陳偉

（中國(guó)家用電器研究院，北京 100037）

家用電器產(chǎn)品的穩(wěn)定性是體現(xiàn)器具安全特征的重要參數(shù)。對(duì)放置在一個(gè)表面上使用、非固定安裝且有可能傾倒的器具，應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性，以防止器具被放置在一個(gè)略微傾斜的平面上使用或被無(wú)意識(shí)碰撞的情況下發(fā)生翻倒。對(duì)于穩(wěn)定性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)理解，在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中存在著一些分歧和誤解，使得企業(yè)研發(fā)人員在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中存在疑慮，影響檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品合格評(píng)定的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，也為國(guó)家質(zhì)量監(jiān)管部門實(shí)施的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查工作帶來(lái)困惑。筆者通過(guò)試驗(yàn)方法的比對(duì)和檢測(cè)案例的分析澄清了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解的誤區(qū)，以幫助家電行業(yè)技術(shù)人員更準(zhǔn)確地把握標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理地研發(fā)和檢測(cè)產(chǎn)品。

1 標(biāo)準(zhǔn)背景

目前，我國(guó)家用電器現(xiàn)行的安全標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)使用了15 個(gè)年頭。在這15 年里，國(guó)際方面，IEC 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)進(jìn)行了多次修訂，目前IEC 60335-1(Ed.6.0)已經(jīng)到達(dá)FDIS 階段，即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)最終草案。國(guó)內(nèi)方面，全國(guó)家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)于2012 年10 月開(kāi)啟了GB 4706.1-2005 的修訂之路，歷經(jīng)兩年半的時(shí)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(bào)批稿并完成上報(bào)工作，目前等待發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容等同采用IEC 60335-1:2013(Ed5.1) Household and similar electrical appliances– Safety–Part 1:General requirements，是當(dāng)時(shí)的最新版IEC 標(biāo)準(zhǔn)。

在本次修訂中，20.1 穩(wěn)定性條款與2005 版標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)容因不涉及技術(shù)方面的修改，因此，本文的觀點(diǎn)適用于2005 版標(biāo)準(zhǔn)，也適用于即將發(fā)布的新版本。

2 標(biāo)準(zhǔn)文本

以下為GB 4706.1-20XX 報(bào)批稿中20.1 的內(nèi)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(gè)表面上的器具，應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性。

通過(guò)下述試驗(yàn)檢查其合格性，帶有器具輸入插口的器具，要裝上一個(gè)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(gè)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(dāng)器具以10°角傾斜時(shí)，如果器具的某部分與水平支撐面接觸，則將器具放在一個(gè)水平支撐物上，并以最不利的方向?qū)⑵鋬A斜10°。

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

帶有門的器具，以門打開(kāi)或關(guān)閉的狀態(tài)進(jìn)行該試驗(yàn)，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(tài)，或充灌最不利的水量，直到使用說(shuō)明規(guī)定容量的狀態(tài)，進(jìn)行試驗(yàn)。

器具不應(yīng)翻倒。

帶電熱元件的器具，要在傾斜角增大到15°的狀態(tài)下，重復(fù)該試驗(yàn)。如果器具在一個(gè)或多個(gè)方位上翻倒，則它要在每一個(gè)翻倒的狀態(tài)經(jīng)受第11 章的試驗(yàn)。

在該試驗(yàn)期間，溫升不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中表9 所示的值。

3 試驗(yàn)方案的比對(duì)

GB 4706.1 的穩(wěn)定性試驗(yàn)分成兩部分，用“但是”一詞隔開(kāi)，即：

（1）“器具以使用中的任一正常使用位置放在一個(gè)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(gè)水平支撐物上，并以最不利的方向?qū)⑵鋬A斜10°。”（以下稱為：方法B）。

通過(guò)判斷是否存在“當(dāng)器具以10°角傾斜時(shí)，如果器具的某部分與水平支撐面接觸”這一條件，來(lái)確定A 與B 的選擇。

目前，檢測(cè)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的很多技術(shù)人員對(duì)該條款的理解和試驗(yàn)的操作存在較大的差異和疑惑，主要的問(wèn)題聚焦在“但是，當(dāng)器具以10°角傾斜時(shí)，如果器具的某部分與水平支撐面接觸，則將器具放在一個(gè)水平支撐物上，并以最不利的方向?qū)⑵鋬A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(guān)系還是遞進(jìn)關(guān)系？針對(duì)這些問(wèn)題，本文提供了以下兩種試驗(yàn)方案，并通過(guò)對(duì)兩種試驗(yàn)方案進(jìn)行比對(duì)，來(lái)展示現(xiàn)有的對(duì)穩(wěn)定性試驗(yàn)的觀點(diǎn)，以便讀者進(jìn)一步了解試驗(yàn)情況。

