王述康　杜萬(wàn)明

新型高水密性推拉系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探討

王述康杜萬(wàn)明

本文闡述了一種新型高水密性推拉門(mén)窗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。這種新型的推拉系統(tǒng)通過(guò)操作相應(yīng)五金，可使扇與框四周的密封膠條被壓縮，從而實(shí)現(xiàn)像平開(kāi)門(mén)窗系統(tǒng)一樣，達(dá)到密封、節(jié)能效果。

高水密性；推拉系統(tǒng)；膠條；密封

在當(dāng)代建筑門(mén)窗系統(tǒng)種類(lèi)中，以平開(kāi)系統(tǒng)和推拉系統(tǒng)為主。平開(kāi)系統(tǒng)中又分內(nèi)平開(kāi)和外平開(kāi)兩種：內(nèi)平開(kāi)系統(tǒng)因具有開(kāi)啟、關(guān)閉操作簡(jiǎn)單、方便，保溫性好、便于清洗維護(hù)、保養(yǎng)、維修等優(yōu)勢(shì)而被常用于北方地區(qū)，但內(nèi)平開(kāi)系統(tǒng)存在不便使用窗簾，窗扇開(kāi)啟后會(huì)占用室內(nèi)空間且容易碰傷家中的兒童，制作高水密性難度大等缺陷；外平開(kāi)系統(tǒng)具有良好的水密性而被常用于南方多雨地區(qū)，但使用外平開(kāi)系統(tǒng)一定年限后或遇到大風(fēng)天氣時(shí)存在墜扇的情況，關(guān)閉時(shí)要將部分身體探出窗外存在一定的安全隱患，維護(hù)和保養(yǎng)難度系數(shù)也較大。與平開(kāi)系統(tǒng)相比，推拉系統(tǒng)在操作方便、靈活、安全，且不占用室內(nèi)空間等方面都有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于當(dāng)代建筑中。但傳統(tǒng)的推拉系統(tǒng)大多采用毛條密封，因此在氣密性和水密性?xún)纱笪锢碇笜?biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平開(kāi)系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著國(guó)家節(jié)能主題的倡導(dǎo)以及國(guó)民節(jié)能意識(shí)逐步提高，推拉系統(tǒng)中出現(xiàn)了一些氣密性、水密性較好的五金系統(tǒng)，如提升推拉、推拉平移等，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，成本也較高。因此，如何開(kāi)發(fā)出一款既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，又能在氣、水密等性能上與平開(kāi)系統(tǒng)匹敵的推拉門(mén)窗系統(tǒng)無(wú)論對(duì)型材行業(yè)，還是五金行業(yè)都是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。為此本文描述了兩種能滿足上述要求的新型高水密性推拉系統(tǒng)，并對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

1　新型高水密性推拉門(mén)窗五金系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)的推拉系統(tǒng)在開(kāi)啟或者關(guān)閉時(shí)只能沿著圖1所示的Y方向（軌道方向）運(yùn)動(dòng)，且框和扇之間為了減少框扇之間的摩擦力，方便人們啟閉而往往采用毛條密封，而毛條密封一般只能阻擋灰塵等一些小雜物，無(wú)法達(dá)到氣密和水密性的要求。因此首先需要改變密封介質(zhì)，新型高水密性推拉門(mén)系統(tǒng)將采用膠條替代毛條；在框和扇X方向之間植入密封膠條，并以無(wú)縫連接的形式確保密封性能最大化，如圖2所示。但使用膠條時(shí)，當(dāng)膠條壓縮后，膠條產(chǎn)生的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毛條，這就使得系統(tǒng)由于巨大的摩擦力而使得系統(tǒng)在開(kāi)啟時(shí)需要較大的力，無(wú)法達(dá)到靈活、順暢的效果。

