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大型机组压缩机关键零件失效模式浅析及解决方案

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大型机组压缩机关键零件失效模式浅析及解决方案_第1页
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          大型机组压缩机关键零件失效模式浅析及解决方案                    1.引言1.1压缩机在商用大型空调中的重要性螺杆压缩机是制冷系统的心脏,它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动转子压缩气体,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为制冷循环提供动力,从而实现压缩—冷凝—膨胀—蒸发(吸热)的制冷循环螺杆压缩机是整机制冷系统的核心部件,典型失效模式有滑阀擦伤一旦出现以上失效问题,压缩机工作效率明显下降,严重影响整机的正常运行因滑阀机加制造成本高,同时拆机更换造成冷冻油、人力成本的浪费,滑阀擦伤一直是公司多年来未能攻关的技术难题,在售后投诉中严重影响格力品牌形象2.项目方案2.1 项目开展思路本项目应用PRD工艺可靠性设计模式,从制造过程检测与客户关注、投诉的热点及难点问题出发,对影响螺杆压缩机可靠性的关键问题进行专项分析研究,确定了我们的工艺设计及改进对象——滑阀擦伤关键质量特性而后,项目通过树图分析、结构分析、仿真分析确定了油活塞外径尺寸公差偏大、滑阀杆平行度超差主要失效点,对滑阀结构工艺进行了设计、改进及优化,提高了螺杆压缩机产品的工艺可靠性。

2.2滑阀擦伤工艺可靠性设计——生产制造2.2.1 现状分析螺杆压缩机在开发与测试过程中,遇到滑阀擦伤问题较为突出,对压缩机质量可靠性影响极大,导致压缩机无法正式投产统计近两年生产试制螺杆压缩机140台,有37台存在故障,其中滑阀擦伤比例达19.29%,占故障总数的72.97%2.2.2 异常类型分析根据滑阀结构特点及实际生产过程情况,识别出滑阀擦伤故障原因,其中机加车间未按要求加工、油活塞外径尺寸偏差、滑阀杆结构尺寸偏差、滑阀杆平行度超差、滑阀腔机加车间加工不合格是导致滑阀失效的因素通过对滑阀擦伤压缩机失效因素数据分类统计,滑阀擦伤压缩机中油活塞外径尺寸偏差和滑阀杆平行度超差所占比重分别为37%、55%,从而确定油活塞外径尺寸偏差和滑阀杆平行度超差为导致滑阀擦伤的要因2.2.3 滑阀组件结构研究与工艺设计在螺杆机正常加卸载过程中,对滑阀组件整体运行情况进行受力分析,建立滑阀组件摩擦受力模型分析图从集摩擦学、动力学、变形、摩擦动力学一体的综合力学分析模型中,可以看出若油活塞和与之连接的滑阀杆存在平行偏差,将必然导致滑阀擦伤故障的发生为此,以下将重点从油活塞、滑阀杆两方面进行研究与设计图2.2 滑阀组件摩擦受力分析图(1)油活塞仿真分析螺杆压缩机运行过程中,滑阀组件受到冷冻油施加的载荷产生变形,根据经典力学理论可知,物体的动力学方程为: 式中:[M]是质量距阵;[C]是阻尼矩阵;[K]是刚度矩阵;{χ}是位移矢量;{F(t)}是力矢量;{χ’}是速度矢量;{χ’’}是加速度矢量。

而在分析瞬间的结构运行过程中,与时间t相关的量将被忽略,于是方程可以进一步简化为: 当装配关系对零时,滑阀加卸载,此时油活塞所承受最大载荷在1.8Mpa左右,油活塞受力变化情况,如下图所示:图2.3 活塞仿真分析(装配关系对零)由分析云图可知油活塞在运行过程中外径受力均匀,相等因此得出结论:当加工零件和装配零件保证尺寸“0”对“0” 时,滑阀组件受力将是均匀自由的,因此不会发生擦伤;当装配关系按照设计最大公差时,此时油活塞所承受最大载荷在1.8Mpa左右,油活塞受力变化情况,如下图所示:图2.4 仿真分析(装配关系按照设计最大公差)由分析云图可以得出:油活塞在运行过程中外径受力不均匀,上大下小;油活塞由于受力不均出现倾斜状态因此,与树图分析一致,零件结构尺寸不合理,导致滑阀擦伤2)油活塞工艺优化①实验设计,确定活塞最优外径尺寸d通过上述FMEA、原理分析、结构分析、仿真分析可知,油活塞结构需要重新优化由于降低摩擦力,需减小d;而保证加卸载稳定,则同时需要有一定过盈量在一定程度上是矛盾的,为此,采用实验设计的方法,确定活塞最优外径尺寸d经过理论推导计算和实验验证:公差确定为0.15-0.25mm。

