对家用电器稳定性试验方法的研究

陈伟

（中国家用电器研究院，北京 100037）

家用电器产品的稳定性是体现器具安全特征的重要参数。对放置在一个表面上使用、非固定安装且有可能倾倒的器具，应具有足够的稳定性，以防止器具被放置在一个略微倾斜的平面上使用或被无意识碰撞的情况下发生翻倒。对于稳定性试验的标准理解，在执行标准的过程中存在着一些分歧和误解，使得企业研发人员在开发产品的过程中存在疑虑，影响检测机构对产品合格评定的检测结果。同时，也为国家质量监管部门实施的产品质量监督抽查工作带来困惑。笔者通过试验方法的比对和检测案例的分析澄清了对标准理解的误区，以帮助家电行业技术人员更准确地把握标准，科学合理地研发和检测产品。

1 标准背景

目前，我国家用电器现行的安全标准通用要求版本为GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》[1]，该标准等同采用IEC 60335-1:2004(Ed4.1)Household and similar electrical appliances– Safety–Part 1:General requirements[2]。至今，该标准已经使用了15 个年头。在这15 年里，国际方面，IEC 标准已经进行了多次修订，目前IEC 60335-1(Ed.6.0)已经到达FDIS 阶段，即国际标准最终草案。国内方面，全国家用电器标准化技术委员会于2012 年10 月开启了GB 4706.1-2005 的修订之路，历经两年半的时间，于2015 年5 月形成GB 4706.1-20XX《家用和类似用途电器的安全 第1 部分：通用要求》报批稿并完成上报工作，目前等待发布。该标准技术内容等同采用IEC 60335-1:2013(Ed5.1) Household and similar electrical appliances– Safety–Part 1:General requirements，是当时的最新版IEC 标准。

在本次修订中，20.1 稳定性条款与2005 版标准相比：

（1）删除了“注1：器具不与电源连接”；

（2）将注2 和注3 合并；

（3）将注中“水平面”修改为“水平支撑物”。

以上修订内容因不涉及技术方面的修改，因此，本文的观点适用于2005 版标准，也适用于即将发布的新版本。

2 标准文本

以下为GB 4706.1-20XX 报批稿中20.1 的内容：

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个表面上的器具，应有足够的稳定性。

通过下述试验检查其合格性，带有器具输入插口的器具，要装上一个适合的连接器和柔性软线。

器具以使用中的任一正常使用位置放在一个与水平面成10°角的倾斜平面上。电源软线以最不利的方位摆放在倾斜平面上。但是，当器具以10°角倾斜时，如果器具的某部分与水平支撑面接触，则将器具放在一个水平支撑物上，并以最不利的方向将其倾斜10°。

注：对装有滚轮、脚轮或支脚的器具，可能需要在水平支撑物上进行试验。脚轮或滚轮可以锁定以防止器具的滚动。

带有门的器具，以门打开或关闭的状态进行该试验，两者取较为不利的情况。

打算在正常使用中由用户充灌液体和器具，要在空的状态，或充灌最不利的水量，直到使用说明规定容量的状态，进行试验。

器具不应翻倒。

带电热元件的器具，要在倾斜角增大到15°的状态下，重复该试验。如果器具在一个或多个方位上翻倒，则它要在每一个翻倒的状态经受第11 章的试验。

在该试验期间，温升不应超过标准中表9 所示的值。

3 试验方案的比对

GB 4706.1 的稳定性试验分成两部分，用“但是”一词隔开，即：

（1）“器具以使用中的任一正常使用位置放在一个与水平面成10°角的倾斜平面上。”（以下称为：方法A）；

（2）“将器具放在一个水平支撑物上，并以最不利的方向将其倾斜10°。”（以下称为：方法B）。

通过判断是否存在“当器具以10°角倾斜时，如果器具的某部分与水平支撑面接触”这一条件，来确定A 与B 的选择。

目前，检测机构和企业的很多技术人员对该条款的理解和试验的操作存在较大的差异和疑惑，主要的问题聚焦在“但是，当器具以10°角倾斜时，如果器具的某部分与水平支撑面接触，则将器具放在一个水平支撑物上，并以最不利的方向将其倾斜10°。”这句话中，“倾斜”、“水平支撑面”和“水平支撑物”该如何理解？方法A 与方法B 之间是选择关系还是递进关系？针对这些问题，本文提供了以下两种试验方案，并通过对两种试验方案进行比对，来展示现有的对稳定性试验的观点，以便读者进一步了解试验情况。

