建筑外門窗物理性能檢測設備的加壓方式探討

譚東來

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

在各種建筑外門窗氣密、水密及抗風壓性能的檢測中，常用的檢測設備為門窗物理檢測設備。該設備構成為：壓力箱、淋水裝置、進氣口擋板、壓力控制裝置、供風設備、水流量計、差壓測量裝置、安裝框架、空氣流量測量裝置、試件、空氣收集箱、密封條、位移測量裝置、封板。

其中空氣收集箱與壓力箱采用旋轉氣缸夾緊，壓力箱上的測試試件則通過滑動加力梁手動螺桿夾緊放開。為了使操作更加方便，簡化操作步驟，使該儀器更加智能化，現將壓力箱的滑動加力梁手動螺桿模式改為如空氣收集箱與壓力箱所采用的旋轉氣缸夾緊氣動模式。

1 設備操作分析

在操作門窗物理檢測設備測試氣密性試驗時，使用空氣收集箱對空氣滲漏量的采集。其操作規程為：

⑴試件安裝前，按標準要求檢查是否符合安裝要求：可開啟部分功能正常，表面不可沾有油污等不潔物。

⑵測量被測試試件的外形尺寸，分清被測試試件的戶內、戶外面，選用適當的系列豎隔板與升降橫隔板搭配使用。

⑶用滑動加力梁夾緊試件。完全固定好后，檢查是否將試件夾緊，確認夾緊后進入下一步。

⑷將空氣收集箱扣在壓力箱前面，打開閥門，使氣缸鎖緊，保證其密封性。

⑸開始試驗。在上述的第三步中，滑動加力梁的作用為固定試件，將橫向施壓作用于試件，使試件緊貼儀器。現設備是通過手動裝置(手動裝置由多根手動螺桿組成)璇緊松開推動滑動加力梁前進后退，從而壓緊或松開試件。（手動螺桿如圖1 所示）在實際操作時，由于多根手動螺桿的物理因素，容易出現壓力不均，其中部分螺桿未鎖死等人為因素而導致檢測產生誤差。而且多根螺桿（如圖2）會導致操作不便，在檢測時往往需要耗費大量時間用于擰緊以及松開多根手動螺桿，這步操作使測量試件的時間成本增加。

圖1

圖2

2 氣動加壓設施的研究

在了解門窗物理性能檢測設備的基本構造之后，針對所發現的滑動加力梁加壓時所采取的手動加壓的問題，先對其進行改進。在操作人員開展測試時，應先對試件進行固定，如果采用的是多根手動螺桿進行加壓控制，就會導致時間成本提高，于是，現改良為氣動加壓裝置（見圖3）。

圖3

該氣動裝置采用的為AIRTAC 的轉角氣缸，活塞外徑為16mm，氣缸內徑為32mm 最大壓力422.2N，該氣動活塞的有幾大特性：

⑴密封材質保證了氣缸在各種條件下使用的可靠性能，使其在各種測試條件下能夠有效的保證穩定工作。

⑵三導向槽結構，導向精準性高。使其在穩定工作的同時，保證輸出給滑動加力梁的橫向壓力始終在同一位置，不會因為其而產生橫向壓力不均等的誤差。

⑶活塞桿件均為特殊合金鋼，經熱處理后，能保證更長的使用壽命。這能大幅度保證其穩定性與耐用性，使門窗物理性能檢測裝置能持久運行。

其內部架構以及主要材質如圖4、表1 所示。

圖4

表1

該氣動裝置原理為：壓縮空氣通過配氣閥，向氣缸供氣，從而膨脹做功，通過連桿推動曲軸旋轉，使活塞縮進，進而帶動滑動加力梁向試件方向運動，從而達到固定試件的目的。在試件測試完畢是，將通過泄氣閥將壓縮氣體排出缸體，從而使壓力減少，連桿向外運動，松開滑動加力梁，從而使試件脫離門窗物理性能檢測設備。在這一過程中，可完全脫離手動螺桿，實現自動化。

