基于置信區(qū)間建立叉車怠速振動舒適性評價(jià)指標(biāo)*

張少波，曾慶懿，藍(lán)秋玲

(廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

物流產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，在中國經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展趨穩(wěn)的“新常態(tài)”下，物流產(chǎn)業(yè)重要的關(guān)聯(lián)行業(yè)——叉車行業(yè)一直以較快速度發(fā)展。但是隨人們生活水平的提高，客戶對叉車的要求不僅僅的體現(xiàn)在省油、性能好、可靠性高等傳統(tǒng)方面，更多的關(guān)注轉(zhuǎn)向了噪聲、振動等舒適性指標(biāo)。

怠速振動性能是叉車整體振動性能的重要組成部分，客戶購買叉車的時(shí)候，首先要發(fā)動叉車坐在機(jī)器上感受一下，如果怠速振動性能較差，會給客戶留下較差的“第一印象”，后續(xù)的銷售就非常困難。但一直以來，叉車行業(yè)沒有對叉車振動舒適性具體指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)研究，怠速振動是否合格，僅僅依靠調(diào)試人員的主觀感受。不同調(diào)試人員，相同調(diào)試人員不同時(shí)間都會對相同的振動量值產(chǎn)生不同的評價(jià)，這大大加大了不合格產(chǎn)品流向市場的風(fēng)險(xiǎn)。

1 現(xiàn)有舒適性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不足

行業(yè)現(xiàn)階段在進(jìn)行舒適度評價(jià)的時(shí)候，主要參照以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)［1-3］:《GB/T 13441．1-2007 機(jī)械振動與沖擊人體暴露于全身振動的評價(jià)第一部分:一般要求》，《GB/Z 26139-2010土方機(jī)械 駕乘式機(jī)器暴露于全身振動的評價(jià)指南》，《JB/T 3300-2010平衡重式叉車整機(jī)試驗(yàn)方法》?！禛B/Z 26139-2010土方機(jī)械駕乘式機(jī)器暴露于全身振動的評價(jià)指南》是一個(gè)指導(dǎo)性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它主要針對不同類型的土方機(jī)械的工作特征，規(guī)范了不同的振動測試評價(jià)方法，其突出特點(diǎn)是將振動暴露時(shí)間和振動強(qiáng)度作為評價(jià)的兩個(gè)維度，綜合對司機(jī)的工作環(huán)境進(jìn)行評價(jià)。但此標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是，用于進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)是可行的，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)就顯得非常繁瑣，因?yàn)槭褂迷摌?biāo)準(zhǔn)需要耗費(fèi)大量時(shí)間，需要對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仔細(xì)的研讀。

在《GB/T 13441．1-2007機(jī)械振動與沖擊人體暴露于全身振動的評價(jià)第一部分:一般要求》附錄4中，給出了一個(gè)非常簡單使用的評價(jià)指標(biāo)。例如規(guī)定人對振動環(huán)境的舒適反應(yīng)為:小于0．315 m/s2評價(jià)為“感覺不到不舒適”，而在0．8～1．6 m/s2評價(jià)為“不舒適”。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)容對于叉車而言過于苛刻，某世界頂級品牌叉車座椅振動加速度值約為1 m/s2，如果此叉車被判別為“不舒適”，那么整個(gè)行業(yè)都可以簡單的判定為不舒適，那也就失去了判別的意義。

《JB/T 3300-2010平衡重式叉車 整機(jī)試驗(yàn)方法》是專門為叉車設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法規(guī)范，其中詳細(xì)的規(guī)定了叉車行走時(shí)的振動評價(jià)方法，但對于叉車定置怠速時(shí)振動如何評價(jià)，并沒有響應(yīng)的內(nèi)容。

