为450 N。加力的位置与方向如图1所示。这是本试验针对扶手椅的实际使用情况而进行的综合静载荷试验。

本阶段试验结束之后，重新测量扶手椅的外形尺寸，检查它的质量与整体结构，并与试验之前记录的数据进行对比，评定的标准如下［4］:①检查产品的零部件，观察是否发生断裂或豁裂的现象;②用手掀压某些应为牢固结合的部件，观察是否出现永久性松动;③检查椅背、扶手、椅脚及其它部件的位移变化，观察是否大于试验前实测的尺寸;④检查是否有严重影响产品外观质量的零部件的变形或豁裂;⑤在试验期间，观察试件是否发出清晰可变的噪声。

图1 扶手椅的静载荷试验

经过比较后可得出结论，该扶手椅在试验之后的变化并不明显，可忽略不计。

3.2 扶手椅耐久性试验

正式试验时，首先测试座面的耐久性。把扶手椅放到试验机的水平台面上，通过试验机将950 N的力垂直向下重复施加在椅座表面的加载垫上，共加载50 000次，加载速率为30次/min。座面加载点由模板确定。在第一次和最后一次加载时，分别测量加载垫最低处至地面的距离，所得两数之差即为试验的座面位移。本试验的测得值为2 mm。

然后测试椅背的耐久性。保持扶手椅的位置不变，把挡块靠在椅腿上，将950 N的力垂直施加在座面加载点上，座面加载点由模板确定;接着通过椅背加载垫，把330 N的力反复施加在椅背纵向轴线上距离椅背上沿100 mm处，加载次数为50000次，加载速率为30次/min。加力的位置与方向如图2所示。

图2 扶手椅的耐久性试验

本阶段试验结束后，检查椅子的整体结构，并按3.1中的评定标准评定缺陷。经过检测和评定后可看出，产品的零部件保持完好无损，并未出现永久性松动，也未发出不正常的噪声。

在进行扶手椅的耐久性试验时，根据实际情况，可以将椅座耐久性试验和椅背耐久性试验合并为一个试验联合进行，需要注意的是，加载时应先加载座面，后加载椅背;卸载时应先使椅背卸载，后使座面卸载。

3.3 扶手椅耐冲击性试验

正式试验时，首先测试椅背的耐冲击性。把挡块靠在和冲击方向相反的椅腿上，把冲击摆锤提升到冲击高度为210 mm的位置，使其绕回转轴线自由跌落，向着椅背顶沿外侧的中间部位，由外向内水平冲击10次。

然后测试椅子扶手的耐冲击性。把挡块靠在和冲击方向相反的椅腿上，把冲击摆锤提升到冲击角度为38°的位置，使其自由跌落，朝未加挡块一侧扶手表面最易损坏的部位，由外向内沿水平方向冲击10次。加力的位置与方向如图3所示。

图3 扶手椅的耐冲击性试验

本阶段试验结束后，检查椅子的整体结构，并按3.1中的评定标准评定缺陷。经过检测和评定后可看出，产品的零部件保持完好无损，并未出现严重影响外观质量的变形或豁裂。

3.4 扶手椅稳定性试验

正式试验时，首先测试扶手椅的向前倾翻稳定性。把挡块靠在椅子前腿的外侧上，在座面中心线上离前沿50 mm的位置，通过加载垫垂直施加600 N力，接着把初始值为20 N的力，从加载垫接触座面的部位沿水平方向向前加载并逐渐增加，当这个力增加到83 N的时候，扶手椅开始向前倾翻，此时停止加力并将力的大小记录下来。

然后测试扶手椅的向后倾翻稳定性。把挡块靠在椅子后腿的外侧上，在扶手椅上选取座面中心线与椅背中心线的交点作为一个标记点，在座面中心线上距该标记点175 mm的位置，通过加载垫垂直向下施加600 N力，接着在椅背中心线上距该标记点280 mm的位置，把初始值为200 N的力沿水平方向向后加载并逐渐增加，当这个力增加到338 N的时候，扶手椅开始向后倾翻，此时停止加力并将力的大小记录下来［5］。

最后测试扶手椅的侧向倾翻稳定性。把挡块靠在椅子左侧两腿的外侧上，在扶手椅左侧选取距座面中心线100 mm、距座面后沿200 mm的一点，垂直向下施加250 N力，接着在左侧扶手上选取距外侧边沿37.5 mm的一个最不稳定的位置，通过加载垫垂直向下施加350 N力，最后把初始值为20 N的力，在左侧扶手的垂直力加载位置沿水平方向向外加载并逐渐增加，当这个力增加到53 N的时候，扶手椅开始向左侧倾翻，此时停止加力并将力的大小记录下来。加力的位置与方向如图4所示。

图4 扶手椅的稳定性性试验

本阶段试验结束后，检查椅子的整体结构，并按3.1中的评定标准评定缺陷。经过检测和评定后可看出，产品的零部件未出现断裂或豁裂，也未出现永久性松动。

4 结论

充分结合扶手椅的结构特点检测其静载荷、耐久性、耐冲击性与稳定性，既表现出家具质量检测的全面性，又体现出检测方法的针对性和灵活性。与同类研究相比，本研究更侧重于对检测位置的控制和选择，特别是在静载荷试验，通过新型的检测方案及数据分析，阐明了运用力学检测原理的思路，以及对新的检测位置的提出和控制，具有一定的先进性。由于家具质量检测是一个综合性较强的复杂过程，不但检测设备的工作情况会对其产生影响，扶手椅的实际结构、检测环境的实际情况也会对其造成影响，因此再完整的检测方法都会存在不能兼顾的区域，这些都需要进一步结合力学检测原理，发挥检测手段的多样性和适应性来进行补充，同时也可为更进一步的质量检测提供参考依据。

［1］刘学莘，张报忠，杨文斌.基于ASTM标准的4款实木靠背椅力学强度测试与分析［J］.林业机械与木工设备，2011(6):19－21.

［2］罗菊芬.产业结构调整中家具质量安全风险评估技术的探讨［J］.上海标准化，2010(5):10－12.

［3］李兴江.浅谈实木家具开裂变形的原因与措施［J］.世纪桥，2010(17):153－154.

［4］张立，张亚池，张帆.实木框架家具力学结构分析方法［J］.家具，2010(3):90－91.

［5］俞津.提高装配式家具的质量［J］.家具，2011(5):96－98.