新型計(jì)算機(jī)控制合頁(yè)（鉸鏈）力學(xué)性能檢測(cè)設(shè)備的研制

黃領(lǐng)周 林景宇 王維真 陳俊健 虞君錨

摘要

現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T125-2017（（建筑門(mén)窗五金件合頁(yè)（鉸鏈）》的要求，且存在通用性差，故障率高，自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。該文研究將位移傳感器、伺服電機(jī)、減速機(jī)、力傳感器、步進(jìn)電機(jī)等器件應(yīng)用到合頁(yè)（鉸鏈）檢測(cè)設(shè)備上，從而提高檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性及設(shè)備的智能化水平，同時(shí)通過(guò)使用合頁(yè)（較鏈）安裝夾具，達(dá)到提高設(shè)備安裝通用性，減少試驗(yàn)門(mén)窗數(shù)量的目的。

【關(guān)鍵詞】合頁(yè)（校鏈） 計(jì)算機(jī)控制 合頁(yè)（鉸鏈）安裝夾具 智能化檢測(cè)設(shè)備

隨著中國(guó)建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，作為建筑門(mén)窗五金配件的合頁(yè)（鉸鏈）產(chǎn)品種類(lèi)日新月異，高強(qiáng)度、高精度、多功能產(chǎn)品成為消費(fèi)者的追求。合頁(yè)（鉸鏈）是門(mén)窗主要的承重部件，其使用便利性、操作安全性非常重要，與人民群眾的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，因此對(duì)合頁(yè)（鉸鏈）產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)很有必要。

由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T125-2017《建筑門(mén)窗五金件合頁(yè)（鉸鏈）》的更新，新增了使用頻率I（反復(fù)啟閉次省≥20萬(wàn)次）的門(mén)用合頁(yè)（鉸鏈），其測(cè)試方式與使用頻率11（反復(fù)啟閉次數(shù)≥10萬(wàn)次）的明裝式門(mén)用合頁(yè)（鉸鏈）、使用頻率Ⅲ（反復(fù)啟閉次數(shù)≥2.5萬(wàn)次）的窗用合頁(yè)（鉸鏈）不同，目前的設(shè)備已無(wú)法滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。另外市場(chǎng)上現(xiàn)有的合頁(yè)（鉸鏈）力學(xué)性能檢測(cè)設(shè)備也存在通用性差，故障率高，自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，因此很有必要研制一臺(tái)新的合頁(yè)（鉸鏈）力學(xué)性能檢測(cè)設(shè)備。

1 計(jì)算機(jī)控制合頁(yè)（鉸鏈）力學(xué)性能檢測(cè)設(shè)備

計(jì)算機(jī)控制合頁(yè)（鉸鏈）力學(xué)性能檢測(cè)設(shè)備由計(jì)算機(jī)控制柜、合頁(yè)（鉸鏈）壽命性能測(cè)試臺(tái)及合頁(yè)（鉸鏈）靜態(tài)荷載測(cè)試臺(tái)三部分構(gòu)成，由計(jì)算機(jī)控制合頁(yè)（鉸鏈）壽命性能測(cè)試臺(tái)及合頁(yè)（鉸鏈）靜態(tài)荷載測(cè)試臺(tái)完成相關(guān)測(cè)試。

1.1 合頁(yè)（校鏈）靜態(tài)荷載測(cè)試臺(tái)

上部合頁(yè)（鉸鏈）承受靜態(tài)荷載測(cè)試項(xiàng)目由合頁(yè)（鉸鏈）靜態(tài)荷載測(cè)試臺(tái)完成。該測(cè)試臺(tái)由伺服電機(jī)、滾珠絲杠、可調(diào)式合頁(yè)固定塊、力傳感器、拉壓力夾具、導(dǎo)軌等組成。

將合頁(yè)（鉸鏈）固定在可調(diào)式合頁(yè)固定塊上，合頁(yè)固定塊與拉壓力檢測(cè)裝置夾具相連，根據(jù)合頁(yè)（鉸鏈）承載質(zhì)量大小，查標(biāo)準(zhǔn)JG/T125-2017《建筑門(mén)窗五金件合頁(yè)（鉸鏈）》得到對(duì)應(yīng)的拉力值，在測(cè)試軟件中設(shè)置拉力值，然后啟動(dòng)測(cè)試。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件驅(qū)動(dòng)電機(jī)施加拉力，直至上部合頁(yè)承受規(guī)定承載拉力，試驗(yàn)后試樣不應(yīng)斷裂。

