偉 / 文

根據(jù)國家標準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)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。對產(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，增強日益激烈的市場競爭能力。因此，卓越的企業(yè)不約而同地從戰(zhàn)略高度實施提升產(chǎn)品可靠性的先進管理方法。其中中國航天科技集團的“質(zhì)量問題雙歸零”管理方法，是我國航天工業(yè)經(jīng)過近20年的實踐、總結(jié)、吸收、提煉、再實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)用使我國航天產(chǎn)品的可靠性居于世界領(lǐng)先水平。

2013年，上海日立借鑒中國航天“質(zhì)量問題雙歸零”的成功做法（參見圖1），在公司內(nèi)部實施“質(zhì)量雙歸零”，選取了“BSD干衣機啟動異常音”質(zhì)量問題進行“技術(shù)歸零”實踐，遵循“定位準確、機理清楚、問題復(fù)現(xiàn)、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(nèi)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(fā)生。異常音表現(xiàn)為開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(fā)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(guān)小組”，負責(zé)按照“技術(shù)歸零”方法調(diào)查異常音發(fā)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(chǎn)生原因→提出改善對策?其中“音頻分析”和“確定噪音源”對應(yīng)“技術(shù)歸零”的第一條“定位準確”；“分析產(chǎn)生原因”對應(yīng)第二條“機理清楚”和第三條“問題復(fù)現(xiàn)”；“提出改善對策”對應(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--定位準確

1）確定噪音類型

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(zhuǎn)穩(wěn)定后的噪音，通過LMS軟件對噪音信號做時頻分析。項目組發(fā)現(xiàn)：

（1）異常音周期性強，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(chǎn)生了周期性碰撞音，項目組進一步跟蹤在異常音狀態(tài)下長期運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，使其始終保持在有異常音的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，十套模塊進行運轉(zhuǎn)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(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。

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(chǎn)生。

步驟二 分析原因--機理清楚、問題復(fù)現(xiàn)

為進一步分析葉片和活塞發(fā)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(fā)生撞擊的機理為：葉片之所以和活塞發(fā)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(nèi)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(diào)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(zhuǎn)的泵體內(nèi)積存的數(shù)量是隨機的，導(dǎo)致不良品出現(xiàn)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(chǎn)生而設(shè)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(chǎn)生高壓，導(dǎo)致葉片與活塞撞擊。

為驗證上述結(jié)論，同時使問題復(fù)現(xiàn)，項目組選取5臺正常品和5臺NG品進行試驗，根據(jù)異常音實測結(jié)果對NG品和正常品進行解體分析，發(fā)現(xiàn)NG品卸荷槽比正常品小。NG品汽缸卸荷槽實測寬度平均1.82mm，正?品平均為2.1 mm。

通過上述嚴密分析及問題復(fù)現(xiàn)，項目組確定問題發(fā)生的機理是：由于壓縮機內(nèi)冷凍機油被過度壓縮（簡稱：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(xiàn)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(chǎn)生的根本原因及發(fā)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(fā)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(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臺試制無不良發(fā)生，問題得到有效解決。

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(yīng)所有的機種，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(fā)生了脫離，隨即撞擊開始，異常音發(fā)生。項目組經(jīng)CAE分析發(fā)現(xiàn)，倒角較大時，摩擦力f變大，葉片會產(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異常音

為研究彈簧力與異常音之間的量化關(guān)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(fā)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(zhuǎn)初期，葉片與活塞不會發(fā)生跳動，而產(chǎn)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(jié)論：增加彈簧力可以改善或消除啟動異常音。

項目小結(jié)

項目組運用了質(zhì)量問題“技術(shù)歸零”的方法，每一步驟都有明確的結(jié)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(chǎn)生。

（2）機理清楚：壓縮機起動初期在排氣末端發(fā)生油壓縮，導(dǎo)致葉片脫離活塞，活塞轉(zhuǎn)過上死點后葉片復(fù)位撞擊活塞，產(chǎn)生撞擊音。

（3）問題復(fù)現(xiàn)：造成相同式樣壓縮機異常音表現(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(zhì)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(jié)構(gòu)已申請專利，并獲授權(quán)。

（作者單位：上海日立電器有限公司 ）