基于GB/T 19498的拖拉机防护装置试验结果的一致性研究

李先鹏，王钦祥，兰翼，陈光阔，于修刚

（250100山东省 济南市 山东省农业机械科学研究院）

0 引言

拖拉机防护装置主要包括拖拉机驾驶室和拖拉机防翻架，其主要作用是在拖拉机翻车事故中保护驾驶员的人身安全。国内针对不同类型的拖拉机防护装置有GB/T 19498《农林拖拉机防护装置 静态试验方法和验收技术条件》等8个试验方法标准，分为静态和动态等试验方法[1]。试验是按照规定的顺序对防护装置进行前后纵向、侧向水平加载以及垂向的压垮加载，要求防护装置吸收加载能量和承受加载力后仍能保证容身区处在已变形的防护装置的保护范围内[2]。

该试验为破坏性试验，试验结果必然受材料差异、尺寸误差以及焊接水平等偶然因素的影响；为验证试验结果的一致性，我们对同一型号的3个样品分别进行了试验，对试验结果进行比对分析，验证实验方法的有效性。

1 试验样品信息

1.1 样品结构

样品选用的1604.451型两柱式拖拉机防翻架，由上部框架和座箱构成。上部框架为U型矩形钢管，座箱是矩形钢管、钢板、连接板的焊合体，上部框架与座箱用螺栓连接在一起。座箱后下部通过后安装支架与拖拉机后轴壳体固定，防翻架座箱前下部通过前安装支架与拖拉机变速箱壳体固定。

1.2 适配拖拉机

适配某型号117 kW拖拉机，拖拉机质量分配如表1所示。

表1 适配拖拉机的质量Tab.1 Mass of adapted tractor

1.3 关键尺寸

试验前分别对3个样品的SIP位置等关键尺寸进行测量，计算相同尺寸的误差，确保误差在5%以内。

1.4 采用钢材规格及材料

试验前分别核查3个样品的钢材规格及材料，确保3个样品采用的是相同的钢材规格及材料。

2 试验过程

采用GB/T 19498规定的试验方法对样品进行强度试验，加载顺序、方向以及能量和力分别为：左后方6 790 J、第1次顶部97 kN、右侧方8 488 J、第2次顶部97 kN、右前方1 698 J[3]。试验过程严格依照标准规定，采用相同的人员，相同的仪器设备分别对3个样品进行加载试验。试验过程中详细记录了样品吸收的能量、承受的加载力、瞬时变形和永久变形等信息。试验过程中，3个样品均无零件侵入容身区、无任何零件撞击座椅、容身区未超出防护装置的保护范围。

3 试验记录

3.1 吸收的能量和承载的力

试验结束后，3个样品均吸收和承受了标准规定的能量和力，试验结果如表2所示。

表2 吸收的能量和承载的力Tab.2 Absorbed energy and carrying capacity

3.2 变形量记录

水平加载试验过程中实时记录加载点的变形量，最大瞬时变形量如表3所示。

试验结束后，测量防翻架边界的永久变形，变形量结果如表4所示。

表4 试验后的永久变形量Tab.4 Permanent deformation after test

3.3 曲线记录

试验时，实时记录加载过程中的力、位移和时间数据，试验结束后，根据加载的力、位移和时间绘制曲线。

左后方、右侧方、右前方加载试验要求防护装置吸收相应的能量值，也就是整个加载过程的力和位移的积分值[4]，因此绘制试验时载荷-位移曲线分别见图1—图3。

图1 左后纵向加载时载荷-位移曲线Fig.1 Load-displacement curve under left rear loading

图2 右侧加载时载荷-位移曲线Fig.2 Load-displacement curve under right loading

图3 右前纵向加载时载荷-位移曲线Fig.3 Load-displacement curve under right front loading

压垮试验要求防护装置能够承受相应的加载力值并能够保持5 s钟，因此绘制试验时载荷-时间曲线分别见图4、图5。

图4 第1次压垮试验时载荷-时间曲线Fig.4 Load-time curve during the first crush test

图5 第2次加载时载荷-时间曲线Fig.5 Load-time curve during the second load

4 结果对比分析

4.1 试验结果对比

按照标准给出的验收条件，强度试验方面的主要有以下几个方面：

（1）在各项加载试验期间，3个样品均无零件侵人容身区、无任何零件撞击座位，驾驶员容身区未超出防护装置的保护范围。

（2）在规定的各项水平加载试验中，对达到所要求的吸收能量瞬间的加载力F'均不低于0，8倍的整个过程中的最大加载力Fmax（见表5）。

表5 水平加载试验中的加载力Tab.5 Loading force in horizontal loading test

（3）在2次压垮试验中，3个样品均承受住了所要求的压垮力。

试验结果表明，3个防翻架样品均达到了保护容身区的验收条件，能够符合GB/T 19498-2017标准的规定。

4.2 试验数据差异分析

通过图1可以看出，在左后纵向加载试验时，3个样品对加载的响应趋势基本是相同的，整个过程的最大力和最大变形量都相差不大。这里需要注意的一点是，样品1的左后纵向加载试验增加了一次超载试验。标准要求防护装置在吸收了规定的能量后，如果获得最后5%变形时的加载力减少超过3%，则应做1次超载试验。如图1所示，3个样品在加载后期都表现出了加载力下降的趋势，在获得最后5%变形时的加载力减少量如表6所示。样品1的加载力减少为3.01%,处于临界值。

表6 5%变形时的加载力减少量Tab.6 Reduced loading force at 5% deformation

表6中：Fa——前5%变形点对应的加载力；F'——吸收能量瞬间的加载力

通过变形量记录表3、表4可以看出：3个样品中，瞬时变形量相差最大的是样品2和样品3的左后加载试验，样品2比样品3大34.2 mm；永久变形量相差最大也是样品2和样品3的后部左侧，样品2比样品3大23 mm。通过变形量差异可以看出，样品3比样品2具有更好的装配质量和材料弹性。

理想状态下3个样品的加载曲线应该是重合的，通过图1—图5可以看出，3个样品对加载的响应趋势都是一样的，实时变形量和加载力存在较小的差异。

5 结论

对比试验结果及试验数据可以看出，虽然试验过程中的变形量和加载力等细节上存在较小的差异，但是试验数据的总体趋势是基本相同的，3个防翻架样品的试验结果也都是合格的。对于同一批次的产品来说，随机抽取一个样品按照GB/T 19498规定的方法进行试验的结果基本可以反应该批次产品的试验结果。