一种新型合页（铰链）智能化检测装置*

冯盼盼曹雅文，2唐敏俊，2肖其新，2张威，2/ .上海市质量监督检验技术研究院；2.国家建筑材料及装饰装修材料质量监督检验中心



一种新型合页（铰链）智能化检测装置*

冯盼盼1曹雅文1，2唐敏俊1，2肖其新1，2张威1，2/ 1.上海市质量监督检验技术研究院；2.国家建筑材料及装饰装修材料质量监督检验中心

摘 要研制了一种新型合页（铰链）智能化检测装置，选用步进电机、减速器、联轴器对传动轴施加扭矩，通过摆架及其组件将力传递到装有合页的试验门装置。上下位机间的控制交互实现了检测的智能化。系统操作简便，控制灵活，数据精准，填补了对多种不同型号合页寿命检测的空白。

关键词合页（铰链）；寿命检测；智能化检测装置

0　引言

随着中国建筑行业的迅速发展，合页（铰链）产品种类日新月异，高精度、高效率、高牢固度、多功能产品成为消费者的追求。合页（铰链）是关键的承重部件，其使用安全性不容忽视，与广大消费者的人身安全息息相关[1]。合页（铰链）的寿命是使用安全性的重要检测内容之一[2]。

欧美相关国家目前已具备了合页寿命性能的检测能力[3～4]。国内同类设备产品中，目前尚无能满足新标准QB/T 4595.1-2013[5]要求的检测设备。现有设备由于老化严重，智能化程度低，目前正常的检测寿命为4万次左右，下沉量无法准确测量，同时开启角度无法精确控制。随着合页种类的繁衍，新型三维可调型合页和玻璃铰链应运而生，但国内暂无相应检测设备。为了解决以上问题，研制与开发了一套合页（铰链）智能化检测装置。

1　合页（铰链）智能化检测装置检测依据

美国标准ANSI/BHMA A 56.1-2006《合页和铰链》中对合页的寿命分为250、150、35万次三个等级。欧洲标准EN 1935：2002《建筑五金件单轴铰链》中对合页的寿命规定最高达到20万次。美国和欧洲标准差距悬殊。两个标准的试验方法有本质区别，美国标准是用三个铰链按使用状态安装在样门上，而欧洲标准用两个铰链，一个承重，另一个不承重。

在我国，关于合页的轻工行业标准QB/T 4595.1-2013规定：产品按三个等级规定使用寿命，分别为一级合页30万次、二级合页15万次和三级合页5万次。产品经寿命试验后，其轴向磨损最大不得超过1.57 mm，门扇下沉不得超过5 mm。

针对不同类型的合页，国内外已有的寿命检测标准规定了具体的检测方法和要求。表1给出了QB/T 4595.1-2013对合页（铰链）的具体要求。

表1　QB/T 4595.1-2013对合页（铰链）的具体要求

2　智能检测系统的组成

2.1机械系统

机械系统包括：机械传动机构、试验门配置、装夹机构和设备框架底座等，如图1所示。

图1　智能化检测装置机械结构

机械传动机构主要由步进电机、减速器、联轴器、传动轴、摆架及其连接件组成，实现了旋转同步，且选用相应减速器实现减速增扭，更为有利于完成对合页转动一定角度的检测。经减速器输出的力矩传递给联轴器，通过传动轴转动带动摆杆运动，为合页寿命检测做好准备。

寿命检测是模拟合页工作状态而对其进行的试验，即将合页安装在具有一定重量的试验门上，进而测试合页不断重复开关动作中合页的状态。试验门配置结构如图2所示。

装夹机构完成对试验门配置的安装固定。试验门配置中，合页的一边被安装在设备固定框架上，另一边安装在试验门上。为适应不同规格型号的合页安装、调节与锁紧，装夹机构采用了孔板及其相应的螺钉螺母，孔板上有多个安装孔，满足合页不同尺寸高度需要。