為保證系統(tǒng)的高水密性能，又要保證系統(tǒng)開(kāi)啟順暢，則需要五金系統(tǒng)參照平開(kāi)系統(tǒng)的操作方式：系統(tǒng)關(guān)閉過(guò)程中，當(dāng)活動(dòng)扇沿軌道（Y方向）運(yùn)動(dòng)即將到達(dá)最終位置時(shí)，操作五金系統(tǒng)可使活動(dòng)扇向壓縮膠條的方向（X方向）運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)壓縮膠條達(dá)到密封的目的；在系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，操作五金系統(tǒng)可使活動(dòng)扇背離壓縮膠條的方向運(yùn)動(dòng)，以消除框扇之間的摩擦力，從而保證系統(tǒng)開(kāi)啟靈活、順暢。綜上所述，新型高水密性推拉系統(tǒng)在關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)，活動(dòng)扇相對(duì)框存在向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，既要沿著滑軌的方向（Y）運(yùn)動(dòng)，還要沿著壓縮膠條方向（X）運(yùn)動(dòng)。

圖1　高水密性推拉系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向示意圖

圖2　高水密性推拉系統(tǒng)膠條安裝示意圖

對(duì)于密封膠條的布局，若要實(shí)現(xiàn)較高的密封性能，首先應(yīng)保證扇四周的膠條均勻分布且采用無(wú)縫式連接。其次，系統(tǒng)鎖閉后，系統(tǒng)四周膠條的壓縮量應(yīng)保持一致，否則系統(tǒng)將因?yàn)槎贪逍?yīng)的存在導(dǎo)致整體密封性能下降。

圖3　高水密性推拉系統(tǒng)膠條、鎖閉系統(tǒng)分布示意圖

該新型高水密性能推拉系統(tǒng)膠條和鎖閉系統(tǒng)（用于壓縮膠條）的分布如圖3所示?？梢灾庇^的看到，膠條均布在該系統(tǒng)的四周，若要達(dá)到較好的密封效果則需要每處膠條的壓縮量保持一致，換言之也就是需要系統(tǒng)四周膠條的受力一致。為了盡量達(dá)到這樣的效果，系統(tǒng)鎖鎖閉后對(duì)膠條的施力點(diǎn)采用均勻分布的方式。如圖3所示，在活動(dòng)扇（以圖示方向）的上、左、下邊分別均勻的布置了幾個(gè)鎖閉系統(tǒng)，先保證這三個(gè)邊的膠條受力均勻；而系統(tǒng)右邊的膠條，由于推拉系統(tǒng)的特殊性，不便在此邊上安裝五金件，為此在右邊的型材上增加如圖3所示的勾起裝置以解決該問(wèn)題。該勾起裝置可使扇到達(dá)關(guān)閉位置時(shí)右邊的膠條也能被壓縮，并配合其余三邊的鎖閉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在鎖閉時(shí)，活動(dòng)扇能同步、均勻的壓縮膠條，從而可以像平開(kāi)系統(tǒng)一樣達(dá)到一定的密封效果。

要使該高水密性推拉系統(tǒng)在關(guān)閉和開(kāi)啟活動(dòng)扇有兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，則該用于該系統(tǒng)的滑輪也需有與之對(duì)應(yīng)的兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，從而配合活動(dòng)扇完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

圖4　滑輪結(jié)構(gòu)示意圖

滑輪結(jié)構(gòu)如圖4中左圖所示，與常規(guī)滑輪不同的是，該滑輪輪體既可沿著軌道方向（Y）滑動(dòng)以保證扇的正常啟閉，又可配合鎖閉系統(tǒng)使扇沿壓縮膠條的方向（X）微量移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)活動(dòng)扇與框之間的貼近和分離功能。

該滑輪結(jié)構(gòu)中，輪體的中心可以相對(duì)于外殼的中心左右移動(dòng)，即外殼中心與輪體中心的移動(dòng)來(lái)配合活動(dòng)扇與框之間的貼近和分離功能。

2　五金系統(tǒng)方案闡述

本文將從以下兩個(gè)推拉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案來(lái)闡述該新型高水密性推拉系統(tǒng)的五金方案實(shí)施方式。

2.1方案一結(jié)構(gòu)闡述（兩扇系統(tǒng)，活動(dòng)扇+固定扇）

方案一結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

方案一是一種“一活動(dòng)扇+一固定扇”形式的高水密性推拉系統(tǒng)，如圖5所示。與傳統(tǒng)推拉系統(tǒng)相比，從外觀上看，該推拉系統(tǒng)方案只是將傳統(tǒng)的單點(diǎn)鎖閉件換成了執(zhí)手，但其內(nèi)部五金結(jié)構(gòu)差異非常大。該系統(tǒng)主要由框、扇、執(zhí)手、傳動(dòng)器、傳動(dòng)桿、頂部鎖閉組、底部鎖閉組、豎直鎖閉組以及安裝在框側(cè)面和扇側(cè)面的密封膠條構(gòu)成。系統(tǒng)中的五金件如圖示位置分布、安裝，傳動(dòng)器安裝在活動(dòng)扇的傳動(dòng)槽中，執(zhí)手與之連接固定安裝，操作執(zhí)手可控制豎直鎖閉組的鎖閉和打開(kāi)。

