可靠性管理優秀項目：BSD干衣機啟動異常音事故技術歸零

◆ 王 偉 / 文

可靠性管理優秀項目：BSD干衣機啟動異常音事故技術歸零

◆ 王 偉 / 文

根據國家標準GB/T6583的規定，產品的可靠性是指：產品在規定的條件下、在規定的時間內完成規定的功能的能力。對產品而言，可靠性越高就越好。只有產品可靠性提高了，才能提高產品的信譽，增強日益激烈的市場競爭能力。因此，卓越的企業不約而同地從戰略高度實施提升產品可靠性的先進管理方法。其中中國航天科技集團的“質量問題雙歸零”管理方法，是我國航天工業經過近20年的實踐、總結、吸收、提煉、再實踐形成的一整套系統的提升產品可靠性的質量管理方法論，該方法的應用使我國航天產品的可靠性居于世界領先水平。

圖1 質量問題雙歸零

2013年，上海日立借鑒中國航天“質量問題雙歸零”的成功做法（參見圖1），在公司內部實施“質量雙歸零”，選取了“BSD干衣機啟動異常音”質量問題進行“技術歸零”實踐，遵循“定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三”的五條要求，逐項落實，最終問題得到有效解決。

針對啟動異常音問題提出改善對策

2012年初，客戶反映干衣機模塊內的BSD某型號壓縮機使用一段時間后在起動初期有異常音發生。異常音表現為開啟階段存在耳感不能接受的撞擊聲，持續30秒～4分鐘后消失。

啟動異常噪音是壓縮機噪音中非常重要的一種，同時在其它機種中也有發生。因此解決此類異常音問題，提高壓縮機整機性能的可靠性，具有很重要的意義。為此，公司成立了“干衣機起動異常音攻關小組”，負責按照“技術歸零”方法調查異常音發生的機理并提出改善對策。

針對啟動異常音問題，項目組制定的分析路線是：音頻分析→確定噪音源→分析產生原因→提出改善對策。其中“音頻分析”和“確定噪音源”對應“技術歸零”的第一條“定位準確”；“分析產生原因”對應第二條“機理清楚”和第三條“問題復現”；“提出改善對策”對應第四條“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

為了判斷壓縮機啟動異常音的類型，項目組對故障機的異常音進行了測試分析。具體方法是：選取五臺異常音模塊，在開機階段進行PCB聲級計錄音，截取異常時和運轉穩定后的噪音，通過LMS軟件對噪音信號做時頻分析。項目組發現：

（1）異常音周期性強，基本為每轉出現一次；

（2）異常噪音峰值所在的頻帶區域大部分在3000～10000HZ之間。

根據上述分析，項目組初步判斷：噪音為周期性機械碰撞音。

2）確定噪音源位置

為進一步探究哪些機械部件在模塊啟動時產生了周期性碰撞音，項目組進一步跟蹤在異常音狀態下長期運轉的模塊，通過解體觀察摩擦痕跡，確定噪音源。試驗方案如下：

選取10套模塊，其中正常品、不良品（簡稱NG品）各5套，按5分鐘開、25分鐘停的模式運轉，使其始終保持在有異常音的狀態下運轉，十套模塊進行運轉試驗，每周解體一組。項目組重點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、電機定轉子。

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

圖2 汽缸結構圖

項目組進一步用顯微鏡觀察活塞表面痕跡：NG品有撞擊痕跡，而正常品無痕跡。

從活塞外圓痕跡和葉片先端摩擦痕跡分析，項目組準確定位：啟動異常音為不良品中葉片和活塞撞擊產生。

步驟二 分析原因——機理清楚、問題復現

為進一步分析葉片和活塞發生撞擊的原因，項目組使用可靠性分析工具FTA，對所有因素進行一一排查，找到了問題所在。

通過表1，揭示了葉片和活塞發生撞擊的機理為：葉片之所以和活塞發生撞擊，是因為葉片在到達上始點前脫離了活塞，而葉片之所以在到達上始點前脫離了活塞，是因為壓縮機內液體被過度壓縮（簡稱：液壓縮）。

