五金水暖機械性能試驗機設計

沈 旭， 孫啟國， 白冬軍， 李永威

（1.北京市公用事業科學研究所，北京 100011；2.北方工業大學，北京 100144）

0 引言

散熱器恒溫控制閥于20世紀40年代最早在歐洲出現，在80年代初我國開始自行研制散熱器恒溫控制閥，進入21世紀，隨著熱計量政策及技術的不斷深化及廣大人民群眾對居室溫度的個性化要求，各種國產、進口散熱器恒溫控制閥產品應運而生，并在國內很多工程項目中被采用。

1 本課題研究的目的和意義

目前，散熱器恒溫控制閥制造技術已基本成熟 （見圖1），但散熱器恒溫控制閥的檢測技術仍處于初級階段，大多數檢測、認證部門只能做出流量特性曲線的檢測，無法做出機械性能試驗 （閥體裝配件抗彎性試驗、閥頭抗扭性試驗、閥頭抗彎性試驗、機械強度試驗、溫度強度試驗、溫度極限試驗）的檢測、認證。嚴重地制約了散熱器恒溫控制閥的質量水平，機械性能試驗是衡量散熱器恒溫控制閥質量的重要指標，也是散熱器恒溫控制閥產業化發展的瓶頸。因此，研制一種高效而實用的機械性能試驗設備已成為國內、外一項重要的研究課題。

圖1 散熱器恒溫控制閥

2 主要研究的內容

（1）利用鉸鏈四桿機構直線運動與旋轉（圓周）運動互換原理實現試樣任意角度旋轉的高效新型機械性能檢測設備。

（2）對建筑用五金水暖機械性能試驗機進行理論設計。

（3）確定試驗全過程各工作部件之間的相互關系。

（4）設計建筑用五金水暖機械性能試驗機結構裝置。

（5）具體實施方式說明。

3 建筑用五金水暖機械性能試驗機的設計思想

本文將提供一種檢測建筑用五金水暖中的陶瓷片密封水嘴和散熱器恒溫控制閥的機械性能試驗、溫度強度試驗、密封性能試驗、使用壽命試驗的機械裝置。

圖2 檢測效率低、旋轉角度單一的試驗機

中國專利公開的建筑用五金水暖檢測設備，只有檢測陶瓷片密封水嘴開關和水嘴出水管壽命的試驗機，尚未有檢測散熱器恒溫控制閥機械性能的試驗機，如：中國專利公開的一種檢測用試驗機，只能檢測陶瓷片密封水嘴開關和水嘴出水管壽命，一次只能裝夾一個試樣，做完次后，在更換另一個試樣；利用電機正、反轉實現試樣的旋轉動作。該試驗機檢測效率低、裝夾繁瑣、試樣旋轉不均、旋轉角度單一、電機損耗大，不適于做頻繁旋轉、多次數的試驗，如圖2所示。

本實用新型就是針對已有技術存在的不合理性，結合研發工作和檢測過程的需要，設計提供一種一次裝夾多個試樣，利用鉸鏈四桿機構直線運動與旋轉（圓周）運動互換原理實現試樣任意角度旋轉的高效新型機械性能檢測設備。

依據GB/T 18145-2003《陶瓷片密封水嘴》、JG/T 195-2007《散熱器恒溫控制閥》、DS/EN 215：2004《Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods》等標準進行設計。目的在于提供一種既能檢測陶瓷片密封水嘴開關和水嘴出水管壽命試驗，又能檢測散熱器恒溫控制閥機械性能試驗的機械裝置。該機械具有裝夾試樣多、旋轉角度廣（0°～270°）、電機損耗低、定位準確高、結構簡單、使用壽命長、易操作、檢測效率高、勞動強度低、安全可靠性高等特點。

技術方案：利用鉸鏈四桿機構直線運動與旋轉（圓周）運動互換原理來實現試樣任意角度的旋轉。把與電機軸相聯并能作整周回轉運動的連架桿稱為曲柄，即：主動輪6；把不與機架相聯的構件稱為連桿，即：桿件11和桿件8.1；把只能在一定角度范圍內擺動的連架桿稱為搖桿，即：從動輪9和從動輪8。構件：主動輪6、桿件11和從動輪9組成曲柄搖桿機構，所需的旋轉角度可根據機械原理中"平面連桿機構及其設計"的知識來計算出曲柄、連桿、搖桿的長度和相對位置，并應滿足：①曲柄為最短桿；②最短桿與最長桿的長度之和，小于或等于其它兩桿長度之和，在配上本實用新型設計的專用夾具（14）、專用夾具15即可完成陶瓷片密封水嘴開關和水嘴出水管壽命的試驗。做散熱器恒溫控制閥試驗時，則需把連桿機構2分別與主動輪1和從動輪3聯接，所需的旋轉角度可通過改變連桿機構2、連桿機構4 的長度進行調節， 即可實現從“※（0）擋”～“5 擋”、 0°～270°旋轉試驗，調節方法同上所述，試樣裝夾夾具為本實用新型設計的專用夾具15。

