油浴式空濾器總成失效分析與改進

袁麗，馬勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

?

油浴式空濾器總成失效分析與改進

袁麗，馬勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘 要：為解決油浴式空濾器總成失效率高的問題，采用質量工具，找出了影響產品失效的主要原因，提出從設計方面對油浴式空濾器總成進行改進，開展臺架試驗對改善方案進行了綜合分析及驗證，改進效果顯著。

關鍵詞：油浴式空濾器總成；質量工具；結構

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.047

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-136-03

引言

汽車作為人類重要的交通運輸工具，隨著國民經濟逐漸發展，客戶對商用車性能的要求也越來越高，推動著汽車向更高效、更安全、更舒適的方向發展。影響汽車性能的一個重要的零部件就是油浴式空濾器總成，它作為整車進氣系統的核心零部件，是保證整車進氣質量的關鍵因素，其失效會造成發動機早期磨損，不僅影響用戶生產工程進度，還嚴重影響公司品牌形象及顧客忠誠度，近兩年隨著X車型的市場銷量不斷增長的同時，與之配套的油浴式空濾器總成也出現了開裂、密封不良等諸多問題，引起了用戶抱怨。為了提高進氣系統可靠性，開展了油浴式空濾器的結構優化。

1、問題概述

2014年度油浴式空濾器總成的“三包”數量總計為319只，失效率1.44%，損失金額49.16萬元，隨著整車運行時間加長，該件的損壞數量呈上升趨勢，外損高、顧客抱怨嚴重，急需改善。油浴式空濾器主要應用于自卸車，自卸車作為主推車型，品牌效應極為顯著，該產品的實車裝配圖（圖1）。失效模式主要集中在開裂和密封不良兩方面（圖2），如不改進產品質量，索賠金額會逐漸加大。

圖1　實車裝配圖

經對2014年全年售后市場返回的油浴式空濾器總成的失效模式進行識別，失效模式統計表和失效數量柏拉圖見表1和圖3所示。

圖2　油浴式空濾器失效圖

表1　油浴式空濾器總成失效模式統計

圖3　油浴式空濾器總成失效數量的柏拉圖

從上表可知，油浴式空濾器的缺陷類型主要集中在殼體開裂和密封不良，累計百分比為83.1%，超過了80%，按照“關鍵的少數”原則，對其實施改進。

2、油浴式空濾器總成失效分析

油浴式空濾器集多種除塵方式為一體，由粗濾部分和精濾部分組成，底部為油室，粗濾部分過濾空氣中大顆粒雜質，精濾部分靠雙極濾芯完成精濾。空氣由垂直方向切線進入過濾器粗濾部分的外夾層，獲得旋轉并向下沖擊油面，使油面產生波動并被氣流掀起油沫，空氣得到油浴，空氣中所含灰塵和雜質被沾入油內。氣流再次通過濾網，濾去較少塵埃和油滴，達到濾清空氣的目的。在整車運行環境較差時，油浴式空濾器總成性能的可靠性顯得尤為重要。

經對售后三包數據采用minitab進行分析，油浴式空濾器總成在6個月內和6萬公里內頻繁發生故障，經過圖形化匯總分析發現，首次失效日期集中在3個月，首次故障里程的平均失效里程為10980km ，由此可見，該產品為早期失效。

通過對油浴式空濾器故障樹分析，從頂事件、邏輯門、中間事件、底事件展開分析，共計分析出11個底事件（X），經過潛在失效模式及后果分析（ FMEA）&篩選因子，最終識別出密封圈尺寸（X3）、密封圈老化變形（X4）、材料強度不足（X7）、異物沖擊（X8）4個影響空濾器總成失效的影響因子。

圖4　油浴式空濾器失效故障樹

經過對現有生產過程進行測量系統分析及過程能力計算，現有產品的測量系統可接受，過程能力穩定，且呈正態分布，產品狀態滿足設計要求。故對密封圈尺寸（X3）、密封圈老化變形（X4）、材料強度不足（X7）、異物沖擊（X8）進行逐項分析如下：

