一種測試燃具玻璃面板耐壓能力的施壓裝置

寧波方太廚具有限公司 孫 娟 夏瑞麗

隨著生活水平的提升，人們更加注重生活中的感官感受，廚電行業多數企業也以此為傳播方向，打造自身產品的亮點。老款燃氣灶具及熱水器的面板通常為不銹鋼或碳鋼材質，其優點為成本低、耐溫高、易于成型，然而卻存在著外表顏色單一，易生銹和油污易積聚等情況。而鋼化玻璃的應用則給此行業帶來了新的發展方向同時也給用戶帶來了新的感官享受。鋼化玻璃面板因其外形圖案可變性強、易清潔等特點得到了迅速的推廣和應用。但隨之而來燃具在運輸和使用過程中受到外界的應力而爆裂的情況也日益增多。評價燃具玻璃面板的可靠性和耐用性通常是測試其所能承受的外界應力，即耐壓能力。

本文介紹了一種測試燃具玻璃面板所能承受的外界應力的施壓裝置，運用杠桿原理向玻璃面板施加作用力或壓力，通過光柵尺準確讀取動力臂和阻力臂的長度值，就能精確測量作用力和壓力的數值，從而驗證玻璃面板的耐壓能力。

1 裝置結構

該施壓裝置主要是依據力的動力學效應，將具有精確質量的重物或重力砝碼，經過杠桿進行準確的放大，然后作用于需測試的玻璃面板。其產生的力值可以根據調整動力臂一端的重力小球的質量或者改變杠桿支點的位置(即力臂的比值)進行粗調和微調。產生的壓力也可以根據杠桿支點的位置變化、動力臂一端的施力大小以及杠桿施力端與受力點之間的接觸面積而改變。該裝置示意圖參見圖1和圖2。其中安裝在杠桿一端的施力塊與安裝在固定支架上的玻璃面板直接接觸，對其施加作用力。杠桿的另一端放置盛物盤，盛物盤內放置重物小球。緊固螺釘用來固定施力塊。光柵尺和金屬導軌固定在導軌支架上，帶直流電機的光柵讀頭在滑塊和夾緊螺母的組合作用下可沿金屬導軌進行直線的往復運動，進而改變杠桿的動力臂和阻力臂長度，對玻璃面板施加不同的作用力。

圖1 向上施力主視示意

圖2 向上施力俯視示意

2 原理及計算方法

對固定支架采用不同的控制方式，可將玻璃面板的受力方向分別設置為垂直于物體向上和垂直于物體向下。

2.1 垂直于玻璃面板向上的作用力分析

此裝置的受力分析可見圖3，此時重物小球在動力臂端施加向下的力F11，玻璃面板則受到向上的力F21。根據杠桿平衡原理，可得出：

式中：F21——玻璃面板所受壓力，N；

F11——杠桿阻力端小球重力，N；

F12——動力臂重力，N；

F22——阻力臂重力，N；

L1——杠桿動力臂長度，m；

L2——杠桿阻力臂長度，m；

Fi——杠桿單位長度重力，N/m。

將式(2)、(3)代入式(1)后即可得到玻璃面板所受壓力：

由式(4)可以看出，玻璃面板所受的力F21的大小與重物小球的質量、動力臂與阻力臂長度之比、以及杠桿重量有關。若杠桿質量較輕，Fi可忽略不計，則玻璃面板所受的力F21由小球質量、動力臂與阻力臂長度之比決定。

圖3 向上施力受力分析示意

2.2 垂直于玻璃面板向下的作用力分析

給玻璃面板施加垂直受力面向下的壓力，見圖4和圖5，玻璃面板位于施力塊的下方，受到向下的力F21，盛物盤中的重物小球通過定滑輪在杠桿另一端施加向上的力，此時的受力分析見圖6，F11為盛物盤與重物小球的重力之和。同樣，根據杠桿平衡原理，可得出玻璃面板所受的壓力：

若杠桿質量較輕，Fi可忽略不計，則玻璃面板所受的力F21仍是由盛物盤和小球質量、動力臂與阻力臂長度之比決定。

圖4 向下施力主視示意

圖5 向下施力俯視示意

圖6 向下施力受力分析

2.3 壓力測試分析

此裝置還可以根據改變施力杠桿與玻璃面板之間的接觸面積，通過施力塊對玻璃面板施加不同的壓力。公式如下：

式中：p——玻璃面板所受壓力，Pa；

S——施力塊與受力物體間的接觸面積，m2。

上式中F21為杠桿阻力端小球重力，施力塊與玻璃面板之間的接觸面按標準的圓形與長方形計算。圓形接觸面：

式中：S圓——圓形施力塊面積，m2；

r——圓形施力塊半徑，m。

將式(7)代入可得此時玻璃面板所受壓力：

式中：S長——長方形施力塊面積，m2；

a——長方形施力塊的長，m；

b——長方形施力塊的寬，m。

當a=b時，此接觸面為正方形

將式(9)代入可得此時玻璃面板所受壓力：

從式(8)和(10)可知，借助重力小球的質量就可以準確地測出玻璃面板所能承受的壓力。

3 裝置測試精度分析

由式(4)可以看出，該裝置中最小可施加力的大小由L1和L2以及小球質量m決定。假設小球質量m為定值，則最小施加力值由L1和L2即動力臂和阻力臂的光柵數決定。也就是說，該裝置的測試精度僅由光柵尺的分辨力決定，光柵尺的分辨力越高，則此結構的測試精度就越高。

4 結語

為了保證燃具玻璃面板的可靠性和耐用性，首先在源頭上應保證產品質量，必須通過嚴格的測試評價，滿足試驗要求后才能使用。這種以杠桿原理為基準的針對燃氣灶具及熱水器玻璃面板進行施力的測試裝置結構簡單，操作方便。通過設計兩種不同的結構方式達到了對不同安裝角度的玻璃面板的測試要求，而且可采用分辨率高的光柵尺以達到較高的精度要求。