可靠性管理優(yōu)秀項(xiàng)目：BSD干衣機(jī)啟動(dòng)異常音事故技術(shù)歸零

◆ 王 偉 / 文

可靠性管理優(yōu)秀項(xiàng)目：BSD干衣機(jī)啟動(dòng)異常音事故技術(shù)歸零

◆ 王 偉 / 文

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6583的規(guī)定，產(chǎn)品的可靠性是指：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。對(duì)產(chǎn)品而言，可靠性越高就越好。只有產(chǎn)品可靠性提高了，才能提高產(chǎn)品的信譽(yù)，增強(qiáng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，卓越的企業(yè)不約而同地從戰(zhàn)略高度實(shí)施提升產(chǎn)品可靠性的先進(jìn)管理方法。其中中國(guó)航天科技集團(tuán)的“質(zhì)量問(wèn)題雙歸零”管理方法，是我國(guó)航天工業(yè)經(jīng)過(guò)近20年的實(shí)踐、總結(jié)、吸收、提煉、再實(shí)踐形成的一整套系統(tǒng)的提升產(chǎn)品可靠性的質(zhì)量管理方法論，該方法的應(yīng)用使我國(guó)航天產(chǎn)品的可靠性居于世界領(lǐng)先水平。

圖1 質(zhì)量問(wèn)題雙歸零

2013年，上海日立借鑒中國(guó)航天“質(zhì)量問(wèn)題雙歸零”的成功做法（參見(jiàn)圖1），在公司內(nèi)部實(shí)施“質(zhì)量雙歸零”，選取了“BSD干衣機(jī)啟動(dòng)異常音”質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行“技術(shù)歸零”實(shí)踐，遵循“定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚、問(wèn)題復(fù)現(xiàn)、措施有效、舉一反三”的五條要求，逐項(xiàng)落實(shí)，最終問(wèn)題得到有效解決。

針對(duì)啟動(dòng)異常音問(wèn)題提出改善對(duì)策

2012年初，客戶反映干衣機(jī)模塊內(nèi)的BSD某型號(hào)壓縮機(jī)使用一段時(shí)間后在起動(dòng)初期有異常音發(fā)生。異常音表現(xiàn)為開(kāi)啟階段存在耳感不能接受的撞擊聲，持續(xù)30秒～4分鐘后消失。

啟動(dòng)異常噪音是壓縮機(jī)噪音中非常重要的一種，同時(shí)在其它機(jī)種中也有發(fā)生。因此解決此類異常音問(wèn)題，提高壓縮機(jī)整機(jī)性能的可靠性，具有很重要的意義。為此，公司成立了“干衣機(jī)起動(dòng)異常音攻關(guān)小組”，負(fù)責(zé)按照“技術(shù)歸零”方法調(diào)查異常音發(fā)生的機(jī)理并提出改善對(duì)策。

針對(duì)啟動(dòng)異常音問(wèn)題，項(xiàng)目組制定的分析路線是：音頻分析→確定噪音源→分析產(chǎn)生原因→提出改善對(duì)策。其中“音頻分析”和“確定噪音源”對(duì)應(yīng)“技術(shù)歸零”的第一條“定位準(zhǔn)確”；“分析產(chǎn)生原因”對(duì)應(yīng)第二條“機(jī)理清楚”和第三條“問(wèn)題復(fù)現(xiàn)”；“提出改善對(duì)策”對(duì)應(yīng)第四條“措施有效”和第五條“舉一反三”。

步驟一 音頻分析、確定噪音源——定位準(zhǔn)確

1）確定噪音類型

表1 葉片和活塞撞擊因素FTA

為了判斷壓縮機(jī)啟動(dòng)異常音的類型，項(xiàng)目組對(duì)故障機(jī)的異常音進(jìn)行了測(cè)試分析。具體方法是：選取五臺(tái)異常音模塊，在開(kāi)機(jī)階段進(jìn)行PCB聲級(jí)計(jì)錄音，截取異常時(shí)和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后的噪音，通過(guò)LMS軟件對(duì)噪音信號(hào)做時(shí)頻分析。項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)：

（1）異常音周期性強(qiáng)，基本為每轉(zhuǎn)出現(xiàn)一次；

（2）異常噪音峰值所在的頻帶區(qū)域大部分在3000～10000HZ之間。

根據(jù)上述分析，項(xiàng)目組初步判斷：噪音為周期性機(jī)械碰撞音。

2）確定噪音源位置

為進(jìn)一步探究哪些機(jī)械部件在模塊啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了周期性碰撞音，項(xiàng)目組進(jìn)一步跟蹤在異常音狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的模塊，通過(guò)解體觀察摩擦痕跡，確定噪音源。試驗(yàn)方案如下：

