機(jī)械控制與電子控制風(fēng)冷冰箱風(fēng)道蓋板通用設(shè)計(jì)研究

宋建存 彭紅輝 彭沃平 吳俊河

（中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510850）

引言

今年是共建“一帶一路”倡議提出十周年。我司積極響應(yīng)習(xí)近平主席提出的這一重大國(guó)際合作倡議，積極參與“一帶一路”沿線國(guó)家家電企業(yè)的技術(shù)與經(jīng)貿(mào)合作，共同研發(fā)適銷當(dāng)?shù)氐募译姰a(chǎn)品。

這些沿線國(guó)家的家電企業(yè)規(guī)模普遍偏小，資金壓力大，在進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，都是本著“少花錢、多辦事”的原則，希望能用有限的資源，開(kāi)發(fā)出豐富的產(chǎn)品類型。針對(duì)這種情況，我們需要從設(shè)計(jì)源頭開(kāi)始考慮如何減少模具投入，達(dá)成客戶的目標(biāo)。

本文以我司為中東地區(qū)某客戶開(kāi)發(fā)的上凍下藏式兩門(mén)風(fēng)冷冰箱為例，探討如何在設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)“少花錢、多辦事”的目標(biāo)。

在我們?yōu)樵摽蛻糸_(kāi)發(fā)電子控制上凍下藏式風(fēng)冷冰箱時(shí)，該客戶就有在電子控制方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)械控制方式開(kāi)發(fā)的后續(xù)計(jì)劃，所以我們?cè)跒榭蛻粼O(shè)計(jì)電子控制方式時(shí)，就開(kāi)始和機(jī)械控制方式一起通盤(pán)考慮，最大程度地兼容兩種不同的控制方式，以降低模具投入。

1 機(jī)械控制風(fēng)冷冰箱和電子控制風(fēng)冷冰箱的主要區(qū)別

1）控制方式

電子控制通常是通過(guò)電控主板收集冰箱內(nèi)感溫頭檢測(cè)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析判斷，控制壓縮機(jī)、循環(huán)風(fēng)扇、電動(dòng)風(fēng)門(mén)、除霜加熱絲等元器件的運(yùn)行，將冰箱內(nèi)的溫度控制在用戶設(shè)定的范圍內(nèi)。

機(jī)械控制主要是通過(guò)溫控器感應(yīng)冰箱內(nèi)的溫度，產(chǎn)生熱脹冷縮的機(jī)械動(dòng)作，控制壓縮機(jī)運(yùn)行回路的通斷，來(lái)調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度。

2）主要電器元器件

電子控制方式：控制主板（PCB 板）、顯示板（PCB板）、電子感溫頭、電動(dòng)風(fēng)門(mén)、壓縮機(jī)、除霜加熱絲等。

機(jī)械控制方式：膨脹式溫控器、風(fēng)量手動(dòng)調(diào)節(jié)撥桿（或旋鈕）或溫控器式機(jī)械風(fēng)門(mén)、除霜定時(shí)器、壓縮機(jī)、除霜加熱絲等。

3）制冷性能

機(jī)械控制方式：溫控器對(duì)溫度變化的反饋比較遲緩，溫度控制精度比較低，溫控器開(kāi)停機(jī)點(diǎn)的溫度誤差為（±1.5～±2.5）℃，而電子控制方式冰箱的感溫頭的精度為±1 ℃，所以機(jī)械溫控方式冰箱內(nèi)的溫度波動(dòng)范圍大。

4）材料成本

同型號(hào)的冰箱，機(jī)械控制方式成本相對(duì)較低。以我們?yōu)橹袞|的這個(gè)客戶開(kāi)發(fā)的電子控制方式風(fēng)冷冰箱和機(jī)械控制方式風(fēng)冷箱為例，機(jī)械控制方式(采用風(fēng)量手動(dòng)調(diào)節(jié)撥桿)的材料成本要比電子控制方式節(jié)約10 美金左右。

