新型高水密性推拉系統設計方案探討

王述康　杜萬明

新型高水密性推拉系統設計方案探討

王述康杜萬明

本文闡述了一種新型高水密性推拉門窗系統的設計思路。這種新型的推拉系統通過操作相應五金，可使扇與框四周的密封膠條被壓縮，從而實現像平開門窗系統一樣，達到密封、節能效果。

高水密性；推拉系統；膠條；密封

在當代建筑門窗系統種類中，以平開系統和推拉系統為主。平開系統中又分內平開和外平開兩種：內平開系統因具有開啟、關閉操作簡單、方便，保溫性好、便于清洗維護、保養、維修等優勢而被常用于北方地區，但內平開系統存在不便使用窗簾，窗扇開啟后會占用室內空間且容易碰傷家中的兒童，制作高水密性難度大等缺陷；外平開系統具有良好的水密性而被常用于南方多雨地區，但使用外平開系統一定年限后或遇到大風天氣時存在墜扇的情況，關閉時要將部分身體探出窗外存在一定的安全隱患，維護和保養難度系數也較大。與平開系統相比，推拉系統在操作方便、靈活、安全，且不占用室內空間等方面都有著不可替代的優勢，因此被廣泛應用于當代建筑中。但傳統的推拉系統大多采用毛條密封，因此在氣密性和水密性兩大物理指標遠遠低于平開系統。近年來，隨著國家節能主題的倡導以及國民節能意識逐步提高，推拉系統中出現了一些氣密性、水密性較好的五金系統，如提升推拉、推拉平移等，但其結構復雜，加工難度大，成本也較高。因此，如何開發出一款既經濟實惠，又能在氣、水密等性能上與平開系統匹敵的推拉門窗系統無論對型材行業，還是五金行業都是一項艱巨的挑戰。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，并對相應的系統方案的設計進行了闡述。

1　新型高水密性推拉門窗五金系統整體設計思路

傳統的推拉系統在開啟或者關閉時只能沿著圖1所示的Y方向（軌道方向）運動，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，無法達到氣密和水密性的要求。因此首先需要改變密封介質，新型高水密性推拉門系統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，當膠條壓縮后，膠條產生的摩擦力遠遠大于毛條，這就使得系統由于巨大的摩擦力而使得系統在開啟時需要較大的力，無法達到靈活、順暢的效果。

為保證系統的高水密性能，又要保證系統開啟順暢，則需要五金系統參照平開系統的操作方式：系統關閉過程中，當活動扇沿軌道（Y方向）運動即將到達最終位置時，操作五金系統可使活動扇向壓縮膠條的方向（X方向）運動，以實現壓縮膠條達到密封的目的；在系統開啟時，操作五金系統可使活動扇背離壓縮膠條的方向運動，以消除框扇之間的摩擦力，從而保證系統開啟靈活、順暢。綜上所述，新型高水密性推拉系統在關閉和開啟時，活動扇相對框存在向兩個方向運動，既要沿著滑軌的方向（Y）運動，還要沿著壓縮膠條方向（X）運動。

圖1　高水密性推拉系統運動方向示意圖

圖2　高水密性推拉系統膠條安裝示意圖

對于密封膠條的布局，若要實現較高的密封性能，首先應保證扇四周的膠條均勻分布且采用無縫式連接。其次，系統鎖閉后，系統四周膠條的壓縮量應保持一致，否則系統將因為短板效應的存在導致整體密封性能下降。

圖3　高水密性推拉系統膠條、鎖閉系統分布示意圖

該新型高水密性能推拉系統膠條和鎖閉系統（用于壓縮膠條）的分布如圖3所示?？梢灾庇^的看到，膠條均布在該系統的四周，若要達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四周膠條的受力一致。為了盡量達到這樣的效果，系統鎖鎖閉后對膠條的施力點采用均勻分布的方式。如圖3所示，在活動扇（以圖示方向）的上、左、下邊分別均勻的布置了幾個鎖閉系統，先保證這三個邊的膠條受力均勻；而系統右邊的膠條，由于推拉系統的特殊性，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題。該勾起裝置可使扇到達關閉位置時右邊的膠條也能被壓縮，并配合其余三邊的鎖閉系統，實現系統在鎖閉時，活動扇能同步、均勻的壓縮膠條，從而可以像平開系統一樣達到一定的密封效果。

