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[家电|家居] 欧盟新标准儿童试验指格栅的优化设计及分析

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  原标题:欧盟新标准儿童试验指格栅的优化设计及分析
  珠海格力电器股份有限公司 王元章
  1 分体式空调器外机格栅目前行业的利用情况
  目前空调行业外机上的出风格栅有以下两种:塑料格栅和钢丝焊接的铁格栅。其中塑料格栅有圆形格栅、竖格栅、斜格栅等。结构上常由一个横向的主筋条和垂直于横向筋条的辅助筋条组成,为了保证出风风量和产品出模,常常选择较大的格栅筋条间距一般大于8.6mm。分型线上方为定模,分型线下方是动模。然而目前的格栅筋条分型线一般过于靠近定模,导致动模筋条高度大于定模。此类格栅有如下两个隐患:
  (1)此类格栅整体结构没有考虑风阻影响,影响性能;
  (2)格栅间距过大,人体手指容易塞入,特别是儿童,因此有危及人身安全的隐患。

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  2 目前外机格栅弊端的优化
  2.1
  主筋条与辅助筋条横截面的对比分析
  从图3可以看出,优化前的格栅主、辅筋条横截面有个共同点,就是分型线居中或者靠近定模。导致动模筋条偏高,从而使得格栅阻碍出风的面积,加大了风阻。同时这类筋条由小端圆弧和大端直线构成,进风截面成锥形,靠近风叶的进风宽度比出风口宽度还要大,对此类截面进行分析和实验可以发现其出风风阻较大,导致外机运行时出现较大的风量损失,同样也会导致较大的噪音。而优化后的主、辅筋条横截面分析线明显靠近动模一侧,从而使动模的筋条变端,在此基础上再次增加圆角过渡,减少风阻。

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  2.2
  格栅横截面的优化
  筋条截面采用流水线外形,整体由两部分组成:上半部分较尖的头部和下半部分较粗的尾部。头部的顶端和尾部的顶端均为全圆角,其中头部呈正三角,尾部呈倒三角。其中的尾部面向轴流风叶,风吹出的时候,逐渐增大的出风口有利于空气扩张,减小风阻。实际测试和电脑分析可以看到此类截面的筋条涡流区域较小,风阻较小。实际对比同间距的格栅,产品风量可以提高10%~15%。方案1优化后的出风流量明显大于方案2优化前的流量。

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  筋条外形越细长,风阻越低。但筋条外形太过细长会影响筋条强度,其宽度和高度比例可以取2:10~5:10,本实例中的两种筋条,一种筋条宽度为2.86mm,高度10mm,一种筋条宽度为2.5mm,高度为5.3mm,为进一步降低风阻,筋条的头部区域在高度上占比越高,其导风长度就越长,尾部区域在高度上占比越低,其风阻就越小。两者的高度比值在5:5~7:3范围内,可以保证较好的低风阻、低噪音,同时模具上也易于实现,不容易粘模。

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  2.3
  格栅筋条间距的优化
  为了保证一定压力下人体手指不通过格栅筋条,新格栅采用了更细密的格栅间距,其中横向格栅间距的取值范围为7.0~8.5mm,纵向间距为35~55mm。在所述取值范围内,可以保证在对比参照格栅风量不衰减、噪音值不增加的前提下,提高产品安全性能。本实例中格栅筋条横向间距取7.8mm,纵向筋条间距41.5mm,实际测试风量与原格栅风量相当,噪音可降低1dB,但此格栅却更加安全。
  (1)测试条件:环境常温为22℃,18号棒水平放置静止时,正对风叶部位10N,其余位置2.5N的外力作用下不穿过格栅;
  (2)等价金属棒:以体积为2.5473×105mm3,密度为7.85×103kg/m3的金属刚性物体替代18号金属棒,其弹性模量为2.11×1011N/m2,泊松比为0.288;
  (3)格栅材料:PP,弹性模量为8.96×108N/m2,泊松比为0.41,密度9×102kg/m3屈服极限≧28MPa。

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  在施加2~3倍测试标准力的时候,试验指仍无法通过格栅,其中所受的应力也在格栅的屈服极限范围内。可判断测试结果合格,方案可行。
  3 从模具、工艺方面优化格栅设计
  3.1
  从模具方面优化
  由于优化后的格栅分型线靠近动模,导致定模筋条加高,使定模有了粘模的隐患。在设计的时候一定要考虑毛刺的问题,否则会影响外观,同时也很容易导致试验指测试不合格。模具要根据产品模型进行CAE模拟分析,找到最佳的进胶位置,合理设计顶针的位置,均匀分布可以更好的推出动模,同时也防止局部变形。建议采用针阀热流道进胶,为了保证产品的外观,特别要注意产品的变形、困气问题。
  3.2
  从工艺方面优化
  对于这类注塑格栅,定模筋条高,有粘模的隐患,一定要控制产品的变形量,因为在出模的过程中很容易出现模具拉伤产品的现象,在试模的过程中一定要注意机床的吨位是否匹配,以及模温的控制。同时在选取产品材料的时候根据产品特性,推荐使用PP材料。PP材料特性是高结晶度,耐磨性好,优于HIPS,硬度低于ABS、HIPS,有着突出的延伸性和抗疲劳性能,冷却速度快,宜快速注射。
  4 优化后格栅的实物效果验证
  欧盟新标准中的18号探棒弯指直径为8.6mm,第一节手臂直径为38.4mm,长度为101.6mm,第二节手臂直径为38.1mm,长度为451.6mm。根据测算要求外机格栅需要在+55℃高温环境下放置12H,依然满足18号试验指测试要求。即试验指不能接触到任何带电部件。通过实测优化后的格栅满足欧盟测试要求。
  5 结语
  为了满足欧盟试验指要求,加密了格栅的间距,但是通过优化格栅的横截面,不仅解决了格栅的安全隐患,同时还保持了足够大的风量。如果风量减少就会影响性能,会带来系统能效的二次开发,因此从这个角度讲,此方案避免了二次开发的浪费,节约了成本。
  参考文献
  [1]
  董天禄. 制冷剂的最新进展[J]. 制冷技术, 2010.
  [2]
  刘卫华等.制冷空调新技术及进展. 北京:机械工业出版社.2005.
  [3]
  肖学智,周晓芳,徐浩阳等. 低GWP制冷剂研究现状综述[J]. 制冷技术, 2014.
  [4]
  GB/T 7725-2004 房间空气调节器[S].
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