图2　试验门配置

2.2电气控制系统

该智能化装置的电气控制从结构上分为上层控制系统（又称上位机）及底层控制系统（又称下位机）。上层控制系统通过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，完成对合页寿命的智能化检测。本测试系统下层控制系统采用PLC编程，上层控制系统人机交互界面则采用触摸屏控制软件，如图3所示。

图3　电气控制系统

控制系统的核心是上下位机的相辅相成，完成对合页的检测。触摸屏可以实时监控合页寿命中合页摆动的速率（可换算为每分钟转动多少次）、次数、在电机换向时停留的时间。PLC通过上位机下达的命令对步进电机的速度、转动角度等进行精确控制，从而满足对合页开门速度和角度的要求。利用位移传感器可以检测并实时显示试验门的下沉量。为了弥补步进电机自身失步的不足，电机上安装原点传感器，在每个周期最初可以对电机进行校准，减少失步的累计误差，以减小对电机转速和寿命测试次数的检测误差。每完成一次寿命试验，借助原点传感器对设备进行复位，方便对下一产品进行寿命测试。具体自动检测控制流程如图4所示。

3　合页（铰链）寿命试验

为了验证本项目所研制智能化检测装置的可靠性，选取三种不同型号的合页进行试验。本智能检测装置使用的驱动器能够产生一种具有正弦曲线特征的角速度，满足国家标准QB/T 4595.1-2013的要求。将驱动器连接在试验门上，和重心相比，远离合页轴，位于穿过中心的水平线之上。将门关闭，然后以90°±5°角打开，再关闭，每一次开关的起始和结束，角度变动小于5°。按图2配置试验装置，试验门按表1配置。试验门自1°到5°开始动作，开启至90°±5°位置，在外力作用下关闭，再将门回复到初始位置，完成一个试验周期。达到表1中规定的寿命次数后，观察门扇下沉量，并测量合页的轴向和径向磨损。

经过对每个样品试验后，设备运行状况良好，样品未见可见性的变形和破损，整个试验过程高效快捷，安装方便，调试简单，下沉量观察便利、精准。

4　结语

合页（铰链）智能化检测装置满足了多种不同类型合页的检测要求，测试范围广，并具有较高的智能化、安装简单、操作方便、高准确度、高效率等优点，大大提高了合页检测水平，为质量监督技术添砖加瓦。该检测装置可以应用推广到检测和生产领域，将对合页质量监督具有积极作用，并对保障产品质量以及消费者人身安全具有重要意义。

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] 钟建平. 小五金有大学问合页铰链选择需谨慎[J]. 建材与装修情报. 2011(06)：122-123.

[3] 美国建筑协会. ANSI/BHMA A 56.1-2006合页和铰链[S].纽约，2006.

[4] 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.

[5] 全国建筑五金标准化中心. QB/T 4595.1-2013合页[S].北京：中国轻工业出版社，2013.

本项目主要研究内容包括：应用于多种类合页的寿命智能化检测、合页寿命检测中的开启角度控制以及测量合页下沉量的方法优化。本项目研制的合页（铰链）智能化检测装置具备开启角度可调、下沉量测量以及测量结果实时显示等功能，在提高检测准确度的前提下，实现多种类合页在同一台设备上完成检测，从而优化检测设备和检测过程。智能化检测装置主要由机械系统和电气控制系统组成。

A new type of intelligent detection device for hinges

Feng Panpan1，Cao Yawen1，2，Tang Minjun1，2，Xiao Qixin1，2，Zhang Wei1
（1.Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research; 2.National Center of Supervision & Inspection on Building Materials and Decoration Materials Quality）

Abstract:A new type intelligent detection device for hinges is developed. The torque is applied to the drive shaft by stepping motor, reductor, and coupling, then through swing frame to hinges, which are installed on the device for test door. The control interaction between the upper and lower computer realizes the intelligent detection. The developed device is easy to operate, flexible to control, as well as the detection data are accurate. The development results fill in the blank of life testing for a variety of different types to hinge.

Key words:hinge; life testing; intelligent detection device

*基金项目：上海市质量技术监督局科技计划项目（2015-16）