對家用電器穩定性試驗方法的研究

陳偉

（中國家用電器研究院，北京 100037）

家用電器產品的穩定性是體現器具安全特征的重要參數。對放置在一個表面上使用、非固定安裝且有可能傾倒的器具，應具有足夠的穩定性，以防止器具被放置在一個略微傾斜的平面上使用或被無意識碰撞的情況下發生翻倒。對于穩定性試驗的標準理解，在執行標準的過程中存在著一些分歧和誤解，使得企業研發人員在開發產品的過程中存在疑慮，影響檢測機構對產品合格評定的檢測結果。同時，也為國家質量監管部門實施的產品質量監督抽查工作帶來困惑。筆者通過試驗方法的比對和檢測案例的分析澄清了對標準理解的誤區，以幫助家電行業技術人員更準確地把握標準，科學合理地研發和檢測產品。

1 標準背景

目前，我國家用電器現行的安全標準通用要求版本為GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》[1]，該標準等同采用IEC 60335-1:2004(Ed4.1)Household and similar electrical appliances– Safety–Part 1:General requirements[2]。至今，該標準已經使用了15 個年頭。在這15 年里，國際方面，IEC 標準已經進行了多次修訂，目前IEC 60335-1(Ed.6.0)已經到達FDIS 階段，即國際標準最終草案。國內方面，全國家用電器標準化技術委員會于2012 年10 月開啟了GB 4706.1-2005 的修訂之路，歷經兩年半的時間，于2015 年5 月形成GB 4706.1-20XX《家用和類似用途電器的安全 第1 部分：通用要求》報批稿并完成上報工作，目前等待發布。該標準技術內容等同采用IEC 60335-1:2013(Ed5.1) Household and similar electrical appliances– Safety–Part 1:General requirements，是當時的最新版IEC 標準。

在本次修訂中，20.1 穩定性條款與2005 版標準相比：

（1）刪除了“注1：器具不與電源連接”；

（2）將注2 和注3 合并；

（3）將注中“水平面”修改為“水平支撐物”。

以上修訂內容因不涉及技術方面的修改，因此，本文的觀點適用于2005 版標準，也適用于即將發布的新版本。

2 標準文本

以下為GB 4706.1-20XX 報批稿中20.1 的內容：

20.1除固定式器具和手持式器具以外，打算用在例如地面或桌面等一個表面上的器具，應有足夠的穩定性。

通過下述試驗檢查其合格性，帶有器具輸入插口的器具，要裝上一個適合的連接器和柔性軟線。

器具以使用中的任一正常使用位置放在一個與水平面成10°角的傾斜平面上。電源軟線以最不利的方位擺放在傾斜平面上。但是，當器具以10°角傾斜時，如果器具的某部分與水平支撐面接觸，則將器具放在一個水平支撐物上，并以最不利的方向將其傾斜10°。

注：對裝有滾輪、腳輪或支腳的器具，可能需要在水平支撐物上進行試驗。腳輪或滾輪可以鎖定以防止器具的滾動。

帶有門的器具，以門打開或關閉的狀態進行該試驗，兩者取較為不利的情況。

打算在正常使用中由用戶充灌液體和器具，要在空的狀態，或充灌最不利的水量，直到使用說明規定容量的狀態，進行試驗。

器具不應翻倒。

帶電熱元件的器具，要在傾斜角增大到15°的狀態下，重復該試驗。如果器具在一個或多個方位上翻倒，則它要在每一個翻倒的狀態經受第11 章的試驗。

在該試驗期間，溫升不應超過標準中表9 所示的值。

3 試驗方案的比對

GB 4706.1 的穩定性試驗分成兩部分，用“但是”一詞隔開，即：

（1）“器具以使用中的任一正常使用位置放在一個與水平面成10°角的傾斜平面上?！保ㄒ韵路Q為：方法A）；

（2）“將器具放在一個水平支撐物上，并以最不利的方向將其傾斜10°?！保ㄒ韵路Q為：方法B）。

通過判斷是否存在“當器具以10°角傾斜時，如果器具的某部分與水平支撐面接觸”這一條件，來確定A 與B 的選擇。

目前，檢測機構和企業的很多技術人員對該條款的理解和試驗的操作存在較大的差異和疑惑，主要的問題聚焦在“但是，當器具以10°角傾斜時，如果器具的某部分與水平支撐面接觸，則將器具放在一個水平支撐物上，并以最不利的方向將其傾斜10°?！边@句話中，“傾斜”、“水平支撐面”和“水平支撐物”該如何理解？方法A 與方法B 之間是選擇關系還是遞進關系？針對這些問題，本文提供了以下兩種試驗方案，并通過對兩種試驗方案進行比對，來展示現有的對穩定性試驗的觀點，以便讀者進一步了解試驗情況。

