电器产品模拟公路运输振动试验标准的比较分析.pdf

1、Articles论文110 家电科技 Vol.5 2023 Issue 424电器产品模拟公路运输振动试验标准的比较分析Comparison and analysis of vibration test standards for electrical products simulating road transportation张宇吉1,2,3 杜洁1,2 侯娇妍1,2 温鑫1,2ZHANG Yuji1,2,3 DU Jie1,2 HOU Jiaoyan1,2 WEN Xin1,21.国家电器安全检验检测中心（四川）四川绵阳 621000；2.绵阳市产品质量监督检验所 四川绵阳 621000

2、；3.西南科技大学信息工程学院 四川绵阳 6210101.China National Quality Testing and Inspection Center for Safety of Electrical Products(Sichuan)Mianyang 621000;2.Mianyang Quality Supervision and Inspection Institute for Products Safety Mianyang 621000;3.School of Information Engineering,Southwest University of Science

3、and Technology Mianyang 621010摘 要：电器产品在投入使用前均需经历运输过程，运输中的振动会对产品的寿命及可靠性产生一定的影响，有必要通过模拟运输振动试验来检验电器产品的耐运输振动性能。结合运输振动的有关标准，给出了进行模拟运输振动试验的实验指南，总结出了样品的安装、运输振动试验的构成、加速度密度谱的选择等要点。比较分析了GB/T 2423、GB/T 4857、ISTA 3A、ASTM D4169-16、GJB 150等常见的运输振动标准中加速度密度谱振动量级的严酷程度，给出了如何选择合适运输振动标准的建议，以便需运输的产品更好地开展模拟公路运输振动试验。分析结果表

4、明军用标准运输振动试验量级均高于民用标准，民用GB/T 2423系列标准推荐运输振动试验量级也较大；大多数产品进行运输振动试验时选用GB/T 4857.23公路通用振动标准谱进行试验即可。关键词：模拟公路运输振动；电器产品；加速度谱密度；随机振动 Abstract:Electrical products need to undergo transportation before being put into use,and vibration during transportation can have a certain impact on the life and reliability

5、of the products.It is necessary to test the resistance to transport vibration of electrical products by means of simulated transport vibration test.Based on relevant standards for transportation vibration,experimental guidelines for conducting simulated transportation vibration tests are provided,an

6、d key points related to sample installation,composition of transportation vibration tests,and selection of acceleration density spectra are summarized.Comparative analysis was conducted on the severity of acceleration density spectrum vibration levels in common transportation vibration standards suc

7、h as GB/T 2423,GB/T 4857,ISTA 3A,ASTM D4169-16,GJB 150,etc.Suggestions were given on how to choose appropriate transportation vibration standards,in order to better conduct simulated road transportation vibration tests for products that need to be transported.The analysis results show that the milit

8、ary standard transportation vibration test level is higher than the civilian standard,and the recommended transportation vibration test level for the civilian GB/T 2423 series standard is also larger;most products can be tested using the GB/T 4857.23 highway general vibration standard spectrum durin

9、g transportation vibration testing.Keywords:Simulate road transportation vibration;Electrical products;Acceleration spectral density;Random vibration 中图分类号：TB48 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.05.0190 引言电器产品均需通过运输交付至下一使用端，在这过程中都会经受运输振动。电器产品需进行运输振动试验来评估运输振动对其造成的影响，通常有交通工具实际运输和设备模拟运输两种试验方作者简介：张宇吉，学

10、士学位（硕士研究生（非全日制）在读）。研究方向：电器安全及环境可靠性。地址：四川省绵阳市飞云大道东段257号。E-mail：。式。交通工具运输试验是指将电器产品按照运输时的包装状态放在所采用的交通工具上，经受一定时间、一定路程的试验。模拟运输试验是指将产品按照运输时的包装状态放在振动试验设备上，通过试验设备输出与运输振动类似的环境，使产品经历模拟运输振动。交Articles论文 111家电科技 Vol.5 2023 Issue 424通工具运输试验具有试验简单、产品承受环境真实的优点，但作用在产品上的条件固定、不能提高试验量级，因此耗时长、费用高。模拟运输振动试验在振动试验设备上可控输出与运输

