新型計算機控制合頁（鉸鏈）力學性能檢測設備的研制

黃領周 林景宇 王維真 陳俊健 虞君錨

摘要

現有的檢測設備無法滿足行業標準JG/T125-2017（（建筑門窗五金件合頁（鉸鏈）》的要求，且存在通用性差，故障率高，自動化程度低等問題。該文研究將位移傳感器、伺服電機、減速機、力傳感器、步進電機等器件應用到合頁（鉸鏈）檢測設備上，從而提高檢測結果準確性及設備的智能化水平，同時通過使用合頁（較鏈）安裝夾具，達到提高設備安裝通用性，減少試驗門窗數量的目的。

【關鍵詞】合頁（校鏈） 計算機控制 合頁（鉸鏈）安裝夾具 智能化檢測設備

隨著中國建筑行業的迅速發展，作為建筑門窗五金配件的合頁（鉸鏈）產品種類日新月異，高強度、高精度、多功能產品成為消費者的追求。合頁（鉸鏈）是門窗主要的承重部件，其使用便利性、操作安全性非常重要，與人民群眾的生產生活息息相關，因此對合頁（鉸鏈）產品的質量進行檢測很有必要。

由于行業標準JG/T125-2017《建筑門窗五金件合頁（鉸鏈）》的更新，新增了使用頻率I（反復啟閉次省≥20萬次）的門用合頁（鉸鏈），其測試方式與使用頻率11（反復啟閉次數≥10萬次）的明裝式門用合頁（鉸鏈）、使用頻率Ⅲ（反復啟閉次數≥2.5萬次）的窗用合頁（鉸鏈）不同，目前的設備已無法滿足新標準的要求。另外市場上現有的合頁（鉸鏈）力學性能檢測設備也存在通用性差，故障率高，自動化程度低等問題，因此很有必要研制一臺新的合頁（鉸鏈）力學性能檢測設備。

1 計算機控制合頁（鉸鏈）力學性能檢測設備

計算機控制合頁（鉸鏈）力學性能檢測設備由計算機控制柜、合頁（鉸鏈）壽命性能測試臺及合頁（鉸鏈）靜態荷載測試臺三部分構成，由計算機控制合頁（鉸鏈）壽命性能測試臺及合頁（鉸鏈）靜態荷載測試臺完成相關測試。

1.1 合頁（校鏈）靜態荷載測試臺

上部合頁（鉸鏈）承受靜態荷載測試項目由合頁（鉸鏈）靜態荷載測試臺完成。該測試臺由伺服電機、滾珠絲杠、可調式合頁固定塊、力傳感器、拉壓力夾具、導軌等組成。

將合頁（鉸鏈）固定在可調式合頁固定塊上，合頁固定塊與拉壓力檢測裝置夾具相連，根據合頁（鉸鏈）承載質量大小，查標準JG/T125-2017《建筑門窗五金件合頁（鉸鏈）》得到對應的拉力值，在測試軟件中設置拉力值，然后啟動測試。通過計算機軟件驅動電機施加拉力，直至上部合頁承受規定承載拉力，試驗后試樣不應斷裂。

1.2 合頁（校鏈）壽命性能測試臺

1.2.1 使用頻率I（反復啟閉次數≥20萬次）的門用合頁（鉸鏈）測試系統

將被測合頁（鉸鏈）安裝在專用夾具上，再將夾具安裝在模擬門窗與框架上;通過軟件控制伺服電機驅動鋼制模擬門做反復啟閉運動;通過軟件設置試驗次數及試驗頻率;使用砝碼滑輪裝置測試啟閉力;使用兩只位移傳感器分別測量水平方向變形和垂直方向變形;使用砝碼配合氣缸在門扇重心處加載標準要求的承重級別，試驗后水平方向和垂直方向的變形需滿足標準要求，如圖1所示。

1.2.2 使用頻率Ⅱ（反復啟薄次數≥10萬次）的明裝式門用合頁（鉸鏈）、使用頻率Ⅲ（反復啟閉次數≥2.5萬次）的窗用合頁（鉸鏈）測試系統

將測試合頁（鉸鏈）安裝在專用夾具上，再將夾具安裝在模擬門窗與框架上;通過軟件控制伺服電機驅動模擬門窗做反復啟閉運動;通過軟件設置試驗次數及試驗頻率;使用位移傳感器測量豎直方向的位置變化量;使用砝碼滑輪裝置測試啟閉力;通過計算機軟件控制電機或者采用砝碼配合氣缸給模擬門窗施加500±10N的力完成承重性能測試，施加1000±10N的力完成懸端吊重測試;通過10kg砝碼自由落體運動帶動門窗扇往開啟方向運動，模擬門窗通過慣性撞擊剛性模擬墻完成撞擊洞口試驗;通過10kg砝碼自由落體運動帶動門窗扇往關閉方向運動，模擬門窗通過慣性撞擊障礙物完成撞擊障礙物測試。

