新型计算机控制合页（铰链）力学性能检测设备的研制

黄领周 林景宇 王维真 陈俊健 虞君锚

摘要

现有的检测设备无法满足行业标准JG/T125-2017（（建筑门窗五金件合页（铰链）》的要求，且存在通用性差，故障率高，自动化程度低等问题。该文研究将位移传感器、伺服电机、减速机、力传感器、步进电机等器件应用到合页（铰链）检测设备上，从而提高检测结果准确性及设备的智能化水平，同时通过使用合页（较链）安装夹具，达到提高设备安装通用性，减少试验门窗数量的目的。

【关键词】合页（校链） 计算机控制 合页（铰链）安装夹具 智能化检测设备

随着中国建筑行业的迅速发展，作为建筑门窗五金配件的合页（铰链）产品种类日新月异，高强度、高精度、多功能产品成为消费者的追求。合页（铰链）是门窗主要的承重部件，其使用便利性、操作安全性非常重要，与人民群众的生产生活息息相关，因此对合页（铰链）产品的质量进行检测很有必要。

由于行业标准JG/T125-2017《建筑门窗五金件合页（铰链）》的更新，新增了使用频率I（反复启闭次省≥20万次）的门用合页（铰链），其测试方式与使用频率11（反复启闭次数≥10万次）的明装式门用合页（铰链）、使用频率Ⅲ（反复启闭次数≥2.5万次）的窗用合页（铰链）不同，目前的设备已无法满足新标准的要求。另外市场上现有的合页（铰链）力学性能检测设备也存在通用性差，故障率高，自动化程度低等问题，因此很有必要研制一台新的合页（铰链）力学性能检测设备。

1 计算机控制合页（铰链）力学性能检测设备

计算机控制合页（铰链）力学性能检测设备由计算机控制柜、合页（铰链）寿命性能测试台及合页（铰链）静态荷载测试台三部分构成，由计算机控制合页（铰链）寿命性能测试台及合页（铰链）静态荷载测试台完成相关测试。

1.1 合页（校链）静态荷载测试台

上部合页（铰链）承受静态荷载测试项目由合页（铰链）静态荷载测试台完成。该测试台由伺服电机、滚珠丝杠、可调式合页固定块、力传感器、拉压力夹具、导轨等组成。

将合页（铰链）固定在可调式合页固定块上，合页固定块与拉压力检测装置夹具相连，根据合页（铰链）承载质量大小，查标准JG/T125-2017《建筑门窗五金件合页（铰链）》得到对应的拉力值，在测试软件中设置拉力值，然后启动测试。通过计算机软件驱动电机施加拉力，直至上部合页承受规定承载拉力，试验后试样不应断裂。

1.2 合页（校链）寿命性能测试台

1.2.1 使用频率I（反复启闭次数≥20万次）的门用合页（铰链）测试系统

将被测合页（铰链）安装在专用夹具上，再将夹具安装在模拟门窗与框架上;通过软件控制伺服电机驱动钢制模拟门做反复启闭运动;通过软件设置试验次数及试验频率;使用砝码滑轮装置测试启闭力;使用两只位移传感器分别测量水平方向变形和垂直方向变形;使用砝码配合气缸在门扇重心处加载标准要求的承重级别，试验后水平方向和垂直方向的变形需满足标准要求，如图1所示。

1.2.2 使用频率Ⅱ（反复启薄次数≥10万次）的明装式门用合页（铰链）、使用频率Ⅲ（反复启闭次数≥2.5万次）的窗用合页（铰链）测试系统

将测试合页（铰链）安装在专用夹具上，再将夹具安装在模拟门窗与框架上;通过软件控制伺服电机驱动模拟门窗做反复启闭运动;通过软件设置试验次数及试验频率;使用位移传感器测量竖直方向的位置变化量;使用砝码滑轮装置测试启闭力;通过计算机软件控制电机或者采用砝码配合气缸给模拟门窗施加500±10N的力完成承重性能测试，施加1000±10N的力完成悬端吊重测试;通过10kg砝码自由落体运动带动门窗扇往开启方向运动，模拟门窗通过惯性撞击刚性模拟墙完成撞击洞口试验;通过10kg砝码自由落体运动带动门窗扇往关闭方向运动，模拟门窗通过惯性撞击障碍物完成撞击障碍物测试。