11、过程中相似的振动环境，不用进行远距离的外场试验，不易受季节、天气等突发现象影响，并且可以加速试验进程，减少时间成本，缩短新产品研发周期，加快研发速度。特别是信息化技术的高速发展，先进算法优化了振动试验设备的控制手段，使得模拟运输振动试验非常接近于真实运输振动环境，几乎可取代交通工具实际运输试验的地位。随着电器产品的发展，大批电器产品的标准也应运而生。虽然新产品还在不断地被研发出来，但是运输振动标准依然适用。研发设计人员大多比较注重电器是否安全、性能是否可靠、功能是否满足预期，同时也比较关注电器安全与产品性能的标准，但有时候也需要考虑产品的可靠性问题，会用到一些环境可靠性标准。而环境可靠性一般与

12、电器设计分属不同领域，太多标准也让工程师们不知如何选择，有时可能还会混淆振动环境类型，导致模拟运输振动试验设计得不合适。1 模拟运输振动试验实验指南为保证模拟运输振动试验准确可靠，在设计时应注意样品的状态、样品的安装、试验时间的选择，还应特别注意标准试验谱的选择。1.1 试验样品进行模拟运输振动试验时，应随机选取样品并与进行运输时的包装状态保持一致。绝大多数电器产品运输时都有带包装，个体较小的产品还会是多件产品共同拥有一个大的运输包装，应将运输包装后的整体作为试验对象。极少数电器产品运输时不带包装，此类产品试验时也须保持产品不带包装的状态。试验样品一般选择3件，如果受数量限制也至少应准备2件，

13、以便在样品之间作比对分析。1.2 样品的安装安装试验样品时，应尽可能与运输时的放置状态保持一致。如果包装件以绳索、扎带、包装膜或类似装置固定在运输车辆上，则也应以相同的固定方式将样品固定在试验设备上。如果包装件不用或可能不用固定在运输车辆上，或者有一定的活动空间，则在试验时无须固定试验样品，但应采取措施，使得试验样品在试验期间不得脱离试验台。1.3 试验构成运输振动试验大致可分为正弦定频振动试验、正弦变频振动试验和随机振动试验。随机振动是运输过程中最主要的表现形式，是模拟运输振动必做项目。正弦定频振动试验即在相同振动频率、相同加速度或者同一位移幅值下进行一定次数的正弦振动驻留试验，模拟运输过程

14、中类似减速带等颠簸情况对样品造成的低量级冲击。正弦变频振动试验是在一定频率范围内，以一定加速度、扫描速率从起始频率开始至截止频率结束又回到起始频率的循环扫频试验。有必要时，正弦变频振动试验或（与）正弦定频振动试验、随机振动试验一起构成模拟振动试验。1.4 加速度密度谱为保证模拟运输振动试验有效且准确，应选择合适的振动试验量级。随机振动在运输振动中表现最明显，选择试验量级时最主要的是考虑随机振动试验的加速度谱密度（Acceleration Spectral Density：ASD）和试验时间。选择加速度谱密度通常有两种方式：一种是根据所要使用的交通工具实际采集运输环境数据，然后采用适当的方法拟合

15、出加速度谱密度；另一种是根据相关标准或相似产品选择推荐的标准加速度密度谱，这种方法通用且简便，采用较多。GB/T 2423、GB/T 4857等国家标准，ISO 13355、ASTM、ISTA等国际标准，GJB 150、STD-MIL-810（美军标）等军用标准中均有推荐模拟运输振动的标准加速度密度谱。2 典型标准加速度密度谱的比较分析GB/T 2423系列标准与GB/T 4857系列标准是国内民用电器产品两个涉及运输振动试验比较全面的标准。GB/T 2423等同采用IEC 60068-2国际标准，前期版本主要针对电工电子产品，后期版本不仅针对电工电子产品，而且将范围扩大至在生存期内需经受环境

16、条件考验的元件、设备和其他产品。GB/T 4857修改采用ISO或者ASTM国际标准，是我国运输包装件的通用标准，由于大多数电器产品都是带包装运输的，因此该标准也使用较多。2.1 家用和类似用途电器运输振动标准的加速度密度谱比较分析2006年，在GB/T 10191989标准使用近20年后，以家用电器产品包装后的整机安全性、可靠性为基础，并结合公路运输比20年前有了充分的改善，形成了标准GB/T 101920081。根据标准GB/T10192008，家用和类似用途产品模拟公路运输振动参照GB/T 4857进行2。GB/T 4857.172017中推荐运输振动试验按照GB/T 4857.1020