3.1 试验方案1

3.1.1 方法A

按照方法A 进行操作，如图1 所示。

图1 方法A

注：为了便于理解，图中用带有支脚的长方形表示器具，其黑色实体部分表示器具的重心位置（下同）。

3.1.2 判断

进行方法A 试验时，需通过视检判断是否存在由于斜面的尺寸不足、器具的造型比较特殊或者器具会从倾斜平面上滑下来的情况，导致了器具的某部分与水平支撑面接触，如图2 所示。

图2 某部分与水平支撑面接触

3.1.3 方法B

如果上述情况存在，则应该选择方法B，先通过一个“水平支撑物”将器具垫高，然后将器具和“水平支撑物”一起放在倾斜平面上，如图3 所示。如果不存在，则按照方法A 进行即可。

图3 方法B

3.1.4 小结

在该试验方案中，“倾斜”是指将器具放在倾斜平面上；“水平支撑面”是指与倾斜平面衔接的水平面部位；“水平支撑物”是指一块用于垫高器具的物体，比如木块，为了解决试验设备的局限性或试验操作的便利性而采用的一种手段。如图4 所示。方法A 与方法B 之间是递进关系。

图4 名词示意图

在日常检测中，绝大多数检测人员赞同这一试验方案，认为方法B 是对方法A 的补充和细化，其最终目标都是为了实现将器具顺利的“放在一个与水平面成10°角的倾斜平面上”。方法B 实际上就是将器具放在了一个更高的“倾斜平面”上，所以方法A 和方法B 的本质和试验效果是完全一致的。

3.2 试验方案2

3.2.1 判断

将器具放置在一个水平支撑物(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缓缓倾斜（翘起）至10°，通过该方式来判断是否存在“器具的某部分与水平支撑面接触”（如图5 所示）。

图5 翘起试验

3.2.2 方法A

如果器具从0°被翘起至10°的过程中，器具的任何部分都不会与水平支撑面发生接触（如图6 所示），则按照方法A 进行试验（如图1 所示）。

图6 未接触水平支撑面

3.2.3 方法B

如果器具从0°被翘起至10°的过程中，器具的某部分与水平支撑面发生了接触（如图7 所示），则按照方法B 进行试验（如图8 所示）。

图7 接触水平支撑面

图8 按方法B 进行试验

3.2.4 小结

在该试验方案中，“倾斜”是指通过外力的方式，将器具翘起。“水平支撑面”和“水平支撑物”是同一个意思，指一个水平的表面，其强调“水平”二字。实际操作中，可以是水平地面，也可以是水平桌面，也可以是稳定性试验用的角度可调的试验平台。

方法A 和方法B 的差异之大是显而易见的，其操作方法完全不同，因此试验结果也会不同。两个方法属于选择关系。

4 试验方法的分析

通过上述试验方案的比对，我们可以看出：如果两个试验之间的关系以及试验方法上的理解不同，就会在实际检测中出现不同的检测方法，进而得到不同的检测结果，会严重影响到器具的合格判定。下面我们从翻倒的原理和试验的细节出发，分析试验方法的逻辑性。

4.1 翻倒的原理

一个物体受到重力的作用,从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫物体的重心。重心相当于是物体各个部分所受重力的等效作用点。重心的位置一方面取决于物体的几何形状，另一方面取决于物体的质量分布情况。

