一种新型冰箱竖中梁结构的应用分析

2021-04-09袁佳星刘世敏韩佰洋袁洪波

日用电器 2021年2期

袁佳星刘世敏韩佰洋袁洪波

（1.河南新飞制冷器具有限公司新乡 453002； 2.河南大学迈阿密学院开封 475000；3.安徽省产品质量监督检验研究院合肥 230001）

引言

随着人们物质文化生活水平的日渐提高，对智能控制的多门冷藏冷冻冰箱的需求越来越多。多门冷藏冷冻冰箱让消费者体验到了分区储藏的生活方式。多门冷藏冷冻冰箱除了冷藏与冷冻室外，多门冰箱还有独立的制冰室、果菜室与速冻区等，均给消费者提供了分区贮存的功能，有效的避免了串味、取放不便的问题。而且食物在各自合适的温度、湿度下，最容易长时间保持理想的新鲜状态。为实现冰箱间室的实用性、间室保温性、外观造型，增强用户视觉感观、舒适度，多门冰箱设计中多会用到“移动竖中梁”这种结构，请参阅图1。上面的冷藏室是左右对开门结构，方便用户在有限的空间能打开冰箱门，同时因开门的面积较小，而达到减少冷量散失的作用。竖中梁与冷藏室的内顶面、冷藏室下底面、左右冷藏门竖门封的紧密配合是该款冰箱的设计重点。在满足功能要求的基础上,减少部件、优化工艺、提高效率、降低产品成本是我们努力的方向。

图1 竖中梁

1 现状分析

目前多门冰箱中用到的竖中梁结构比较复杂，它一般由竖中梁上盖（3）、铰链（1）、卡簧（2）、PET泡沫板（4）、防凝露电加热及接地线（7）、钢板（6）、竖中梁下盖（5）等组成（如图2）。为实现良好的密封性竖中梁的外表面是喷塑钢板（便于与门封的磁条相吸），冷藏室内顶面增加导轨以便冰箱冷藏室关门时竖中梁顺利翻转，且与冰箱门的竖门封紧密贴附。冰箱冷藏室内的平均温度约4 ℃，夏季环境温度约32 ℃，竖中梁上的钢板有良好的导热性，易在竖中梁暴露在外部空间的表面上形成结露、水珠，为解决这种现象的发生，使产品满足国家标准GB/T 8059-2016 《家用和类似用途制冷器具》中相关条款的要求，需要利用竖中梁内表面的电加热来消除凝露现象。

图2 竖中梁组成

此种竖中梁结构的优点是，防凝露效果好、安全可靠、竖门封与竖中梁钢板贴附紧密、密封性好；缺点是，竖中梁部件多、组装工序多、部件结构复杂、装配难度大、漏热系数大、消耗电能等，另外需要使用专门的铰链、提供供电结构通道。

2 改进方案

在满足密封性、安全性的前提下，尽量减少零部件数量、减少工序、降低部件复杂程度、降低装配难度等手段，从而通过提高效率、节约工时、减少另部件实现降低产品成本，增强产品的市场竞争力。

2.1 竖中梁采用磁性塑料

引入磁性塑料的应用，将门封条与钢板的吸附密封转变为门封条与磁性塑料的吸附密封，实现去掉竖中梁钢板、电加热、特殊铰链、接地线等部件，从而实现改进目标。

普通的塑料零部件虽然没有磁性，但是我们利用特殊的方法可以使其形成磁性材料：一是设法改变塑料粒子的成分，使得它们具有磁性。这种方法目前还处于研究之中。二是在普通的塑料粒子中添加磁性粉末，形成复合性的磁性塑料，此磁性塑料已经在我们的生活中大量应用。这种塑料部件成型后,如果你对它的极性（N/S）有方向性要求,在塑料部件磁化的过程中要保持正确的方向性。磁性塑料的主要优点是：密度小、磁性可调、耐冲击强度高，制品可进行切割、钻孔、层压、挤出等加工，实用时韧性好，易于加工成尺寸精度高、薄壁、异型的制品，也可以成型带嵌件制品，对电磁设备实现小型化、轻量化、精密化和高性能化的目标起着关键的作用[1]。