2 叉車怠速振動特征

市場上振動抱怨較為強(qiáng)烈的叉車多為3 t以下的內(nèi)燃機(jī)平衡重式叉車，此類叉車多使用四缸柴油機(jī)，四缸柴油機(jī)由于二階往復(fù)慣性力不能平衡，振動本事就較為劇烈。而在我國，由于成本因素，叉車發(fā)動機(jī)并不是全懸浮的，發(fā)動機(jī)與車架之間存在剛性連接關(guān)系。如果發(fā)動機(jī)減震墊和車架不能良好匹配，常常導(dǎo)致振動劇烈，而怠速振動共振情況尤為明顯。叉車本身怠速工況時(shí)間較多，客戶選購時(shí)首先感受怠速工況的振動，等等因素要求叉車廠家必須將怠速振動調(diào)整到一個(gè)良好的狀態(tài)才能出廠，否則將對企業(yè)聲譽(yù)帶來極大負(fù)面影響［4］。

司機(jī)在使用叉車的過程中，叉車振動能量通過固定的一些點(diǎn)傳遞到人體上，這些點(diǎn)稱之為振動暴露點(diǎn)。振動改進(jìn)過程中，最常關(guān)注的暴露點(diǎn)為座椅和方向機(jī)，這兩個(gè)點(diǎn)必須被評價(jià)。而同時(shí)其他一些暴露點(diǎn)，如護(hù)頂架前柱、腳踏板以及檔位器等［5］。

叉車怠速振動信號的頻譜特性見圖1，其突出特點(diǎn)是90%的能量集中在發(fā)動機(jī)基頻，因此要求振動測試設(shè)備主要敏感頻率為10～100 Hz。而方向機(jī)暴露點(diǎn)和座椅暴露點(diǎn)在怠速工況下XY三個(gè)方向振動量值對比，一般表現(xiàn)出Y向較大，見圖2，由于人體對XY向較為敏感，所以計(jì)算三向綜合值時(shí)，XY向應(yīng)該加一定的權(quán)重。

圖1 典型叉車怠速座椅振動頻譜信號圖

圖2 典型叉車怠速振動暴露點(diǎn)三向?qū)Ρ?/p>

3 置信區(qū)間

置信區(qū)間又稱估計(jì)區(qū)間，用來估計(jì)參數(shù)的取值范圍。利用置信區(qū)間工具，可獲取一定置信水平下，以測量結(jié)果為中心，包括總體均值在內(nèi)的可信范圍。

置信區(qū)間［6］是指由樣本統(tǒng)計(jì)量所構(gòu)造的總體參數(shù)的估計(jì)區(qū)間。統(tǒng)計(jì)學(xué)中，一個(gè)概率樣本的置信區(qū)間是指對這個(gè)樣本某個(gè)參數(shù)的區(qū)間估計(jì)，筆者中主要使用均值估計(jì)。置信區(qū)間展現(xiàn)的是這個(gè)參數(shù)的真實(shí)值落在測量結(jié)果周圍的程度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語，對于一個(gè)樣本，可計(jì)算出其均值μ，標(biāo)準(zhǔn)差σ以及樣本量n。

顯著水平α是置信區(qū)間中一個(gè)重要的概念，一般取0．1，0．05 或者 0．01，顯著水平越小，置信水平(1-α)%越高。在一定的樣本量下，置信水平越高，置信區(qū)間越寬。筆者選取了99%的置信水平。

在樣本一定，置信水平確定以后，利用MINITAB工具，可以非常方便的獲取置信區(qū)間。

4 評價(jià)指標(biāo)的生成

(1)測試方法

叉車怠速振動測試數(shù)據(jù)收集前，必須對數(shù)據(jù)收集的規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一，否則將出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不可信。測試方法主要規(guī)范測試樣機(jī)狀態(tài)、測試儀器以及暴露點(diǎn)測試方法等。測量應(yīng)在新的、完整的、保養(yǎng)調(diào)試良好的車輛上進(jìn)行，車輛應(yīng)具備正常的技術(shù)狀態(tài)，加足規(guī)定的燃料、潤滑油、液壓油、冷卻液，輪胎氣壓符合要求，發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速符合技術(shù)要求，發(fā)動機(jī)怠速應(yīng)嚴(yán)格按照研究所下達(dá)的規(guī)定值，不能隨意調(diào)高或者調(diào)低。樣機(jī)應(yīng)擺放在平整的水泥地面上。