1）密封圈尺寸、密封圈老化變形原因分析

通過檢測新密封圈與使用1-3月的密封圈外徑尺寸發現，新到貨密封圈尺寸完全符合圖紙要求，使用1-3月后，密封圈出現變細，直徑出現粗細不均的情況，即材料老化、耐久性差，改進前O型密封圈為聚氨酯發泡，在使用段時間后，材料老化，永久變形率達到100%，在二次裝配后密封部位存在間隙，在對油浴式空濾器總成的濾芯保養、側蓋反復拆裝過程中，密封圈壓緊力不足，在高壓水的沖洗下，存在滲水的隱患。經查閱工程手冊發現，三元乙丙橡膠具有優異的耐候性、耐臭氧、耐熱、耐酸堿、耐水蒸汽、顏色穩定性、電性能、充油性及常溫流動性。乙丙橡膠制品在120℃下可長期使用，在150- 200℃下可短暫或間歇使用。加入適宜防老劑可提高其使用溫度。三元乙丙橡膠在臭氧濃度50pphm、拉伸30%的條件下，可達150h以上不龜裂。 且由于乙丙橡膠分子結構中無極性取代基，分子內聚能低，分子鏈可在較寬范圍內保持柔順性，僅次于天然橡膠和順丁橡膠，并在低溫下仍能保持，使得其膠彈性良好。故考慮采用三元乙丙橡膠（EDPM）替代原來的聚氨酯發泡材料的密封圈。

2）材料強度不足失效原因分析

表2　PP和PA66材料力學性能參數對比表

原設計的底殼材料為PP+30%GF，抗拉強度30-39MPa，考慮因設計時驗證不充分，未考慮復雜惡劣工況，產品雖符合設計要求，但材料強度不能滿足使用要求，造成整車運行時油浴式空濾器總成的底殼出現撞擊損壞的現象，經查相關資料，PA66材料在強度、韌性上都比PP有顯著提升（詳見下表2），故考慮優化底殼材質為PA66。

3）異物沖擊失效原因分析

自卸車空濾器離地間隙低，礦用自卸車運行工況差行駛路面上砂石較多，現有空濾器位置過低，不能滿足工況要求。

3、設計改進

1）密封圈尺寸、密封圈老化變形改進：將密封圈材質由發泡聚氨酯改為三元乙丙橡膠橡膠，結構改為矩形密封圈，使得耐老化性能優良，低永久變形率，確保密封圈材料在長期壓緊力作用下的復原性。

2）底殼材料強度不足失效改進：將油底殼材料由PP+GF30%改進為 PA66+GF20%，底殼厚度由2.5mm增加到3mm，提高抗沖擊性能。為保證整車的通過性，縮短油浴式空濾器粗濾部分的高度尺寸（總高減低50mm），離地間隙提升到560mm以上，通過壓縮空濾器本體尺寸，將油浴式空濾器位置抬高到極限位置，減小空濾器被破壞的機率，此部分已經高于周圍其他部件的離地間隙，可有效避免油底殼的撞擊導致破損。因粗濾部分尺寸減小，分析主要影響油浴式空濾器的失油率，經在長安大學臺架試驗室驗證，額定流量下失油率等性能參數滿足技術要求。

3）異物沖擊失效改進：在油底殼底部增加防護鐵板（冷軋薄板ST14，厚度0.8mm），提高抗沖擊性能。

從改進前后的油浴式空濾器外觀可以看出，改進后比改進前高度降低，空濾器底部增加防護板（圖5），改進前后件可通用、互換。

圖5　改進后產品實物圖

4、結論

本次產品改進從油浴式空濾器的密封圈和底殼的材質與結構方面進行優化，并增加防護底板，采用臺架試驗的方法驗證其失油率、濾清效率等性能指標的可靠性，解決了油浴式空濾器總成破損和密封不良的問題。目前改進后的空濾器已批量投放市場，市場反饋效果良好，經濟效益顯著。

參考文獻

[1] 唐曉芬.六西格瑪核心教程.中國標準出版社.2006.

[2] 李志穎.蘭仲菊.潛在失效模式及后果分析（FMEA）(第三版).中國汽車技術.2001.

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-136-03

作者簡介：袁麗，就職于陜重汽質量管理部，主要從事質量技術工

Oil bath type air filter assembly failure analysis and improvement

Yuan Li, Ma Yong
( Shaanxi Heavy Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Abstract:In order to solve the problem of high failure rate of the oil bath type air filter assembly, the use of quality tools, finding out the influence of the main causes of product failure, put forward from the side facing the oil bath type air filter assembly was improved, and to carry out the bench test to improve the plan has carried on the comprehensive analysis and verification, improve effectively.

Keywords:Oil bath type air filter assembly; Quality tools; structure