周靜麗
(深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院 深圳 518055)
從事家用電器研發(fā)、設(shè)計(jì)或品質(zhì)控制的朋友們,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005應(yīng)該很熟悉。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)家用電器的電源連接和外部電源軟線作出了全面的規(guī)定,這些規(guī)定涉及電源軟線的連接方式、固定、導(dǎo)線橫截面積、溫升、結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能等。
因產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念和使用功能的迭代更新,一些新型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)很大變化,技術(shù)人員在判斷產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)符合性時(shí),難免會(huì)遇到一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不明確、難于把握以至難于作出判決的情形。這些疑惑大部分是定性判斷。一些定性判斷的問(wèn)題,往往可以通過(guò)理論或定量分析和計(jì)算得到說(shuō)明。
曾經(jīng)碰到一起事例,檢測(cè)人員在對(duì)某型號(hào)的吸塵洗地一體機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)洗地機(jī))進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí),對(duì)于如何把握電源軟線的規(guī)格選用產(chǎn)生疑問(wèn)。
該型號(hào)的洗地機(jī),主要部分包括充電樁和主機(jī),參見(jiàn)圖1。充電樁安裝有電源軟線,軟線固定方式合適,主機(jī)內(nèi)部裝配有鋰離子電池。主機(jī)執(zhí)行吸塵、洗地功能時(shí),是脫離充電樁的;主機(jī)需要充電時(shí)豎立放置于充電樁基座上,依靠自身結(jié)構(gòu)特征和充電樁基座上槽口結(jié)構(gòu)保持豎立平衡姿態(tài)。
圖1 吸塵洗地一體機(jī)
該型號(hào)洗地機(jī)的充電樁部分,質(zhì)量遠(yuǎn)小于3 kg,但主機(jī)的質(zhì)量大于3 kg。當(dāng)主機(jī)放置于充電樁基座時(shí),整體質(zhì)量肯定大于3 kg。可以確定的是,當(dāng)對(duì)主機(jī)施加一個(gè)較小的載荷(如橫向推力)時(shí),主機(jī)即容易傾倒并脫離充電樁,這個(gè)載荷的大小暫且不作討論。就這么一種結(jié)構(gòu)的家用器具,其充電樁部分的電源軟線的規(guī)格,是選用IEC 52號(hào)線還是IEC 53號(hào)線[1],存在兩個(gè)觀點(diǎn)。一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為,既然主機(jī)受到推拉力后比較容易傾倒并容易脫離充電樁,那么測(cè)量器具質(zhì)量時(shí)僅考慮充電樁就可以了,沒(méi)必要包含主機(jī)的質(zhì)量,選用IEC 52號(hào)線是可以接受的。另一個(gè)觀點(diǎn)則認(rèn)為,主機(jī)和充電樁組合成一個(gè)完整的器具,當(dāng)主機(jī)充電時(shí)或靜置不用時(shí)是放置于充電樁基座上,因此器具質(zhì)量應(yīng)該是主機(jī)和充電樁的質(zhì)量總和,如果總質(zhì)量超過(guò)3 kg,就應(yīng)該選用IEC 53號(hào)線。第一個(gè)觀點(diǎn)的理由是稍微用力拉動(dòng)電源軟線,主機(jī)就容易傾倒并脫離充電樁基座,傾倒后拉力的負(fù)荷就只剩充電樁了。第二個(gè)觀點(diǎn)則認(rèn)為應(yīng)該考慮到最不利的情形,即主機(jī)和充電樁兩者組合在一起的時(shí)候,此時(shí)拉力的負(fù)荷是主機(jī)和充電樁。這兩個(gè)觀點(diǎn)可以說(shuō)都含有基于直覺(jué)作出感性判斷的色彩。
上述兩個(gè)觀點(diǎn)存在分歧,問(wèn)題的焦點(diǎn)在于界定器具質(zhì)量時(shí)是否應(yīng)該包含主機(jī)的質(zhì)量。孰是孰非?不宜感性地憑直覺(jué)作出判斷,需進(jìn)一步分析施加于電源軟線上的拉力的負(fù)荷情況。GB 4706.1-2005第25.7條規(guī)定,當(dāng)器具質(zhì)量不超過(guò)3 kg時(shí),電源軟線的規(guī)格應(yīng)不輕于輕型聚氯乙烯護(hù)套軟線GB 5023.1(idt IEC 60227)的52號(hào)線;當(dāng)器具質(zhì)量超過(guò)3 kg時(shí),電源軟線的規(guī)格應(yīng)不輕于輕型聚氯乙烯護(hù)套軟線GB 5023.1(idt IEC 60227)的53號(hào)線[2]。首先,要理解GB 4706.1-2005第25.7條要求的出發(fā)點(diǎn),它的考核實(shí)質(zhì)是什么?把握這點(diǎn)對(duì)于我們使用該條款準(zhǔn)確判決器具的標(biāo)準(zhǔn)符合性很重要。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)全文特別是第25章,可以認(rèn)為第25.7條是基于機(jī)械強(qiáng)度的考慮而對(duì)電源軟線的規(guī)格選用提出的要求,主要是考慮到當(dāng)拉動(dòng)電源軟線時(shí),軟線應(yīng)有足夠的機(jī)械物理強(qiáng)度以承受器具的重力分量或整體重量。
