家具力學(xué)性能穩(wěn)定性研究

■李芳菲，張 磊，黃 偉，逄智宏，謝明舜 Li Fangfei & Zhang Lei & Huang Wei & Pang Zhihong & Xie Mingshun

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院（國(guó)家家具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心），上海 201114）

力學(xué)性能穩(wěn)定性是指家具在外加載荷作用下具有的抗傾翻的能力[1]。穩(wěn)定性是家具力學(xué)性能檢測(cè)中最重要的檢測(cè)項(xiàng)目之一，穩(wěn)定性檢測(cè)主要針對(duì)柜架、桌幾、椅凳及雙層床等家具，穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)將嚴(yán)重影響使用者的安全，同時(shí)也會(huì)對(duì)企業(yè)造成不良影響和經(jīng)濟(jì)損失。調(diào)查顯示，1990到2007年，在美國(guó)由家具傾翻引起的事故多達(dá)264 200起，主要是對(duì)青少年兒童的傷害。平均下來(lái)每年在10萬(wàn)人中就有近21人因家具傾翻受傷，而且家具傾翻引起的受傷人數(shù)還在以每年40%的速度上升[2]。

在我國(guó)，市場(chǎng)監(jiān)管部門對(duì)家具產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)監(jiān)管。2018年，北京市市場(chǎng)監(jiān)督管理局對(duì)北京市場(chǎng)上在售的家具類產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)督抽查，發(fā)現(xiàn)3批次穩(wěn)定性不合格的家具產(chǎn)品，其中2批次柜類穩(wěn)定性不合格，1批次椅凳類穩(wěn)定性不合格。2017年，天津市濱海新區(qū)市場(chǎng)和質(zhì)量監(jiān)督管理局對(duì)流通領(lǐng)域的木家具開(kāi)展了監(jiān)督抽查，發(fā)現(xiàn)1批次木家具桌類穩(wěn)定性不合格。由此可見(jiàn)，穩(wěn)定性不合格是我國(guó)家具產(chǎn)品不合格的主要原因之一。

本文將以家具檢測(cè)中最常見(jiàn)的家具穩(wěn)定性不合格為例，對(duì)其不合格原因以及家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提出合理改進(jìn)方案，為消費(fèi)者使用安全保駕護(hù)航。

1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法分析

隨著國(guó)內(nèi)家具行業(yè)的不斷發(fā)展以及消費(fèi)者不斷提升的功能需求和審美需求，我國(guó)家具產(chǎn)品不斷推陳出新，家具產(chǎn)品在材料、結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計(jì)上都有了很大的變化，現(xiàn)行有效國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10357.2-2013《家具力學(xué)性能試驗(yàn) 第2部分：椅凳類穩(wěn)定性》、GB/T 10357.4-2013《家具力學(xué)性能試驗(yàn) 第4部分：柜類穩(wěn)定性》、GB/T 10357.7-2013《家具力學(xué)性能試驗(yàn) 第7部分：桌類穩(wěn)定性》等的發(fā)布和實(shí)施，正順應(yīng)了家具產(chǎn)品的不斷革新和變化。該三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)適用于大多數(shù)木制、金屬、塑料家具等的穩(wěn)定性檢測(cè)。

1.1 椅凳類穩(wěn)定性

椅凳類穩(wěn)定性涉及椅凳類家具的使用安全，椅凳類穩(wěn)定性不合格會(huì)引起使用者落座后椅凳傾翻，導(dǎo)致使用者摔傷，特別是行動(dòng)不便的老人以及身體肥胖者，使用時(shí)受傷的風(fēng)險(xiǎn)更高。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10357.2-2013 《家具力學(xué)性能試驗(yàn) 第2部分：椅凳類穩(wěn)定性》[3]，椅子的穩(wěn)定性試驗(yàn)分為椅子向前傾翻試驗(yàn)、無(wú)扶手椅側(cè)向傾翻試驗(yàn)、扶手椅側(cè)向傾翻試驗(yàn)和椅子向后傾翻試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)過(guò)程中，椅子不應(yīng)傾翻。以向前傾翻試驗(yàn)為例，要求在座面中心線距離前沿60mm處施加600N的垂直力，然后在垂直力的施力部位向外施加20N的水平力，至少保持5s，椅子不應(yīng)傾翻。