3.1 試驗方案1

3.1.1 方法A

按照方法A 進行操作，如圖1 所示。

圖1 方法A

注：為了便于理解，圖中用帶有支腳的長方形表示器具，其黑色實體部分表示器具的重心位置（下同）。

3.1.2 判斷

進行方法A 試驗時，需通過視檢判斷是否存在由于斜面的尺寸不足、器具的造型比較特殊或者器具會從傾斜平面上滑下來的情況，導致了器具的某部分與水平支撐面接觸，如圖2 所示。

圖2 某部分與水平支撐面接觸

3.1.3 方法B

如果上述情況存在，則應該選擇方法B，先通過一個“水平支撐物”將器具墊高，然后將器具和“水平支撐物”一起放在傾斜平面上，如圖3 所示。如果不存在，則按照方法A 進行即可。

圖3 方法B

3.1.4 小結

在該試驗方案中，“傾斜”是指將器具放在傾斜平面上；“水平支撐面”是指與傾斜平面銜接的水平面部位；“水平支撐物”是指一塊用于墊高器具的物體，比如木塊，為了解決試驗設備的局限性或試驗操作的便利性而采用的一種手段。如圖4 所示。方法A 與方法B 之間是遞進關系。

圖4 名詞示意圖

在日常檢測中，絕大多數檢測人員贊同這一試驗方案，認為方法B 是對方法A 的補充和細化，其最終目標都是為了實現將器具順利的“放在一個與水平面成10°角的傾斜平面上”。方法B 實際上就是將器具放在了一個更高的“傾斜平面”上，所以方法A 和方法B 的本質和試驗效果是完全一致的。

3.2 試驗方案2

3.2.1 判斷

將器具放置在一個水平支撐物(例如：水平地面或水平桌面)上，在最不利的方向上施加外力使器具緩緩傾斜（翹起）至10°，通過該方式來判斷是否存在“器具的某部分與水平支撐面接觸”（如圖5 所示）。

圖5 翹起試驗

3.2.2 方法A

如果器具從0°被翹起至10°的過程中，器具的任何部分都不會與水平支撐面發生接觸（如圖6 所示），則按照方法A 進行試驗（如圖1 所示）。

圖6 未接觸水平支撐面

3.2.3 方法B

如果器具從0°被翹起至10°的過程中，器具的某部分與水平支撐面發生了接觸（如圖7 所示），則按照方法B 進行試驗（如圖8 所示）。

圖7 接觸水平支撐面

圖8 按方法B 進行試驗

3.2.4 小結

在該試驗方案中，“傾斜”是指通過外力的方式，將器具翹起?！八街蚊妗焙汀八街挝铩笔峭粋€意思，指一個水平的表面，其強調“水平”二字。實際操作中，可以是水平地面，也可以是水平桌面，也可以是穩定性試驗用的角度可調的試驗平臺。

方法A 和方法B 的差異之大是顯而易見的，其操作方法完全不同，因此試驗結果也會不同。兩個方法屬于選擇關系。

4 試驗方法的分析

通過上述試驗方案的比對，我們可以看出：如果兩個試驗之間的關系以及試驗方法上的理解不同，就會在實際檢測中出現不同的檢測方法，進而得到不同的檢測結果，會嚴重影響到器具的合格判定。下面我們從翻倒的原理和試驗的細節出發，分析試驗方法的邏輯性。

4.1 翻倒的原理

一個物體受到重力的作用,從效果上看，我們可以認為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫物體的重心。重心相當于是物體各個部分所受重力的等效作用點。重心的位置一方面取決于物體的幾何形狀，另一方面取決于物體的質量分布情況。

從物理學的角度來看，重心的位置和物體的平衡之間有著密切關系。物體的重心在垂直方向的投影只要落在物體的支撐面內或者支撐點上，物體才可能保持平衡，否則，該物體就很容易倒下[3]。

