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一、前言
在当代建筑门窗系统种类中，以平开系统和推拉系统为主。平开系统中又分内平开和外平开两种;内平开系统因具有开启、关闭操作简单、方便，保温性好、便于清洗维护、保养、维修等优势而被常用于北方地区，但内平开系统存在不便使用窗帘，窗扇开启后会占用室内空间且容易碰伤家中的儿童，制作高水密性难度大等缺陷;外平开系统具有良好的水密性而被常用于南方多雨地区，但使用外平开系统一定年限后或遇到大风天气时存在坠扇的情况，关闭时要将部分身体探出窗外存在一定的安全隐患，维护和保养难度系数也较大。与平开系统相比，推拉系统在操作方便、灵活、安全，且不占用室内空间等方面都有着不可替代的优势，因此被广泛应用于当代建筑中，但传统的推拉系统大多采用毛条密封，因此在气密性和水密性两大物理指标远远低于平开系统。近年来，随着国家节能主题的倡导以及国民节能意识逐步提高，推拉系统中出现了一些气密（词条“气密”由行业大百科提供）性、水密性较好的五金系统，如提升推拉、推拉平移等，但其结构复杂，加工难度大，成本也较高。因此，如何开发出一款既经济实惠，又能在气、水密等性能上与平开系统匹敌的推拉门窗系统无论对型材行业，还是五金行业都是一项艰巨的挑战。为此本文描述了两种能满足上述要求的新型高水密性推拉系统，并对相应的系统方案的设计进行了阐述。
二、新型高水密性推拉门窗五金系统整体设计思路
传统的推拉系统在开启或者关闭时只能沿着图1所示的Y方向(轨道方向)运动，且框和扇之间为减少了框扇之间的摩擦力，方便人们启闭而往往采用毛条密封，而毛条密封一般只能阻挡灰尘等一些小杂物，无法达到气密和水密性的要求。因此首先需要改变密封介质，新型高水密性推拉门系统将采用胶条替代毛条;在框和扇X方向之间植入密封胶条，并以无缝连接的形式确保密封性能最大化，如图2所示。但使用胶条时，当胶条压缩后，胶条产生的摩擦力远远大于毛条，这就使得系统由于巨大的摩擦力而使得系统在开启时需要较大的力，无法达到灵活、顺畅的效果。
为保证系统的高水密性能，又要保证系统开启顺畅，则需要五金系统参照平开系统的操作方式：系统关闭过程中，当活动扇沿轨道(Y方向)运动即将到达最终位置时，操作五金系统可使活动扇向压缩胶条的方向(X方向)运动，以实现压缩胶条达到密封的目的;在系统开启时，操作五金系统可使活动扇背离压缩胶条的方向运动，以消除框扇之间的摩擦力，从而保证系统开启灵活、顺畅。综上所述，新型高水密性推拉系统在关闭和开启时，活动扇相对框存在向2个方向运动，既要沿着滑轨的方向(Y)运动，还有沿着压缩胶条方向(X)运动。
图1 高水密性推拉系统运动方向示意图
图2 高水密性推拉系统胶条安装示意图
对于密封胶条的布局，若要实现较高的密封性能，首先应保证扇四周的胶条均匀分布且采用无缝式连接。其次，系统锁闭后，系统四周胶条的压缩量应保持一致，否则系统将因为短板效应的存在导致整体密封性能下降。
图3 高水密性推拉系统胶条、锁闭系统分布示意图
该新型高水密性能推拉系统胶条和锁闭系统(用于压缩胶条)的分布如图3所示。可以直观的看到，胶条均布在该系统的四周，若要达到较好的密封效果则需要每处胶条的压缩量保持一致，换言之也就是需要系统四周胶条的受力一致。为了尽量达到这样的效果，系统锁锁闭后对胶条的施力点采用均匀分布的方式。如图3所示，在活动扇(以图示方向)的上、左、下边分别均匀的布置了几个锁闭系统，先保证这三个边的胶条受力均匀;而系统右边的胶条，由于推拉系统的特殊性，不便在此边上安装五金件（词条“五金件”由行业大百科提供），为此在右边的型材上增加如图3所示的勾起装置以解决该问题。该勾起装置可使扇到达关闭位置时右边的胶条也能被压缩，并配合其余三边的锁闭系统，实现系统在锁闭时，活动扇能同步、均匀的压缩胶条，从而可以像平开系统一样达到一定的密封效果。
要使该高水密性推拉系统在关闭和开启活动扇有2个方向运动，则该用于该系统的滑轮也需有与之对应的2个方向的运动，从而配合活动扇完成相应的运动。
图4 滑轮结构示意图
滑轮结构如图4中左图所示，与常规滑轮不同的是，该滑轮轮体既可沿着轨道方向(Y)滑动以保证扇的正常启闭，又可配合锁闭系统使扇沿压缩胶条的方向(X)微量移动，以实现活动扇与框之间的贴近和分离功能。
该滑轮结构中，轮体的中心可以相对于外壳的中心左右移动，即外壳中心与轮体中心的移动来配合活动扇与框之间的贴近和分离功能。
三、五金系统方案阐述
本文将从以下2个推拉系统结构方案来阐述该新型高水密性推拉系统的五金方案实施方式。
1.方案一结构阐述(两扇系统，活动扇+固定扇)