17、05进行正弦扫频振动试验和按照GB/T 4857.232021进行随机振动试验3。结合GB/T 4857.172017标准中关于运输振动的要求，正弦扫频振动试验推荐按照标准GB/T 4857.102005进行，在（31003）Hz频率范围内以7 m/s2低加速度、每分钟二分之一倍频程的速率扫频两次4，约80 min。Articles论文112 家电科技 Vol.5 2023 Issue 424表1 家用和类似用途电器运输振动ASD数据表通用运输振动中国公路运输振动Hzg2/HzHzg2/Hz20.0005等级1等级2等级340.01210.0000360.0000180.000009180.0

18、1230.060.030.015400.00140.060.030.0152000.000580.0070.00350.00175gr.m.s0.604120.0160.0080.004日本汽车振动300.0060.0030.0015Hzg2/Hz400.0150.00750.0037520.004600.00140.00070.0003530.011000.0010.00050.00025160.012000.000050.0000250.00001252000.00001gr.m.s0.820.580.41gr.m.s0.48/欧洲公路实际采集振动Hz等级11.32倍等级11.89倍等级1

19、等级21.32倍等级21.89倍等级2等级31.32倍等级31.89倍等级3g2/Hzg2/Hzg2/Hzg2/Hzg2/Hzg2/Hzg2/Hzg2/Hzg2/Hz30.001920.0025340.0036290.003780.0049900.0071440.0060.007920.01134050.00320.0042240.0060480.00630.0083160.0119070.010.01320.01890011/0.010.01320.018900240.00050.000660.0009450.000960.0012670.001814/380.0000520.0000690

20、.0000980.00010.0001320.000189/48/0.00030.0003960.000567610.0000440.0000580.0000830.0000870.0001150.000164/71/0.00030.0003960.00056780/0.000150.0001980.000284980.0000140.0000180.0000260.0000280.0000370.000053/2000.0000140.0000180.0000260.0000280.0000370.0000530.000150.0001980.000284gr.m.s0.1810.20820

21、.2490.2530.29080.3480.4150.47550.569ASTM D4169-16卡车随机振动ISTA 3A中车辆随机振动Hzg2/Hz公路拖车车辆配送等级1等级2等级3Hzg2/HzHzg2/Hz10.000720.000720.000410.000710.00130.030.0180.0130.00230.03540.030.0180.0150.0240.03560.00120.000720.000470.00170.0003120.00120.000720.0004120.001130.0003160.0060.00360.002150.004150.001250.006

22、0.00360.002240.004240.001300.00120.000720.0004280.001290.0001400.0060.00360.002360.001500.0001800.0060.00360.002420.003700.0021000.00060.000360.0002750.0031000.0022000.000030.0000180.000012000.0000042000.00005gr.m.s0.70.540.4gr.m.s0.53gr.m.s0.46注：国家标准勘误中已说明GB/T 4857.232021附录中表、图的单位应为“g2/Hz”；附录B中表B.3

23、加速度均方根值（gr.m.s）应为0.48。Articles论文 113家电科技 Vol.5 2023 Issue 424GB/T 4857.232021附录A给出了公路通用运输振动的ASD曲线，附录B给出了欧洲12 h公路运输实际采集的ASD曲线和日本20 t半载、弹簧减震汽车实际采集的ASD曲线，附录D给出了钢簧减震卡车在中国部分公路上不同运输方式的3种不同严酷水平（等级1、等级2、等级3）的ASD曲线5。ISTA 3A-2018给出了公路拖车和车辆配送的随机振动的ASD曲线6。ASTM D4169-16给出了卡车随机振动3种不同严酷水平（等级1、等级2、等级3）的ASD曲线7。ASD数据