選取10套模塊，其中正常品、不良品（簡(jiǎn)稱NG品）各5套，按5分鐘開(kāi)、25分鐘停的模式運(yùn)轉(zhuǎn)，使其始終保持在有異常音的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，十套模塊進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每周解體一組。項(xiàng)目組重點(diǎn)觀察是否存在摩擦痕跡的零部件，如葉片與活塞、閥片與閥座、曲軸上止推面與上缸蓋、電機(jī)定轉(zhuǎn)子。

解體目視觀察結(jié)果顯示：NG品活塞表面有略傾斜的縱向摩擦條紋，正常品則無(wú)此條紋；NG品葉片先端有豎摩擦條紋，正常品則無(wú)明顯條紋。其他零部件沒(méi)有明顯摩擦痕跡。

圖2 汽缸結(jié)構(gòu)圖

項(xiàng)目組進(jìn)一步用顯微鏡觀察活塞表面痕跡：NG品有撞擊痕跡，而正常品無(wú)痕跡。

從活塞外圓痕跡和葉片先端摩擦痕跡分析，項(xiàng)目組準(zhǔn)確定位：?jiǎn)?dòng)異常音為不良品中葉片和活塞撞擊產(chǎn)生。

步驟二 分析原因——機(jī)理清楚、問(wèn)題復(fù)現(xiàn)

為進(jìn)一步分析葉片和活塞發(fā)生撞擊的原因，項(xiàng)目組使用可靠性分析工具FTA，對(duì)所有因素進(jìn)行一一排查，找到了問(wèn)題所在。

通過(guò)表1，揭示了葉片和活塞發(fā)生撞擊的機(jī)理為：葉片之所以和活塞發(fā)生撞擊，是因?yàn)槿~片在到達(dá)上始點(diǎn)前脫離了活塞，而葉片之所以在到達(dá)上始點(diǎn)前脫離了活塞，是因?yàn)閴嚎s機(jī)內(nèi)液體被過(guò)度壓縮（簡(jiǎn)稱：液壓縮）。

通過(guò)對(duì)造成液壓縮的兩個(gè)可能因素進(jìn)行調(diào)查，冷媒因素基本排除，主要原因?yàn)槔鋬鰴C(jī)油油壓縮。冷凍機(jī)油在運(yùn)轉(zhuǎn)的泵體內(nèi)積存的數(shù)量是隨機(jī)的，導(dǎo)致不良品出現(xiàn)存在一定的概率。

壓縮機(jī)的汽缸中有一個(gè)卸荷槽（見(jiàn)圖2），卸荷槽是為了防止油壓縮的產(chǎn)生而設(shè)計(jì)的。卸荷槽尺寸變小，用來(lái)卸載的空間就變小，冷凍機(jī)油會(huì)被過(guò)分壓縮，產(chǎn)生高壓，導(dǎo)致葉片與活塞撞擊。

為驗(yàn)證上述結(jié)論，同時(shí)使問(wèn)題復(fù)現(xiàn)，項(xiàng)目組選取5臺(tái)正常品和5臺(tái)NG品進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)異常音實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)NG品和正常品進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)NG品卸荷槽比正常品小。NG品汽缸卸荷槽實(shí)測(cè)寬度平均1.82mm，正常品平均為2.1 mm。

通過(guò)上述嚴(yán)密分析及問(wèn)題復(fù)現(xiàn)，項(xiàng)目組確定問(wèn)題發(fā)生的機(jī)理是：由于壓縮機(jī)內(nèi)冷凍機(jī)油被過(guò)度壓縮（簡(jiǎn)稱：油壓縮）導(dǎo)致葉片和活塞發(fā)生撞擊，產(chǎn)生異常音。卸荷槽大小，影響到余隙容積（卸載的空間）大小，進(jìn)而影響冷凍機(jī)油會(huì)被壓縮的程度，最終造成相同式樣壓縮機(jī)異常音表現(xiàn)不同。

步驟三 提出改善對(duì)策——措施有效，舉一反三

對(duì)啟動(dòng)異常音產(chǎn)生的根本原因及發(fā)生機(jī)理清楚后，項(xiàng)目組開(kāi)始探討改善對(duì)策。

卸荷槽、葉片和活塞所形成的空間又稱為余隙容積，余隙容積越大，壓縮機(jī)性能越低。余隙容積越小，異常音越容易發(fā)生。改善前由于卸荷槽的工藝加工波動(dòng)，余隙容積(0.65＜X＜1.65mm2)不能得到保證。