②应用优化后油活塞结构尺寸,评价实际生产效果结构优化后,单台机试验测试性能无异常,加卸载40次无异常,拆检无擦伤;各个系列按照生产测试工况验证性能无异常,拆检无擦伤 (3)滑阀杆平行度超差调研结合实际生产装配情况,对滑阀组件装配异常调研可知,滑阀杆结构与滑阀装配时,容易出现如下问题:①单个零件符合图纸要求,组合件出现超差,增大滑阀擦伤风险; ②由于组合件需要满足指定的装配尺寸标准,要求零件需要进行选配,导致生产效率低下综上可知,滑阀组件的装配方式缺乏放错机构不能有效的预防滑阀杆平行度超差问题,无法满足工艺可靠性生产的需求,因此滑阀杆需要重新设计优化结构4)滑阀杆结构防超差研究与设计 ①滑阀杆防超差结构与原理分析通过相似三角形原理,由于螺纹定位存在间隙,可算得出原结构滑阀杆运行过程中的最大平行度超差角度α=arcTan(杆平行度T/杆长度L )= arcTan(面垂直度A /定位面外径X)由此,通过增加平面,能有效避免螺纹定位偏差问题的存在,使得杆平行度T为0,达到了滑阀杆结构防超差设计的目的②滑阀杆结构设计及效果验证结构更改后,滑阀杆平度保证0.10mm以内,不仅装配合格率达到100%,而且减少了零件选配组合的次数,提高装配合格率和生产效率。

2.2.4三坐标检测技术的研究与应用三坐标检测技术是一种可在三个相互垂直的导轨上移动,以接触或非接触等方式传送讯号,通过计算机辅助系统接收讯号,并分析计算出工件各点坐标的先进测量技术主要应用于航天、汽车、军工、模具等行业箱体、齿轮、叶片曲面等关键、复杂高精度零件的尺寸、形状及公差检测与控制螺杆压缩机的装配属于精密装配,滑阀组件的尺寸偏差会直接导致滑阀擦伤在完成对油活塞、滑阀杆工艺设计改进的前提下,通过研究并引进三坐标检测技术,加强对滑阀杆组件的机加精度控制,进一步提高滑阀杆组件的可靠性1)三坐标测量技术调研及应用商用空调制造是一个非常复杂的工艺,大小零件极多、结构复杂、形状各异,也包括了测量的各种几何要素、各种尺寸与形位误差,比较适合选用三坐标检测技术,同时也能从机加源头控制产品质量2)三坐标测量设备可靠性验证项目对20件滑阀样件验证设备的可靠性,其中10件为合格件,10件为尺寸不合格件,分别由实验员张某、李某随机进行试验,每件样品试验2次,记录实验结果通过对设备进行测量系统一致性分析,试验设备的重复性、偏倚、再现性、总体有效性的一致性比率为100%,测量系统可靠2.2.5试验验证为验证油活塞工艺优化及滑阀杆结构设计是否有效,按照整改方案装配和使用最新检测方法,共计测试并拆检压缩机88台,拆检后发现1台LG305,1台LG540,1台LG580擦伤,滑阀擦伤率为3.40%。

由此说明,对滑阀组件的工艺设计是有效的,且效果非常明显图2.5 滑阀结构整改前后故障分析对比2.2.6实现滑阀结构更改,形成滑阀检测标准结合油活塞工艺优化及滑阀杆结构设计创新,项目组重新修正了滑阀杆的结构图,并重新修订设计规范,增加了对滑阀组件生产装配管理、滑阀尺寸检测、滑阀装配质量检测标准1)原材料入厂检验为确保滑阀组件性能的可靠性,厂内要求筛选分厂对原材料来货进行检验,从源头控制,保证材料本身性能的可靠性2)机加零件检验根据《三坐标检测工艺规范工艺文件》要求,在较好落实对三坐标设备管理的前提,要求对滑阀组件进行三坐标全捡,保证滑阀组件机加尺寸无超差3)装配过程控制与检测①装配前对零件的清洁方法、清洁度、流水线工装板清洁度、装机工装清理及清洁等进行要求与控制;②装配中,要求对滑阀腔进行竖直研磨,检查滑阀表面倒角情况,无毛刺,滑阀出气口,尾部以及与机体滑阀腔接触线位置表面圆滑,无毛刺,高点;③检测滑阀定位键至机体密封面高度差、滑阀自由下滑落滑阀交汇处直线度超差、等装配工艺参数是否满足要求4)压缩机性能测试在压缩机性能测试中,要求压缩机运行过程中加卸载性能参数须满足相应的技术标准要求,保证运行测试滑阀组件的可靠性。

5)异常处理与持续改进基于该管理体系,充分进行上下游供应链单位资源整合,针对生产异常问题,及时暴露、科学诊断分析、追根溯源,不断地改进、完善供应链各环节的管理机制,最终实现产品零缺陷的质量控制方式2.2.7滑阀擦伤项目改进后FMEA通过对油活塞与滑阀杆结构优化、试验验证、生产过程控制等措施,滑阀擦伤各失效点的RPN值已明显降低,油活塞外径尺寸公差偏大的RPN 值由原先的216 降至改进的72;滑阀杆平行度超差的RPN 值由原先的216 降至改进的0,工艺设计效果明显3.项目小结该项目不仅自主研究并解决了公司乃至行业的热点、难点技术问题,而且经过工艺设计优化及管理体系完善,在螺杆压缩机产品质量方面达到了滑阀擦伤率 “零缺陷”质量目标,提高了生产效率,同时极大提升了客户满意度,得到了广大客户的认可与肯定,实现了产品产量飞速增长  -全文完-。

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