可控式开关耐久性试验机的研制

王彬 孙光耀 江朝军 余嘉 郭华平

1.宁波市产品质量检验研究院 浙江宁波 315041

2.公牛集团股份有限公司 浙江慈溪 315314

1 引言

开关产品是用来依靠可分离的触头的闭合、断开一条或多条电路的一种装置，主要分为器具开关和固定开关两类，在各类家电产品及室内电气线路布置中都有广泛的应用，其产品质量关系到消费者人身及财产安全。

在开关产品的检验过程中，耐久性项目模拟的是开关产品最基本的带电操作过程，并通过相关试验评估长期大量操作对产品带来的损坏程度，该项目不合格说明样品在大量操作后可能无法保证其功能或是安全性能，是表征开关性能的一个重要参数之一。

目前市面上的仪器设备均无法对操作臂对开关施加的压力进行控制，只能通过控制操作臂的行程和速率，实现驱动开关动作的目的。这种操作方式与消费者实际使用过程中的按压开关施力方式差别较大，同时可能因为安装调试和参数设置的偏差，影响测试结果的准确性，对测试工程师的操作水平有较高要求。

为提高开关产品耐久性测试过程的准确性，结合多年开关类产品测试经验，以开关的驱动方式为突破点，设计了一种可控式开关耐久性试验机。目前该设备已投入使用，实际使用证明了该装置贴近实际驱动方式，试验结果准确、通用性强。同时，由于引入了相应的自动化控制系统，使软硬件有效结合，达到提升测试结果的准确性和测试效率的目的。

2 标准要求[1,2,3]

设备为满足GB/T 15092.1-2010器具开关 第1部分：通用要求；GB/T 16915.1-2014家用和类似用途固定式电气装置的开关 第1部分：通用要求；T/ZZB 0203-2017家用和类似用途固定式电气装置的跷板开关等标准中的开关耐久性测试设计。

2.1 适用开关类型

器具开关、固定式开关。

2.2 操作方式

按钮、跷板、倒扳等多种驱动方式。

2.3 操作速率

加快速度条件、高速条件、慢速条件、极慢速条件等不同操作速率。

图1 可控式开关耐久性试验机测试流程图

图2 机械臂按压端部原理图

2.4 操作循环数

100～100000个操作循环。

3 试验装置介绍

3.1 设备参数

机械臂压力2～20N，机械臂有效位移0～70mm，机械臂位移速度5～250mm/s，开关操作循环次数1～999999次，失效计数0～99次，通电时间0.6～99.9s，断电时间0.6～99.9s，工位9个。可预设机械臂压力范围、试验次数、通断电时间、失效计数，具备试验样品失效自动检测和不合格报警功能，并记录试验次数。

3.2 设备原理

本装置主要由三部分组成：控制电路、操作臂、伺服电机，通过外接负载实现闭环通电试验回路。测试过程中，控制电路给出信号使驱动伺服电机动作，带动操作臂对开关样品进行按压操作。操作臂端部可预设一定按压压力值，提高测试准确性。

3.3 测试流程

以按钮开关为例，将样品固定在相应夹具中，调节机械臂的按压位置和力度，连接并调试电气负载，在设备中输入测试开关通断电时间、机械臂运动速度、通断循环次数、失效计数等测试数据，开始测试。测试流程详见图1。

3.4 设备创新结构介绍

采取何种方式使机械臂按压开关的方式更合理和准确是本设备研发的关注点。

本设备对机械臂的结构进行重新设计，使其按压力控制通过端部的弹簧、导杆结构实现。如图2（a）所示，机械臂端部未接触开关样品时，弹簧处于释放状态。当机械臂受驱动接触开关发生按压动作时，如图2（b）所示，弹簧被压缩给开关施加一定的力，驱动开关动作。通过选用不同弹性模量的弹簧，可改变施加的按压力。

4 优点介绍

4.1 贴近实际驱动方式，试验结果准确

施加压力可控，与传统的操作机构相比，更加贴近消费者实际使用中的按压方式。目前市场上设备主要通过控制机械臂往复运动驱动开关机构动作，同时通过设定其运动的幅度和速率保证开关的通、断时间满足测试要求。该方式一方面与消费者实际使用过程中的按压方式存在明显区别，另一方面安装和调试过程的偏差均可能影响测试结果的准确性。本装置通过机械臂端部的设计，使其可以提供一定的按压力，更接近消费者实际使用过程中的按压方式，同时可减少由于安装调试及参数设置带入的误差，提高测试准确性。

4.2 通用性强

设计过程中，考虑多种开关类产品标准要求，保证设备的一机多用，可安装多种型式、尺寸的样品，同时位移幅度、速率可调范围大、精度高、设置方便。对开关的通断时间、循环次数等参数均可自由设定，机械臂施加的压力也可通过选配不同弹性模量的弹簧实现。

4.3 测试效率高

9路工位可同时测试，单独设置测试参数，单独监控测试进程。同时引入开关失效计数功能，通过报警次数设置，对开关是否失效做出合理判断，避免由于设备误判导致试验中断，提高测试效率。

5 结论

该套设备已经研制完成，能实现器具开关、固定开关多种开关的耐久性试验。通过与企业及我院同类设备的检测结果比较来看，测试过程更接近开关实际操作状态，测试结果准确。目前已投入使用，企业反馈良好。