曹益君 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院

0 引言

在影視作品或?qū)嶋H生活中往往碰到：緊急或危險時刻，緊鎖的房門輕易就被一兩個人合力撞開或被人用腳踹開。破門而入盜竊甚至人身造成傷害事件時有發(fā)生。然而，我國對一般門鎖產(chǎn)品監(jiān)督抽查檢驗的合格率卻一直較高。根據(jù)國家質(zhì)檢總局公告，以門鎖產(chǎn)品為主要對象，2009年鎖具產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查合格率為88%，2011年為88.75%。是什么原因使合格的門鎖仍然經(jīng)不起暴力沖擊？筆者認為這與我國門鎖標準中防沖擊破壞相關(guān)項目的缺失有關(guān)。 我國門鎖標準有“方/斜舌側(cè)向靜載荷”項目，即在鎖舌側(cè)面，沿垂直于鎖舌伸出方向，慢慢施加力載荷。模擬門鎖閉時門外的推/拉力對鎖舌的影響，沒有考慮實際碰撞沖擊對門鎖的影響。然而實際情況中，即使是同樣的力值,碰撞與靜載荷產(chǎn)生的效果截然不同。這就需要對門鎖在碰撞沖擊過程所受的影響進行綜合評定，繼而分析我國現(xiàn)行標準的合理性和完善性。本文以我國一般家庭或單位使用率最高的插芯門鎖為對象，通過力學(xué)理論和計算，研究碰撞沖擊的重要性和對產(chǎn)品安全性的巨大影響。

1 門碰撞沖擊過程的理論分析

1.1 建立門撞擊模擬方程

首先分析兩個質(zhì)量分別為m1和m2、半徑為r1和r2、彈性模量為E1和E2、泊松比為μ1和μ2的剛性球的對心碰撞情況。兩球接觸后，整個碰撞過程分為壓縮階段和還原階段。求得兩球間的最大壓力,只需討論壓縮階段即可。根據(jù)彈性力學(xué)原理,兩球接觸壓力為

接觸前兩球速度分別為v1和v2,接觸后兩球相對速度等于兩球球心距縮短速度，則兩球相對速度

上式兩邊對時間t求導(dǎo)，得

根據(jù)牛頓第二定律建立運動方程

將式（5）代入式（4），得

將式（2）代入式（6）， 得

式（7）等式兩邊乘以 dα ,得

碰撞壓縮過程中,開始時壓縮縮短距離α為0,相對速度為 vr0。之后相對速度都為求式（8）兩邊的積分，

達到最大壓縮距離,即兩球彈性形變最大，根據(jù)力學(xué)原理，此時兩球間的壓力也最大。將式（10）代入式（2）得到整個碰撞壓縮過程的最大壓力

對于球與板的碰撞情況，即令上式中的r2趨向無窮大，得

式中：r — 為球的半徑。

1.2 確定碰撞模型和計算

實際情況中，很難用一個簡單的模型來完全代表人體。建立模型時，只有盡可能選取接近人體特性的參數(shù)。在人與門撞擊過程中，接觸面一般不大，因而可以近似看作為球與板的碰撞，而一般材料中,橡膠與人體的力學(xué)特性較為接近。為方便計算，現(xiàn)以一個半徑為r、質(zhì)量為m1的橡膠球來代表碰撞過程中的人。橡膠球直徑取人體體寬，則半徑r為人體體寬的一半，即肩膀外側(cè)到垂直中線的距離。標準人體肩寬為身高的1/4，即r為人身高l的1/8。m1為人的體重。據(jù)2005年中新社報道監(jiān)測顯示我國成年男性平均身高l約為1.7 m，體重約為68 kg，則

查詢手冊中橡膠的彈性模量E1和泊松比μ1得E1=7.84×106Pa，μ1= 0.47。橫紋木的彈性模量E2為0.5～ 0.98 GPa，取E2= 8.0×108Pa，一般橫紋木泊松比為μ2= 0.49。 普通實木門質(zhì)量m2約為40 ～ 50 kg ,取中間值m2= 45 kg。

假設(shè)人撞擊門時，從門前2 m處由靜止開始加速。一般男子短跑50 m大約需要8 s，假設(shè)50 m內(nèi)人的加速度不變，則可以算出在人與門接觸時，人的速度v1=2.5 m/s。

1.3 碰撞過程的受力計算

接觸過程中門的速度始終為0，則vr0= v1= 2.5 m/s，將該值和式（13）代入式（11）可得碰撞過程中門所受的最大壓力

人與門中心碰撞時，門的受力情況如圖1所示。

圖1 門的受力情況

圖中Fmax作用在門的中點上， f為碰撞時門鎖鎖舌所受的最大力，根據(jù)杠桿原理，得

2 數(shù)據(jù)比較與分析

經(jīng)查，目前現(xiàn)行的國內(nèi)外插芯門鎖標準對鎖舌側(cè)向靜載荷（壓力）及抗沖擊要求如表1所示。

通過1.2中的計算得到模擬情況下一般人對門的撞擊會使鎖舌受到高達6 400 N的最大瞬間壓力。對照上表可以看出，公安部的防盜鎖標準GA/T-73-94和美國機械鎖標準ANSI/BHMA A156.13-2012都對主鎖舌要求承受6 000 N的靜載荷(壓力)，同時還有抗沖擊要求。能夠確保即使是單舌鎖，也能夠抵御一般情況下一人的撞擊，安全性相對較高。歐標機械門鎖標準EN12209：2003雖然沒有抗沖擊要求，但根據(jù)分級，其對最高等級門鎖，要求鎖舌承受側(cè)向壓力高達10 000 N，大大超出了一般情況下門鎖鎖舌可能受到的最大沖擊力，因而符合其高等級要求的門鎖也具有很高的安全性。而我國國家標準GB21556-2008和行業(yè)標準QB/T 2474-2000對普通插芯門鎖靜載荷僅要求單舌1 500 N，雙舌時2 500 N的承受能力，且不設(shè)抗沖擊要求，顯然大大低于上面的計算結(jié)果。對照其他標準，該項目的要求是偏低的。現(xiàn)實情況中，據(jù)統(tǒng)計市場上大約80%以上的插芯門鎖僅為符合國家標準和行業(yè)標準的產(chǎn)品。因而就抗沖擊能力而言，其安全性有待商榷。

表1 鎖舌側(cè)向靜載荷及抗沖擊要求

3 結(jié)語

門鎖作為一種特殊的產(chǎn)品，其安全性能雖然不會直接對人身造成影響，但如果要求太低終究會給生命財產(chǎn)安全留下隱患。我國雖然已有安全性要求較高的防盜門鎖標準，但由于其非強制性和產(chǎn)品售價較高等原因，其產(chǎn)品普及程度遠遠不及符合強制性的國家標準的產(chǎn)品。多數(shù)家庭和單位仍使用僅符合國家標準的普通插芯門鎖作為房屋防盜系統(tǒng)的主體，這也是我國插芯門鎖產(chǎn)品雖然合格率高但仍容易被暴力破壞的矛盾所在。一方面，通用的國家門鎖標準對入戶防盜而言要求不夠；另一方面，對房屋內(nèi)房門、浴室、通道等場所門鎖而言要求太高,造成產(chǎn)品成本過高和不必要的浪費。筆者建議對現(xiàn)行國家標準進行完善,適當增加抗沖擊要求或提高靜載荷要求，并且制訂浴室、通道等低安全要求場所門鎖的標準。提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時,也能夠從國家角度解決鎖具行業(yè)的矛盾以及影響每個人的安全隱患。

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