3.1 試驗(yàn)方案1

3.1.1 方法A

按照方法A 進(jìn)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(zhǎng)方形表示器具，其黑色實(shí)體部分表示器具的重心位置（下同）。

3.1.2 判斷

進(jìn)行方法A 試驗(yàn)時(shí)，需通過(guò)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(huì)從傾斜平面上滑下來(lái)的情況，導(dǎo)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(yīng)該選擇方法B，先通過(guò)一個(gè)“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(jìn)行即可。

圖3 方法B

3.1.4 小結(jié)

在該試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備的局限性或試驗(yàn)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(jìn)關(guān)系。

圖4 名詞示意圖

在日常檢測(cè)中，絕大多數(shù)檢測(cè)人員贊同這一試驗(yàn)方案，認(rèn)為方法B 是對(duì)方法A 的補(bǔ)充和細(xì)化，其最終目標(biāo)都是為了實(shí)現(xiàn)將器具順利的“放在一個(gè)與水平面成10°角的傾斜平面上”。方法B 實(shí)際上就是將器具放在了一個(gè)更高的“傾斜平面”上，所以方法A 和方法B 的本質(zhì)和試驗(yàn)效果是完全一致的。

3.2 試驗(yàn)方案2

3.2.1 判斷

將器具放置在一個(gè)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(guò)該方式來(lái)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(yàn)

3.2.2 方法A

如果器具從0°被翹起至10°的過(guò)程中，器具的任何部分都不會(huì)與水平支撐面發(fā)生接觸（如圖6 所示），則按照方法A 進(jìn)行試驗(yàn)（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(guò)程中，器具的某部分與水平支撐面發(fā)生了接觸（如圖7 所示），則按照方法B 進(jìn)行試驗(yàn)（如圖8 所示）。

圖7 接觸水平支撐面

圖8 按方法B 進(jìn)行試驗(yàn)

3.2.4 小結(jié)

在該試驗(yàn)方案中，“傾斜”是指通過(guò)外力的方式，將器具翹起?！八街蚊妗焙汀八街挝铩笔峭粋€(gè)意思，指一個(gè)水平的表面，其強(qiáng)調(diào)“水平”二字。實(shí)際操作中，可以是水平地面，也可以是水平桌面，也可以是穩(wěn)定性試驗(yàn)用的角度可調(diào)的試驗(yàn)平臺(tái)。

方法A 和方法B 的差異之大是顯而易見(jiàn)的，其操作方法完全不同，因此試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)不同。兩個(gè)方法屬于選擇關(guān)系。

4 試驗(yàn)方法的分析

通過(guò)上述試驗(yàn)方案的比對(duì)，我們可以看出：如果兩個(gè)試驗(yàn)之間的關(guān)系以及試驗(yàn)方法上的理解不同，就會(huì)在實(shí)際檢測(cè)中出現(xiàn)不同的檢測(cè)方法，進(jìn)而得到不同的檢測(cè)結(jié)果，會(huì)嚴(yán)重影響到器具的合格判定。下面我們從翻倒的原理和試驗(yàn)的細(xì)節(jié)出發(fā)，分析試驗(yàn)方法的邏輯性。

4.1 翻倒的原理

一個(gè)物體受到重力的作用,從效果上看，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫物體的重心。重心相當(dāng)于是物體各個(gè)部分所受重力的等效作用點(diǎn)。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(zhì)量分布情況。

從物理學(xué)的角度來(lái)看，重心的位置和物體的平衡之間有著密切關(guān)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(nèi)或者支撐點(diǎn)上，物體才可能保持平衡，否則，該物體就很容易倒下[3]。

結(jié)合以上物理學(xué)知識(shí)，我們以長(zhǎng)方體物體為模型，來(lái)分析該標(biāo)準(zhǔn)中涉及的穩(wěn)定性試驗(yàn)，分別說(shuō)明兩種情況下的翻倒。

當(dāng)把長(zhǎng)方體物體放在一個(gè)傾斜平面上時(shí)，長(zhǎng)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(dāng)重心在垂直方向的投影位置落在該支撐面范圍內(nèi)時(shí)，物體不會(huì)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(huì)翻倒，如圖9（b）所示。

