宁波方太厨具有限公司 孙 娟 夏瑞丽

随着生活水平的提升，人们更加注重生活中的感官感受，厨电行业多数企业也以此为传播方向，打造自身产品的亮点。老款燃气灶具及热水器的面板通常为不锈钢或碳钢材质，其优点为成本低、耐温高、易于成型，然而却存在着外表颜色单一，易生锈和油污易积聚等情况。而钢化玻璃的应用则给此行业带来了新的发展方向同时也给用户带来了新的感官享受。钢化玻璃面板因其外形图案可变性强、易清洁等特点得到了迅速的推广和应用。但随之而来燃具在运输和使用过程中受到外界的应力而爆裂的情况也日益增多。评价燃具玻璃面板的可靠性和耐用性通常是测试其所能承受的外界应力，即耐压能力。

本文介绍了一种测试燃具玻璃面板所能承受的外界应力的施压装置，运用杠杆原理向玻璃面板施加作用力或压力，通过光栅尺准确读取动力臂和阻力臂的长度值，就能精确测量作用力和压力的数值，从而验证玻璃面板的耐压能力。

1 装置结构

该施压装置主要是依据力的动力学效应，将具有精确质量的重物或重力砝码，经过杠杆进行准确的放大，然后作用于需测试的玻璃面板。其产生的力值可以根据调整动力臂一端的重力小球的质量或者改变杠杆支点的位置(即力臂的比值)进行粗调和微调。产生的压力也可以根据杠杆支点的位置变化、动力臂一端的施力大小以及杠杆施力端与受力点之间的接触面积而改变。该装置示意图参见图1和图2。其中安装在杠杆一端的施力块与安装在固定支架上的玻璃面板直接接触，对其施加作用力。杠杆的另一端放置盛物盘，盛物盘内放置重物小球。紧固螺钉用来固定施力块。光栅尺和金属导轨固定在导轨支架上，带直流电机的光栅读头在滑块和夹紧螺母的组合作用下可沿金属导轨进行直线的往复运动，进而改变杠杆的动力臂和阻力臂长度，对玻璃面板施加不同的作用力。

图1 向上施力主视示意

图2 向上施力俯视示意

2 原理及计算方法

对固定支架采用不同的控制方式，可将玻璃面板的受力方向分别设置为垂直于物体向上和垂直于物体向下。

2.1 垂直于玻璃面板向上的作用力分析

此装置的受力分析可见图3，此时重物小球在动力臂端施加向下的力F11，玻璃面板则受到向上的力F21。根据杠杆平衡原理，可得出：

式中：F21——玻璃面板所受压力，N；

F11——杠杆阻力端小球重力，N；

F12——动力臂重力，N；

F22——阻力臂重力，N；

L1——杠杆动力臂长度，m；

L2——杠杆阻力臂长度，m；

Fi——杠杆单位长度重力，N/m。

将式(2)、(3)代入式(1)后即可得到玻璃面板所受压力：

由式(4)可以看出，玻璃面板所受的力F21的大小与重物小球的质量、动力臂与阻力臂长度之比、以及杠杆重量有关。若杠杆质量较轻，Fi可忽略不计，则玻璃面板所受的力F21由小球质量、动力臂与阻力臂长度之比决定。

图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

给玻璃面板施加垂直受力面向下的压力，见图4和图5，玻璃面板位于施力块的下方，受到向下的力F21，盛物盘中的重物小球通过定滑轮在杠杆另一端施加向上的力，此时的受力分析见图6，F11为盛物盘与重物小球的重力之和。同样，根据杠杆平衡原理，可得出玻璃面板所受的压力：

若杠杆质量较轻，Fi可忽略不计，则玻璃面板所受的力F21仍是由盛物盘和小球质量、动力臂与阻力臂长度之比决定。

图4 向下施力主视示意

图5 向下施力俯视示意

图6 向下施力受力分析

2.3 压力测试分析

此装置还可以根据改变施力杠杆与玻璃面板之间的接触面积，通过施力块对玻璃面板施加不同的压力。公式如下：

式中：p——玻璃面板所受压力，Pa；

S——施力块与受力物体间的接触面积，m2。

上式中F21为杠杆阻力端小球重力，施力块与玻璃面板之间的接触面按标准的圆形与长方形计算。圆形接触面：

式中：S圆——圆形施力块面积，m2；

r——圆形施力块半径，m。

将式(7)代入可得此时玻璃面板所受压力：

式中：S长——长方形施力块面积，m2；

a——长方形施力块的长，m；

b——长方形施力块的宽，m。

当a=b时，此接触面为正方形

将式(9)代入可得此时玻璃面板所受压力：

从式(8)和(10)可知，借助重力小球的质量就可以准确地测出玻璃面板所能承受的压力。

3 装置测试精度分析

由式(4)可以看出，该装置中最小可施加力的大小由L1和L2以及小球质量m决定。假设小球质量m为定值，则最小施加力值由L1和L2即动力臂和阻力臂的光栅数决定。也就是说，该装置的测试精度仅由光栅尺的分辨力决定，光栅尺的分辨力越高，则此结构的测试精度就越高。

4 结语

为了保证燃具玻璃面板的可靠性和耐用性，首先在源头上应保证产品质量，必须通过严格的测试评价，满足试验要求后才能使用。这种以杠杆原理为基准的针对燃气灶具及热水器玻璃面板进行施力的测试装置结构简单，操作方便。通过设计两种不同的结构方式达到了对不同安装角度的玻璃面板的测试要求，而且可采用分辨率高的光栅尺以达到较高的精度要求。