1.2 合頁(yè)（校鏈）壽命性能測(cè)試臺(tái)

1.2.1 使用頻率I（反復(fù)啟閉次數(shù)≥20萬(wàn)次）的門(mén)用合頁(yè)（鉸鏈）測(cè)試系統(tǒng)

將被測(cè)合頁(yè)（鉸鏈）安裝在專(zhuān)用夾具上，再將夾具安裝在模擬門(mén)窗與框架上;通過(guò)軟件控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼制模擬門(mén)做反復(fù)啟閉運(yùn)動(dòng);通過(guò)軟件設(shè)置試驗(yàn)次數(shù)及試驗(yàn)頻率;使用砝碼滑輪裝置測(cè)試啟閉力;使用兩只位移傳感器分別測(cè)量水平方向變形和垂直方向變形;使用砝碼配合氣缸在門(mén)扇重心處加載標(biāo)準(zhǔn)要求的承重級(jí)別，試驗(yàn)后水平方向和垂直方向的變形需滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖1所示。

1.2.2 使用頻率Ⅱ（反復(fù)啟薄次數(shù)≥10萬(wàn)次）的明裝式門(mén)用合頁(yè)（鉸鏈）、使用頻率Ⅲ（反復(fù)啟閉次數(shù)≥2.5萬(wàn)次）的窗用合頁(yè)（鉸鏈）測(cè)試系統(tǒng)

將測(cè)試合頁(yè)（鉸鏈）安裝在專(zhuān)用夾具上，再將夾具安裝在模擬門(mén)窗與框架上;通過(guò)軟件控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)模擬門(mén)窗做反復(fù)啟閉運(yùn)動(dòng);通過(guò)軟件設(shè)置試驗(yàn)次數(shù)及試驗(yàn)頻率;使用位移傳感器測(cè)量豎直方向的位置變化量;使用砝碼滑輪裝置測(cè)試啟閉力;通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制電機(jī)或者采用砝碼配合氣缸給模擬門(mén)窗施加500±10N的力完成承重性能測(cè)試，施加1000±10N的力完成懸端吊重測(cè)試;通過(guò)10kg砝碼自由落體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)門(mén)窗扇往開(kāi)啟方向運(yùn)動(dòng)，模擬門(mén)窗通過(guò)慣性撞擊剛性模擬墻完成撞擊洞口試驗(yàn);通過(guò)10kg砝碼自由落體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)門(mén)窗扇往關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)，模擬門(mén)窗通過(guò)慣性撞擊障礙物完成撞擊障礙物測(cè)試。

1.2.3 模擬門(mén)窗及合頁(yè)（鉸鏈）安裝夾具的設(shè)計(jì)

（1）模擬門(mén)窗的設(shè)計(jì)。根據(jù)合頁(yè)（鉸鏈）安裝在門(mén)上的位置的不同分為兩種情況：（a）合頁(yè)（鉸鏈）安裝在門(mén)窗的角部，（b）合頁(yè)（鉸鏈）安裝在距離扇外端末段不大于200mm的位置。根據(jù)合頁(yè)（鉸鏈）安裝位置的不同，將標(biāo)準(zhǔn)要求的每一種規(guī)格的模擬門(mén)窗分兩種樣式設(shè)計(jì)，一種為角部安裝合頁(yè)（鉸鏈）夾具，另一種為在距離扇外端末段不大于200mm的位置安裝合頁(yè)（鉸鏈）夾具。

（2）合頁(yè)（鉸鏈）安裝夾具的設(shè)計(jì)。合頁(yè)（鉸鏈）安裝夾具用于將合頁(yè)（鉸鏈）與模擬門(mén)窗及門(mén)框聯(lián)接固定，從而完成對(duì)合頁(yè)（鉸鏈）的測(cè)試。合頁(yè)（鉸鏈）安裝夾具的樣式參考合頁(yè)（鉸鏈）實(shí)際安裝的型材進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)合頁(yè)（鉸鏈）模擬實(shí)際使用情況進(jìn)行安裝測(cè)試的目的。

