车把部件动态疲劳试验机的研制

韩立秋　郑钧

摘要：近几年来，随着我国自行车、电动自行车产业的快速发展，自行车、电动自行车年总产量将突破1.2亿辆。2021年前3个季度，整车及零部件年出口额达77.64亿美元，自行车、电动自行车的出口呈现强劲增长态势，中国已成为自行车、电动自行车全球最大的生产和出口基地。对于产品的安全性能考核，我国等同采用自行车国际标准ISO4210—2：2015《自行车的安全要求》。通常自行车、电动自行车在使用过程中前叉、车架、车把等部件的断裂均属于疲劳断裂，国际标准ISO4210—2：2015《自行车安全要求》中规定了疲劳测试条款安全要求和试验方法。此文介绍的车把部件动态疲劳试验机就是根据自行车国际标准ISO4210—2：2015《自行车安全要求》4.7.7中所规定“把横管和把立管组件—疲劳试验”的要求而设计的，该检测设备为检验自行车、电动自行车把横管和把立管组件的疲劳安全性能提供了有力保障。

关键词：车把部件动态疲劳试验机;疲劳测试;检测设备

1    引言

车把部件动态疲劳试验机的设计要满足自行车国际标准ISO4210—2：2015《自行车的安全要求》4.7.7中，规定把横管和把立管组件分两个阶段的试验要求，能够实现对复合材料的把横管或把立管，在试验过程中对任意方向的位置偏差值不能超过其初始位置20%的试验要求[1];同时也要满足GB 3565：2005《自行车的安全要求》[2]相关规定。设备机身采用高强度铝型材一体成型结构，机身强度高，疲劳极限值较高，设备应用计算机伺服控制系统，实现闭环控制;执行机构采用高精度的伺服电动缸模块化产品，应用最新传感器测量技术，试验过程自动化程度高，测试精度高、结果准确。设备适用范围包含各种形式的自行车把横管和把立管组件，以及电动自行车把横管和把立管组件。

2    车把部件动态疲劳试验机设备的应用现状及发展趋势

通过调研发现，国内车把部件动态疲劳试验机机身大多采用螺纹连接、焊接方式，影响设备的使用寿命和增大测量误差，而新研制设备采用的一体成型结构则较好地提高了设备的使用寿命，减少了设备因机身变形而引起的测量误差;新研制设备控制系统采用的计算机私服控制，在控制上应用闭环反馈程序，使测试结果准确、可靠。随着新材料、新的测量技术的发展与应用，新型车把部件动态疲劳试验机设备将体现出自动化程度更高、操作更方便、测量精度更高、结果更准确的优势。

3    车把部件动态疲劳试验机的结构组成与控制

依据上述标准在给相应产品做疲劳测试的同时，检测设备本身疲劳特性也显得尤为重要，所以车把部件动态疲劳试验机在设计时机身材料采用了铝合金（疲劳极限108）与高强度钢（疲劳极限108）的组合，相较于其他一般、中强度钢（疲劳极限107）使用寿命更长。铝型材、高强度钢均采用一体成型结构，使得设备机身具有较高的强度，提高了设备的疲劳极限（见图1）和可靠性。

执行机构采用伺服电动缸模块化产品（见图2），其特点是能完成准确的速度控制、准确的位置控制、准确的推力控制，实现高精度的直线运动;伺服电动缸模块化产品的速度可控性能够实现标准中对产品疲劳测试频率的要求;准确的位置控制可以实现复合材料的把横管或把立管在试验过程中任意方向的位置偏差值的测量与控制。

力值检测装置采用柱式拉压力传感器，其具有精度高、长期运行稳定、密封性好的特点，保证施加载荷的精度在5%以内，满足标准中对施加力值偏差的要求。

连接部件采用高强度万向轴承加高强度钢制夹具，以减少在对车把部件施力时，因车把部件变形而引起的传感器输入值偏差，同时保证测试部件的安装方便简洁。

车把部件动态疲劳试验机采用计算机伺服控制系统，通过力值传感器等对数据信号处理实现快速采集分析，建立模型模拟路况，将动态运动试验控制过程中的力、位移信号及时反馈到计算机控制系统中[3]，形成闭环控制系统，实现动态加载力的数据采集和自动补偿控制，实现实时测试位置采集控制。

4    车把部件动态疲劳试验机的创新与应用

车把部件动态疲劳试验机在研发过程中对所有款式各种材质的车把部件充分考虑，进行模拟测试，根据车把部件实际使用情况，确定了车把部件疲劳试验频率范围（≤5 Hz）。伺服电动缸模块化产品的应用从实际上解决了复合材料的把横管或把立管在试验过程中对任意方向的位移偏差无法采集和控制的情况;高精度的力值测试装置能够提高设备的测试精度;计算机伺服控制系统实现了在复杂工况、路况下进行数据分析和数据处理，建立复杂数学模型，控制模拟输出。

5    结论

我国自行车、电动自行车行业在快速发展，产品不断推陈出新，车把部件动态疲劳试验的检验方法也将更加科学性，检测技术水平与国际接轨，先进的检测技术将引导我国自行车、电动自行车制造企业开发出自主知识产权的新产品;可督促企业提升产品档次和质量，以扩大出口;可促进产业集群的良性发展;可引导行业向国际化产业基地迈进。

参考文献

[1] International standard ISO4210—2：2015 Cycles-Safety requirements of bicycles-part2： Requirements for city and trekking，young adult，mountain and racing bicycles[S/OL].[2022-04-01].https：//www.iso.org/standard/68260.html.

[2] 中華人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.自行车安全要求：GB 3565—2005[S]. 北京：中国标准出版社，2005：5—17.

[3] 邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.