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        閉門器關(guān)門失敗故障分析及設計改進

        2018-11-08 02:32:30于瑞騏
        電子制作 2018年20期
        關(guān)鍵詞:門框關(guān)門連桿

        于瑞騏

        (浙江省杭州高級中學,浙江杭州,310003)

        0 引言

        隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及消防、保暖等的需要,閉門器的應用越來越廣,例如國家標準[1]規(guī)定建筑物內(nèi)應設置常閉防火門,而常閉防火門一般通過閉門器實現(xiàn)。閉門器是與門配合使用的一個附件,一般連接在門框與門之間,在門開啟后可以產(chǎn)生類似彈簧的拉力把門自動緩慢閉合。由于閉門器關(guān)乎火災逃生,與大家生命財產(chǎn)安全息息相關(guān),因此其可靠工作非常重要,有必要對其故障進行深入研究。

        閉門器的種類有很多,例如英國某款閉門器[2]采用電磁及聲音控制閉門器在火災發(fā)生時工作,并可在正常條件下保持自由通行,但是存在延遲時間較長、自由擺動、可能被吸塵器等觸發(fā)誤啟動等缺點。張增猛等[3]提出了一種利用記憶合金驅(qū)動的感溫閉門器,可在火災發(fā)生時利用記憶合金形狀記憶效應自動閉門,具有無電子元件、無源等優(yōu)點,但是它靠溫度觸發(fā),火災發(fā)生時可能對煙不敏感,且閉合位置可能存在精度不高、閉門不嚴等缺點。目前大多數(shù)閉門器利用特殊的流體設計結(jié)合齒輪齒條結(jié)構(gòu)、四桿機構(gòu)實現(xiàn)對門的自動閉合作用,具有可靠、無電子元件、無源等優(yōu)點,在實際中應用最廣,也是本文的研究對象。

        閉門器的常見故障包括安裝螺釘松動或丟失、連接臂損壞、關(guān)閉時的緩沖效果變差等,可進一步導致閉門器未處在正確的安裝位置上、門與門框撞擊、門體變形等問題。本文針對作者日常生活中見到了閉門器實際故障,即連接臂損壞變形故障,對這一故障的原因進行分析并提出了改進措施。

        1 研究對象和閉門器原理

        圖1 閉門器實物圖

        本文所研究的閉門器如圖1所示,閉門器連桿和門、門框視為一個四桿機構(gòu)。為了便于敘述和研究,參考圖2,將門框記為A桿,與連桿鉸接處距門軸22.5cm;將與門框鉸接的粗桿記為B桿,長度25cm;將于門鉸接的細連桿記為C桿,長度為28cm;門為D桿,總長90cm,與C桿連接處距門軸32cm。門框(A桿)與粗連桿(B桿)相連,而粗連桿(B桿)的末端連接閉門器控制盒中的齒輪。

        圖2 閉門器效果參考圖

        2 待研究的故障

        參考圖3,在使用一段時間后,閉門器故障表現(xiàn)為:B桿出現(xiàn)不可恢復的向下彎曲,影響開門靈活程度,并在開門幅度較大時可能出現(xiàn)無法自動閉門的狀況。經(jīng)過檢查,閉門器各個鉸鏈潤滑、活動狀態(tài)良好,控制盒動作正常,初步懷疑與閉門器四桿機構(gòu)的不良設計有關(guān)。

        圖3 閉門器故障狀態(tài)

        3 機構(gòu)傳動分析

        在現(xiàn)有設計中,C桿長度為28cm,在門(D桿)張開到一定角度時, B桿和C桿共線。此時,B桿與C桿鉸接處運動方向與受力方向垂直,即壓力角為90°、傳動角為0°,故出現(xiàn)死點。此時門的張開角度可由余弦定理計算,即:

        算得張開角度為152.6°,說明門打開152.6°時四桿機構(gòu)傳動較差,可能處于異常受力狀態(tài),C桿對B桿的作用力沿C桿桿長方向,沒有使B桿發(fā)生轉(zhuǎn)動的力的分量,且門已經(jīng)不能繼續(xù)開啟。在后續(xù)關(guān)門中,B桿有轉(zhuǎn)動方向可能發(fā)生錯誤。

        4 受力分析

        參考圖4,閉門器在該狀態(tài)時會出現(xiàn)無法自動關(guān)閉的故障,即連架桿B桿頂住門D桿,發(fā)生干涉,使門無法關(guān)閉。這時由于在門開啟角度為152.6°后,關(guān)門時B桿本來應該順時針轉(zhuǎn)動原路返回,但是轉(zhuǎn)動方向發(fā)生錯誤,繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動,導致這一故障。

        圖4 閉門器無法閉門情況示意圖

        根據(jù)速度瞬心法,C桿和機架A桿的瞬心就在B桿和D桿的干涉點,因此發(fā)生干涉時,C桿在干涉點的瞬時速度為0,因此關(guān)門時B桿在干涉點不會發(fā)生來自C桿的較大沖擊。但是因為關(guān)門會導致門(D桿)對B桿在干涉點造成沖擊。假設關(guān)門的力為F,根據(jù)杠桿作用,沖擊力穩(wěn)定后為90/(32-28)F=22.5F,即門(D桿)對B桿的力是關(guān)門力的22.5倍,這一結(jié)果還是沖擊穩(wěn)定后的結(jié)果,瞬時沖擊力更大,具體數(shù)值與關(guān)門速度有關(guān)。這就是閉門器B桿發(fā)生變形的原因。

        為了避免閉門器再次發(fā)生故障,可考慮調(diào)節(jié)C桿長度使四桿機構(gòu)不會出現(xiàn)死點。當門完全打開,即與門框成180°角度時四桿機構(gòu)最可能出現(xiàn)死點。若使不出現(xiàn)死點,應使B桿和C桿長度和大于A桿和D桿長度和,即:25 cm+Lc>22.5 cm +32 cm,可以得到:Lc>29.5cm。

        5 結(jié)論

        本文針對連接臂損壞變形故障,對這一故障的原因進行分析并提出了改進措施。研究中取得了如下主要結(jié)論:

        (1)閉門器連桿和門、門框可被視為一個四桿機構(gòu)。

        (2)C桿長度為28cm時,在門(D桿)張開到152.6°會出現(xiàn)死點,在后續(xù)關(guān)門中,B桿有轉(zhuǎn)動方向可能發(fā)生錯誤,頂住門D桿,發(fā)生干涉,使門無法關(guān)閉,并有較大沖擊力,使B桿發(fā)生變形導致閉門器故障。

        (3)C桿長度>29.5cm時,可避免閉門器四桿機構(gòu)出現(xiàn)死點。

        本文的研究僅針對某一款閉門器進行,后續(xù)應進一步擴大研究的適用性。

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