2 電氣控制

該測(cè)試裝置由上位機(jī)控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）及底層控制系統(tǒng)（PLC、伺服電機(jī)、位移傳感器、氣缸、步進(jìn)電機(jī)等）組成，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)RS232串口與底層控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)交互，傳輸數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控，完成對(duì)合頁(yè)（鉸鏈）的智能化檢測(cè)。測(cè)試人員通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇要測(cè)試的項(xiàng)目、設(shè)置試驗(yàn)頻率、試驗(yàn)次數(shù)等信息，由計(jì)算機(jī)控制底層控制系統(tǒng)的核心PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)、位移傳感器、氣缸、提供拉壓力的電機(jī)及傳感器的控制完成相關(guān)測(cè)試，同時(shí)計(jì)算機(jī)也將測(cè)試過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息、數(shù)據(jù)反饋給測(cè)試人員。通過(guò)位置開(kāi)關(guān)、位置傳感器、力傳感器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試過(guò)程的監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)意外，可實(shí)現(xiàn)停機(jī)報(bào)警功能。

3 計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

根據(jù)合頁(yè)（鉸鏈）類(lèi)別的不同，將合頁(yè)按使用頻率I（反復(fù)啟閉次數(shù)≥20萬(wàn)次）的門(mén)用合頁(yè)（鉸鏈）、使用頻率Ⅱ（反復(fù)啟閉次數(shù)≥10萬(wàn)次）的明裝式門(mén)用合頁(yè)（鉸鏈）、使用頻率Ⅲ（反復(fù)啟閉次數(shù)≥2.5萬(wàn)次）的窗用合頁(yè)（鉸鏈）三類(lèi)合頁(yè)分三個(gè)測(cè)試頁(yè)面進(jìn)行設(shè)計(jì)。每個(gè)測(cè)試頁(yè)面的基本測(cè)試功能分為性能測(cè)試和耐久測(cè)試，性能測(cè)試包括：承重性能、承受靜態(tài)荷載、懸端吊重等項(xiàng)目。其中使用頻率I的合頁(yè)（鉸鏈）只用測(cè)試承重性能項(xiàng)目。承受靜態(tài)荷載項(xiàng)目可生成性能曲線圖，并可將曲線圖打印輸出。

耐久測(cè)試為反復(fù)啟閉項(xiàng)目，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)次數(shù)和試驗(yàn)頻率，計(jì)算機(jī)控制位移傳感器測(cè)試初始位置參數(shù)，然后控制伺服電機(jī)帶動(dòng)模擬門(mén)窗做啟閉運(yùn)動(dòng)，達(dá)到試驗(yàn)次數(shù)后計(jì)算機(jī)控制位移傳感器測(cè)量位置變形量，試驗(yàn)后查看位置變形量是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，且試件有無(wú)嚴(yán)重變形或損壞能否正常啟閉。具體試驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)控制合頁(yè)（鉸鏈）力學(xué)性能檢測(cè)設(shè)備有三個(gè)滿(mǎn)足使用頻率Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)合頁(yè)（鉸鏈）檢測(cè)需要的工位，不僅可以大大提高檢測(cè)效率，還可以滿(mǎn)足多種不同類(lèi)型合頁(yè)的檢測(cè)需要。目前大部分合頁(yè)（鉸鏈）生產(chǎn)企業(yè)都是采用一種類(lèi)型合頁(yè)（鉸鏈）對(duì)應(yīng)一種門(mén)窗的方式進(jìn)行檢測(cè)，如果測(cè)試另一類(lèi)型的合頁(yè)（鉸鏈）就需要更換對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)門(mén)窗，這樣就需要很多的試驗(yàn)門(mén)窗。本項(xiàng)目通過(guò)采用模擬門(mén)窗及參考合頁(yè)（鉸鏈）實(shí)際安裝型材樣式設(shè)計(jì)的合頁(yè)（鉸鏈）安裝夾具，解決了更換不同類(lèi)型合頁(yè)（鉸鏈）時(shí)須更換對(duì)應(yīng)型材的問(wèn)題，從而達(dá)到減少試驗(yàn)門(mén)窗，滿(mǎn)足通用性要求，提高檢測(cè)效率，并可減少測(cè)試成本的目的。項(xiàng)目研制成功后，可向檢測(cè)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)推廣，大大提高檢測(cè)效率，并可滿(mǎn)足對(duì)合頁(yè)（鉸鏈）產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督，從而對(duì)保障產(chǎn)品質(zhì)量以及消費(fèi)者權(quán)益具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]樸永日.淺談合頁(yè)（鉸鏈）的受力分析[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2011（07）：24-31.

[2]JG/T125-2017.建筑門(mén)窗五金件 合頁(yè)（鉸鏈）[S].

[3]British Standard.BS EN 1935-2002建筑用五金.單軸向絞鏈.要求和試驗(yàn)方法[S].Brussels，2002.

[4]付建平.淺談門(mén)窗五金配件的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，19：82-86.