針對(duì)上述問(wèn)題，項(xiàng)目組的改善思路為：將余隙容積優(yōu)化為1.65mm2，在性能和可靠性兩方面取得平衡。采用模具制卸荷槽，加大卸荷槽體積并保持一致性。使得零件有足夠的余隙容積預(yù)防油壓縮發(fā)生。經(jīng)1000臺(tái)試制無(wú)不良發(fā)生，問(wèn)題得到有效解決。

結(jié)論：采用模具制卸荷槽配合新優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，可有效解決干衣機(jī)模塊起動(dòng)異常音問(wèn)題。

異常音問(wèn)題解決后，項(xiàng)目組考慮到上述措施不一定適應(yīng)所有的機(jī)種，故舉一反三，后續(xù)又提供了兩種解決異常音的方案。

（1）增大倒角以增加葉片騰躍壓力

項(xiàng)目組選取不同尺寸的汽缸葉片槽倒角進(jìn)行試驗(yàn)，如圖3所示，不斷增大排氣壓力F，觀測(cè)葉片與活塞的接觸壓力，當(dāng)接觸壓力為零時(shí)，可以認(rèn)為葉片與活塞發(fā)生了脫離，隨即撞擊開(kāi)始，異常音發(fā)生。項(xiàng)目組經(jīng)CAE分析發(fā)現(xiàn)，倒角較大時(shí)，摩擦力f變大，葉片會(huì)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，騰躍所需要的壓力較高。以倒角C2.2為例，騰躍要求壓力為3MPa，而倒角C0.4騰躍要求壓力則只需1.4MPa。

結(jié)論：倒角越大，葉片受到的排氣壓力F越大，使得葉片與葉片槽的摩擦力f增大，從而減小葉片騰躍的可能。

（2）增加彈簧力以改善或消除啟動(dòng)異常音

圖3 倒角的影響（左）彈簧力的影響（右）

為研究彈簧力與異常音之間的量化關(guān)系，項(xiàng)目組選取了不同的彈簧進(jìn)行了試驗(yàn)。如圖3所示，項(xiàng)目組以異常音消失的工況為基準(zhǔn)，認(rèn)為在該工況下，葉片與活塞不會(huì)發(fā)生彈跳脫離，讀取該時(shí)刻葉片與活塞之間的接觸壓力P1。然后按照異常音最大時(shí)刻的工況建立計(jì)算模型，第二次讀取葉片與活塞之間的接觸壓力P2，顯然P2＜P1，不斷增加彈簧的彈力，使得P2’≥P1，即認(rèn)為，該時(shí)刻的彈簧力可以使得壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期，葉片與活塞不會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，而產(chǎn)生異常音。

BSD系列故障機(jī)壓縮機(jī)選用的彈簧力為6.45N，項(xiàng)目組改用彈簧力為18.1N的彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，異常音仍存在，但有改善。而改用彈簧力為27～29N的彈簧，可以完全消除啟動(dòng)異常音。

結(jié)論：增加彈簧力可以改善或消除啟動(dòng)異常音。

項(xiàng)目小結(jié)

項(xiàng)目組運(yùn)用了質(zhì)量問(wèn)題“技術(shù)歸零”的方法，每一步驟都有明確的結(jié)論，最終問(wèn)題得到完美解決。歸納如下：

（1）定位準(zhǔn)確：異常音為葉片和活塞周期性機(jī)械撞擊產(chǎn)生。

（2）機(jī)理清楚：壓縮機(jī)起動(dòng)初期在排氣末端發(fā)生油壓縮，導(dǎo)致葉片脫離活塞，活塞轉(zhuǎn)過(guò)上死點(diǎn)后葉片復(fù)位撞擊活塞，產(chǎn)生撞擊音。

（3）問(wèn)題復(fù)現(xiàn)：造成相同式樣壓縮機(jī)異常音表現(xiàn)不同的主要原因是卸荷槽大小有差異。

（4）措施有效：采用模具制卸荷槽，加大卸荷槽體積并保持一致性。

（5）舉一反三：再提供兩個(gè)方案：加大斜倒角、增加彈簧入力。

項(xiàng)目收益：

（1）BSD干衣機(jī)啟動(dòng)異常音質(zhì)量問(wèn)題得到徹底解決，該方法可平行擴(kuò)展到其他系列壓縮機(jī)啟動(dòng)異常音解決；

（2）模具制卸荷槽結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)專利，并獲授權(quán)。

（作者單位：上海日立電器有限公司 ）