該系統(tǒng)操作方式為：系統(tǒng)關(guān)閉過(guò)程中，活動(dòng)扇即將到達(dá)最終關(guān)閉位置時(shí)，操作執(zhí)手帶動(dòng)傳動(dòng)器使豎直鎖閉組鎖閉，利用豎直鎖閉組內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)，在操作執(zhí)手的過(guò)程中使活動(dòng)扇繼續(xù)沿Y方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活動(dòng)扇向Y方向運(yùn)動(dòng)到接近窗扇關(guān)閉位置時(shí)，頂部鎖閉組和底部鎖閉組也在同步鎖閉，利用該鎖閉組內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)，再配合框扇之間的勾起裝置，可使活動(dòng)扇沿著X方向進(jìn)行微量移動(dòng)，扇在移動(dòng)的過(guò)程中將會(huì)壓縮框扇之間的密封膠條，直到系統(tǒng)在X方向達(dá)到關(guān)閉位置。待所有運(yùn)動(dòng)完畢，系統(tǒng)各處的膠條均得到一定量壓縮，此時(shí)就可以像平開(kāi)系統(tǒng)一樣達(dá)到一定的密封效果。

系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，反向操作執(zhí)手帶動(dòng)傳動(dòng)器可使豎直鎖閉組打開(kāi)，利用其特殊結(jié)構(gòu)，可在操作執(zhí)手的過(guò)程中將活動(dòng)扇沿Y方向反向推出一定的距離；在活動(dòng)扇推出過(guò)程中，頂部和底部的鎖閉組將打開(kāi)，利用特殊的結(jié)構(gòu)，會(huì)使活動(dòng)扇相對(duì)于框在X方向上分離一定的距離，該距離大于膠條恢復(fù)后的高度。這樣就可以消除框扇之間由于膠條壓縮而產(chǎn)生的摩擦力，使得系統(tǒng)開(kāi)啟后活動(dòng)扇能夠順暢滑動(dòng)，避免在滑動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)操作力過(guò)大的現(xiàn)象。

圖5　方案一高水密性推拉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)中主要五金部件的原理如下：

2.1.1底部、頂部鎖閉組鎖閉原理：

圖6　底部、頂部鎖閉組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)中的底部鎖閉組比頂部鎖閉組只是多了滑輪裝置，其他均采用如圖6所示的鎖閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成；在框的的底部（頂部）安裝如圖所示的導(dǎo)向塊，在扇的底部（頂部）安裝如圖所示的滾輪，當(dāng)活動(dòng)扇在關(guān)閉過(guò)程中向Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，到達(dá)一定的位置后，導(dǎo)向塊A將迫使?jié)L輪帶動(dòng)活動(dòng)扇向X方微量運(yùn)動(dòng)，并壓縮框扇之間的膠條，達(dá)到密封的效果，通過(guò)改變斜面的坡度或者膠條的高度，理論上講，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的密封效果。

當(dāng)活動(dòng)扇開(kāi)啟過(guò)程中向Y方向反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向塊B將迫使?jié)L輪帶動(dòng)活動(dòng)扇向X方反向微量運(yùn)動(dòng)，將活動(dòng)扇相對(duì)框分離一定的距離，消除兩者之間由膠條壓縮而產(chǎn)生的摩擦力，便于開(kāi)啟。

2.1.2豎直鎖閉組鎖閉原理

圖7　豎直鎖閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

豎直鎖閉組由圖7所示的豎直鎖閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，豎直鎖閉系統(tǒng)以傳動(dòng)器為中心呈對(duì)稱(chēng)分布，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，該鎖閉系統(tǒng)點(diǎn)由安裝在框上的鎖座、輔助鎖座以及安裝在扇上的鎖點(diǎn)、輔助鎖點(diǎn)組成。其中鎖點(diǎn)和鎖座、輔助鎖點(diǎn)和輔助鎖座配合使用。