1.2.3 模拟门窗及合页（铰链）安装夹具的设计

（1）模拟门窗的设计。根据合页（铰链）安装在门上的位置的不同分为两种情况：（a）合页（铰链）安装在门窗的角部，（b）合页（铰链）安装在距离扇外端末段不大于200mm的位置。根据合页（铰链）安装位置的不同，将标准要求的每一种规格的模拟门窗分两种样式设计，一种为角部安装合页（铰链）夹具，另一种为在距离扇外端末段不大于200mm的位置安装合页（铰链）夹具。

（2）合页（铰链）安装夹具的设计。合页（铰链）安装夹具用于将合页（铰链）与模拟门窗及门框联接固定，从而完成对合页（铰链）的测试。合页（铰链）安装夹具的样式参考合页（铰链）实际安装的型材进行设计，从而实现合页（铰链）模拟实际使用情况进行安装测试的目的。

2 电气控制

该测试装置由上位机控制系统（计算机系统）及底层控制系统（PLC、伺服电机、位移传感器、气缸、步进电机等）组成，计算机系统通过RS232串口与底层控制系统进行信号交互，传输数据，并进行实时显示与监控，完成对合页（铰链）的智能化检测。测试人员通过计算机系统选择要测试的项目、设置试验频率、试验次数等信息，由计算机控制底层控制系统的核心PLC实现对伺服电机、位移传感器、气缸、提供拉压力的电机及傳感器的控制完成相关测试，同时计算机也将测试过程中的实时信息、数据反馈给测试人员。通过位置开关、位置传感器、力传感器等设备实现对测试过程的监测，如果发现试验过程中出现意外，可实现停机报警功能。

3 计算机软件的设计

根据合页（铰链）类别的不同，将合页按使用频率I（反复启闭次数≥20万次）的门用合页（铰链）、使用频率Ⅱ（反复启闭次数≥10万次）的明装式门用合页（铰链）、使用频率Ⅲ（反复启闭次数≥2.5万次）的窗用合页（铰链）三类合页分三个测试页面进行设计。每个测试页面的基本测试功能分为性能测试和耐久测试，性能测试包括：承重性能、承受静态荷载、悬端吊重等项目。其中使用频率I的合页（铰链）只用测试承重性能项目。承受静态荷载项目可生成性能曲线图，并可将曲线图打印输出。

耐久测试为反复启闭项目，通过软件设计试验次数和试验频率，计算机控制位移传感器测试初始位置参数，然后控制伺服电机带动模拟门窗做启闭运动，达到试验次数后计算机控制位移传感器测量位置变形量，试验后查看位置变形量是否满足标准要求，且试件有无严重变形或损坏能否正常启闭。具体试验过程如图2所示。

4 结语

计算机控制合页（铰链）力学性能检测设备有三个满足使用频率Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类合页（铰链）检测需要的工位，不仅可以大大提高检测效率，还可以满足多种不同类型合页的检测需要。目前大部分合页（铰链）生产企业都是采用一种类型合页（铰链）对应一种门窗的方式进行检测，如果测试另一类型的合页（铰链）就需要更换对应的试验门窗，这样就需要很多的试验门窗。本项目通过采用模拟门窗及参考合页（铰链）实际安装型材样式设计的合页（铰链）安装夹具，解决了更换不同类型合页（铰链）时须更换对应型材的问题，从而达到减少试验门窗，满足通用性要求，提高检测效率，并可减少测试成本的目的。项目研制成功后，可向检测机构和生产企业推广，大大提高检测效率，并可满足对合页（铰链）产品的质量监督，从而对保障产品质量以及消费者权益具有重要意义。

参考文献

[1]朴永日.浅谈合页（铰链）的受力分析[J].中国建筑金属结构，2011（07）：24-31.

[2]JG/T125-2017.建筑门窗五金件 合页（铰链）[S].

[3]British Standard.BS EN 1935-2002建筑用五金.单轴向绞链.要求和试验方法[S].Brussels，2002.

[4]付建平.浅谈门窗五金配件的试验设计与质量控制[J].中国建筑金属结构，2013，19：82-86.