因磁性塑料中含磁粉，颜色偏暗，不易调色，而竖中梁在冰箱的外部，影响美观；整个竖中梁下盖采用磁性塑料成本高，所以，竖中梁下盖采用磁性塑料的方案不太可行。我们采用在竖中梁下盖的背面贴附磁性塑料条，以实现与磁性门封条相吸而达到密封的效果，同时，塑料的导热系数小，降低凝露现象的产生。这个方案可行，具体结构情况请参照图3。

图3 磁性塑料条+竖中梁下盖

实际应用中还应该考虑磁性塑料的矫顽力大小，通过实验数据摸索，结合与门体门封磁条距离，选用Hc=2*104安/米的磁粉来制作磁性塑料条。磁性塑料与门封磁条之间的吸力控制在一个合理范围，以保证良好的密封性及合适的门开启力（小于70 N）。对磁粉的要求：①饱和磁化强度σs和矫顽力Hc要大；②颗粒呈微细针状而均匀；③在磁浆中有高的分散性和填充性；④磁性稳定。以确保磁性塑料的磁力保持在稳定的范围。

2.2 竖中梁喷涂防霜层

因竖中梁多半存在于10 ℃左右环境之中，竖中梁的小部分处在30 ℃左右的外部环境中，虽然我们加强了密封性，难免在两种温度的交界面产生少量水汽。为进一步减少这种现象的出现，我们在竖中梁的外表面喷涂一种防霜涂料。这种亲水性防霜涂料，其亲水性防霜涂料特征在于包含20～60份（质量）以丙烯酸盐，丙烯酰胺及甲基丙烯酸酯为亲水单体的任一种或任一组合共聚物的高吸水树脂，30～60份（质量）以醇酸，环氧，丙烯酸，酚醛树脂中的任一种为基料的涂料，30～50份（质量）的丙三醇,这种防霜涂料的主要特征在于将高吸水树脂与丙三醇结合.该防霜涂料在空气湿度较低（＜50 %），壁面温度相对较高（＞-10 ℃）的情况下，至少可以将初始霜晶出现的时间延迟3 h以上，结霜量减少在50 %左右，在一定条件下还可以保持不结霜，并且反复使用性能好[2]。

竖中梁改进后（见图5）结构的优点是，竖中梁部件精细化，数量少，部件简单，工序少，利于操作，效率高，降低产品成本。缺点是竖中梁下盖的表面光洁度要求提高，增加磁性塑料的吸力检查，添加喷涂防霜材料的工序。

图4 门开启力测试示意图

图5 改进后的竖中梁结构

3 效果验证及效益分析

我们根据GB/T 8059-2016 《家用和类似用途制冷器具》的要求，结合竖中梁在冰箱中的位置及作用，通过门开启力、门封密封性、凝露三个实验来验证我们的改进效果。试验前，器具在16～32 ℃环境温度下放置，不通电，使器具与环境温度达到平衡。通过按标准GB/T 8059-2016 《家用和类似用途制冷器具》17章的要求做凝露试验，在竖中梁的外露处未发现凝露现象。将一厚0.08 mm、宽10 mm、足够长的纸片放在竖中梁与门封上任意一点处，然后将门或盖正常关闭，使其压在纸片上。纸片厚度的确认依据ISO 534的规定。通过检查纸片没有自由滑动，竖中梁处的密封性是符合要求的（见图6）。利用弹簧拉力器拉门手把（见图4）测出的拉力是24.8 N（标准要求开启力小于70 N），也是满足标准要求的。竖中梁改进前后门开启力的对比（图7）。通过使用磁性塑料改进竖中梁的结构，可以减少许多部件，比如：专用铰链、布线、门体开口、钢板、竖中梁电加热、接地线等等，当然也增加了磁性塑料条、防霜涂料。总体来说，减少了部件，优化工序，提高了效率，节约制造成本。三个实验项目全部通过，降低了产品成本，达到了我们预期的目的。结合产品的实际使用情况，这种结构的产品在黄河以北地区使用更为适宜。