五金水暖机械性能试验机设计

沈 旭， 孙启国， 白冬军， 李永威

（1.北京市公用事业科学研究所，北京 100011；2.北方工业大学，北京 100144）

0 引言

散热器恒温控制阀于20世纪40年代最早在欧洲出现，在80年代初我国开始自行研制散热器恒温控制阀，进入21世纪，随着热计量政策及技术的不断深化及广大人民群众对居室温度的个性化要求，各种国产、进口散热器恒温控制阀产品应运而生，并在国内很多工程项目中被采用。

1 本课题研究的目的和意义

目前，散热器恒温控制阀制造技术已基本成熟 （见图1），但散热器恒温控制阀的检测技术仍处于初级阶段，大多数检测、认证部门只能做出流量特性曲线的检测，无法做出机械性能试验 （阀体装配件抗弯性试验、阀头抗扭性试验、阀头抗弯性试验、机械强度试验、温度强度试验、温度极限试验）的检测、认证。严重地制约了散热器恒温控制阀的质量水平，机械性能试验是衡量散热器恒温控制阀质量的重要指标，也是散热器恒温控制阀产业化发展的瓶颈。因此，研制一种高效而实用的机械性能试验设备已成为国内、外一项重要的研究课题。

图1 散热器恒温控制阀

2 主要研究的内容

（1）利用铰链四杆机构直线运动与旋转（圆周）运动互换原理实现试样任意角度旋转的高效新型机械性能检测设备。

（2）对建筑用五金水暖机械性能试验机进行理论设计。

（3）确定试验全过程各工作部件之间的相互关系。

（4）设计建筑用五金水暖机械性能试验机结构装置。

（5）具体实施方式说明。

3 建筑用五金水暖机械性能试验机的设计思想

本文将提供一种检测建筑用五金水暖中的陶瓷片密封水嘴和散热器恒温控制阀的机械性能试验、温度强度试验、密封性能试验、使用寿命试验的机械装置。

图2 检测效率低、旋转角度单一的试验机

中国专利公开的建筑用五金水暖检测设备，只有检测陶瓷片密封水嘴开关和水嘴出水管寿命的试验机，尚未有检测散热器恒温控制阀机械性能的试验机，如：中国专利公开的一种检测用试验机，只能检测陶瓷片密封水嘴开关和水嘴出水管寿命，一次只能装夹一个试样，做完次后，在更换另一个试样；利用电机正、反转实现试样的旋转动作。该试验机检测效率低、装夹繁琐、试样旋转不均、旋转角度单一、电机损耗大，不适于做频繁旋转、多次数的试验，如图2所示。

本实用新型就是针对已有技术存在的不合理性，结合研发工作和检测过程的需要，设计提供一种一次装夹多个试样，利用铰链四杆机构直线运动与旋转（圆周）运动互换原理实现试样任意角度旋转的高效新型机械性能检测设备。

依据GB/T 18145-2003《陶瓷片密封水嘴》、JG/T 195-2007《散热器恒温控制阀》、DS/EN 215：2004《Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods》等标准进行设计。目的在于提供一种既能检测陶瓷片密封水嘴开关和水嘴出水管寿命试验，又能检测散热器恒温控制阀机械性能试验的机械装置。该机械具有装夹试样多、旋转角度广（0°～270°）、电机损耗低、定位准确高、结构简单、使用寿命长、易操作、检测效率高、劳动强度低、安全可靠性高等特点。

技术方案：利用铰链四杆机构直线运动与旋转（圆周）运动互换原理来实现试样任意角度的旋转。把与电机轴相联并能作整周回转运动的连架杆称为曲柄，即：主动轮6；把不与机架相联的构件称为连杆，即：杆件11和杆件8.1；把只能在一定角度范围内摆动的连架杆称为摇杆，即：从动轮9和从动轮8。构件：主动轮6、杆件11和从动轮9组成曲柄摇杆机构，所需的旋转角度可根据机械原理中"平面连杆机构及其设计"的知识来计算出曲柄、连杆、摇杆的长度和相对位置，并应满足：①曲柄为最短杆；②最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其它两杆长度之和，在配上本实用新型设计的专用夹具（14）、专用夹具15即可完成陶瓷片密封水嘴开关和水嘴出水管寿命的试验。做散热器恒温控制阀试验时，则需把连杆机构2分别与主动轮1和从动轮3联接，所需的旋转角度可通过改变连杆机构2、连杆机构4 的长度进行调节， 即可实现从“※（0）挡”～“5 挡”、 0°～270°旋转试验，调节方法同上所述，试样装夹夹具为本实用新型设计的专用夹具15。

