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摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，本文主要分析了二极插座常见保护门结构设计中容易出现的各种问题，例如：保护门打不开、不能防单销、强度不够、寿命短、手感差等不良现象。保护门只要结构设计合理，就可以完全避免这些常见的问题。以墙壁插座设计为例，在设计过程中，关键点及结构设计的优化，通过二维、三维软件模拟分析，最终确定保护门的设计方案。
关键词：墙壁插座；结构设计；插拔手感；国标要求
引言
防触电保护是电器产品安全性能的一项重要指标,其合格与否直接影响电器产品的安全性和使用者的人身安全。家用插座保护门的防触电保护更具有特殊性:因插座带有保护门,使用者就会不自觉地降低安全防护心理,加大了触及带电部件的可能性。2003年吉林省家用插座(固定式、可移式插座)全省监督抽查,插座不合格率为33.3%(共抽查30个样品),而插座保护门的防触电保护不合格占全部不合格插座的80%(吉林省质检局提供),已成为一个关键的不合格项,应引起生产厂家的注意。
1标准要求及检验方法
《GB2099.1-1996家用和类似用途插头插座第一部分:通用要求》标准第10章10.5条和第21章详细规定了保护门的防触电保护要求。10.5条规定:a.插座在插头拔出时,带电插套自动被遮蔽。b.用来遮蔽带电插套的机构应是不会轻易地被插头以外的任何东西所驱动,而且也不能依靠容易丢失的部件来实现这一目的。c.用防触电试验仪及图1的1N探针来进行试验,插头完全拔出状态下的插座,探针在最不利的情况下,施以1N的力独自地垂直碰触保护门三次,每次碰触后,均要拔出探针,探针不能触及到带电部件。探针只用来检查带电插套的插孔,探针与部件的接触情况通过防触电仪来观察。第21章操作寿命试验规定:5000千次插拔后,用图2的20N的探针对相对于带电插销的插孔的保护门施加20N的力,每次施力后都不拔出或旋转这只探针,接连地朝三个方向施力,然后用图1探针对保护门施加1N的力,并且以独立施力即每施力一次,就把探针拔出的方式朝三个方向施力。在所加力保持不变的情况下,两探针不得触及带电部件。
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2保护门结构设计
2.1保护门的强度设计
国家标准要求：①插套的一个插销朝垂直于插座的正表面方向，向一个插孔的保护门施加75N达1min，实验后样品不能有本标准意义上的损坏。②保护门寿命需达到10000个行程以上。为提供保护门的强度，我们在保护门的材料及尺寸方面有着详细的考虑。首先采用应具有以下特性的材料：强度好、抗冲击性强、自润滑性好、尺寸稳定性好、热稳定性好、阻燃性，而具有此特性的首选材料就是尼龙PA66，但单纯的尼龙PA66是偏软。所以我们将尼龙PA66进行改性，提高强度。适当向尼龙PA66加玻璃纤维，但玻璃纤维加多了本身的自润滑性就会严重下降而且变的很脆，加少了强度又达不到，所以我们通过大量的实验得出向尼龙PA66里加25%~30%的玻璃纤维性能是最好的，也就是我们常说的“尼龙PA66+GF25%~GF30%”。其次在尺寸也有一定的考量，就是保护门的高度，在好的材料只有一个薄片也是没有强度的，但高度尺寸太高又影响插座的其它结构设计，经过测试保护门的高度一般在4.5~5.5mm是比较合理的一个范围，强度是完全可以满足要求的。
2.2供电控制原理分析