測試儀器應(yīng)該選用手持便攜式測振儀，敏感頻率在中低頻，每次測試時(shí)長不小于15 s，測試誤差小于5%。方向機(jī)和座椅暴露點(diǎn)測試規(guī)則如圖3所示。

圖3 方向機(jī)和座椅測試點(diǎn)規(guī)定

(2)測試數(shù)據(jù)

客戶對叉車的評價(jià)一般會有三種，舒適、可以接受和不舒適，經(jīng)過在國內(nèi)外的大量走訪，收集了30臺客戶認(rèn)為“可以接受”的叉車振動數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)得到“可以接受”振動量值的上下限，即可得到舒適、可以接受和不舒適的取值范圍。表1列出了30臺振動數(shù)據(jù)的局部。

表1 收集到的客戶評價(jià)及對應(yīng)測試值(局部)

(3)數(shù)據(jù)處理

將以上數(shù)據(jù)帶入MINITAB中，可方便的計(jì)算得到以下結(jié)果，如圖4、5所示。

圖4 MINITAB計(jì)算得到方向機(jī)振動可以接受的置信區(qū)間

根據(jù)圖4、5，可發(fā)現(xiàn)，收集到的數(shù)據(jù)嚴(yán)格符合正態(tài)分布，方向機(jī)怠速振動均值為12．7 m/s2，標(biāo)準(zhǔn)差為2．4，99% 的均值置信區(qū)間為［11．5 m/s2，13．9 m/s2］。座椅怠速振動均值為 3．8 m/s2，標(biāo)準(zhǔn)差為 1．1，99%的均值置信區(qū)間為［3．2 m/s2，4．3 m/s2］。

圖5 MINITAB計(jì)算得到座椅振動可以接受的置信區(qū)間

(4)指標(biāo)生成

根據(jù)以上結(jié)果可生成以下評價(jià)指標(biāo)，如表2。

表2 叉車怠速振動舒適度評價(jià)指標(biāo)

5 驗(yàn)證與結(jié)論

應(yīng)用此論文得到的評價(jià)指標(biāo)，抽取了15名不同特征的叉車司機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證，司機(jī)主觀評價(jià)與測試后評價(jià)的吻合度達(dá)到80%以上，說明筆者提到的方法科學(xué)，得到的評價(jià)指標(biāo)可行。今后將積極的擴(kuò)大樣本量，使得評價(jià)指標(biāo)更加合理，同時(shí)大力推進(jìn)指標(biāo)應(yīng)用到整個(gè)叉車行業(yè)，為企業(yè)和客戶創(chuàng)造更大價(jià)值。

［1］ GB/Z 26139-2010土方機(jī)械．駕乘式機(jī)器暴露于全身振動的評價(jià)指南［S］．

［2］ GB/T 13441．1-2007機(jī)械振動與沖擊人體暴露于全身振動的評價(jià)第1部分:一般要求［S］．

［3］ JB/T 3300-2010平衡重式叉車 整機(jī)試驗(yàn)方法［S］．

［4］ 于 閣，林建輝，張 兵．高速列車組車體振動特征及振動舒適度研究［J］．鐵道機(jī)車車輛，2013(6):93-95．

［5］ 劉習(xí)軍，張西強(qiáng)，張素俠．人-車-橋耦合系統(tǒng)振動分析及乘客舒適度評價(jià)［J］．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2014(9):1387-1392．

［6］ 孫慧玲．取定統(tǒng)計(jì)量下最優(yōu)置信區(qū)間的估計(jì)［J］．統(tǒng)計(jì)與決策，2009(4):6-9．