2 機(jī)械控制方式的選擇

機(jī)械控制方式的選擇同樣會(huì)影響到模具的投入。機(jī)械控制目前普遍采用的方式有兩種：

方式一：冷凍室：風(fēng)量手動(dòng)調(diào)節(jié)撥桿（或旋鈕）+冷藏室：溫控器

這種方式的基本工作原理是溫控器檢測(cè)冷藏室內(nèi)的溫度，控制壓縮機(jī)和循環(huán)風(fēng)扇的開(kāi)停，將冷藏室的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。蒸發(fā)器一般設(shè)置在冷凍室，冷凍室風(fēng)道蓋板上有一風(fēng)量手動(dòng)調(diào)節(jié)撥桿，手動(dòng)撥桿控制著冷凍室的冷風(fēng)進(jìn)入冷藏室通道—進(jìn)風(fēng)口的大小。冷風(fēng)在循環(huán)風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)此進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入到冷藏室，經(jīng)過(guò)熱交換后，溫度升高，變成較熱空氣，從回風(fēng)口回流到冷凍室。手動(dòng)撥桿使進(jìn)風(fēng)口變大，冷藏室降溫速度增快，迅速達(dá)到冷藏室的設(shè)定溫度，壓縮機(jī)停止工作，壓縮機(jī)的開(kāi)啟時(shí)間就會(huì)縮短，開(kāi)停比減小，制冷系統(tǒng)提供總的制冷量會(huì)隨之減少。在冷藏室獲取的冷量基本上是恒定的情形下，冷凍室獲取的冷量就會(huì)減少，冷凍室溫度會(huì)升高。所以調(diào)節(jié)手動(dòng)風(fēng)門(mén)，增大進(jìn)風(fēng)口，冷凍室溫度升高，反之減小進(jìn)風(fēng)口，冷凍室溫度降低。

簡(jiǎn)言之 ，溫控器控制冷藏室的溫度，手動(dòng)撥桿控制冷凍室的溫度。手動(dòng)調(diào)節(jié)撥桿沒(méi)有接入電路，不能控制壓縮機(jī)的開(kāi)停，它只是通過(guò)控制冷凍、冷藏室的冷量分配，間接的影響到壓縮機(jī)的開(kāi)停。

方式二：冷凍室溫控器+冷藏室溫控器式風(fēng)門(mén)

與方式一相反，溫控器設(shè)置在冷凍室，而不是冷藏室。溫控器檢測(cè)冷凍室內(nèi)的溫度，控制壓縮機(jī)和冷凍室內(nèi)風(fēng)扇的開(kāi)停，將冷凍室的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。溫控器式風(fēng)門(mén)設(shè)置在冷藏室內(nèi)，控制著冷凍室冷風(fēng)進(jìn)入冷藏室通道—進(jìn)風(fēng)口的開(kāi)啟大小，它不接入電路，不需要連接其它元器件。機(jī)械風(fēng)門(mén)利用感溫劑壓力隨溫度變化而變化的特性，通過(guò)溫壓轉(zhuǎn)換部件帶動(dòng)并改變風(fēng)門(mén)開(kāi)啟的角度，控制進(jìn)入冷藏室冷風(fēng)量以控制其溫度。溫控器式風(fēng)門(mén)的開(kāi)合與壓縮機(jī)開(kāi)停沒(méi)有關(guān)系，只與冷藏室溫度相關(guān)，在壓縮機(jī)停機(jī)階段，若冷藏室溫度升高，機(jī)械風(fēng)門(mén)打開(kāi)，冷風(fēng)依然會(huì)從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入到到冷藏室。

兩種控制方式的主要差別：

1）控溫精確程度

方式一只有冷藏室有溫度檢測(cè)裝置，冷凍室沒(méi)有，只是靠手動(dòng)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)冷凍冷藏兩個(gè)間室冷量分配，進(jìn)行模糊控制。方式二冷凍室和冷藏室都有溫度檢測(cè)的裝置，能夠比較好的控制冷凍冷藏兩個(gè)間室的溫度。方式二控溫精確程度要高于方式一。

2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度

方式一的手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)是一個(gè)或多個(gè)簡(jiǎn)單的塑料件組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。方式二的機(jī)械風(fēng)門(mén)體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與之匹配的冷藏室風(fēng)道蓋板、EPS 風(fēng)道泡沫都需要為之留有足夠的裝配空間?？紤]到電動(dòng)風(fēng)門(mén)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與溫控器式風(fēng)門(mén)差異甚大，若機(jī)械控制方式采用方式二，電子控制方式式冷藏室風(fēng)道蓋板與機(jī)械控制方式要通用起來(lái)，就困難很多。

3）原材料成本

方式一只需要一個(gè)溫控器，方式二需要兩個(gè)溫控器類零件，從冰箱整機(jī)成本角度考慮，方式一更有優(yōu)勢(shì)。

綜上考慮，我們選擇方式一作為機(jī)械控制冰箱的控制方式。

3 冷藏室風(fēng)道部件和冷凍室風(fēng)道部件的通用設(shè)計(jì)

機(jī)械控制與電子控制風(fēng)冷冰箱的結(jié)構(gòu)差異主要在冷藏室風(fēng)道組件和冷凍室風(fēng)道組件上，如圖1所示。

圖1 電子控制方式與機(jī)械控制方式風(fēng)道蓋板的差異

其他小的零件，如手動(dòng)風(fēng)門(mén)撥叉、溫控器旋鈕、除霜定時(shí)器安裝盒、溫控器阻燃保護(hù)金屬盒等因其體積很小，所需要投入的注塑、鈑金模具費(fèi)用比較少，本文不做討論。

因?yàn)閮烧咧g的差異，按照通常的做法，機(jī)械控制和電子控制風(fēng)冷冰箱會(huì)各自開(kāi)一套冷凍風(fēng)道蓋板和一套冷藏風(fēng)道蓋板注塑模具。這兩個(gè)塑料零件體積都很大，所需要的注塑模具價(jià)格不菲。