智能插座的核心部件是供电控制结构，它的功能是自动控制当插座接入用电器后插座进行供电，当用电器拔出插头后，插座自动停止供电，从而取得插入供电，拔出断电的自动控制效果。智能插座的主要构造是继电器、变压器以及单片机等构成。智能供电安全插座的控制原理是：把用电器插头正确插入到智能供电插座中后，插座内部的传感器会立即检测到负载接入信号，单片机收到相应信号后对继电器工作进行控制，这个时候200V交流电已经开始接通，然后对用电器提供电源，当把用电器拔除后，信号传入控制器，然后控制器操作继电器进行断开，使插座自动断电，变压器的作用是把220V交流电变为5V直流电从而对单片机控制模块进行供电。其中，传感器信号采集模拟使用的是光电传感器，当用电器插头插入插座后会对光的传播造成影响，这样就能取得信号。光电传感器的特点是结构简单、安全性高。因此全部的控制过程，从信号采集、识别信号、传导信号，最后对电路通电和断电控制都是使用单片机进行自动控制，这样就能起到安全节能的供电效果。
2.3保护门的运动摆角
插头在接触保护门的时，由于插头不是绝对垂直于插座的正表面，所以就会产生相对的角度，这个角度也随之传递给保护门。这样一来保护门的第一个运动就是旋转，当保护门与插头的旋转角度一致时，就会在插头插入力的推动下做横向运动。当插头于插座的正面的角度过大时，带动保护门旋转，保护门旋转到挡块位置时，挡块对保护门有卡死功能，使保护门不能做横向运动，保护门打不开。那么这个最大允许角度怎么设计呢。我们从两个方面进行研究：首先我们在公司内部进行调查实验，发现在插头插入插座时，插头与插座正面产生的角度在6度以下是最被同事接受的。其次从力学角度分析，当插头插入插座时，插头对保护门有一个垂直冲击，而这个垂直冲击使保护门有一个塑性变形，塑性变形的角度约为0.5~1.5°，在根据尺寸链的关系，保护门允许打开的最大角度在3度以上安全。所以保护门允许打开的最大角度设计在3~5°最为合理。
2.4智能供电安全插座的市场需求
因为我国人民生活水平日益提升，家庭现代化以及办公自动化不断普及，因此插座的要求不仅仅要求实用，而且要求更高的安全性、稳定性以及节能性。我国在这方面对原材料、技术以及人工等都有很好的积累，因此这个领域取得了巨大提升。随着我国插座安全标准和节能要求的推出，也推动了插座产品安全性能提高以及技术的升级。目前我国插座生产厂家在不断研制和开发具有更高附加值的插座产品，如能够起到过载保护的插座。随着技术升级，能够为更好的开发市场提供更大的保证。随着世界经济一体化程度的推进，我国企业的外贸出口市场也成为了重点开发的市场范围。智能插座是一个劳动密集型产业，而我国的劳动力价格具有很大的优势，因此我国产品价格优势非常明显。国内企业产品已经不断进入国际市场，在世界各地都有我国的产品，包括欧洲、东南亚地区、中东地区以及南非洲地区等。作为世界工厂，我国目前成为了世界上最大的插座生产国家。当前，我国已经出现了很多世界知名的插座品牌，而且具有价格优势的插座品牌也在中低端市场得到了很好的推广。相信在未来市场发展中，我国智能插座肯定会在国内以及国际市场都获得巨大的推广和应用。
结语
本文主要是对常见二极插保护门设计中容易出现的各种问题、材料的选用、弹簧的选用、零部件与零部件的相互配合，进行详细的分析、比对、设计中注意的关键点及合理范围值、国家标准对保护门的要求等做一次详细的方案。在用户体验上面解决手感问题，把插入手感调到最佳状态，进而完善产品结构、提高产品性能、改善产品工艺，为用户提供更安全、舒适的体验。
参考文献
[1]GB/T2099.1-2008,家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求[S].
[2]俞建卫,焦明华,田明.工程塑料的润滑对使用寿命的影响[J].润滑与密封,1999,（01）：67-69.
[3]刘东易,毕新胜.基于ANSYS的喂花机导向套的静力学分析[J].机械,2013,04:48-51+55.
[4]GB/T1002,家用和类似用途单相插头插座型式、基本参数和尺寸[S].
论文作者:熊娟
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/25
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