图3 检测陶瓷片密封水嘴试验机结构图

图4 检测陶瓷片密封水嘴传动机构图

图5 检测温控阀试验机结构图

图6 检测温控阀传动机构图

4 五金水暖机械性能试验机的具体实施方式

4.1 具体实施方式

结合附图实施例做进一步的描述，建筑用五金水暖机械性能试验机由步进电动机、机架、主动轮（曲柄）、连杆、从动轮（摇杆）、电机轴、通水轴（输出轴）、滚动轴承、两套专用夹具等构成。试验机的大小按人的身高160～180mm进行人性化设计，制作前将各部分零件按1∶1的比例在箱体布局，使机构联接紧凑合理、人性化、可作成系列产品。本实用新型的建筑用五金水暖件机械性能试验机，可以完成0°～270°的旋转试验。以下是对建筑用五金水暖的两种具有代表性的实例进行阐述。

4.2 实施例1

实施例1适宜陶瓷片密封水嘴开关和水嘴出水管寿命的试验。本实施例的主动轮1为单拉槽方式曲柄，从动轮5为互成120°的三拉槽方式摇杆，可根据旋转角度的要求改变连杆在圆盘的位置。杆件2、杆件4为中空心连接杆，便于调节连杆的长度。专用夹具14夹身为空心水盒，可充满水，在夹身外部可装有多个水嘴接头，图6中只画出三个。用杆件2分别联接主动轮1和从动轮5组成曲柄摇杆机构，当电机带动主动轮1转动时，主动轮1通过连杆2使从动轮5在0°～180°范围内摆动，专用夹具上的水嘴便形成0°～180°的旋转运动，根据实际情况在水嘴把处安装固定挟持棒，所需的旋转角度可根据机械原理中 “平面连杆机构及其设计”的知识来计算出曲柄、连杆、摇杆的长度和相对位置，即可完成陶瓷片密封水嘴开关和水嘴出水管寿命的试验。

4.3 实施例2

实施例2适宜散热器恒温控制阀机械性能试验，其基本原理与实施例1相同，不同之处：夹具不同；连杆联接的顺序不同。散热器恒温控制阀的夹持器在内部设有不同规格的水线（15-1），适于夹持各种型号的温包头，在该夹具外部装有特制锁紧温包机构（15-2）、（15-3），不会因人为因素造成温包的外观缺陷。

实施例2的连接方式为：主动轮1→连杆2→从动轮3一端→从动轮3另一端→连杆4→从动轮5任意一端（根据旋转角度选定拉槽）。

实施例2的运行动作：电机带动主动轮1做整周回转运动→通过连杆2→使从动轮 3做0°～180°范围内的摆动→通过连杆4进行运动转换→使从动轮5达到0°～270°范围的旋转运动。所需的旋转角度可根据机械原理中 “平面连杆机构及其设计”的知识来计算出曲柄、各连杆、各摇杆的长度和相对位置，即可完成散热器恒温控制阀机械性能试验。

5 结论

针对国内检测五金水暖机械性能试验的现状，提出了检测五金水暖机械性能试验机的设计思路和方案，并根据受力条件对陶瓷片密封水嘴和温控阀的相关工艺参数进行了试验和测定。试验结果表明，顶压力（旋转力）为225N，检测效果最佳。

根据温控阀产品结构特点，设计了两种专用夹具机构。可以有效的夹持各种温控阀门。

试验结果表明，五金水暖机械性能试验机能够完全满足GB/T 18145-2003《陶瓷片密封水嘴》、JG/T 195-2007《散热器恒温控制阀》、DS/EN 215：2004《Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods》标准的设计要求，证实了五金水暖机械性能试验机设计思路和技术方案的可行性和现实性。

[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散热器恒温控制阀[S].