通過對造成液壓縮的兩個可能因素進行調查，冷媒因素基本排除，主要原因為冷凍機油油壓縮。冷凍機油在運轉的泵體內積存的數量是隨機的，導致不良品出現存在一定的概率。

壓縮機的汽缸中有一個卸荷槽（見圖2），卸荷槽是為了防止油壓縮的產生而設計的。卸荷槽尺寸變小，用來卸載的空間就變小，冷凍機油會被過分壓縮，產生高壓，導致葉片與活塞撞擊。

為驗證上述結論，同時使問題復現，項目組選取5臺正常品和5臺NG品進行試驗，根據異常音實測結果對NG品和正常品進行解體分析，發現NG品卸荷槽比正常品小。NG品汽缸卸荷槽實測寬度平均1.82mm，正常品平均為2.1 mm。

通過上述嚴密分析及問題復現，項目組確定問題發生的機理是：由于壓縮機內冷凍機油被過度壓縮（簡稱：油壓縮）導致葉片和活塞發生撞擊，產生異常音。卸荷槽大小，影響到余隙容積（卸載的空間）大小，進而影響冷凍機油會被壓縮的程度，最終造成相同式樣壓縮機異常音表現不同。

步驟三 提出改善對策——措施有效，舉一反三

對啟動異常音產生的根本原因及發生機理清楚后，項目組開始探討改善對策。

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，壓縮機性能越低。余隙容積越小，異常音越容易發生。改善前由于卸荷槽的工藝加工波動，余隙容積(0.65＜X＜1.65mm2)不能得到保證。

針對上述問題，項目組的改善思路為：將余隙容積優化為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防油壓縮發生。經1000臺試制無不良發生，問題得到有效解決。

結論：采用模具制卸荷槽配合新優化后的結構，可有效解決干衣機模塊起動異常音問題。

異常音問題解決后，項目組考慮到上述措施不一定適應所有的機種，故舉一反三，后續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

項目組選取不同尺寸的汽缸葉片槽倒角進行試驗，如圖3所示，不斷增大排氣壓力F，觀測葉片與活塞的接觸壓力，當接觸壓力為零時，可以認為葉片與活塞發生了脫離，隨即撞擊開始，異常音發生。項目組經CAE分析發現，倒角較大時，摩擦力f變大，葉片會產生自鎖現象，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系，項目組選取了不同的彈簧進行了試驗。如圖3所示，項目組以異常音消失的工況為基準，認為在該工況下，葉片與活塞不會發生彈跳脫離，讀取該時刻葉片與活塞之間的接觸壓力P1。然后按照異常音最大時刻的工況建立計算模型，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，即認為，該時刻的彈簧力可以使得壓縮機運轉初期，葉片與活塞不會發生跳動，而產生異常音。

BSD系列故障機壓縮機選用的彈簧力為6.45N，項目組改用彈簧力為18.1N的彈簧進行實驗，異常音仍存在，但有改善。而改用彈簧力為27～29N的彈簧，可以完全消除啟動異常音。

結論：增加彈簧力可以改善或消除啟動異常音。

項目小結

項目組運用了質量問題“技術歸零”的方法，每一步驟都有明確的結論，最終問題得到完美解決。歸納如下：

（1）定位準確：異常音為葉片和活塞周期性機械撞擊產生。

（2）機理清楚：壓縮機起動初期在排氣末端發生油壓縮，導致葉片脫離活塞，活塞轉過上死點后葉片復位撞擊活塞，產生撞擊音。

（3）問題復現：造成相同式樣壓縮機異常音表現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：再提供兩個方案：加大斜倒角、增加彈簧入力。

項目收益：

（1）BSD干衣機啟動異常音質量問題得到徹底解決，該方法可平行擴展到其他系列壓縮機啟動異常音解決；

（2）模具制卸荷槽結構已申請專利，并獲授權。

（作者單位：上海日立電器有限公司 ）