可控式開關耐久性試驗機的研制

王彬 孫光耀 江朝軍 余嘉 郭華平

1.寧波市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院 浙江寧波 315041

2.公牛集團股份有限公司 浙江慈溪 315314

1 引言

開關產(chǎn)品是用來依靠可分離的觸頭的閉合、斷開一條或多條電路的一種裝置，主要分為器具開關和固定開關兩類，在各類家電產(chǎn)品及室內(nèi)電氣線路布置中都有廣泛的應用，其產(chǎn)品質(zhì)量關系到消費者人身及財產(chǎn)安全。

在開關產(chǎn)品的檢驗過程中，耐久性項目模擬的是開關產(chǎn)品最基本的帶電操作過程，并通過相關試驗評估長期大量操作對產(chǎn)品帶來的損壞程度，該項目不合格說明樣品在大量操作后可能無法保證其功能或是安全性能，是表征開關性能的一個重要參數(shù)之一。

目前市面上的儀器設備均無法對操作臂對開關施加的壓力進行控制，只能通過控制操作臂的行程和速率，實現(xiàn)驅(qū)動開關動作的目的。這種操作方式與消費者實際使用過程中的按壓開關施力方式差別較大，同時可能因為安裝調(diào)試和參數(shù)設置的偏差，影響測試結果的準確性，對測試工程師的操作水平有較高要求。

為提高開關產(chǎn)品耐久性測試過程的準確性，結合多年開關類產(chǎn)品測試經(jīng)驗，以開關的驅(qū)動方式為突破點，設計了一種可控式開關耐久性試驗機。目前該設備已投入使用，實際使用證明了該裝置貼近實際驅(qū)動方式，試驗結果準確、通用性強。同時，由于引入了相應的自動化控制系統(tǒng)，使軟硬件有效結合，達到提升測試結果的準確性和測試效率的目的。

2 標準要求[1,2,3]

設備為滿足GB/T 15092.1-2010器具開關 第1部分：通用要求；GB/T 16915.1-2014家用和類似用途固定式電氣裝置的開關 第1部分：通用要求；T/ZZB 0203-2017家用和類似用途固定式電氣裝置的蹺板開關等標準中的開關耐久性測試設計。

2.1 適用開關類型

器具開關、固定式開關。

2.2 操作方式

按鈕、蹺板、倒扳等多種驅(qū)動方式。

2.3 操作速率

加快速度條件、高速條件、慢速條件、極慢速條件等不同操作速率。

圖1 可控式開關耐久性試驗機測試流程圖

圖2 機械臂按壓端部原理圖

2.4 操作循環(huán)數(shù)

100～100000個操作循環(huán)。

3 試驗裝置介紹

3.1 設備參數(shù)

機械臂壓力2～20N，機械臂有效位移0～70mm，機械臂位移速度5～250mm/s，開關操作循環(huán)次數(shù)1～999999次，失效計數(shù)0～99次，通電時間0.6～99.9s，斷電時間0.6～99.9s，工位9個。可預設機械臂壓力范圍、試驗次數(shù)、通斷電時間、失效計數(shù)，具備試驗樣品失效自動檢測和不合格報警功能，并記錄試驗次數(shù)。

3.2 設備原理

本裝置主要由三部分組成：控制電路、操作臂、伺服電機，通過外接負載實現(xiàn)閉環(huán)通電試驗回路。測試過程中，控制電路給出信號使驅(qū)動伺服電機動作，帶動操作臂對開關樣品進行按壓操作。操作臂端部可預設一定按壓壓力值，提高測試準確性。

3.3 測試流程

以按鈕開關為例，將樣品固定在相應夾具中，調(diào)節(jié)機械臂的按壓位置和力度，連接并調(diào)試電氣負載，在設備中輸入測試開關通斷電時間、機械臂運動速度、通斷循環(huán)次數(shù)、失效計數(shù)等測試數(shù)據(jù)，開始測試。測試流程詳見圖1。

3.4 設備創(chuàng)新結構介紹

采取何種方式使機械臂按壓開關的方式更合理和準確是本設備研發(fā)的關注點。

本設備對機械臂的結構進行重新設計，使其按壓力控制通過端部的彈簧、導桿結構實現(xiàn)。如圖2（a）所示，機械臂端部未接觸開關樣品時，彈簧處于釋放狀態(tài)。當機械臂受驅(qū)動接觸開關發(fā)生按壓動作時，如圖2（b）所示，彈簧被壓縮給開關施加一定的力，驅(qū)動開關動作。通過選用不同彈性模量的彈簧，可改變施加的按壓力。

4 優(yōu)點介紹

4.1 貼近實際驅(qū)動方式，試驗結果準確

施加壓力可控，與傳統(tǒng)的操作機構相比，更加貼近消費者實際使用中的按壓方式。目前市場上設備主要通過控制機械臂往復運動驅(qū)動開關機構動作，同時通過設定其運動的幅度和速率保證開關的通、斷時間滿足測試要求。該方式一方面與消費者實際使用過程中的按壓方式存在明顯區(qū)別，另一方面安裝和調(diào)試過程的偏差均可能影響測試結果的準確性。本裝置通過機械臂端部的設計，使其可以提供一定的按壓力，更接近消費者實際使用過程中的按壓方式，同時可減少由于安裝調(diào)試及參數(shù)設置帶入的誤差，提高測試準確性。

4.2 通用性強

設計過程中，考慮多種開關類產(chǎn)品標準要求，保證設備的一機多用，可安裝多種型式、尺寸的樣品，同時位移幅度、速率可調(diào)范圍大、精度高、設置方便。對開關的通斷時間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)均可自由設定，機械臂施加的壓力也可通過選配不同彈性模量的彈簧實現(xiàn)。

4.3 測試效率高

9路工位可同時測試，單獨設置測試參數(shù)，單獨監(jiān)控測試進程。同時引入開關失效計數(shù)功能，通過報警次數(shù)設置，對開關是否失效做出合理判斷，避免由于設備誤判導致試驗中斷，提高測試效率。

5 結論

該套設備已經(jīng)研制完成，能實現(xiàn)器具開關、固定開關多種開關的耐久性試驗。通過與企業(yè)及我院同類設備的檢測結果比較來看，測試過程更接近開關實際操作狀態(tài)，測試結果準確。目前已投入使用，企業(yè)反饋良好。