方案一结构示意图如下所示：
图5方案一高水密性推拉系统结构示意图
方案一是一种“一活动扇+一固定扇”形式的高水密性推拉系统，如图5所示。与传统推拉系统相比，从外观上看，该推拉系统方案只是将传统的单点锁闭件换成了执手，但其内部五金结构差异非常大。该系统主要由框、扇、执手、传动器、传动杆、顶部锁闭组、底部锁闭组、竖直锁闭组以及安装在框侧面和扇侧面的密封胶条构成。系统中的五金件如图示位置分布、安装，传动器安装在活动扇的传动槽中，执手与之连接固定安装，操作执手可控制竖直锁闭组的锁闭和打开。
该系统操作方式为：系统关闭过程中，活动扇即将到达最终关闭位置时，操作执手带动传动器使竖直锁闭组锁闭，利用竖直锁闭组内的特殊结构，在操作执手的过程中使活动扇继续沿Y方向运动，当活动扇向Y方向运动到接近窗扇关闭位置时，顶部锁闭组和底部锁闭组也在同步锁闭，利用该锁闭组内的特殊结构，再配合框扇之间的勾起装置，可使活动扇沿着X方向进行微量移动，扇在移动的过程中将会压缩框扇之间的密封胶条，直到系统在X方向达到关闭位置。待所有运动完毕，系统各处的胶条均得到一定量压缩，此时就可以像平开系统一样达到一定的密封效果。
系统开启时，反向操作执手带动传动器可使竖直锁闭组打开，利用其特殊结构，可在操作执手的过程中将活动扇沿Y方向反向推出一定的距离;在活动扇推出过程中，顶部和底部的锁闭组将打开，利用特殊的结构，会使活动扇相对于框在X方向上分离一定的距离，该距离大于胶条恢复后的高度。这样就可以消除框扇之间由于胶条压缩而产生的摩擦力，使得系统开启后活动扇能够顺畅滑动，避免在滑动的过程中出现操作力过大的现象。
该系统中主要五金部件的原理如下：
1.1底部、顶部锁闭组锁闭原理：
图6 底部、顶部锁闭组设计结构示意图
该系统中的底部锁闭组比顶部锁闭组只是多了滑轮装置，其他均采用如图6所示的锁闭系统结构组成;在框的的底部(顶部)安装如图所示的导向块，在扇的底部(顶部)安装如图所示的滚轮，当活动扇在关闭过程中向Y方向运动时，到达一定的位置后，导向块A将迫使滚轮带动活动扇向X方微量运动，并压缩框扇之间的胶条，达到密封的效果，通过改变斜面的坡度或者胶条的高度，理论上将，系统可以实现不同等级的密封效果。
当活动扇开启过程中向Y方向反向运动时，导向块B将迫使滚轮带动活动扇向X方反向微量运动，将活动扇相对框分离一定的距离，消除两者之间由胶条压缩而产生的摩擦力，便于开启。
1.2竖直锁闭组锁闭原理
图7竖直锁闭系统结构示意图
竖直锁闭组由图7所示的竖直锁闭系统结构构成，竖直锁闭系统以传动器为中心呈对称分布，其内部结构如图7所示，该锁闭系统点由安装在框上的锁座、辅助锁座以及安装在扇上的锁点、辅助锁点组成。其中锁点和锁座、辅助锁点和辅助锁座配合使用。
系统关闭时：操作执手，传动器带动锁点与锁座配合，利用两者之间的特殊结构，可使扇沿Y方向贴近框直至锁闭位置。与此同时，辅助锁点将沿Z方向进入辅助锁座，在进入辅助锁座的过程中，斜面会迫使辅助锁点带动活动扇沿X方向微量移动，从而实现压缩框扇之间的胶条的效果，直至锁闭位置。
系统开启时：反向操作执手，传动器会带动锁点与锁座分离，由于两者之间的特殊结构，可将活动扇沿Y方向反向推出一定的距离，同时，辅助锁点也会退出辅助锁座。此时框扇之间的胶条可以松开，消除框扇之间的因为胶条压缩而产生的摩擦力，以确保扇开启的灵活度。
2.方案二结构原理(四扇系统，其中2个活动扇，2个固定扇)
方案二是方案一的拓展，其结构如下所示：
图8 高水密性密封推拉系统方案三示意图
方案二系统如图8所示，是一种4扇结构推拉系统，包含两个固定扇A和B，两活动扇A和B。该系统可以理解为将两个方案一系统进行了对称布置，这样的布局符合中国人们喜欢对称美的要求。与方案一相比，该方案的五金系统和密封方式有所不同。
五金系统配件的种类中，执手、传动器与方案一不同，均采用双行程结构，在活动扇B的底部靠近活动扇A的部位还增加一个开启装置，且与传动器连接，用于引导两扇的开启顺序。
图9方案锁闭点及胶条分布示意图
方案二系统的锁闭点及胶条分布如图9所示，其锁闭系统与方案一相比略有不同，由于系统在锁闭后，两活动扇与框之间的密封可以得到保证，但是两活动扇之间的部分却成了系统密封的薄弱环节，因此，该方案中胶条分布在方案一的基础上，还在两活动扇A和B之间还增加了一组密封胶条;并且在两者之间还增加一组锁闭系统，当A和B之间相互锁闭后，将形成一组共用的锁闭系统，该锁闭系统可压缩两扇之间的胶条，从而保证系统中间部分的密封效果。
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