楼梯机疲劳寿命试验机,针对楼梯机踏板、踏板支撑结构、机身框架等关键部位,测试其在静态载荷下的最大屈服强度及结构稳定性。模拟真人长期上、下爬楼的动态载荷循环,测试楼梯机踏板、传动系统(如链条、齿轮)、电机等部件的疲劳寿命,以及整机连续运行的耐久性。满足GB 17498.1-2008 《健身器材 第 1 部分:通用安全要求和试验方法》中关于有氧健身器材“载荷疲劳测试”的相关规定。
一、楼梯机疲劳寿命试验机整体结构设计
试验机采用 “固定平台 + 模拟加载系统 + 步态模拟机构 + 数据采集控制单元” 的一体化结构,整体尺寸约 3000mm×1800mm×2200mm(长 × 宽 × 高),具体组成如下:
结构模块 | 核心功能 | 关键部件 |
固定平台 | 固定被测试楼梯机,确保测试过程中设备无位移、无晃动 | 高强度钢结构框架、可调节定位夹具(适配不同型号楼梯机)、防滑减震垫 |
模拟加载系统 | 输出静态 / 动态载荷,模拟人体对踏板的压力 | 伺服电动缸(最大载荷 200kg,载荷精度 ±1%)、压力传感器(量程 0-200kg,精度 0.1% FS) |
步态模拟机构 | 模拟真人上下爬楼的踏板接触轨迹、步频 | 多自由度机械臂(可实现升降、前后平移,动作精度 ±0.5mm)、步进电机(步频调节范围 30-120 步 / min) |
数据采集控制单元 | 控制设备运行、采集测试数据、实现人机交互 | 采用 PLC程序控制操作、触摸屏(10 英寸,支持参数设置与数据显示)、数据采集卡(采样频率 100Hz) |
二、静态载荷测试方案
(一)测试内容
针对楼梯机踏板、踏板支撑结构、机身框架等关键部位,测试其在静态载荷下的最大屈服强度及结构稳定性。
(二)测试步骤
1. 设备固定:将被测试楼梯机通过定位夹具固定在试验机固定平台上,调整设备水平度,确保与模拟加载系统对齐。
2. 参数设置:在触摸屏上设置静态载荷参数,包括加载点(踏板中心、踏板边缘)、载荷等级(50kg、100kg、150kg、200kg,对应不同体重人群极限载荷)、保压时间(每个载荷等级保压 10 min )。
3. 载荷施加:通过伺服电动缸缓慢施加静态载荷,压力传感器实时反馈载荷值,确保载荷稳定在设定值。
4. 数据采集:利用位移传感器(激光位移传感器,精度 ±0.01mm)采集加载点的变形量,同步记录载荷值与变形数据,生成静态载荷 - 变形曲线。
5. 结果判定:若某载荷等级下结构出现变形、裂纹或异响,判定为结构失效,记录失效载荷;若所有载荷等级均无异常,判定静态强度合格。
三、动态载荷疲劳寿命及耐久性测试方案
(一)测试内容
模拟真人长期上、下爬楼的动态载荷循环,测试楼梯机踏板、传动系统(如链条、齿轮)、电机等部件的疲劳寿命,以及整机连续运行的耐久性。
(二)测试参数设定
测试指标 | 参数范围 | 设定依据 |
动态载荷波形 | 正弦波 / 梯形波(模拟人体踩压 - 释放过程) | 真人爬楼时踏板受力曲线拟合结果 |
载荷峰值 | 50-150kg(可调节,对应常规体重人群动态载荷) | 成年人行走时踏板瞬时压力约为体重的 1.2-1.5 倍 |
循环次数 | 10 万 - 100 万次(分 5 个阶段,每 20 万次停机检查一次) | 楼梯机常规使用年限(5 年)内的预估总使用次数 |
步频 | 60-90 步 / 分钟(常规爬楼步频) | 市场调研中用户常用步频范围 |
连续运行时间 | 每天 8 小时(模拟商业场所日均使用时长) | 健身房等场景设备实际使用情况 |
(三)测试步骤
1. 步态校准:通过多自由度机械臂模拟真人爬楼轨迹(踏板升降高度 15-25cm,前后平移距离 30-40cm,适配不同楼梯机踏板间距),调整机械臂动作与楼梯机踏板运动节奏匹配,确保接触位置精准。
2. 动态加载:启动伺服电动缸与步进电机,按照设定的载荷波形、峰值、步频输出动态载荷,实现 “踩压 - 释放 - 移位” 的循环动作,模拟连续爬楼过程。
3. 数据采集:实时采集以下数据:
载荷数据:压力传感器记录每次循环的载荷峰值、谷值,监测载荷稳定性;
运行数据:编码器记录踏板转速、电机电流,判断传动系统与电机运行状态;
故障数据:若出现载荷波动超 ±5%、电机电流异常升高(超过额定电流 1.2 倍)、机械异响等情况,设备自动记录故障时间与故障参数。