24、见表1。通过表1可以看出，GB/T 4857.232021推荐的公路通用运输振动、欧洲公路实际采集振动、日本20 t半载弹簧减震汽车、ISTA 3A-2018车辆随机振动、ASTM D4169-16卡车随机振动和中国公路运输振动的ASD曲线振动频率均是从13 Hz开始至200 Hz结束，频率范围相差不大，加速度均方根有差别；加速度均方根越大，振动试验的量级越大。通过比较，除了ASTM D4169-16卡车随机振动和中国公路运输振动中最严酷的等级1外，推荐的公路通用运输振动的加速度均方根最大，即该ASD曲线的振动量级最大。GB/T 4857.232021附录A没有给出运输距离与时间的相关性，但是

25、推荐试验每个运输轴向不少于30 min。附录B欧洲ASD曲线为等级未进行放大时的曲线，即振动试验时间需进行12 h，为缩短试验时间，可以放大ASD等。附录B给出了日本实际采集的ASD曲线振动试验时间与等效距离的关系。附录D中国部分公路的三种严酷水平中，等级1最严酷，等级3最弱，通常推荐使用等级2，并且当试验距离不明时，推荐试验时间为180 min，也可根据运输总距离按照经验公式推算试验时间：式中：t-试验时间，单位为分钟（min）；S-运输总距离，单位为千米（km）；K-试验时间估算常数，K一般取6，单位为千米每分钟（km/min）。随机振动试验的严酷等级与试验时间、振动量级有关，在设计试验时

26、应当注意。GB/T 4857.232021附录A中公路通用运输振动的振动量级最大，但并没有给出距离与时间的相关性，只给了最少推荐试验时间。附录B欧洲公路实际采集振动也有3个不同严酷程度，提高试验量级、将试验时间缩短至30 min与附录A公路通用振动最少推荐试验时间相同后，公路通用振动的加速度均方根依然较大，说明按照公路通用振动量级和推荐试验时间进行试验，其随机振动试验比欧洲公路振动更严酷。欧洲公路振动试验时间缩短至180 min时，3个严酷等级的加速度均方根均比中国公路振动的3个等级小，说明按照中国公路振动试验时，随机振动试验更严酷。根据日本20 t半载弹簧减震汽车振动时间与距离换算关系，相同

27、距离下，中国公路振动的试验时间更长，且加速度均方根也较大，说明按照中国公路振动试验时，随机振动试验更严酷。ISTA 3A-2018车辆随机振动、ASTM D4169-16卡车随机振动是国际中较权威的运输振动标准，在采用这两个标准谱进行试验时，还应注意按标准要求选择合适的试验时间。因此，如果产品运输地仅是在中国境内，那么按照附录D推荐的等级2和试验时间进行试验，就基本符合标准要求，能达到试验目的。如果产品不仅是在中国国内运输，而且还会在其他地区运输时，就应考虑配合公路通用运输振动或者所在国运输振动条件一起使用。2.2 其他电器产品运输振动标准加速度密度谱的比较分析其他电器产品进行模拟公路运输振动

28、试验时，可参照GB/T 2423系列标准进行。标准GB/T 2423.102019中推荐由轮船、火车、陆用车辆上运输工具运输的设备在10150 Hz频率范围内以10 m/s2或者20 m/s2扫频循环20次进行正弦扫频试验8。标准GB/T 2423.562018附录A中给出了一个源于MIL-STD-810F的高速公路运输振动试验ASD标准谱，是美国约束货物高速公路汽车运输的标准谱，推荐在垂直轴向和两个水平轴向各试验1 h；还给出了水陆运输或硬牵挂车等恶劣运输环境的振动标准谱9，ASD数据见表2。表2 GB/T 2423.562018运输振动ASD数据表全美高速公路运输振动水路运输或硬牵挂车等恶

29、劣运输环境垂直水平Hzg2/HzHzg2/HzHzg2/Hz50.0149950.00677100.01041400.01499200.006772000.010415000.000155000.000165000.00312gr.m.s1.078gr.m.s0.663gr.m.s1.907GB/T 2423.102019中运输振动正弦扫频试验与GB/T 4857.102005相比较，扫频频率范围更宽、扫频加速度更大、扫频次数更多，说明其试验条件更严酷。表1与表2随机振动试验的ASD曲线及数据可以看出，GB/T 2423.562018中随机试验的起始频率较大，截止频率较大，而加速度均方根也较大