1.2 柜類穩(wěn)定性

柜類穩(wěn)定性涉及柜類家具使用安全性，如果柜類穩(wěn)定性不合格，會(huì)造成柜類傾翻，導(dǎo)致柜內(nèi)物品的損壞甚至砸傷使用者，對(duì)于精力旺盛的兒童來(lái)說(shuō)，被柜類砸傷、壓傷的風(fēng)險(xiǎn)尤為突出[4]。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10357.4-2013《家具力學(xué)性能試驗(yàn) 第4部分：柜類穩(wěn)定性》中[5]，柜類穩(wěn)定性分為擱板穩(wěn)定性、非固定柜空載穩(wěn)定性、非固定柜加載穩(wěn)定性和固定柜穩(wěn)定性。擱板穩(wěn)定性適用于全部有擱板的柜類家具，其余三項(xiàng)穩(wěn)定性適用于高度大于600mm，且重心高度（單位：m）和柜體質(zhì)量（單位：kg）的乘積大于6的柜類家具。擱板穩(wěn)定性試驗(yàn)分為擱板水平加載穩(wěn)定性和擱板垂直加載穩(wěn)定性。柜類穩(wěn)定性要求柜體和擱板在試驗(yàn)過(guò)程中不應(yīng)傾翻或脫落。

1.3 桌類穩(wěn)定性

桌類穩(wěn)定性涉及桌類家具使用安全，桌類穩(wěn)定性不合格，會(huì)造成桌類家具在使用中傾翻，導(dǎo)致桌上放置物品的損壞，也可能砸傷使用者，桌類通常和椅類配合使用，在使用者起身以及工作時(shí)需要提供足夠的支撐，因此，桌類穩(wěn)定性非常重要。根據(jù)GB/T 10357.7-2013《家具力學(xué)性能試驗(yàn)第7部分：桌類穩(wěn)定性》[6]，桌類穩(wěn)定性分為垂直加載穩(wěn)定性試驗(yàn)、垂直和水平加載穩(wěn)定性試驗(yàn)。垂直加載穩(wěn)定性，要求當(dāng)規(guī)定的垂直力施加在最不穩(wěn)定邊的桌面邊沿中心向內(nèi)50mm處，無(wú)桌腿離開(kāi)地面。垂直和水平加載穩(wěn)定性，要求100N的垂直力施加在最不穩(wěn)定邊的桌面邊沿中心向內(nèi)50mm處，同時(shí)以規(guī)定的向外的水平力施加在該邊桌面中點(diǎn)，無(wú)桌腿離開(kāi)地面。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力值如表1所示。

表1 桌類穩(wěn)定性加載力

2 常見(jiàn)穩(wěn)定性不合格項(xiàng)目分析

2.1 弓形椅穩(wěn)定性

椅子作為日常生活中不可或缺的一種家具，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們需求的變化，不僅要提供使用功能，在美學(xué)層面需要有更深遠(yuǎn)的意義[7]。目前，市場(chǎng)上流行著一種弓形椅，如圖1中左圖所示，弓形椅外形簡(jiǎn)潔時(shí)尚，一體的框架包覆軟體材質(zhì)的座面、扶手和椅背，為了追求外形的美觀，通常座面水平延伸到框架以外，椅腿與地面接觸處被設(shè)計(jì)為弧形，并配有腳墊，防止椅子移動(dòng)過(guò)程中刮花地板。

弓形椅重心靠前，使用者落座于座面前沿時(shí)，弓形椅有傾翻的風(fēng)險(xiǎn)，容易造成椅子向前傾翻試驗(yàn)不合格。標(biāo)準(zhǔn)要求，600N垂直向下的力和20N水平向外的力，同時(shí)作用于椅座面中心線距離前沿60mm處至少5s，椅子不應(yīng)傾翻。

對(duì)于弓形椅，為了降低穩(wěn)定性不合格的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改進(jìn)。如圖1中右圖為一種對(duì)穩(wěn)定性不合格的弓形椅提出的一種改進(jìn)設(shè)計(jì)，其改進(jìn)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于：首先，座面前沿不應(yīng)超出框架過(guò)多，前沿不超出框架最為安全；其次，腳墊的位置應(yīng)盡量設(shè)置在椅腿最前方，阻止椅子向前的傾翻趨勢(shì)。

■圖1 弓形椅及其改進(jìn)設(shè)計(jì)

■圖2 一種常見(jiàn)擱板支承結(jié)構(gòu)

■圖3 一種擱板支承的改進(jìn)結(jié)構(gòu)

2.2 柜類活動(dòng)擱板穩(wěn)定性

隨著城市人均住房面積的進(jìn)一步壓縮，板式家具應(yīng)運(yùn)而生，以柜類家具為代表，人們希望擁有更多以及更加合理的收納空間，柜類活動(dòng)擱板設(shè)計(jì)能夠滿足人們對(duì)于收納空間的個(gè)性化需求。如圖2所示為一種板式家具中常見(jiàn)活動(dòng)擱板支承結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)易擱板支承件，支承件一端嵌入旁板，活動(dòng)擱板搭在支承件的另一端，且未配備限位和防脫離裝置。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是接合簡(jiǎn)單、靈活可調(diào)、成本低廉。但缺點(diǎn)也很明顯，一方面，擱板與旁板之間在水平方向上無(wú)力的約束，當(dāng)在擱板上放置較重的物體時(shí)，旁板可能會(huì)被壓潰[8]。另一方面，擱板采用活動(dòng)連接的方式直接搭在支撐件上，擱板向上、以及前后運(yùn)動(dòng)時(shí)缺乏約束力，容易引起柜類擱板穩(wěn)定性不合格。

