電動自行車阻燃性能測試裝置設(shè)計要點

武 凱 李蘊愷 韓晶晶

（天津大學內(nèi)燃機研究所 天津 300072）

引言

2018 年5 月15 日，GB 17761-2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》[1]正式發(fā)布，代替了GB 17761-1999。GB 17761-2018 中，增加了防火、阻燃性能測試，引起了電動自行車行業(yè)以及社會的廣泛關(guān)注。近年來，電動自行車引發(fā)的火災(zāi)逐年增多，GB 17761-2018 對電動自行車電氣部件及塑料裝飾件等防火、阻燃性能提出了明確要求。

據(jù)統(tǒng)計，電動自行車引發(fā)的火災(zāi)主要來源于電氣部件。阻燃性能用來確定電動自行車電氣部分及外觀覆蓋件等材料的線性自熄性或燃燒速率。其中，阻燃性能垂直燃燒測試方法用來測試電器部件的自熄性能。因此，阻燃性能垂直燃燒等級的評定直接影響著電動自行車的產(chǎn)品質(zhì)量。為了能夠按照GB 17761-2018 準確評定電動自行車的阻燃性能，本文通過對阻燃性能測試標準要求進行分析，設(shè)計出一種可以實現(xiàn)阻燃垂直燃燒性能測試的裝置，以供參考使用。

1 標準要求

根據(jù)GB 17761-2018 要求，電動自行車固體非金屬材料應(yīng)滿足GB/T5169.16-2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第16 部分：試驗火焰50 W 水平與垂直火焰試驗方法》[2]中V-0 或V-1 燃燒級別。測試過程中，要求燃燒器的中心軸線保持在垂直位置，如圖1 所示?；鹧嬖谥行木€上施加至試樣底邊中點，燃燒器燃燒口至試樣底邊的距離需保證在（10±1）mm。并且在測試過程中，隨著試樣的位置或長度的改變，在該垂直面內(nèi)移動燃燒器。

圖1 燃燒器垂直

如果試樣在火焰施加期間產(chǎn)生滴落物，燃燒器應(yīng)能傾斜45°角，以便燃燒產(chǎn)生的滴落物剛好能夠完全從試樣下面移開，如圖2 所示。與此同時，燃燒器燃燒口的中心與試樣底邊的距離仍能保持在（10±1）mm。

圖2 燃燒器成45°角

從上述標準要求可以看出，測試設(shè)備需要滿足以下2 點要求：

1）測試過程中，無論是火焰垂直施加，還是傾斜45°角施加，需始終保證燃燒器燃燒口中心與試樣底邊的距離為（10±1）mm。

2）測試過程中，如有滴落物，燃燒器應(yīng)能立即切換成45°角施加火焰，并能完全避開滴落物。

從上述標準要求中可以看出，測試設(shè)備需要滿足以下兩點要求：

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

不管是試樣位置或長度的改變，還是試樣產(chǎn)生熔融滴落物，都需要通過調(diào)節(jié)燃燒器的位置來滿足測試要求。看似復雜，實則可分解成垂直方向的移動和以試樣下端為中心的轉(zhuǎn)動2 個完全獨立的運動。因此，可針對以上2 方面的調(diào)節(jié)要求，分別從下述2個限制條件進行方案設(shè)計。

2.1 限制條件1

隨著試樣位置或長度的改變，在該垂直面內(nèi)移動燃燒器。

空間上，根據(jù)受熱方式的不同，試樣位置或長度的改變形式有3 種，即前后、左右、上下3 個方向。其中，上下（垂直方向）的變化是由于試樣長度改變所造成的。測試過程中，需要根據(jù)燃燒器燃燒口與試樣底邊距離的變化，移動燃燒器，使其在垂直方向上保證燃燒器燃燒口中心與試樣底邊的距離為（10±1）mm。同時，在調(diào)節(jié)升降的過程中，還應(yīng)保證燃燒器僅在垂直方向運動，并且不會給燃燒器帶來前后左右的附加移動。可實現(xiàn)升降調(diào)節(jié)的機構(gòu)有很多，交叉四桿機構(gòu)是其中使用較多的一種，如圖3 所示。

圖3 升降調(diào)節(jié)交叉四桿機構(gòu)