30、，故其总的振动试验量级也较大。因此，按照GB/T 24232018进行模拟公路运输振动试验比GB/T 4853.232021会更严酷一些。3 军用电器产品运输振动标准的加速度密度谱比较分析GJB 150.16A2009中关于组合轮式车（数据详见GJB 150.16AArticles论文114 家电科技 Vol.5 2023 Issue 424附录C）、组合式双轮拖车（数据详见GJB 150.16A附录C）、高速公路卡车运输振动10，GJB 2711-96军用运输包装件公路运输振动11，GJB 3493-98军用物资运输环境中汽车在二级及以上公路、三级及以下公路运输振动12的ASD数据如表3所示

31、。通过表1、表2与表3，对比分析可以看出，军用标准中运输振动试验频率范围更大，加速度均方根值更大，说明试验的振动量级更大，军用标准运输振动严酷程度最高。4 结论电器产品模拟运输振动试验的严酷等级与试验时间、振动试验量级有关，而GB/T 2423系列标准推荐的振动量级比GB/T 4857运输包装件系列标准大，如果以相同试验时间选择GB/T 2423系列标准中的标准谱进行公路模拟运输振动试验，试验会更严酷一些。GB/T 4857.23运输包装件系列标准中推荐的公路运输振动量级中，除ASTM D4169-16卡车随机振动和中国公路振动中最严酷的等级1外，公路通用振动量级较高，以相同试验时间按照公路通

32、用振动标准表3 军用标准运输振动ASD数据表高速公路卡车振动环境军用运输包装件公路运输振动垂向横向纵向垂向横向纵向Hzg2/HzHzg2/HzHzg2/HzHzg2/HzHzg2/HzHzg2/Hz100.01500100.00013100.00650100.015100.00013100.0065400.01500200.00065200.00650400.015200.00065200.0655000.00015300.000651200.000205000.00015300.000651200.0002/780.000021210.00300/780.000021210.003790.0

33、00192000.00300790.000192000.0031200.000192400.001501200.000192400.00155000.000013400.000035000.000013400.00003/5000.00015/5000.00015gr.m.s1.04gr.m.s0.204gr.m.s0.740gr.m.s1.04gr.m.s0.2gr.m.s0.74军用物资运输环境军用物资运输环境类汽车军用物资运输环境类与类汽车垂向横向纵向垂向横向纵向Hzg2/HzHzg2/HzHzg2/HzHzg2/HzHzg2/HzHzg2/Hz20.0833020.0015620.00

34、08320.4164920.0062520.01874100.08330400.00156400.00083100.41649100.00625100.01874280.00104600.00004600.00001500.00104500.00006600.00010900.001041100.000041000.00001900.00104610.000101050.000101150.003642500.001561500.000571500.010411200.000101500.001043000.003643100.001562000.000572000.010413000.004

35、162000.001045000.001045000.000175000.000085000.001044150.004165000.00010/5000.00104/gr.m.s1.37gr.m.s0.687gr.m.s0.369gr.m.s2.587gr.m.s0.949gr.m.s0.649谱进行试验，试验最严酷。军用标准中推荐的公路运输振动量级比民用标准均要高一些，电器产品如果采用军用标准进行模拟运输振动，对产品要求最高。产品设计工程师、可靠性工程师应当针对自己产品属性选择合适标准进行运输振动试验。参考文献1 朱焰.关于GB/T 1019-2008家用和类似用途电器包装通则标准的修订J

36、.家电科技,2009(11):29.2 GB/T 10192008家用和类似用途电器包装通则S.3 GB/T 4857.172017包装 运输包装件基本试验 第17部分：编制性能试验大纲的通用规则S.4 GB/T 4857.102005包装 运输包装件基本试验 第10部分：正弦变频振动试验方法S.5 GB/T 4857.232021包装 运输包装件基本试验 第23部分：垂直随机振动试验方法S.6 ISTA 3A-2018 Packaged-Products for Parcel Delivery System Shipment 70 kg(150LB)or LessS.7 ASTM D4169-16 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Containers and SystemsS.8 GB/T 2423.102019环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc：振动（正弦）S.9 GB/T 2423.562018环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动和导则S.10 GJB 150.16A2009军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验S.11 GJB 2711-96军用运输包装件试验方法S.12 GJB 3493-98军用物资运输环境条件S.（责任编辑：张晏榕）