圖9 重心投影位置（傾斜平面）

當(dāng)把長(zhǎng)方體物體放在一個(gè)水平面上，通過(guò)外力使其傾斜（翹起）時(shí)，該物體的底面呈現(xiàn)為1 條邊與水平面接觸，其他部分翹起的狀態(tài)。此時(shí)，器具的這條邊和施加外力點(diǎn)形成的三角形平面就是該器具的支撐面。當(dāng)重心投影位置落在該支撐面范圍內(nèi)時(shí)，器具不會(huì)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(huì)翻倒，如圖10（b）所示。

圖10 重心投影位置（翹起）

通過(guò)以上的物理學(xué)演示，我們大概可以總結(jié)出翻倒的通俗規(guī)律，即：當(dāng)重心在垂直方向上的投影位置越過(guò)支撐邊緣時(shí)，器具即會(huì)翻倒。

4.2 試驗(yàn)差異

從20.1 的注：“對(duì)裝有滾輪、腳輪或支腳的器具，可能需要在水平支撐物上進(jìn)行試驗(yàn)。腳輪或滾輪可以鎖定以防止器具的滾動(dòng)?！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(biāo)準(zhǔn)本意。注的內(nèi)容涉及了“在水平支撐物上進(jìn)行試驗(yàn)”，那么，我們就以注中提及的器具為例，即：帶有4個(gè)支腳的器具。分別進(jìn)行兩個(gè)試驗(yàn)：

（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(jiǎn)稱“傾斜面試驗(yàn)”；

圖11 傾斜面試驗(yàn)

（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(jiǎn)稱“水平面試驗(yàn)”。

圖12 水平面試驗(yàn)

并深度分析兩個(gè)試驗(yàn)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(shè)該器具在被翹起至8°時(shí)，器具的外殼邊緣與水平面接觸。在傾斜至9°時(shí)，器具重心在垂直方向的作用線與傾斜方向的那個(gè)支腳重合。

在進(jìn)行傾斜面試驗(yàn)時(shí)，由于10°的傾斜角度使得重心垂直方向上的投影位置越過(guò)了邊緣支腳，導(dǎo)致器具翻倒。

在進(jìn)行水平面試驗(yàn)時(shí)，為了更清晰的了解試驗(yàn)過(guò)程，我們放慢翹起的速度。器具在外力作用下緩緩翹起，2 個(gè)支腳騰空，2 個(gè)支腳原地不動(dòng)。當(dāng)翹起至8°時(shí)，器具的邊緣外殼與水平面接觸。繼續(xù)翹起，然后4 個(gè)支腳全部騰空，此時(shí)只有器具的外殼邊緣與水平面接觸。當(dāng)翹起至9°時(shí)，器具重心在垂直方向的作用線與傾斜方向的那個(gè)支腳重合。繼續(xù)翹起，當(dāng)翹起至10°時(shí)，雖然重心垂直方向上的投影位置越過(guò)了邊緣支腳，但是由于器具的支撐點(diǎn)發(fā)生了改變，重心投影位置并沒(méi)有越過(guò)外殼邊緣，故器具未翻倒。

以上兩個(gè)試驗(yàn)過(guò)程清晰的描述了不同試驗(yàn)方法下試驗(yàn)結(jié)果的差異。對(duì)比兩項(xiàng)試驗(yàn)，我們可以清晰的體會(huì)到：該器具在被翹起時(shí)，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(shí)際使用場(chǎng)景中，也確實(shí)存在此類結(jié)構(gòu)，甚至在必要的情況下可以將器具設(shè)計(jì)成如此外形，以增強(qiáng)穩(wěn)定性，避免器具翻倒。

通過(guò)以上的對(duì)比分析，我們應(yīng)該清晰了標(biāo)準(zhǔn)的本意和邏輯性。此時(shí)，也明確的本文的觀點(diǎn)：即上述的試驗(yàn)方案2 才是更科學(xué)更合理的操作過(guò)程。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)中的用詞

在研究本試驗(yàn)時(shí)，我們也對(duì)IEC 標(biāo)準(zhǔn)中的英文用詞進(jìn)行了深入的研究，對(duì)我們能夠更好地理解試驗(yàn)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(shuō)明本試驗(yàn)應(yīng)是從0°至10°的一個(gè)被翹起的過(guò)程。對(duì)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(dá)從0°至10°的一個(gè)過(guò)程。“tilted”一詞有“翹起”的含義，表達(dá)器具以被翹起的方式傾斜。從而表達(dá)出本試驗(yàn)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(duì)英文的解釋，可以進(jìn)一步證明本文的觀點(diǎn)：試驗(yàn)方案2 是標(biāo)準(zhǔn)的本意。