結合以上物理學知識，我們以長方體物體為模型，來分析該標準中涉及的穩定性試驗，分別說明兩種情況下的翻倒。

當把長方體物體放在一個傾斜平面上時，長方體底面與斜面完全接觸，則該底面就是該器具的支撐面。當重心在垂直方向的投影位置落在該支撐面范圍內時，物體不會翻倒，如圖9（a）所示。一旦投影位置超出了該支撐面，物體將會翻倒，如圖9（b）所示。

圖9 重心投影位置（傾斜平面）

當把長方體物體放在一個水平面上，通過外力使其傾斜（翹起）時，該物體的底面呈現為1 條邊與水平面接觸，其他部分翹起的狀態。此時，器具的這條邊和施加外力點形成的三角形平面就是該器具的支撐面。當重心投影位置落在該支撐面范圍內時，器具不會翻倒，如圖10（a）所示。一旦投影的位置超出了該支撐面，器具將會翻倒，如圖10（b）所示。

圖10 重心投影位置（翹起）

通過以上的物理學演示，我們大概可以總結出翻倒的通俗規律，即：當重心在垂直方向上的投影位置越過支撐邊緣時，器具即會翻倒。

4.2 試驗差異

從20.1 的注：“對裝有滾輪、腳輪或支腳的器具，可能需要在水平支撐物上進行試驗。腳輪或滾輪可以鎖定以防止器具的滾動?！比胧?，似乎可以給我們一些思考的線索，幫助我們更好的理解標準本意。注的內容涉及了“在水平支撐物上進行試驗”，那么，我們就以注中提及的器具為例，即：帶有4個支腳的器具。分別進行兩個試驗：

（1）將器具放在摩擦力足夠的10°傾斜平面上（如圖11所示），以下簡稱“傾斜面試驗”；

圖11 傾斜面試驗

（2）將器具放在摩擦力足夠的水平面上，然后施力將其翹起至10°（如圖12 所示），以下簡稱“水平面試驗”。

圖12 水平面試驗

并深度分析兩個試驗的差異，以便理解器具邊緣的支撐作用。

按照上文中翻倒的原理，我們假設該器具在被翹起至8°時，器具的外殼邊緣與水平面接觸。在傾斜至9°時，器具重心在垂直方向的作用線與傾斜方向的那個支腳重合。

在進行傾斜面試驗時，由于10°的傾斜角度使得重心垂直方向上的投影位置越過了邊緣支腳，導致器具翻倒。

在進行水平面試驗時，為了更清晰的了解試驗過程，我們放慢翹起的速度。器具在外力作用下緩緩翹起，2 個支腳騰空，2 個支腳原地不動。當翹起至8°時，器具的邊緣外殼與水平面接觸。繼續翹起，然后4 個支腳全部騰空，此時只有器具的外殼邊緣與水平面接觸。當翹起至9°時，器具重心在垂直方向的作用線與傾斜方向的那個支腳重合。繼續翹起，當翹起至10°時，雖然重心垂直方向上的投影位置越過了邊緣支腳，但是由于器具的支撐點發生了改變，重心投影位置并沒有越過外殼邊緣，故器具未翻倒。

以上兩個試驗過程清晰的描述了不同試驗方法下試驗結果的差異。對比兩項試驗，我們可以清晰的體會到：該器具在被翹起時，由于某部分與水平支撐面接觸，該部分可以起到支撐作用，避免了器具的翻倒。

在我們實際使用場景中，也確實存在此類結構，甚至在必要的情況下可以將器具設計成如此外形，以增強穩定性，避免器具翻倒。

通過以上的對比分析，我們應該清晰了標準的本意和邏輯性。此時，也明確的本文的觀點：即上述的試驗方案2 才是更科學更合理的操作過程。

4.3 標準中的用詞

在研究本試驗時，我們也對IEC 標準中的英文用詞進行了深入的研究，對我們能夠更好地理解試驗操作起到了很大的幫助。

英文原文：The appliance,not connected to the supply mains,is placed in any normal position of use on a plane inclined at an angle of 10°to the horizontal,the supply cord resting on the inclined plane in the most unfavourable position.However,if part of an appliance comes into contact with the horizontal supporting surface when the appliance is tilted through an angle of 10°,the appliance is placed on a horizontal support and tilted in the most unfavourable direction through an angle of 10°.