系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)：操作執(zhí)手，傳動(dòng)器帶動(dòng)鎖點(diǎn)與鎖座配合，利用兩者之間的特殊結(jié)構(gòu)，可使扇沿Y方向貼近框直至鎖閉位置。與此同時(shí)，輔助鎖點(diǎn)將沿Z方向進(jìn)入輔助鎖座，在進(jìn)入輔助鎖座的過(guò)程中，斜面會(huì)迫使輔助鎖點(diǎn)帶動(dòng)活動(dòng)扇沿X方向微量移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)壓縮框扇之間的膠條的效果，直至鎖閉位置。

系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)：反向操作執(zhí)手，傳動(dòng)器會(huì)帶動(dòng)鎖點(diǎn)與鎖座分離，由于兩者之間的特殊結(jié)構(gòu)，可將活動(dòng)扇沿Y方向反向推出一定的距離，同時(shí)，輔助鎖點(diǎn)也會(huì)退出輔助鎖座。此時(shí)框扇之間的膠條可以松開(kāi)，消除框扇之間的因?yàn)槟z條壓縮而產(chǎn)生的摩擦力，以確保扇開(kāi)啟的靈活度。

2.2方案二結(jié)構(gòu)原理(四扇系統(tǒng)，其中兩個(gè)活動(dòng)扇，兩個(gè)固定扇)

方案二是方案一的拓展，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

方案二系統(tǒng)如圖8所示，是一種4扇結(jié)構(gòu)推拉系統(tǒng)，包含兩個(gè)固定扇A和B，兩活動(dòng)扇A和B。該系統(tǒng)可以理解為將兩個(gè)方案一系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)稱(chēng)布置，這樣的布局符合中國(guó)人們喜歡對(duì)稱(chēng)美的要求。與方案一相比，該方案的五金系統(tǒng)和密封方式有所不同。

五金系統(tǒng)配件的種類(lèi)中，執(zhí)手、傳動(dòng)器與方案一不同，均采用雙行程結(jié)構(gòu)，在活動(dòng)扇B的底部靠近活動(dòng)扇A的部位還增加一個(gè)開(kāi)啟裝置，且與傳動(dòng)器連接，用于引導(dǎo)兩扇的開(kāi)啟順序（如圖9）。

方案二系統(tǒng)的鎖閉點(diǎn)及膠條分布如圖11所示，其鎖閉系統(tǒng)與方案一相比略有不同，由于系統(tǒng)在鎖閉后，兩活動(dòng)扇與框之間的密封可以得到保證，但是兩活動(dòng)扇之間的部分卻成了系統(tǒng)密封的薄弱環(huán)節(jié)，因此，該方案中膠條分布在方案一的基礎(chǔ)上，還在兩活動(dòng)扇A和B之間還增加了一組密封膠條；并且在兩者之間還增加一組鎖閉系統(tǒng)，當(dāng)A和B之間相互鎖閉后，將形成一組共用的鎖閉系統(tǒng)，該鎖閉系統(tǒng)可壓縮兩扇之間的膠條，從而保證系統(tǒng)中間部分的密封效果。

該系統(tǒng)的操作方式與方案一相比，最大的區(qū)別在于執(zhí)手的操作。鎖閉過(guò)程中，當(dāng)兩活動(dòng)扇A和B相互靠近，并即將關(guān)閉位置時(shí)，操作執(zhí)手至最大行程可使傳動(dòng)器帶動(dòng)豎直鎖閉組鎖閉，同時(shí)，與傳動(dòng)器相連接的開(kāi)啟裝置也會(huì)鎖閉，在兩者的配合下，活動(dòng)扇A和B相互靠近直至運(yùn)動(dòng)到各自的鎖閉位置；此時(shí)，兩活動(dòng)扇之間的膠條由于兩扇的相互鎖閉而被壓縮，再配合頂部鎖閉組、底部鎖閉組以及框扇之間的勾起裝置可使系統(tǒng)其他部分的膠條都被一定量的壓縮，從而使得系統(tǒng)達(dá)到一定的密封效果。