至于軟線導(dǎo)體截面積的大小,是否與器具的工作電流相匹配,這在GB 4706.1-2005第25.8條中有規(guī)定;其它要求如軟線固定措施、連接方式、結(jié)構(gòu)防護(hù)、溫升、顏色等,標(biāo)準(zhǔn)的其它條款也有相應(yīng)的規(guī)定。
IEC 52號(hào)線,是輕型聚氯乙烯護(hù)套軟線;IEC 53號(hào)線,是普通聚氯乙烯護(hù)套軟線[3]。GB/T 5023.5-2008給出了的綜合數(shù)據(jù),均是RVV軟線。表1是IEC 52號(hào)線的技術(shù)參數(shù);由于IEC 53號(hào)線的規(guī)格較多,表2僅給出了部分規(guī)格(導(dǎo)體截面積較小的幾種規(guī)格)的技術(shù)參數(shù)。
表1 60227 IEC 52(RVV)型軟線
表2 60227 IEC 53(RVV)型軟線
根據(jù)表1和表2可知,IEC 52型軟線只有單芯導(dǎo)體截面積為0.5 mm2和0.75 mm2兩種規(guī)格;IEC 53型軟線的單芯導(dǎo)體截面積普遍比IEC 52號(hào)線大,最輕規(guī)格為0.75 mm2,另外絕緣厚度和護(hù)套厚度[4]也比相同截面積的IEC 52型軟線大。
因此可以認(rèn)為,在材質(zhì)和工藝相同的情況下,IEC 53型軟線的機(jī)械強(qiáng)度普遍比IEC 52型軟線大。所以GB 4706.1-2005第25.7條規(guī)定,器具質(zhì)量大于3 kg時(shí)要使用IEC 53號(hào)線,小于3 kg時(shí)才能考慮使用IEC 52號(hào)線,這是以機(jī)械強(qiáng)度為出發(fā)點(diǎn)提出的要求。
GB 4706.1-2005第25.7條中,3 kg是分界線。為說(shuō)明問(wèn)題,我們?cè)O(shè)想一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景,即將主機(jī)放置于充電樁基座上,兩者正常結(jié)合,然后對(duì)充電樁的電源軟線施加外部荷載(如拉力),在保持主機(jī)不傾倒的情況下這個(gè)拉力有沒(méi)有可能大于30 N?
以下結(jié)合示意圖,采用傾覆力矩進(jìn)行分析。
物理學(xué)上,傾覆力矩是進(jìn)行結(jié)構(gòu)或構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。傾覆力矩的大小等于產(chǎn)生傾覆作用的荷載乘以荷載作用點(diǎn)到傾覆點(diǎn)間的距離;與傾覆力矩相對(duì)應(yīng)的是抗傾覆力矩,抗傾覆力矩一般是物體的重量乘以重力線到支點(diǎn)的距離。
當(dāng)抗傾覆力矩大于傾覆力矩時(shí)器具不會(huì)傾覆失穩(wěn),否則器具將傾倒。
參考圖2力矩示意圖。圖2中的長(zhǎng)方形為平穩(wěn)放置的器具,O為器具的重心,G為器具的重量,M為支點(diǎn)(即傾覆點(diǎn)),W是器具的寬度,F(xiàn)為施加的荷載(即拉力),B為沿G方向的重力線到支點(diǎn)M的距離,C為支點(diǎn)M到拉力F反向延長(zhǎng)線的距離,α為拉力F與水平面的夾角。根據(jù)圖2的示意,傾覆力矩為F·C,G?B為對(duì)應(yīng)的抗傾覆力矩。傾覆力矩和抗傾覆力矩的大小影響了器具的穩(wěn)定狀態(tài),說(shuō)明如下:
圖2 力矩示意圖
1)當(dāng)F?C<G?B時(shí),即傾覆力矩小于抗傾覆力矩時(shí),器具不會(huì)傾倒,維持原姿態(tài)。因C= W?sinα,則有F?W?sinα < G?B,故sinα< G?B/ F?W,F(xiàn) < G?B/sinα?W。
2)當(dāng)F?C>G?B時(shí),即傾覆力矩大于抗傾覆力矩時(shí),器具可能傾倒;此時(shí) F?W?sinα > G?B,則sinα > G?B/F?W?,F(xiàn) > G?B/sinα?W。
3)F?C = G?B 時(shí)是臨界點(diǎn),此時(shí) sinα = G?B/ F?W,F(xiàn)=G?B/sinα?W。
假設(shè)器具質(zhì)量為3 kg,即重量為30 N。通過(guò)拉動(dòng)電源軟線施加荷載F,當(dāng)器具未傾倒時(shí),F(xiàn)有無(wú)可能大于30 N呢?根據(jù)臨界狀態(tài)時(shí)F=G?B/sinα?W,取G=30 N,則F=30B/sinα?W。假設(shè)F>30,則30B/sinα?W>30,即sinα<B/W,此時(shí)α<arc sin(B/W)。一般情況下,B<W是事實(shí)存在,即B/W小于1是成立的,因此存在某一個(gè)角度,當(dāng)荷載F與水平方向的夾角小于這個(gè)角度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)F大于30N且器具不傾倒的情況,這個(gè)角度記為arc sin(B/W)。
由上可知,當(dāng)夾角α小于arcsin(B/W)時(shí),施加于電源軟線的荷載F有可能大于器具的重量而器具不傾倒。就前面所說(shuō)的吸塵洗地一體機(jī),主機(jī)和充電樁的總質(zhì)量超過(guò)3 kg。當(dāng)對(duì)充電樁的電源軟線施加拉力時(shí),只要角度合適,這個(gè)拉力就有可能超過(guò)主機(jī)和充電樁的總重量而主機(jī)不傾倒,因此需選用IEC 53號(hào)線。
以上,把一個(gè)定性判斷的問(wèn)題,通過(guò)理論和數(shù)據(jù)計(jì)算得到說(shuō)明。請(qǐng)讀者朋友們批評(píng)指正。