正交試驗法在冰箱匹配中的應用

張靖強

(陜西寶雞長嶺冰箱有限公司 陜西寶雞 721006)

冰箱的匹配涉及儲藏溫度、耗電量、冷凍能力、冷卻速度、噪聲以及經(jīng)濟性等多方面的指標，雖然可以進行設計計算，但要達到最佳匹配仍然需要試驗確定，即使取得一定經(jīng)驗的匹配工程師也需要多個輪次的試驗才能最終確定各器件的參數(shù)。冰箱制冷匹配中影響性能的有壓縮機、蒸發(fā)器面積及形式、冷凝器面積及形式、毛細管流量、充注量、保溫層厚度、門封結構等多個因素，為了減少試驗數(shù)量，在實踐中往往根據(jù)經(jīng)驗固定部分參數(shù)而調(diào)整另一部分參數(shù)，顯然難以達到各參數(shù)的最佳組合。然而進行全數(shù)試驗則數(shù)量太大，本文旨在通過正交試驗方法，以能效指數(shù)（耗電量最?。┑戎笜藰嫿ňC合評價指標為主要目標的匹配參數(shù)確定。

1 試驗方案設計

據(jù)悉，正在修改中的GB/T 8059-1995冰箱國家標準，將對產(chǎn)品的性能分等分級，即對冰箱的能效指數(shù)、噪聲、負載溫度回升、冷凍能力、冷卻速度及冷藏食品儲存質量6項指標進行分級，每項指標均按國際先進水平、國內(nèi)先進水平、國內(nèi)中等水平、國內(nèi)一般水平分為A、B、C、D四級，全部指標均達到A級的產(chǎn)品即為6A產(chǎn)品[1]。要使這六項指標達到全部達到A級，對制冷匹配工作是相當大的挑戰(zhàn)，由于正交試驗方法評價指標只有一個，我們可以根據(jù)產(chǎn)品的定位確定某幾項指標并給予適當?shù)臋嘀囟纬梢粋€綜合指標。在這六個指標中，負載溫度回升主要取決于箱體結構及發(fā)泡、冷藏食品儲存質量不僅與制冷有關，還與冷藏室的氣體成分等其他因素有很大關系，因此這兩個指標不在本次實驗中考慮，為了實驗的快速，將冷凍能力和冷卻速度合并為之考察冷卻速度，其他項目要求合格，總體設計如表1的綜合指標。

表1 綜合指標計算

表2 因素水平表

表4 實驗表

表3 冰箱正交試驗安排表

2 因素分析

在BCD-220CN9的開發(fā)時，我們采用正交試驗法進行匹配，根據(jù)設計目標耗電量0.49kWh/24h以及目標成本確定了箱體結構和發(fā)泡層的厚度，按照冷藏室平均厚度75mm，冷凍室100mm。根據(jù)冰箱制冷系統(tǒng)的特點，我們確定了以下四個因素：

（1）蒸發(fā)器，冷凍室蒸發(fā)器采用絲管式結構，按照38℃環(huán)溫最大負荷確定制冷面積大?。槐颈錇橹崩涫酱?lián)結構，由冷藏室溫度控制整個冰箱的運行，因此，冷藏室蒸發(fā)器的面積大小以及布置方式可以影響冷卻速度、耗電量等。本文選取如圖1所示的E1、E2、E3為3個水平。

（2）毛細管流量，毛細管是冰箱的節(jié)流裝置，影響冰箱穩(wěn)態(tài)時的運行狀態(tài)，對耗電量、噪聲均有影響，根據(jù)其他型號匹配經(jīng)驗，選取毛細管流量200L/h、220L/h、240L/h 為3個水平。

（3）制冷劑充注量，有大量的文獻討論R600a在冰箱上的最佳充注量問題，因為壓機、流量等發(fā)生變化后勢必影響最佳充注量，所以本文將其作為因素之一靠試驗確定。本文選取45g、50g、55g為3個水平。

（4）壓縮機，在結構確定后，壓縮機只與預期的開機率和功率有關系，小冷量的壓機功率雖小但是其開機率卻會增大，而大冷量的壓機開機率小但是功率會增大，因此，壓機冷量的選擇對耗電量的影響是雙重的，需要試驗確定。如表2所示，選取NE82NAEM、NE88NAEM、HKD93AA為3個水平。

以上安排即為四因素三水平的試驗方案，全數(shù)試驗需要34次，查正交試驗表做如表3的安排則只需要9次試驗。

3 試驗分析

正交試驗的結果分析有兩種方法：一種是直觀分析，該方法簡單明了；另一種是方差分析。在本試驗中，直觀分析已能夠明晰的指出最佳結果，因此只做直觀分析。在表4中，計算出綜合得分后，計算各因素三個水平的均值，如蒸發(fā)器的均值1=（79.83+96.31+86.65）/3=87.597，毛細管的均值3=（86.65+74.22+89.94）/3=83.603；

從表4可以看出充注量的極差最大，其次是壓縮機和毛細管，說明在給定的范圍內(nèi)充注量對性能影響最大。

從圖2和圖3可以看出，取冷藏室蒸發(fā)器為E2、毛細管220、充注量50、壓縮機為NE82NAEM則性能最好，因此說，正交試驗可以找到最優(yōu)的實驗方案。

4 試驗結論

按照國家標準，考核冰箱性能的指標很多，本文以耗電量、噪聲、冷卻速度等構建了綜合評分標準，做為最佳試驗匹配的評判標準。

正交試驗提供了一種多種因素多個水平用最少的試驗次數(shù)來得出實驗結論的方法，減少了試驗迭代的次數(shù)，確定試驗改進的方向。本實驗用9次試驗，也就是總共制作9臺樣機同時試驗，一次性找到了冰箱系統(tǒng)的最佳匹配參數(shù)。

應用本實驗確定的參數(shù)，在小批量生產(chǎn)中略微的調(diào)整即達到了國家標準的要求。

[1] 郎志正.質量管理及其技術和方法. 中國標準出版社.2003.