一种新型乘骑玩具电动童车模拟自动加载仪器的研究

原伟 严晓鸣 赖兴滨

摘要：文中研究一种新型乘骑玩具电动童车模拟自动加载仪器，该仪器模拟电动童车道路运行过程，实时监控施加座位上的定量负载，为专业化技术支持和科学的实验数据提供准确数据，有效地提高了检测效率。

关键词：电动童车；自动加载仪器；设计

Research on a New Type of Automatic Loading Instrument for Electrically Driven Ride-on Toys

YUAN Wei， YAN Xiaoming， LAI Xingbin

（ Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou350002， Fujian， China）

Abstract：  This paper studies a new type of automatic loading instrument for electrically driven ride-on toys， which simulates the road running process of the electrically driven ride-on toys， monitors the quantitative load on the seat in real time. It provides accurate data for professional technical support and scientific experiments， and effectively improves the detection efficiency.

Key Words： Electrically driven ride-on toys; Automatic loading instrument; Design

0 前言

为了准确研判乘骑玩具电动童车座位载荷质量下，驱动电机温升符合GB 19865-2005《电玩具的安全》标准规定的发热和非正常工作项目的试验要求[1]，亟需探索一种安全高效的模拟自动加载仪器，有效提升检测水平，克服检测过程不确定因素。

国家强制性标准GB 19865-2005《电玩具的安全》规定，玩具在使用中，温度不应过高，尽可能避免由于误操作或元件失效而引起的着火、影响安全的机械损坏危险或其他危险。玩具在正常工作条件下运行时各部件的温升均要符合标准规定的限值，带有电机的玩具在堵住可触及运动部件运行时各部件的温升应符合标准规定的限值。实验室通常根据标准要求，模拟不同年龄段儿童使用电动童车时，在正常工作及非正常工作状态下对坐位面施加不同的负载，测试各部件的温升情况。通常电动童车玩耍过程需要在道路地面行驶，不同于静态玩具，实验室需要模拟电动童车的运行过程，和解决模拟运行占用试验场地面积大的问题。此外，由于乘骑玩具电动童车的造型新颖各异，应用传统方法加载在电动童车座位上的负荷，无法在其变位造型座位上放置。传统的检测方法是依靠人工搬运负载砝码，通过多人协同工作将砝码置于童车座位面上，再用繩锁或其它组件固定砝码，耗时费力且存在安全隐患，且很难保证施加的负载主轴与水平面垂直，无法满足省时、省力、安全、准确的作业要求。

文中为了准确模拟在道路运行时电动童车座位上方载荷力学过程，研究出一种新型乘骑玩具电动童车模拟自动加载仪器，克服了在对电动童车检测过程中应用人力操作的“负载”效率低下、耗时费力易疲劳、安全无法保证以及无法实时获取“力值”等诸多低能作业与数据无法溯源采集的弊端。

1 电动童车模拟自动加载仪器的设计

文中以笔者多年从事童车类产品的检测工作经验为基础，通过对传统电动童车以及造型新颖各异、前瞻性创新造型结构进行分析，旨在研发一种新型电动童车加载试验设备，包括运行机架、四对滚筒、直驱电机、气缸组件、压力传感器、转向盘、控制系统等。其优势在于模拟电动童车在道路运行的过程，应用控制系统准确在预置座位上施加负载，确保施加的负载与其主轴与水平面垂直，实时监测输入负载变化满足“标准力值”。

1.1 设计目标

一套设备能满足两辆乘骑玩具电动童车同时进行试验，每个工位滚筒位置可根据电动童车的不同轴距电动自由调节，电动童车车轮置于自由滚轮上，在其座位上方采用气缸驱动机构施加负载，由车轮带动滚轮运行，模拟电动童车道路运行，设备前端滚筒能快速替换成转向盘满足带转向功能电动童车的转向测试需求，应用PLC程序实时监测并控制载荷，根据标准的不同要求通过调节力值以满足不同造型座位条件下加载实验要求。