不合格的產(chǎn)品，一方面由于擱板質(zhì)量較輕、支承件表面光滑，擱板與支承件之間摩擦力較小，當(dāng)擱板自重50%的向外的水平力作用于空載擱板前沿時(shí)，擱板會(huì)被拉出脫落，造成擱板水平加載穩(wěn)定性不合格。另一方面，擱板支承件設(shè)置的位置較深，當(dāng)100N的垂直力作用在空載擱板前沿25mm處，擱板會(huì)傾翻，造成擱板垂直加載穩(wěn)定性不合格。

為了避免發(fā)生以上不合格現(xiàn)象，建議盡量將擱板固定在旁板上。如需采用活動(dòng)擱板設(shè)計(jì)，如圖3所示，可以在擱板下表面開(kāi)槽，使支承件落入擱板下表面的槽內(nèi)，增加擱板與支承件在水平方向上的約束力，降低擱板水平加載穩(wěn)定性不合格的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，建議外側(cè)支承件的位置與擱板外沿的水平距離應(yīng)不大于25mm，這樣能有效降低擱板垂直加載穩(wěn)定性不合格的風(fēng)險(xiǎn)。此外，也可以增設(shè)防脫落裝置。

■圖4 獨(dú)腳桌穩(wěn)定性試驗(yàn)過(guò)程

2.3 茶幾穩(wěn)定性

近些年來(lái)，極簡(jiǎn)主義開(kāi)始盛行，精煉的設(shè)計(jì)、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)往往能夠吸引更多年輕人的眼球，設(shè)計(jì)成獨(dú)腳桌的茶幾深受當(dāng)代年輕人的喜愛(ài)[9]。獨(dú)腳桌是指其支承點(diǎn)連線所成的面積與桌面面積之比小于65%的桌子。獨(dú)腳茶幾外形素雅小巧、簡(jiǎn)潔清秀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整體感較強(qiáng)。但市場(chǎng)上的獨(dú)腳茶幾常常出現(xiàn)“頭重腳輕”“上大下小”的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)稍有不慎，穩(wěn)定性就會(huì)徘徊在安全線左右。另外，考慮到防止桌腳刮傷地板和靜音設(shè)計(jì)，多數(shù)獨(dú)腳茶幾在桌腳下設(shè)置腳墊，腳墊使用不慎，也會(huì)降低穩(wěn)定性。當(dāng)重物放置于茶幾邊沿時(shí)，茶幾有傾翻的危險(xiǎn)。

獨(dú)腳桌穩(wěn)定性試驗(yàn)過(guò)程如圖4所示。標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)200N的垂直力施加在桌邊向內(nèi)50mm處，應(yīng)無(wú)桌腳翹離地面，且100N的垂直力和30N向外的水平力同時(shí)施加在桌邊向內(nèi)50mm處，應(yīng)無(wú)桌腳翹離地面。在檢測(cè)過(guò)程中，許多獨(dú)腳茶幾在100N的垂直力的作用下即會(huì)傾翻，穩(wěn)定性問(wèn)題較為嚴(yán)重。

對(duì)于獨(dú)腳茶幾，外形上“頭重腳輕”的不足，可以通過(guò)用材上“頭輕腳重”去彌補(bǔ)，為了避免穩(wěn)定性不合格現(xiàn)象，桌面盡量采用輕質(zhì)材料，桌腿和桌腳盡量采用密度較大的材料，必要時(shí)，可以在桌腳上增加額外的配重。同時(shí)，需要將支撐腳盡量向外延伸，提供給桌面足夠的支撐。對(duì)于平面式支撐腳，應(yīng)慎用腳墊，腳墊不應(yīng)過(guò)厚，設(shè)置的位置也應(yīng)當(dāng)與支撐面外沿平齊，不應(yīng)處于支撐面內(nèi)部。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著市場(chǎng)監(jiān)管的進(jìn)一步加強(qiáng)以及消費(fèi)者安全意識(shí)的逐步提升，家具質(zhì)量問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注[10]，穩(wěn)定性是歷年監(jiān)督抽查中必檢的項(xiàng)目也是最常見(jiàn)的不合格項(xiàng)目之一[11-13]。家具穩(wěn)定性與家具使用安全息息相關(guān)，家具穩(wěn)定性不合格不僅會(huì)造成財(cái)物的損壞，還會(huì)影響使用者的人身安全[14-16]。穩(wěn)定性不合格問(wèn)題歸根結(jié)底是由于家具的重心過(guò)高、重心靠外、自重過(guò)輕等，解決穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)問(wèn)題的一般原則就是降低重心、重心向形狀中心靠近、增加自重等。