對比與使用手動螺桿固定試件，氣動活塞不但能節約時間成本，還能實現自動化，脫離人工，能消除因人為操作不當而帶來的誤差，使門窗物理性能檢測設備的使用更為簡潔，效率更高。在使用手動螺桿進行試件的固定時，由于多根螺桿(每條加力梁由上到下有5 根，而固定一個窗至少要4 條加力梁共20 根螺桿) 的位置差異以及人為因素，基本每根手動螺桿在擰緊時對試件的壓力都有差別，往往最下擰緊后由于下面的壓力大于上方螺桿所造成的壓力，使加力梁與試件形成夾角，這樣會使加力梁的上方手動螺桿的壓力減小，從而使上方手動螺桿松懈。在這種固定試件的方式下進行對窗戶試樣的氣密水密試驗是有一定的影響，這將會對試件的測量產生誤差。而在使用氣動裝置進行固定時，由于氣動的量程為設定好的閾值，所以能保證每次的固定都為統一壓力，而且氣動能夠使加力梁上下方向同時加壓，這樣會使壓力均勻的加至試件上，這樣對于試件的密封將有極大的改善。

在人員的調動上，采用了氣動裝置代替手動螺桿的門窗物理檢測設備對于人員的要求將小于采用手動螺桿的門窗物理檢測設備。采用了啟動裝置的門窗物理檢測設備可以減少手動加壓的人員需求，從而降低了檢測成本。對于時間的成本也將減少許多。根據采樣分析，采用手動螺桿夾緊試件的時間約為兩分鐘（從上至下擰緊4 條加力梁20 根螺桿）而這還是在操作熟練的人員上測得的數據，在采用了氣動加壓裝置的門窗性能檢測設備夾緊一個試件所需時間僅僅為5 秒。氣動加壓裝置將整個加壓過程的時間效率提升了二十倍，這對于檢測時間有著極大的推進作用。

氣動加壓裝置不僅對于人員的要求少，效率高，還有許多其他的優點，例如：

⑴保持液壓無須消耗能量，在固定完試件之后無需再給予能量保持。

⑵具有防爆功能，無需電力或電線連接。

⑶結構小巧，重量輕，不受天氣變化影響，不會輕易受到外界因素影響。

⑷易實現自動控制，易于幫助門窗物理檢測實現全自動化控制，從而進一步減少人員的支出。

⑸抗污染性好。

⑹輸出靜態壓力由驅動氣壓來調節。

⑺輸出壓力達80000PSI 的壓力。

⑻在滿負載時非常容易進行啟動、停止操作，這對于試件的夾緊以及拆卸十分的方便。

⑼十分易與安裝與操作。

⑽維護簡單：與其他加壓裝置相比，其結構簡單，易于維護。

⑾使用范圍廣：凡是氣源壓力不夠高，無論是機械或測試裝置，均可采用增壓泵。

⑿自動保壓：無論何種原因造成保壓回路壓力下降，增壓泵將自動啟動，補充泄漏壓力，保持回路壓力恒定。

⒀操作安全：采用氣體驅動，無電弧及火花，完全用于有易燃、易爆的液體或氣體場所。

⒁性價比高：氣動加壓裝置是一種柱塞泵，工作時增壓泵迅速往復工作，隨著輸出壓力的增高，泵的往復減慢直至停止，此時泵的壓力恒定，能量消耗最低，各部件停止運動。

工作原理：該氣動裝置是可以由多種氣體驅動，其中包括由液化氮氣，壓縮空氣，管道氮氣、水蒸氣等等。該氣動裝置還有自動保壓的功能。在裝置工作時，在隨著輸出壓力逐漸靠近設定的壓力值時，泵的往復運動的速度會緩慢減慢直到完全停下，這時裝置會保持這個壓力，這樣會使能量消耗減至極小值，并且將無熱量的產生，無零件的運動。而當壓力平衡被打破之后，氣動增壓泵將會自動開始工作直到下一個平衡。該裝置的材質也十分優良，其中的高壓部分采用不銹鋼為材料制作，耐用性能良好。而且由于氣動增壓泵的零件和其密封的位置十分少，所以維護十分簡單而且成本也不高。

3 結論

綜上所述，在經過了不完全統計下，使用氣動加壓裝置的門窗物理檢測設備的效率要遠遠高于使用手動螺桿的門窗物理檢測設備，這說明氣動加壓裝置對于門窗物理檢測設備是帶來優化的。無論是人員減少方面還是安裝所需時間方面，氣動加壓裝置的優點都是遙遙領先與手動螺桿裝置的，所以這次對于門窗物理檢測設備的改良我認為是可行的。氣動加壓裝置不僅能縮短操作所需時間，更能減少人員的需求，對于檢測工作的效率提升極大。