1.2 设计理论

（1）基于模拟道路运行又不使得运动过程中电动童车向前运动，采用摩擦系数0.0010～0.0015滚动轴承与包胶滚筒组成自由滚轮组件，童车车轮与自由滚轮组件静摩擦系数为0.3，动平衡精度为G6.3级，其两滚轮组件间的平行度为1.20mm，以减少自由滚轮组件与童车车轮在运动过程干涉产生摩擦，又形成童车车轮与地面模拟状态。四组自由滚轮组件置于自润式线性导轨上，由4台滚筒位置调节电机连接滚筒位置调节丝杆控制自由滚轮组件前后移动，通过触摸屏来调节自由滚轮组件前后位置以适应不同轴距的电动童车，确保电动童车前后轴距与自由滚轮组件前后中心距离一致，使电动童车在不同速度运行时前后车轮分别在前后两组滚轮中间滚动而不会滑离滚筒。

（2）异型座位加载，在与座位接触面上方柔性组件应用关节轴承万向方位原理，与气缸活动杆连接，形成异型座位加载组件，可以适应不同童车座位面的需求，保证下压力始终垂直地面。通过控制系统对机械传动机构上下左右调整位置，满足不同座位高度、角度的电动童车，确定加载组件正确加载位置。

（3）应用PLC控制系统，自动控制气缸行程与气量，通过高精度力值传感器控制力值，使其对施加的负载力值调整，可以根据标准的不同要求准确施加负载，保持负载力值±5%的稳定性。

（4）过程实施在触摸屏操作界面上实时精准控制，界面清楚，操作方便、快捷。加载力值可以根据在触摸屏上输入的力值结合传感器反馈的数据自动补偿调节加载。

（5）针对童车前轮可由遥控电机使其方向盘转角换向灵活，设备以轴承为中心的自由转角盘，能实现电动童车驱动车轮在滚筒组件上行进时电动童车转向车轮同步转向，模拟电动童车正常行驶时的转向功能。单台设备设计成双工位，可以同时对两辆电动童车进行测试，占用地方小，节省空间，而且操作简便、快捷。针对加长加宽版大型电动童车或设计可乘坐双座位的产品，需要多个座位施加负载，也可以调整设备双工位合并，满足特殊产品的测试。

1.3 设计效果

一种新型电动童车模拟自动加载仪器研究应用，通过电控系统控制各参数调整，实现了模拟电动童车道路运行过程、异型座位加载、高精度力值控制、双工位运行、保证下压力始终垂直地面，节省劳力与空间，提高了检测的准确性、安全性及工作效率。

1.4 仪器设备示意图

通过对仪器设计理论与设计要素的把握，设计出切实可行的设备示意图，仪器主要包括運行机架、四对滚筒、直驱电机、气缸组件、压力传感器、转向盘、数据控制系统等，如图1所示。

2 设计符合性

该仪器的设计符合GB 19865-2005《电玩具的安全》标准规定的发热和非正常工作项目的试验要求，设备设计为双工位，两对滚筒距离可以根据不同轴距需求电动调节，配备的平面转向盘能适应带电动转向功能的童车，模拟电动童车道路运行自动加载过程，准确预置电动童车座位施加输入负载，实时监测输入负载变化满足“标准力值”，准确模拟电动童车在正常行驶工作条件及堵住可触及运动部件工作条件下运行时各部件的温升，提高测试效率和安全性，实现高效、省力、节省空间的需求。

3  结语

文中所研发的乘骑玩具电动童车模拟道路运行自动加载设备有效地提高了电动童车的负载条件下驱动电机温升检测效率，同时具有省时、省力、省空间的效果显著，给童车的检测提供更专业化的技术支持和严谨的试验数据，有效地提升童车行业的检测效率与检测水平。

该设备还应用于乘骑玩具及座位的超载性能测试。国家强制性标准GB 6675.2-2014《玩具安全 第2部分：机械与物理性能》要求乘骑玩具、有座位的落地式玩具和设计用来承受儿童全部或部分体重的玩具，在进行乘骑玩具及座位的超载时，不应倒塌。根据不同测试年龄段，一般使用到35kg、80kg、140kg三种载荷。传统设备因不同测试样品座位面设计差异导致负荷安装及固定费时费力，而本研究设备可以准确定位施加负载方向与测试样品水平面垂直，保障重心处于座位面的准确位置，并控制加载时间，提高测试准确性。

参考文献

[1]全国家用电器标准化技术委员会，全国玩具标准化技术委员会.电玩具的安全：GB 19865-2005[S].北京：中国标准出版社，2005：12.

[2]全国玩具标准化技术委员会.玩具安全 第2部分：机械与物理性能：GB 6675.2-2014[S].北京：中国标准出版社，2016：1.

[3]福建省产品质量检验研究院.玩具和童车安全[M].福州：福建人民出版社，2021.