基于置信區間建立叉車怠速振動舒適性評價指標*

張少波，曾慶懿，藍秋玲

(廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

物流產業是21世紀的朝陽產業，在中國經濟總體發展趨穩的“新常態”下，物流產業重要的關聯行業——叉車行業一直以較快速度發展。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在省油、性能好、可靠性高等傳統方面，更多的關注轉向了噪聲、振動等舒適性指標。

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

1 現有舒適性評價標準的不足

行業現階段在進行舒適度評價的時候，主要參照以下三個標準［1-3］:《GB/T 13441．1-2007 機械振動與沖擊人體暴露于全身振動的評價第一部分:一般要求》，《GB/Z 26139-2010土方機械 駕乘式機器暴露于全身振動的評價指南》，《JB/T 3300-2010平衡重式叉車整機試驗方法》。《GB/Z 26139-2010土方機械駕乘式機器暴露于全身振動的評價指南》是一個指導性的技術標準，它主要針對不同類型的土方機械的工作特征，規范了不同的振動測試評價方法，其突出特點是將振動暴露時間和振動強度作為評價的兩個維度，綜合對司機的工作環境進行評價。但此標準的特點是，用于進行系統研發是可行的，進行質量檢驗就顯得非常繁瑣，因為使用該標準需要耗費大量時間，需要對標準進行仔細的研讀。

在《GB/T 13441．1-2007機械振動與沖擊人體暴露于全身振動的評價第一部分:一般要求》附錄4中，給出了一個非常簡單使用的評價指標。例如規定人對振動環境的舒適反應為:小于0．315 m/s2評價為“感覺不到不舒適”，而在0．8～1．6 m/s2評價為“不舒適”。此標準規定的內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”，那么整個行業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 整機試驗方法》是專門為叉車設計的試驗方法規范，其中詳細的規定了叉車行走時的振動評價方法，但對于叉車定置怠速時振動如何評價，并沒有響應的內容。

2 叉車怠速振動特征

市場上振動抱怨較為強烈的叉車多為3 t以下的內燃機平衡重式叉車，此類叉車多使用四缸柴油機，四缸柴油機由于二階往復慣性力不能平衡，振動本事就較為劇烈。而在我國，由于成本因素，叉車發動機并不是全懸浮的，發動機與車架之間存在剛性連接關系。如果發動機減震墊和車架不能良好匹配，常常導致振動劇烈，而怠速振動共振情況尤為明顯。叉車本身怠速工況時間較多，客戶選購時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整到一個良好的狀態才能出廠，否則將對企業聲譽帶來極大負面影響［4］。

司機在使用叉車的過程中，叉車振動能量通過固定的一些點傳遞到人體上，這些點稱之為振動暴露點。振動改進過程中，最常關注的暴露點為座椅和方向機，這兩個點必須被評價。而同時其他一些暴露點，如護頂架前柱、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，其突出特點是90%的能量集中在發動機基頻，因此要求振動測試設備主要敏感頻率為10～100 Hz。而方向機暴露點和座椅暴露點在怠速工況下XY三個方向振動量值對比，一般表現出Y向較大，見圖2，由于人體對XY向較為敏感，所以計算三向綜合值時，XY向應該加一定的權重。

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三向對比

3 置信區間

置信區間又稱估計區間，用來估計參數的取值范圍。利用置信區間工具，可獲取一定置信水平下，以測量結果為中心，包括總體均值在內的可信范圍。

置信區間［6］是指由樣本統計量所構造的總體參數的估計區間。統計學中，一個概率樣本的置信區間是指對這個樣本某個參數的區間估計，筆者中主要使用均值估計。置信區間展現的是這個參數的真實值落在測量結果周圍的程度。根據統計學術語，對于一個樣本，可計算出其均值μ，標準差σ以及樣本量n。

顯著水平α是置信區間中一個重要的概念，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間。

4 評價指標的生成

(1)測試方法

叉車怠速振動測試數據收集前，必須對數據收集的規則進行統一，否則將出現數據的不可信。測試方法主要規范測試樣機狀態、測試儀器以及暴露點測試方法等。測量應在新的、完整的、保養調試良好的車輛上進行，車輛應具備正常的技術狀態，加足規定的燃料、潤滑油、液壓油、冷卻液，輪胎氣壓符合要求，發動機怠速轉速符合技術要求，發動機怠速應嚴格按照研究所下達的規定值，不能隨意調高或者調低。樣機應擺放在平整的水泥地面上。

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

圖3 方向機和座椅測試點規定

(2)測試數據

客戶對叉車的評價一般會有三種，舒適、可以接受和不舒適，經過在國內外的大量走訪，收集了30臺客戶認為“可以接受”的叉車振動數據。根據這些數據得到“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臺振動數據的局部。

表1 收集到的客戶評價及對應測試值(局部)

(3)數據處理

將以上數據帶入MINITAB中，可方便的計算得到以下結果，如圖4、5所示。

圖4 MINITAB計算得到方向機振動可以接受的置信區間

根據圖4、5，可發現，收集到的數據嚴格符合正態分布，方向機怠速振動均值為12．7 m/s2，標準差為2．4，99% 的均值置信區間為［11．5 m/s2，13．9 m/s2］。座椅怠速振動均值為 3．8 m/s2，標準差為 1．1，99%的均值置信區間為［3．2 m/s2，4．3 m/s2］。

圖5 MINITAB計算得到座椅振動可以接受的置信區間

(4)指標生成

根據以上結果可生成以下評價指標，如表2。

表2 叉車怠速振動舒適度評價指標

5 驗證與結論

應用此論文得到的評價指標，抽取了15名不同特征的叉車司機進行了驗證，司機主觀評價與測試后評價的吻合度達到80%以上，說明筆者提到的方法科學，得到的評價指標可行。今后將積極的擴大樣本量，使得評價指標更加合理，同時大力推進指標應用到整個叉車行業，為企業和客戶創造更大價值。

［1］ GB/Z 26139-2010土方機械．駕乘式機器暴露于全身振動的評價指南［S］．

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

［3］ JB/T 3300-2010平衡重式叉車 整機試驗方法［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］．鐵道機車車輛，2013(6):93-95．

［5］ 劉習軍，張西強，張素俠．人-車-橋耦合系統振動分析及乘客舒適度評價［J］．機械科學與技術，2014(9):1387-1392．

［6］ 孫慧玲．取定統計量下最優置信區間的估計［J］．統計與決策，2009(4):6-9．