通過(guò)分析對(duì)比電子控制方式和機(jī)械控制方式的冷藏/冷凍風(fēng)道蓋板，我們發(fā)現(xiàn)電子控制方式風(fēng)道和機(jī)械控制方式風(fēng)道外觀面除了局部特征有差異外，大部分的結(jié)構(gòu)是一樣的。

根據(jù)上述特點(diǎn)，我們可以通過(guò)以下兩條原則，實(shí)現(xiàn)用同一套注塑模具生產(chǎn)兩個(gè)不同控制方式的風(fēng)道蓋板：

1）在用戶看不到內(nèi)部表面，我們可以將機(jī)械和電子兩種控制方式風(fēng)道蓋板需要的特征都集成上去，我們只需要考慮在集成兩種特征時(shí)合理布局，避免出現(xiàn)干涉。

2）在外觀表面，通過(guò)更換注塑模具鑲件的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種控制方式風(fēng)道蓋板之間的切換。

兩種冷凍室風(fēng)道蓋板的主要差異是電子式有電子感溫頭的安裝卡扣和透風(fēng)的格柵，而機(jī)械式有風(fēng)量調(diào)節(jié)撥片的安裝卡扣和撥片滑動(dòng)導(dǎo)向的長(zhǎng)圓形卡槽。我們現(xiàn)在將它們兩者獨(dú)有的特征集成到一起，就如圖2 所示。

圖2 電子控制方式與機(jī)械控制方式冷凍室風(fēng)道蓋板的特征集成后的結(jié)構(gòu)

在用戶看不到的內(nèi)觀表面，可以按集成后的結(jié)構(gòu)，將兩種風(fēng)道蓋板的獨(dú)有特征都包含進(jìn)去。而對(duì)于用戶可以看到的外觀表面，則只保留各自風(fēng)道蓋板本身所需要的特征。如圖3 所示。

圖3 重新構(gòu)造后的電子式和機(jī)械式冷凍室風(fēng)道蓋板

采用與冷凍室風(fēng)道蓋板相同的方法我們對(duì)冷藏室風(fēng)道蓋板的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行重新構(gòu)造。相對(duì)于電子式，機(jī)械式的結(jié)構(gòu)多了一個(gè)可以安裝溫控器旋鈕的沉臺(tái)和限位溫控器的筋。

由于電子式冷藏風(fēng)道蓋板沒(méi)有獨(dú)有的特征，所以機(jī)械式的冷藏室風(fēng)道蓋板就相當(dāng)于是電子式和機(jī)械式冷藏風(fēng)道蓋板的集成。根據(jù)和冷凍室風(fēng)道蓋板一樣的兩個(gè)重新構(gòu)造的原則，對(duì)電子式和機(jī)械式冷藏風(fēng)道蓋板進(jìn)行重新構(gòu)造，如圖4 所示。

圖4 重新構(gòu)造后的電子式和機(jī)械式冷藏室風(fēng)道蓋板

冷藏/冷凍風(fēng)道蓋板重新構(gòu)造后，機(jī)械控制和電子控制方式可以通過(guò)更換模具鑲件的形式，用同一套模具來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。從而我們節(jié)省了一個(gè)冷藏風(fēng)道蓋板和一個(gè)冷凍風(fēng)道蓋板共兩個(gè)注塑模具。

此方案雖然能夠節(jié)約模具投入，但是有兩個(gè)缺點(diǎn)：

1）機(jī)械控制方式和電子控制方式的風(fēng)道蓋板進(jìn)行生產(chǎn)切換時(shí)，需要更換模具鑲件，比較麻煩，采用此種方式需要考慮是否會(huì)影響產(chǎn)能。

2）由于有前模鑲件的存在，在冷凍室風(fēng)道蓋板和冷藏室風(fēng)道蓋板的正面，會(huì)有一圈由可更換模具鑲件產(chǎn)生的分型線，對(duì)風(fēng)道蓋板的外觀有一定的影響，采用此種方式需要考慮客戶和當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)用戶的接受度。

4 總結(jié)

通過(guò)分析機(jī)械控制和電子控制風(fēng)冷冰箱的差異、機(jī)械風(fēng)冷兩種常用控制方式的區(qū)別，最大程度將機(jī)械式和電子式風(fēng)道蓋板的特征統(tǒng)一，再通過(guò)更換模具鑲件的方式，實(shí)現(xiàn)了兩種不同控制方式的風(fēng)道蓋板用同一套冷凍/冷藏風(fēng)道蓋板注塑模具進(jìn)行生產(chǎn)。

這種通用設(shè)計(jì)的方案同時(shí)存在一定的缺陷，需要根據(jù)生產(chǎn)和市場(chǎng)的情況做出靈活選擇。