正交试验法在冰箱匹配中的应用

张靖强

(陕西宝鸡长岭冰箱有限公司 陕西宝鸡 721006)

冰箱的匹配涉及储藏温度、耗电量、冷冻能力、冷却速度、噪声以及经济性等多方面的指标，虽然可以进行设计计算，但要达到最佳匹配仍然需要试验确定，即使取得一定经验的匹配工程师也需要多个轮次的试验才能最终确定各器件的参数。冰箱制冷匹配中影响性能的有压缩机、蒸发器面积及形式、冷凝器面积及形式、毛细管流量、充注量、保温层厚度、门封结构等多个因素，为了减少试验数量，在实践中往往根据经验固定部分参数而调整另一部分参数，显然难以达到各参数的最佳组合。然而进行全数试验则数量太大，本文旨在通过正交试验方法，以能效指数（耗电量最小）等指标构建综合评价指标为主要目标的匹配参数确定。

1 试验方案设计

据悉，正在修改中的GB/T 8059-1995冰箱国家标准，将对产品的性能分等分级，即对冰箱的能效指数、噪声、负载温度回升、冷冻能力、冷却速度及冷藏食品储存质量6项指标进行分级，每项指标均按国际先进水平、国内先进水平、国内中等水平、国内一般水平分为A、B、C、D四级，全部指标均达到A级的产品即为6A产品[1]。要使这六项指标达到全部达到A级，对制冷匹配工作是相当大的挑战，由于正交试验方法评价指标只有一个，我们可以根据产品的定位确定某几项指标并给予适当的权重而形成一个综合指标。在这六个指标中，负载温度回升主要取决于箱体结构及发泡、冷藏食品储存质量不仅与制冷有关，还与冷藏室的气体成分等其他因素有很大关系，因此这两个指标不在本次实验中考虑，为了实验的快速，将冷冻能力和冷却速度合并为之考察冷却速度，其他项目要求合格，总体设计如表1的综合指标。

表1 综合指标计算

表2 因素水平表

表4 实验表

表3 冰箱正交试验安排表

2 因素分析

在BCD-220CN9的开发时，我们采用正交试验法进行匹配，根据设计目标耗电量0.49kWh/24h以及目标成本确定了箱体结构和发泡层的厚度，按照冷藏室平均厚度75mm，冷冻室100mm。根据冰箱制冷系统的特点，我们确定了以下四个因素：

（1）蒸发器，冷冻室蒸发器采用丝管式结构，按照38℃环温最大负荷确定制冷面积大小；本冰箱为直冷式串联结构，由冷藏室温度控制整个冰箱的运行，因此，冷藏室蒸发器的面积大小以及布置方式可以影响冷却速度、耗电量等。本文选取如图1所示的E1、E2、E3为3个水平。

（2）毛细管流量，毛细管是冰箱的节流装置，影响冰箱稳态时的运行状态，对耗电量、噪声均有影响，根据其他型号匹配经验，选取毛细管流量200L/h、220L/h、240L/h 为3个水平。

（3）制冷剂充注量，有大量的文献讨论R600a在冰箱上的最佳充注量问题，因为压机、流量等发生变化后势必影响最佳充注量，所以本文将其作为因素之一靠试验确定。本文选取45g、50g、55g为3个水平。

（4）压缩机，在结构确定后，压缩机只与预期的开机率和功率有关系，小冷量的压机功率虽小但是其开机率却会增大，而大冷量的压机开机率小但是功率会增大，因此，压机冷量的选择对耗电量的影响是双重的，需要试验确定。如表2所示，选取NE82NAEM、NE88NAEM、HKD93AA为3个水平。

以上安排即为四因素三水平的试验方案，全数试验需要34次，查正交试验表做如表3的安排则只需要9次试验。

3 试验分析

正交试验的结果分析有两种方法：一种是直观分析，该方法简单明了；另一种是方差分析。在本试验中，直观分析已能够明晰的指出最佳结果，因此只做直观分析。在表4中，计算出综合得分后，计算各因素三个水平的均值，如蒸发器的均值1=（79.83+96.31+86.65）/3=87.597，毛细管的均值3=（86.65+74.22+89.94）/3=83.603；

从表4可以看出充注量的极差最大，其次是压缩机和毛细管，说明在给定的范围内充注量对性能影响最大。

从图2和图3可以看出，取冷藏室蒸发器为E2、毛细管220、充注量50、压缩机为NE82NAEM则性能最好，因此说，正交试验可以找到最优的实验方案。

4 试验结论

按照国家标准，考核冰箱性能的指标很多，本文以耗电量、噪声、冷却速度等构建了综合评分标准，做为最佳试验匹配的评判标准。

正交试验提供了一种多种因素多个水平用最少的试验次数来得出实验结论的方法，减少了试验迭代的次数，确定试验改进的方向。本实验用9次试验，也就是总共制作9台样机同时试验，一次性找到了冰箱系统的最佳匹配参数。

应用本实验确定的参数，在小批量生产中略微的调整即达到了国家标准的要求。

[1] 郎志正.质量管理及其技术和方法. 中国标准出版社.2003.