从物理学的角度来看，重心的位置和物体的平衡之间有着密切关系。物体的重心在垂直方向的投影只要落在物体的支撑面内或者支撑点上，物体才可能保持平衡，否则，该物体就很容易倒下[3]。

结合以上物理学知识，我们以长方体物体为模型，来分析该标准中涉及的稳定性试验，分别说明两种情况下的翻倒。

当把长方体物体放在一个倾斜平面上时，长方体底面与斜面完全接触，则该底面就是该器具的支撑面。当重心在垂直方向的投影位置落在该支撑面范围内时，物体不会翻倒，如图9（a）所示。一旦投影位置超出了该支撑面，物体将会翻倒，如图9（b）所示。

图9 重心投影位置（倾斜平面）

当把长方体物体放在一个水平面上，通过外力使其倾斜（翘起）时，该物体的底面呈现为1 条边与水平面接触，其他部分翘起的状态。此时，器具的这条边和施加外力点形成的三角形平面就是该器具的支撑面。当重心投影位置落在该支撑面范围内时，器具不会翻倒，如图10（a）所示。一旦投影的位置超出了该支撑面，器具将会翻倒，如图10（b）所示。

图10 重心投影位置（翘起）

通过以上的物理学演示，我们大概可以总结出翻倒的通俗规律，即：当重心在垂直方向上的投影位置越过支撑边缘时，器具即会翻倒。

4.2 试验差异

从20.1 的注：“对装有滚轮、脚轮或支脚的器具，可能需要在水平支撑物上进行试验。脚轮或滚轮可以锁定以防止器具的滚动。”入手，似乎可以给我们一些思考的线索，帮助我们更好的理解标准本意。注的内容涉及了“在水平支撑物上进行试验”，那么，我们就以注中提及的器具为例，即：带有4个支脚的器具。分别进行两个试验：

（1）将器具放在摩擦力足够的10°倾斜平面上（如图11所示），以下简称“倾斜面试验”；

图11 倾斜面试验

（2）将器具放在摩擦力足够的水平面上，然后施力将其翘起至10°（如图12 所示），以下简称“水平面试验”。

图12 水平面试验

并深度分析两个试验的差异，以便理解器具边缘的支撑作用。

按照上文中翻倒的原理，我们假设该器具在被翘起至8°时，器具的外壳边缘与水平面接触。在倾斜至9°时，器具重心在垂直方向的作用线与倾斜方向的那个支脚重合。

在进行倾斜面试验时，由于10°的倾斜角度使得重心垂直方向上的投影位置越过了边缘支脚，导致器具翻倒。

在进行水平面试验时，为了更清晰的了解试验过程，我们放慢翘起的速度。器具在外力作用下缓缓翘起，2 个支脚腾空，2 个支脚原地不动。当翘起至8°时，器具的边缘外壳与水平面接触。继续翘起，然后4 个支脚全部腾空，此时只有器具的外壳边缘与水平面接触。当翘起至9°时，器具重心在垂直方向的作用线与倾斜方向的那个支脚重合。继续翘起，当翘起至10°时，虽然重心垂直方向上的投影位置越过了边缘支脚，但是由于器具的支撑点发生了改变，重心投影位置并没有越过外壳边缘，故器具未翻倒。

以上两个试验过程清晰的描述了不同试验方法下试验结果的差异。对比两项试验，我们可以清晰的体会到：该器具在被翘起时，由于某部分与水平支撑面接触，该部分可以起到支撑作用，避免了器具的翻倒。