英文原文中用“comes into contact”說明本試驗應是從0°至10°的一個被翹起的過程。對比“at an angle of 10°”和“through an angle of 10°”，后者用“through”一詞，而非“at”一詞，再次表達從0°至10°的一個過程?！皌ilted”一詞有“翹起”的含義，表達器具以被翹起的方式傾斜。從而表達出本試驗是將器具先放在水平支撐物上，然后將器具人為緩緩地翹起至10°。以上對英文的解釋，可以進一步證明本文的觀點：試驗方案2 是標準的本意。

同時，20.1 的注：“對裝有滾輪、腳輪或支腳的器具，可能需要在水平支撐物上進行試驗”為標準做了補充，告訴我們：這些器具由于支撐點和器具的邊緣存在一定距離，當在水平面被翹起時，邊緣可能接觸水平面。所以，標準給出了試驗指引。同時，我們也可以通過數學公式計算支腳的高度和支腳與邊緣的距離兩者之間的關系，來定量的分析在何種情況下做水平面試驗。當滿足以下公式時，應進行水平面試驗。通過該“注”的內容，也印證了本文的觀點具有合理性。

式（1）中：

A—支腳的高度；

B—支腳與邊緣的垂直距離。

4.4 標準理解的誤區

在上述試驗方案1 中提及到：在進行傾斜面試驗時，是否存在由于斜面的尺寸不足、器具的造型比較特殊或者器具會從傾斜平面上滑下來的情況。本文需要澄清這些理解的誤區。

首先，試驗設備應具備足夠的試驗能力，傾斜平面的面積應確保器具能夠完全放置。其次，按照“注：腳輪或滾輪可以鎖定以防止器具的滾動?！钡奶崾?，器具進行傾斜面試驗和水平面試驗時，都應保證接觸點的摩擦力足夠，以確保器具不會滑動。必要時，可以通過在支腳處放置阻擋物的方式來實現。

因此，以上情況不應在試驗中出現，試驗方案1 的邏輯性存在漏洞，不能被合理的解釋。

5 實際案例分析

在某次抽查中，某加濕器的實際案例如圖13 所示。該產品具有四個支腳，其底部結構如圖14 所示。器具帶有水箱，在裝滿水的狀態下由于重心升高，為穩定性試驗的最不利狀態。

圖13 器具外觀

圖14 底部結構

當對器具進行兩側方向上的傾斜面試驗時，器具翻倒。然后，在同方向上再進行水平面試驗，器具在外力作用下緩緩翹起，當器具翹起至8°時，器具的邊緣接地水平面，繼續翹起至10°，器具未翻倒。由于該器具滿足水平面試驗的適用條件，故應按照水平面試驗進行操作，其試驗結果符合標準要求，試驗結論為合格。

通過這一案例，充分體現了合理的理解標準對檢測工作的重要性。

6 結束語

通過本部分對試驗方法的深入分析，我們可以看出，該標準對于穩定性的考核是通過將器具傾斜一定角度的方式來實現的。一般而言，將器具進行傾斜面試驗即可。但是，標準考慮到了可以增加穩定作用的器具結構（即器具被翹起情況下某部分與水平面接觸的結構），而該類結構在傾斜面試驗時又無法展現其作用，所以，為了彌補試驗方法的局限性，同時又不降低標準的安全尺度，細化出了更科學更客觀的替代試驗。對于無此類支撐結構的產品，兩個試驗的效果相同，對于有支撐結構的產品，傾斜面試驗更加嚴苛?？茖W的試驗方法將器具的安全拿捏有度，不會疏忽每一個結構該發揮的安全作用，充分體現出了標準的嚴謹性。

寫到這里，我們再回顧一下文章開頭提到的問題：“‘傾斜’、‘水平支撐面’和‘水平支撐物’該如何理解？傾斜面試驗與水平面試驗之間是選擇關系還是遞進關系？”這些問題便迎刃而解了?！皟A斜”是指在外力作用下，以翹起的方式實現?！八街蚊妗焙汀八街挝铩笔峭粋€意思，標準所要表達的主旨僅僅是一個水平面。傾斜面試驗和水平面試驗的邏輯關系為選擇關系。