要使該高水密性推拉系統在關閉和開啟活動扇有兩個方向運動，則該用于該系統的滑輪也需有與之對應的兩個方向的運動，從而配合活動扇完成相應的運動。

圖4　滑輪結構示意圖

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

該滑輪結構中，輪體的中心可以相對于外殼的中心左右移動，即外殼中心與輪體中心的移動來配合活動扇與框之間的貼近和分離功能。

2　五金系統方案闡述

本文將從以下兩個推拉系統結構方案來闡述該新型高水密性推拉系統的五金方案實施方式。

2.1方案一結構闡述（兩扇系統，活動扇+固定扇）

方案一結構示意圖如圖5所示。

方案一是一種“一活動扇+一固定扇”形式的高水密性推拉系統，如圖5所示。與傳統推拉系統相比，從外觀上看，該推拉系統方案只是將傳統的單點鎖閉件換成了執手，但其內部五金結構差異非常大。該系統主要由框、扇、執手、傳動器、傳動桿、頂部鎖閉組、底部鎖閉組、豎直鎖閉組以及安裝在框側面和扇側面的密封膠條構成。系統中的五金件如圖示位置分布、安裝，傳動器安裝在活動扇的傳動槽中，執手與之連接固定安裝，操作執手可控制豎直鎖閉組的鎖閉和打開。

該系統操作方式為：系統關閉過程中，活動扇即將到達最終關閉位置時，操作執手帶動傳動器使豎直鎖閉組鎖閉，利用豎直鎖閉組內的特殊結構，在操作執手的過程中使活動扇繼續沿Y方向運動，當活動扇向Y方向運動到接近窗扇關閉位置時，頂部鎖閉組和底部鎖閉組也在同步鎖閉，利用該鎖閉組內的特殊結構，再配合框扇之間的勾起裝置，可使活動扇沿著X方向進行微量移動，扇在移動的過程中將會壓縮框扇之間的密封膠條，直到系統在X方向達到關閉位置。待所有運動完畢，系統各處的膠條均得到一定量壓縮，此時就可以像平開系統一樣達到一定的密封效果。

系統開啟時，反向操作執手帶動傳動器可使豎直鎖閉組打開，利用其特殊結構，可在操作執手的過程中將活動扇沿Y方向反向推出一定的距離；在活動扇推出過程中，頂部和底部的鎖閉組將打開，利用特殊的結構，會使活動扇相對于框在X方向上分離一定的距離，該距離大于膠條恢復后的高度。這樣就可以消除框扇之間由于膠條壓縮而產生的摩擦力，使得系統開啟后活動扇能夠順暢滑動，避免在滑動的過程中出現操作力過大的現象。

圖5　方案一高水密性推拉系統結構示意圖

該系統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、頂部鎖閉組設計結構示意圖

該系統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所示的鎖閉系統結構組成；在框的的底部（頂部）安裝如圖所示的導向塊，在扇的底部（頂部）安裝如圖所示的滾輪，當活動扇在關閉過程中向Y方向運動時，到達一定的位置后，導向塊A將迫使滾輪帶動活動扇向X方微量運動，并壓縮框扇之間的膠條，達到密封的效果，通過改變斜面的坡度或者膠條的高度，理論上講，系統可以實現不同等級的密封效果。

當活動扇開啟過程中向Y方向反向運動時，導向塊B將迫使滾輪帶動活動扇向X方反向微量運動，將活動扇相對框分離一定的距離，消除兩者之間由膠條壓縮而產生的摩擦力，便于開啟。

2.1.2豎直鎖閉組鎖閉原理

圖7　豎直鎖閉系統結構示意圖

豎直鎖閉組由圖7所示的豎直鎖閉系統結構構成，豎直鎖閉系統以傳動器為中心呈對稱分布，其內部結構如圖7所示，該鎖閉系統點由安裝在框上的鎖座、輔助鎖座以及安裝在扇上的鎖點、輔助鎖點組成。其中鎖點和鎖座、輔助鎖點和輔助鎖座配合使用。

系統關閉時：操作執手，傳動器帶動鎖點與鎖座配合，利用兩者之間的特殊結構，可使扇沿Y方向貼近框直至鎖閉位置。與此同時，輔助鎖點將沿Z方向進入輔助鎖座，在進入輔助鎖座的過程中，斜面會迫使輔助鎖點帶動活動扇沿X方向微量移動，從而實現壓縮框扇之間的膠條的效果，直至鎖閉位置。

系統開啟時：反向操作執手，傳動器會帶動鎖點與鎖座分離，由于兩者之間的特殊結構，可將活動扇沿Y方向反向推出一定的距離，同時，輔助鎖點也會退出輔助鎖座。此時框扇之間的膠條可以松開，消除框扇之間的因為膠條壓縮而產生的摩擦力，以確保扇開啟的靈活度。

2.2方案二結構原理(四扇系統，其中兩個活動扇，兩個固定扇)