在我们实际使用场景中，也确实存在此类结构，甚至在必要的情况下可以将器具设计成如此外形，以增强稳定性，避免器具翻倒。

通过以上的对比分析，我们应该清晰了标准的本意和逻辑性。此时，也明确的本文的观点：即上述的试验方案2 才是更科学更合理的操作过程。

4.3 标准中的用词

在研究本试验时，我们也对IEC 标准中的英文用词进行了深入的研究，对我们能够更好地理解试验操作起到了很大的帮助。

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”说明本试验应是从0°至10°的一个被翘起的过程。对比“at an angle of 10°”和“through an angle of 10°”，后者用“through”一词，而非“at”一词，再次表达从0°至10°的一个过程。“tilted”一词有“翘起”的含义，表达器具以被翘起的方式倾斜。从而表达出本试验是将器具先放在水平支撑物上，然后将器具人为缓缓地翘起至10°。以上对英文的解释，可以进一步证明本文的观点：试验方案2 是标准的本意。

同时，20.1 的注：“对装有滚轮、脚轮或支脚的器具，可能需要在水平支撑物上进行试验”为标准做了补充，告诉我们：这些器具由于支撑点和器具的边缘存在一定距离，当在水平面被翘起时，边缘可能接触水平面。所以，标准给出了试验指引。同时，我们也可以通过数学公式计算支脚的高度和支脚与边缘的距离两者之间的关系，来定量的分析在何种情况下做水平面试验。当满足以下公式时，应进行水平面试验。通过该“注”的内容，也印证了本文的观点具有合理性。

式（1）中：

A—支脚的高度；

B—支脚与边缘的垂直距离。

4.4 标准理解的误区

在上述试验方案1 中提及到：在进行倾斜面试验时，是否存在由于斜面的尺寸不足、器具的造型比较特殊或者器具会从倾斜平面上滑下来的情况。本文需要澄清这些理解的误区。

首先，试验设备应具备足够的试验能力，倾斜平面的面积应确保器具能够完全放置。其次，按照“注：脚轮或滚轮可以锁定以防止器具的滚动。”的提示，器具进行倾斜面试验和水平面试验时，都应保证接触点的摩擦力足够，以确保器具不会滑动。必要时，可以通过在支脚处放置阻挡物的方式来实现。

因此，以上情况不应在试验中出现，试验方案1 的逻辑性存在漏洞，不能被合理的解释。

5 实际案例分析

在某次抽查中，某加湿器的实际案例如图13 所示。该产品具有四个支脚，其底部结构如图14 所示。器具带有水箱，在装满水的状态下由于重心升高，为稳定性试验的最不利状态。

图13 器具外观

图14 底部结构

当对器具进行两侧方向上的倾斜面试验时，器具翻倒。然后，在同方向上再进行水平面试验，器具在外力作用下缓缓翘起，当器具翘起至8°时，器具的边缘接地水平面，继续翘起至10°，器具未翻倒。由于该器具满足水平面试验的适用条件，故应按照水平面试验进行操作，其试验结果符合标准要求，试验结论为合格。

通过这一案例，充分体现了合理的理解标准对检测工作的重要性。

6 结束语

通过本部分对试验方法的深入分析，我们可以看出，该标准对于稳定性的考核是通过将器具倾斜一定角度的方式来实现的。一般而言，将器具进行倾斜面试验即可。但是，标准考虑到了可以增加稳定作用的器具结构（即器具被翘起情况下某部分与水平面接触的结构），而该类结构在倾斜面试验时又无法展现其作用，所以，为了弥补试验方法的局限性，同时又不降低标准的安全尺度，细化出了更科学更客观的替代试验。对于无此类支撑结构的产品，两个试验的效果相同，对于有支撑结构的产品，倾斜面试验更加严苛。科学的试验方法将器具的安全拿捏有度，不会疏忽每一个结构该发挥的安全作用，充分体现出了标准的严谨性。

写到这里，我们再回顾一下文章开头提到的问题：“‘倾斜’、‘水平支撑面’和‘水平支撑物’该如何理解？倾斜面试验与水平面试验之间是选择关系还是递进关系？”这些问题便迎刃而解了。“倾斜”是指在外力作用下，以翘起的方式实现。“水平支撑面”和“水平支撑物”是同一个意思，标准所要表达的主旨仅仅是一个水平面。倾斜面试验和水平面试验的逻辑关系为选择关系。