圖3 檢測陶瓷片密封水嘴試驗機結構圖

圖4 檢測陶瓷片密封水嘴傳動機構圖

圖5 檢測溫控閥試驗機結構圖

圖6 檢測溫控閥傳動機構圖

4 五金水暖機械性能試驗機的具體實施方式

4.1 具體實施方式

結合附圖實施例做進一步的描述，建筑用五金水暖機械性能試驗機由步進電動機、機架、主動輪（曲柄）、連桿、從動輪（搖桿）、電機軸、通水軸（輸出軸）、滾動軸承、兩套專用夾具等構成。試驗機的大小按人的身高160～180mm進行人性化設計，制作前將各部分零件按1∶1的比例在箱體布局，使機構聯接緊湊合理、人性化、可作成系列產品。本實用新型的建筑用五金水暖件機械性能試驗機，可以完成0°～270°的旋轉試驗。以下是對建筑用五金水暖的兩種具有代表性的實例進行闡述。

4.2 實施例1

實施例1適宜陶瓷片密封水嘴開關和水嘴出水管壽命的試驗。本實施例的主動輪1為單拉槽方式曲柄，從動輪5為互成120°的三拉槽方式搖桿，可根據旋轉角度的要求改變連桿在圓盤的位置。桿件2、桿件4為中空心連接桿，便于調節連桿的長度。專用夾具14夾身為空心水盒，可充滿水，在夾身外部可裝有多個水嘴接頭，圖6中只畫出三個。用桿件2分別聯接主動輪1和從動輪5組成曲柄搖桿機構，當電機帶動主動輪1轉動時，主動輪1通過連桿2使從動輪5在0°～180°范圍內擺動，專用夾具上的水嘴便形成0°～180°的旋轉運動，根據實際情況在水嘴把處安裝固定挾持棒，所需的旋轉角度可根據機械原理中 “平面連桿機構及其設計”的知識來計算出曲柄、連桿、搖桿的長度和相對位置，即可完成陶瓷片密封水嘴開關和水嘴出水管壽命的試驗。

4.3 實施例2

實施例2適宜散熱器恒溫控制閥機械性能試驗，其基本原理與實施例1相同，不同之處：夾具不同；連桿聯接的順序不同。散熱器恒溫控制閥的夾持器在內部設有不同規格的水線（15-1），適于夾持各種型號的溫包頭，在該夾具外部裝有特制鎖緊溫包機構（15-2）、（15-3），不會因人為因素造成溫包的外觀缺陷。

實施例2的連接方式為：主動輪1→連桿2→從動輪3一端→從動輪3另一端→連桿4→從動輪5任意一端（根據旋轉角度選定拉槽）。

實施例2的運行動作：電機帶動主動輪1做整周回轉運動→通過連桿2→使從動輪 3做0°～180°范圍內的擺動→通過連桿4進行運動轉換→使從動輪5達到0°～270°范圍的旋轉運動。所需的旋轉角度可根據機械原理中 “平面連桿機構及其設計”的知識來計算出曲柄、各連桿、各搖桿的長度和相對位置，即可完成散熱器恒溫控制閥機械性能試驗。

5 結論

針對國內檢測五金水暖機械性能試驗的現狀，提出了檢測五金水暖機械性能試驗機的設計思路和方案，并根據受力條件對陶瓷片密封水嘴和溫控閥的相關工藝參數進行了試驗和測定。試驗結果表明，頂壓力（旋轉力）為225N，檢測效果最佳。

根據溫控閥產品結構特點，設計了兩種專用夾具機構。可以有效的夾持各種溫控閥門。

試驗結果表明，五金水暖機械性能試驗機能夠完全滿足GB/T 18145-2003《陶瓷片密封水嘴》、JG/T 195-2007《散熱器恒溫控制閥》、DS/EN 215：2004《Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods》標準的設計要求，證實了五金水暖機械性能試驗機設計思路和技術方案的可行性和現實性。

[1]DS/EN215：2004Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods[S].

[2]GB/T 18145-2003陶瓷片密封水嘴[S].

[3]JG/T 195-2007散熱器恒溫控制閥[S].