通過調(diào)節(jié)旋鈕，實現(xiàn)燃燒器垂直升降。在燃燒器燃燒口安裝量隙規(guī)，通過觀察量隙規(guī)位置，調(diào)節(jié)升降旋鈕，保持燃燒器燃燒口的中心與試樣底邊（10±1）mm 的距離。除此之外，還可用絲杠螺母、齒輪齒條、滑輪、液壓或氣壓機構(gòu)等來實現(xiàn)升降調(diào)節(jié)，具體可根據(jù)使用條件來選擇。

2.2 限制條件2

測試過程中，調(diào)節(jié)燃燒器成45°角，同時保證燃燒器燃燒口中心與試樣底邊的距離不發(fā)生改變。

測試過程中，試樣位置相對固定。為保證燃燒器燃燒口中心與試樣底邊的距離始終保持在（10±1）mm，需要以試樣底邊中心為圓心來旋轉(zhuǎn)燃燒器。因此，無論燃燒器以何種方式調(diào)節(jié)，其旋轉(zhuǎn)中心應(yīng)為燃燒器燃燒口中心向上10 mm 處。實現(xiàn)此功能有2 種方式：

1）在與燃燒器連接的支架上開設(shè)圓弧形滑道，支架固定連接到升降機構(gòu)上表面，滑道設(shè)置上下2個止點。下止點時，燃燒器垂直；上止點時，燃燒器成45°角?；腊霃綖橹Ъ芘c燃燒器連接點距離燃燒器燃燒口中心向上10 mm 處的直線距離。測試過程中，如發(fā)現(xiàn)有熔融滴落物，可直接旋轉(zhuǎn)燃燒器使其成45°角狀態(tài)，以此來達到GB 17761-2018 規(guī)定的測試要求。如圖4 所示。

2）燃燒器及支架整體以燃燒器燃燒口中心向上10 mm 處為中心旋轉(zhuǎn)，燃燒器支架與升降機構(gòu)連接點為其旋轉(zhuǎn)中心，以此來調(diào)節(jié)燃燒器位姿。

采用上述2 種方式的組合，可達到GB 17761-2018 中阻燃性能垂直燃燒測試要求。

3 運動學分析

升降結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)速度是限制測試裝置能力的關(guān)鍵參數(shù)，因此，需進行升降結(jié)構(gòu)的運動學分析。

本文所采用的交叉四桿機構(gòu)[3]簡圖如圖5 所示，其中，l2、l3桿長固定，l1、l4桿長可變。通過改變桿長來實現(xiàn)垂直升降。

圖5 交叉四桿機構(gòu)簡圖

為了方便分析B 點移動速度與U 點移動速度之間的關(guān)系，采用簡化機構(gòu)表示，如圖6 所示。其中，h為升降高度。

圖6 簡化機構(gòu)

桿長已知且為固定值，由幾何關(guān)系可以得出：

輸出端B 與輸入端U 的比值與角度δ 的關(guān)系如圖7 所示。其中，橫坐標為角度δ，縱坐標為輸出輸入比。

圖7 輸出輸入比與角度δ 關(guān)系

由圖7 可以看出，當角度δ 為45°時，輸出與輸入之比為1。為實現(xiàn)快速升降，除提升輸入速度外，還可將支架初始角度設(shè)置為45°?？烧{(diào)上升范圍取決于桿長l2。在確定δ 最大調(diào)節(jié)角θ 后，根據(jù)需要調(diào)節(jié)的高度來計算桿長l2：

此外，還可以采用2 個或者多個四桿機構(gòu)疊加來實現(xiàn)大行程、快速調(diào)節(jié)，其輸出輸入比與角度δ 的關(guān)系如圖8 所示。

圖8 疊加絲桿機構(gòu)輸出輸入比與角度δ 的關(guān)系

圖8 中，系列2、系列3、系列4 分別為采用1、2、3 個四桿機構(gòu)疊加的輸出輸入比與角度δ 的關(guān)系?？筛鶕?jù)實際需求選擇初始角度、桿長及疊加數(shù)量，以此來達到設(shè)計需求。

4 結(jié)論

近年來，電動自行車的安全問題日益突出，GB 17761-2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布，從源頭上對電動自行車的安全問題進行了有效控制。嚴格按照GB 17761-2018 的要求進行測試，有助于提高檢測的準確性，有效防止質(zhì)量不達標的電動自行車產(chǎn)品流入市場而危害社會公共安全。因此，務(wù)必采用滿足GB 17761-2018 測試要求的檢測儀器和設(shè)備來改善電動自行車的阻燃性能。