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作者:蔡宗成、張景絢、洪永杰 (2000-10-25);推薦:徐業良 (2000-12-06
附註:本文為勞委會勞工衛生安全衛生研究所委託設計之個人防護具安全標準與性能測試-防護眼鏡耐衝擊測試機台之設計。

防護眼鏡耐衝擊測試機台設計

1. 設計目的

本「防護眼鏡耐衝擊強度測試機台」乃依據中國國家標準(CNS)總號7176、分類號Z2033,「強化玻璃透鏡之防護眼鏡」中對防護眼鏡耐衝擊測試之檢驗方法設計製作[5]。以下將詳細描述本機台之硬體設計、操作方法、以及實際測試結果。

CNS規定之檢驗方法描述如下:

檢驗方法:

將透鏡自鏡框取下,置於外徑351mm、內徑251mm之硬木或硬質塑膠製圓筒上端,並以與圓筒尺寸略同、厚度31mm之橡膠製墊圈固定。若透鏡有弧面時,可將圓筒的上端作成配合透鏡曲面的形狀。將直徑約22mm、重約45g之鋼珠自高處1.27~1.30m處對準透鏡在配帶時之眼睛部位自由落下,安全眼鏡不得有破碎、龜裂之現象。

本測試中墊圈材質應使用天然橡膠或合成橡膠依CNS3550【工業用橡膠素材】之種類A803~A815;鋼球依CNS2861【軸承用鋼球】規定,使用標稱27/32(基準直徑21.4312mm)或7/8(基準直徑22.2250mm)之鋼球。

2. 防護眼鏡耐衝擊測試機台設計與使用

2.1 防護眼鏡耐衝擊強度測試機台硬體設計

1為防護眼鏡耐衝擊強度測試機台整體外觀,整個機台共可分為主體結構、鋼球承載與掉落機構、透鏡支撐機構、以及其他附屬機構等子系統。以下即就各子系統硬體設計分別介紹之。

1. 耐衝擊試驗機台主體結構圖

(1)主體結構

如圖1所示為整組試驗機台之主體架構,其餘二項機構均架設於其上,主要功能為支撐重量,固定整體機台,並要能將其餘組件全部整合於其上,以利機台之搬運。主體結構以鋁擠型為支撐柱架設於金屬平板之上,並於結構外圍以壓克力材質包覆,可保護試驗者於試驗過程中之安全,也方便試驗者觀察試驗之進行過程。

(2)鋼球承載與掉落機構

因試驗機台之測試需求中,需以鋼球以自由落體之方式墬落於試驗透鏡之上,此為耐衝擊強度試驗機台之主要試驗動作,故需設計一鋼球之承載與掉落機構,平時能將鋼球支撐於其上,待試驗者欲進行試驗時,觸動開關後此機構會隨之動作使鋼球掉落於透鏡之上。

鋼球承載與掉落機構如圖2所示,以電磁鐵作為固定鋼球位置及承載鋼球重量之機構,將電磁鐵製作成可收納鋼球體積之凹槽,利用開關切換控制電磁鐵是否有磁力,以達成控制鋼球掉落之目的。最後完成之機構硬體外觀如圖3,將所有必須之電子零件整合於一控制盒內,減少電線配置等不必要的干擾,控制盒前端有一顯示燈,用以顯示目前電磁鐵是否充磁,此目的為增加電磁鐵使用壽命。

2. 電磁鐵原理圖

3. 鋼球承載與掉落機構

(3)透鏡支撐機構

如圖4,此透鏡支撐機構之功能在於將接受試驗之透鏡架設於其上,並有可調整之接觸邊緣與透鏡相接觸,以符合透鏡之表面形狀,並以魔鬼貼將透鏡固定,防止測試時脫落或意外的發生。

透鏡支撐機構之外型與尺寸於CNS國家標準中已有明確規定,故設計時依照此一標準製作。其組成是以外徑351mm、內徑251 mm之硬木或硬質塑膠製圓筒作為主體,其上覆蓋一層與圓筒尺寸略同、厚度為31mm之橡膠製墊圈,以使試驗透鏡能被固定於其上。

4. 透鏡支撐機構

(4)其它附屬機構

因考慮到鋼球在擊中透鏡之後的彈跳問題,所以在測試機台內部低於透鏡承載高度的部分舖設泡棉材質,吸收鋼珠落下之能量,避免鋼珠彈跳。

另外為使試驗機台保持水平,於試驗機台底部裝設可調整高度的調整腳,並於試驗機台上裝設水平校準儀,如此可依不同高度的地面,調整至水平位置,確保測試實驗的準確性。

2.2 測試機台操作說明

5. 防護眼鏡耐衝擊強度測試流程圖

5為以本測試機台做防護眼鏡耐衝擊強度測試之流程圖,以下即就每一步驟做細節描述。

(1)調整高度至測試規範

如圖6,本測試機台設計成平時可將高度降低以減少存放空間,測試機台最小高度可降至90公分,待進行測試時再將高度調整至卡榫位置,即可達到CNS標準所規範的1.27~1.30m之測試高度。

6. 測試機台高度可下降至90公分

(2)校正水平

為了能讓鋼珠於每次進行衝擊試驗時,落在同一點上,使每支防護眼鏡都達到同一檢驗標準,便於機台底座裝設調整腳,再利用水平儀檢驗(如圖7),因應不同的地面,調整至水平位置。

7. 校正水平

(3)固定透鏡

如圖8,將透鏡自防護眼鏡拆卸下來,把透鏡在配帶時之眼睛部位放置於透鏡支撐機構的中空圓筒,另一邊以魔鬼貼固定,防止測試時脫落。

8. 固定透鏡

(4)打開電源、固定鋼珠

如圖9所示,打開電源開關,並將啟動開關之按鈕成為ON狀態,此時磁性顯示燈亮,表示電磁鐵通電,便可將鋼珠固定於鋼球掉落機構內。

9. 打開電源、固定鋼珠

(5)準備測試

測試人員手持啟動開關,位於實驗機台前適當距離,按下啟動開關之按鈕成為OFF狀態,將鋼球釋放撞擊於鏡片上,進行安全眼鏡耐衝擊強度測試,並記錄測試結果。