方案二是方案一的拓展，其結構如圖8所示。

方案二系統如圖8所示，是一種4扇結構推拉系統，包含兩個固定扇A和B，兩活動扇A和B。該系統可以理解為將兩個方案一系統進行了對稱布置，這樣的布局符合中國人們喜歡對稱美的要求。與方案一相比，該方案的五金系統和密封方式有所不同。

五金系統配件的種類中，執手、傳動器與方案一不同，均采用雙行程結構，在活動扇B的底部靠近活動扇A的部位還增加一個開啟裝置，且與傳動器連接，用于引導兩扇的開啟順序（如圖9）。

方案二系統的鎖閉點及膠條分布如圖11所示，其鎖閉系統與方案一相比略有不同，由于系統在鎖閉后，兩活動扇與框之間的密封可以得到保證，但是兩活動扇之間的部分卻成了系統密封的薄弱環節，因此，該方案中膠條分布在方案一的基礎上，還在兩活動扇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，當A和B之間相互鎖閉后，將形成一組共用的鎖閉系統，該鎖閉系統可壓縮兩扇之間的膠條，從而保證系統中間部分的密封效果。

該系統的操作方式與方案一相比，最大的區別在于執手的操作。鎖閉過程中，當兩活動扇A和B相互靠近，并即將關閉位置時，操作執手至最大行程可使傳動器帶動豎直鎖閉組鎖閉，同時，與傳動器相連接的開啟裝置也會鎖閉，在兩者的配合下，活動扇A和B相互靠近直至運動到各自的鎖閉位置；此時，兩活動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其他部分的膠條都被一定量的壓縮，從而使得系統達到一定的密封效果。

圖8　高水密性密封推拉系統方案三示意圖

圖9　方案鎖閉點及膠條分布示意圖

系統開啟時，反向操作執手至第一個行程結束，帶動傳動器使豎直鎖閉組打開而開啟裝置處于鎖閉狀態，此過程中活動扇B保持不動并將活動扇A彈開一定距離（利用豎直鎖閉組的特殊結構），以便于左扇開啟順暢。再操作執手至第二個行程結束，帶動傳動器使與之相連接的開啟裝置處于打開狀態，在該裝置打開的過程中，利用其內部的特殊結構，可將活動扇B彈出一定距離，以便于活動扇B開啟順暢。

圖10　開啟裝置示意圖

該系統中的開啟裝置如圖10所示，開啟裝置由兩部分組成，分別為安裝在框上的導向座A、B和安裝在扇上的滾輪，滾輪與傳動器連接。系統關閉時，轉動執手至最大行程，滾輪將與導向座A接觸，導向座A將迫使滾輪帶動活動扇B沿Y方向運動（配合豎直鎖閉組同步進行），直至活動扇B運動到鎖閉位置；系統開啟時，反向操作執手至第一個行程結束，滾輪將保持不動，此時活動扇B也保持不動并將活動扇A彈開，再操作執手至第二個行程結束，此時滾輪將退出導向座A并與導向座B接觸。導向座B迫使滾輪帶著活動扇B沿Y方向反向運動，并將活動扇B相對于框推開一定的距離，消除框扇之間的摩擦力，便于開啟順暢。

該系統的豎直鎖閉組、底部、頂部鎖閉組原理以及滑輪結構均與方案一原理一致，此處不再贅述。

3　方案的優缺點

本文所闡述的方案優點主要表現為：與推拉平移、推拉提升系統相比結構簡單，同一活動扇的鎖閉點分布均勻，且同步鎖閉，可實現較好的密封效果。

但上述方案對鎖閉點鎖閉的同步性較高，因此對幾個鎖閉點的安裝精度要求較高，如果精度達不到一定的要求，可能無法實現幾個鎖點同步鎖閉而影響密封效果。同時該系統的配件較傳統推拉系統相比明顯有增加，因此該系統的成本將會比傳動的推拉系統高出一些。

4　總結

該新型高水密性推拉五金系統既保留了傳統推拉門窗系統的特點，又具有平開系統較好的密封性能，隨著人們對門窗防雨水滲漏性能要求和節能意識的提升，對居住生活的舒適度和建筑空間意識的重視，這種新型的推拉門窗系統將會具有較好的推廣和應用價值。

對此新型高水密性推拉系統的五金系統，我司已投入資源研發中，由三個技術部協作開發，經初步驗證，上述系統方案均可實施，并取得了一定的成效。

（作者單位：廣東堅朗五金制品股份有限公司）

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廣東省科學技術計劃項目“高性能新型節能鋁合金門窗開發及其產業化”2012A01080043專項研究內容之一。