电动自行车阻燃性能测试装置设计要点

武 凯 李蕴恺 韩晶晶

（天津大学内燃机研究所 天津 300072）

引言

2018 年5 月15 日，GB 17761-2018《电动自行车安全技术规范》[1]正式发布，代替了GB 17761-1999。GB 17761-2018 中，增加了防火、阻燃性能测试，引起了电动自行车行业以及社会的广泛关注。近年来，电动自行车引发的火灾逐年增多，GB 17761-2018 对电动自行车电气部件及塑料装饰件等防火、阻燃性能提出了明确要求。

据统计，电动自行车引发的火灾主要来源于电气部件。阻燃性能用来确定电动自行车电气部分及外观覆盖件等材料的线性自熄性或燃烧速率。其中，阻燃性能垂直燃烧测试方法用来测试电器部件的自熄性能。因此，阻燃性能垂直燃烧等级的评定直接影响着电动自行车的产品质量。为了能够按照GB 17761-2018 准确评定电动自行车的阻燃性能，本文通过对阻燃性能测试标准要求进行分析，设计出一种可以实现阻燃垂直燃烧性能测试的装置，以供参考使用。

1 标准要求

根据GB 17761-2018 要求，电动自行车固体非金属材料应满足GB/T5169.16-2017《电工电子产品着火危险试验第16 部分：试验火焰50 W 水平与垂直火焰试验方法》[2]中V-0 或V-1 燃烧级别。测试过程中，要求燃烧器的中心轴线保持在垂直位置，如图1 所示。火焰在中心线上施加至试样底边中点，燃烧器燃烧口至试样底边的距离需保证在（10±1）mm。并且在测试过程中，随着试样的位置或长度的改变，在该垂直面内移动燃烧器。

图1 燃烧器垂直

如果试样在火焰施加期间产生滴落物，燃烧器应能倾斜45°角，以便燃烧产生的滴落物刚好能够完全从试样下面移开，如图2 所示。与此同时，燃烧器燃烧口的中心与试样底边的距离仍能保持在（10±1）mm。

图2 燃烧器成45°角

从上述标准要求可以看出，测试设备需要满足以下2 点要求：

1）测试过程中，无论是火焰垂直施加，还是倾斜45°角施加，需始终保证燃烧器燃烧口中心与试样底边的距离为（10±1）mm。

2）测试过程中，如有滴落物，燃烧器应能立即切换成45°角施加火焰，并能完全避开滴落物。

从上述标准要求中可以看出，测试设备需要满足以下两点要求：

2 结构设计

不管是试样位置或长度的改变，还是试样产生熔融滴落物，都需要通过调节燃烧器的位置来满足测试要求。看似复杂，实则可分解成垂直方向的移动和以试样下端为中心的转动2 个完全独立的运动。因此，可针对以上2 方面的调节要求，分别从下述2个限制条件进行方案设计。

2.1 限制条件1

随着试样位置或长度的改变，在该垂直面内移动燃烧器。

空间上，根据受热方式的不同，试样位置或长度的改变形式有3 种，即前后、左右、上下3 个方向。其中，上下（垂直方向）的变化是由于试样长度改变所造成的。测试过程中，需要根据燃烧器燃烧口与试样底边距离的变化，移动燃烧器，使其在垂直方向上保证燃烧器燃烧口中心与试样底边的距离为（10±1）mm。同时，在调节升降的过程中，还应保证燃烧器仅在垂直方向运动，并且不会给燃烧器带来前后左右的附加移动。可实现升降调节的机构有很多，交叉四杆机构是其中使用较多的一种，如图3 所示。

图3 升降调节交叉四杆机构

通过调节旋钮，实现燃烧器垂直升降。在燃烧器燃烧口安装量隙规，通过观察量隙规位置，调节升降旋钮，保持燃烧器燃烧口的中心与试样底边（10±1）mm 的距离。除此之外，还可用丝杠螺母、齿轮齿条、滑轮、液压或气压机构等来实现升降调节，具体可根据使用条件来选择。

2.2 限制条件2

测试过程中，调节燃烧器成45°角，同时保证燃烧器燃烧口中心与试样底边的距离不发生改变。

测试过程中，试样位置相对固定。为保证燃烧器燃烧口中心与试样底边的距离始终保持在（10±1）mm，需要以试样底边中心为圆心来旋转燃烧器。因此，无论燃烧器以何种方式调节，其旋转中心应为燃烧器燃烧口中心向上10 mm 处。实现此功能有2 种方式：

1）在与燃烧器连接的支架上开设圆弧形滑道，支架固定连接到升降机构上表面，滑道设置上下2个止点。下止点时，燃烧器垂直；上止点时，燃烧器成45°角。滑道半径为支架与燃烧器连接点距离燃烧器燃烧口中心向上10 mm 处的直线距离。测试过程中，如发现有熔融滴落物，可直接旋转燃烧器使其成45°角状态，以此来达到GB 17761-2018 规定的测试要求。如图4 所示。

2）燃烧器及支架整体以燃烧器燃烧口中心向上10 mm 处为中心旋转，燃烧器支架与升降机构连接点为其旋转中心，以此来调节燃烧器位姿。

采用上述2 种方式的组合，可达到GB 17761-2018 中阻燃性能垂直燃烧测试要求。

3 运动学分析

升降结构的调节速度是限制测试装置能力的关键参数，因此，需进行升降结构的运动学分析。

本文所采用的交叉四杆机构[3]简图如图5 所示，其中，l2、l3杆长固定，l1、l4杆长可变。通过改变杆长来实现垂直升降。

图5 交叉四杆机构简图

为了方便分析B 点移动速度与U 点移动速度之间的关系，采用简化机构表示，如图6 所示。其中，h为升降高度。

图6 简化机构

杆长已知且为固定值，由几何关系可以得出：

输出端B 与输入端U 的比值与角度δ 的关系如图7 所示。其中，横坐标为角度δ，纵坐标为输出输入比。

图7 输出输入比与角度δ 关系

由图7 可以看出，当角度δ 为45°时，输出与输入之比为1。为实现快速升降，除提升输入速度外，还可将支架初始角度设置为45°。可调上升范围取决于杆长l2。在确定δ 最大调节角θ 后，根据需要调节的高度来计算杆长l2：

此外，还可以采用2 个或者多个四杆机构叠加来实现大行程、快速调节，其输出输入比与角度δ 的关系如图8 所示。

图8 叠加丝杆机构输出输入比与角度δ 的关系

图8 中，系列2、系列3、系列4 分别为采用1、2、3 个四杆机构叠加的输出输入比与角度δ 的关系。可根据实际需求选择初始角度、杆长及叠加数量，以此来达到设计需求。

4 结论

近年来，电动自行车的安全问题日益突出，GB 17761-2018《电动自行车安全技术规范》的发布，从源头上对电动自行车的安全问题进行了有效控制。严格按照GB 17761-2018 的要求进行测试，有助于提高检测的准确性，有效防止质量不达标的电动自行车产品流入市场而危害社会公共安全。因此，务必采用满足GB 17761-2018 测试要求的检测仪器和设备来改善电动自行车的阻燃性能。