圖8　高水密性密封推拉系統(tǒng)方案三示意圖

圖9　方案鎖閉點(diǎn)及膠條分布示意圖

系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，反向操作執(zhí)手至第一個(gè)行程結(jié)束，帶動(dòng)傳動(dòng)器使豎直鎖閉組打開(kāi)而開(kāi)啟裝置處于鎖閉狀態(tài)，此過(guò)程中活動(dòng)扇B保持不動(dòng)并將活動(dòng)扇A彈開(kāi)一定距離（利用豎直鎖閉組的特殊結(jié)構(gòu)），以便于左扇開(kāi)啟順暢。再操作執(zhí)手至第二個(gè)行程結(jié)束，帶動(dòng)傳動(dòng)器使與之相連接的開(kāi)啟裝置處于打開(kāi)狀態(tài)，在該裝置打開(kāi)的過(guò)程中，利用其內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，可將活動(dòng)扇B彈出一定距離，以便于活動(dòng)扇B開(kāi)啟順暢。

圖10　開(kāi)啟裝置示意圖

該系統(tǒng)中的開(kāi)啟裝置如圖10所示，開(kāi)啟裝置由兩部分組成，分別為安裝在框上的導(dǎo)向座A、B和安裝在扇上的滾輪，滾輪與傳動(dòng)器連接。系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)手至最大行程，滾輪將與導(dǎo)向座A接觸，導(dǎo)向座A將迫使?jié)L輪帶動(dòng)活動(dòng)扇B沿Y方向運(yùn)動(dòng)（配合豎直鎖閉組同步進(jìn)行），直至活動(dòng)扇B運(yùn)動(dòng)到鎖閉位置；系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，反向操作執(zhí)手至第一個(gè)行程結(jié)束，滾輪將保持不動(dòng)，此時(shí)活動(dòng)扇B也保持不動(dòng)并將活動(dòng)扇A彈開(kāi)，再操作執(zhí)手至第二個(gè)行程結(jié)束，此時(shí)滾輪將退出導(dǎo)向座A并與導(dǎo)向座B接觸。導(dǎo)向座B迫使?jié)L輪帶著活動(dòng)扇B沿Y方向反向運(yùn)動(dòng)，并將活動(dòng)扇B相對(duì)于框推開(kāi)一定的距離，消除框扇之間的摩擦力，便于開(kāi)啟順暢。

該系統(tǒng)的豎直鎖閉組、底部、頂部鎖閉組原理以及滑輪結(jié)構(gòu)均與方案一原理一致，此處不再贅述。

3　方案的優(yōu)缺點(diǎn)

本文所闡述的方案優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：與推拉平移、推拉提升系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同一活動(dòng)扇的鎖閉點(diǎn)分布均勻，且同步鎖閉，可實(shí)現(xiàn)較好的密封效果。

但上述方案對(duì)鎖閉點(diǎn)鎖閉的同步性較高，因此對(duì)幾個(gè)鎖閉點(diǎn)的安裝精度要求較高，如果精度達(dá)不到一定的要求，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)幾個(gè)鎖點(diǎn)同步鎖閉而影響密封效果。同時(shí)該系統(tǒng)的配件較傳統(tǒng)推拉系統(tǒng)相比明顯有增加，因此該系統(tǒng)的成本將會(huì)比傳動(dòng)的推拉系統(tǒng)高出一些。

4　總結(jié)

該新型高水密性推拉五金系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)推拉門(mén)窗系統(tǒng)的特點(diǎn)，又具有平開(kāi)系統(tǒng)較好的密封性能，隨著人們對(duì)門(mén)窗防雨水滲漏性能要求和節(jié)能意識(shí)的提升，對(duì)居住生活的舒適度和建筑空間意識(shí)的重視，這種新型的推拉門(mén)窗系統(tǒng)將會(huì)具有較好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)此新型高水密性推拉系統(tǒng)的五金系統(tǒng)，我司已投入資源研發(fā)中，由三個(gè)技術(shù)部協(xié)作開(kāi)發(fā)，經(jīng)初步驗(yàn)證，上述系統(tǒng)方案均可實(shí)施，并取得了一定的成效。

（作者單位：廣東堅(jiān)朗五金制品股份有限公司）

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1671-3362(2016)11-0054-04

廣東省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目“高性能新型節(jié)能鋁合金門(mén)窗開(kāi)發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化”2012A01080043專(zhuān)項(xiàng)研究?jī)?nèi)容之一。