同時(shí)，20.1 的注：“對(duì)裝有滾輪、腳輪或支腳的器具，可能需要在水平支撐物上進(jìn)行試驗(yàn)”為標(biāo)準(zhǔn)做了補(bǔ)充，告訴我們：這些器具由于支撐點(diǎn)和器具的邊緣存在一定距離，當(dāng)在水平面被翹起時(shí)，邊緣可能接觸水平面。所以，標(biāo)準(zhǔn)給出了試驗(yàn)指引。同時(shí)，我們也可以通過(guò)數(shù)學(xué)公式計(jì)算支腳的高度和支腳與邊緣的距離兩者之間的關(guān)系，來(lái)定量的分析在何種情況下做水平面試驗(yàn)。當(dāng)滿足以下公式時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水平面試驗(yàn)。通過(guò)該“注”的內(nèi)容，也印證了本文的觀點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)理解的誤區(qū)

在上述試驗(yàn)方案1 中提及到：在進(jìn)行傾斜面試驗(yàn)時(shí)，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(huì)從傾斜平面上滑下來(lái)的情況。本文需要澄清這些理解的誤區(qū)。

首先，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)具備足夠的試驗(yàn)?zāi)芰?，傾斜平面的面積應(yīng)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(dòng)?！钡奶崾荆骶哌M(jìn)行傾斜面試驗(yàn)和水平面試驗(yàn)時(shí)，都應(yīng)保證接觸點(diǎn)的摩擦力足夠，以確保器具不會(huì)滑動(dòng)。必要時(shí)，可以通過(guò)在支腳處放置阻擋物的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，以上情況不應(yīng)在試驗(yàn)中出現(xiàn)，試驗(yàn)方案1 的邏輯性存在漏洞，不能被合理的解釋。

5 實(shí)際案例分析

在某次抽查中，某加濕器的實(shí)際案例如圖13 所示。該產(chǎn)品具有四個(gè)支腳，其底部結(jié)構(gòu)如圖14 所示。器具帶有水箱，在裝滿水的狀態(tài)下由于重心升高，為穩(wěn)定性試驗(yàn)的最不利狀態(tài)。

圖13 器具外觀

圖14 底部結(jié)構(gòu)

當(dāng)對(duì)器具進(jìn)行兩側(cè)方向上的傾斜面試驗(yàn)時(shí)，器具翻倒。然后，在同方向上再進(jìn)行水平面試驗(yàn)，器具在外力作用下緩緩翹起，當(dāng)器具翹起至8°時(shí)，器具的邊緣接地水平面，繼續(xù)翹起至10°，器具未翻倒。由于該器具滿足水平面試驗(yàn)的適用條件，故應(yīng)按照水平面試驗(yàn)進(jìn)行操作，其試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)結(jié)論為合格。

通過(guò)這一案例，充分體現(xiàn)了合理的理解標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)工作的重要性。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本部分對(duì)試驗(yàn)方法的深入分析，我們可以看出，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于穩(wěn)定性的考核是通過(guò)將器具傾斜一定角度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般而言，將器具進(jìn)行傾斜面試驗(yàn)即可。但是，標(biāo)準(zhǔn)考慮到了可以增加穩(wěn)定作用的器具結(jié)構(gòu)（即器具被翹起情況下某部分與水平面接觸的結(jié)構(gòu)），而該類結(jié)構(gòu)在傾斜面試驗(yàn)時(shí)又無(wú)法展現(xiàn)其作用，所以，為了彌補(bǔ)試驗(yàn)方法的局限性，同時(shí)又不降低標(biāo)準(zhǔn)的安全尺度，細(xì)化出了更科學(xué)更客觀的替代試驗(yàn)。對(duì)于無(wú)此類支撐結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，兩個(gè)試驗(yàn)的效果相同，對(duì)于有支撐結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，傾斜面試驗(yàn)更加嚴(yán)苛?？茖W(xué)的試驗(yàn)方法將器具的安全拿捏有度，不會(huì)疏忽每一個(gè)結(jié)構(gòu)該發(fā)揮的安全作用，充分體現(xiàn)出了標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

寫(xiě)到這里，我們?cè)倩仡櫼幌挛恼麻_(kāi)頭提到的問(wèn)題：“‘傾斜’、‘水平支撐面’和‘水平支撐物’該如何理解？?jī)A斜面試驗(yàn)與水平面試驗(yàn)之間是選擇關(guān)系還是遞進(jìn)關(guān)系？”這些問(wèn)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(shí)現(xiàn)。“水平支撐面”和“水平支撐物”是同一個(gè)意思，標(biāo)準(zhǔn)所要表達(dá)的主旨僅僅是一個(gè)水平面。傾斜面試驗(yàn)和水平面試驗(yàn)的邏輯關(guān)系為選擇關(guān)系。