1.2.3 模擬門窗及合頁（鉸鏈）安裝夾具的設計

（1）模擬門窗的設計。根據合頁（鉸鏈）安裝在門上的位置的不同分為兩種情況：（a）合頁（鉸鏈）安裝在門窗的角部，（b）合頁（鉸鏈）安裝在距離扇外端末段不大于200mm的位置。根據合頁（鉸鏈）安裝位置的不同，將標準要求的每一種規格的模擬門窗分兩種樣式設計，一種為角部安裝合頁（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（鉸鏈）夾具。

（2）合頁（鉸鏈）安裝夾具的設計。合頁（鉸鏈）安裝夾具用于將合頁（鉸鏈）與模擬門窗及門框聯接固定，從而完成對合頁（鉸鏈）的測試。合頁（鉸鏈）安裝夾具的樣式參考合頁（鉸鏈）實際安裝的型材進行設計，從而實現合頁（鉸鏈）模擬實際使用情況進行安裝測試的目的。

2 電氣控制

該測試裝置由上位機控制系統（計算機系統）及底層控制系統（PLC、伺服電機、位移傳感器、氣缸、步進電機等）組成，計算機系統通過RS232串口與底層控制系統進行信號交互，傳輸數據，并進行實時顯示與監控，完成對合頁（鉸鏈）的智能化檢測。測試人員通過計算機系統選擇要測試的項目、設置試驗頻率、試驗次數等信息，由計算機控制底層控制系統的核心PLC實現對伺服電機、位移傳感器、氣缸、提供拉壓力的電機及傳感器的控制完成相關測試，同時計算機也將測試過程中的實時信息、數據反饋給測試人員。通過位置開關、位置傳感器、力傳感器等設備實現對測試過程的監測，如果發現試驗過程中出現意外，可實現停機報警功能。

3 計算機軟件的設計

根據合頁（鉸鏈）類別的不同，將合頁按使用頻率I（反復啟閉次數≥20萬次）的門用合頁（鉸鏈）、使用頻率Ⅱ（反復啟閉次數≥10萬次）的明裝式門用合頁（鉸鏈）、使用頻率Ⅲ（反復啟閉次數≥2.5萬次）的窗用合頁（鉸鏈）三類合頁分三個測試頁面進行設計。每個測試頁面的基本測試功能分為性能測試和耐久測試，性能測試包括：承重性能、承受靜態荷載、懸端吊重等項目。其中使用頻率I的合頁（鉸鏈）只用測試承重性能項目。承受靜態荷載項目可生成性能曲線圖，并可將曲線圖打印輸出。

耐久測試為反復啟閉項目，通過軟件設計試驗次數和試驗頻率，計算機控制位移傳感器測試初始位置參數，然后控制伺服電機帶動模擬門窗做啟閉運動，達到試驗次數后計算機控制位移傳感器測量位置變形量，試驗后查看位置變形量是否滿足標準要求，且試件有無嚴重變形或損壞能否正常啟閉。具體試驗過程如圖2所示。

4 結語

計算機控制合頁（鉸鏈）力學性能檢測設備有三個滿足使用頻率Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類合頁（鉸鏈）檢測需要的工位，不僅可以大大提高檢測效率，還可以滿足多種不同類型合頁的檢測需要。目前大部分合頁（鉸鏈）生產企業都是采用一種類型合頁（鉸鏈）對應一種門窗的方式進行檢測，如果測試另一類型的合頁（鉸鏈）就需要更換對應的試驗門窗，這樣就需要很多的試驗門窗。本項目通過采用模擬門窗及參考合頁（鉸鏈）實際安裝型材樣式設計的合頁（鉸鏈）安裝夾具，解決了更換不同類型合頁（鉸鏈）時須更換對應型材的問題，從而達到減少試驗門窗，滿足通用性要求，提高檢測效率，并可減少測試成本的目的。項目研制成功后，可向檢測機構和生產企業推廣，大大提高檢測效率，并可滿足對合頁（鉸鏈）產品的質量監督，從而對保障產品質量以及消費者權益具有重要意義。

參考文獻

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