王銘坤 熊碩 秦憲

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 引言

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)器逐漸成為人們改善工作、生活環(huán)境的必需品，而提供工作可靠的產(chǎn)品是空調(diào)器制造企業(yè)的責任和追求的方向?？照{(diào)器配管斷裂失效是影響空調(diào)器工作可靠性的一個常見問題，由此會造成制冷劑泄露，影響機器正常工作，并對空調(diào)產(chǎn)品的質(zhì)量形象產(chǎn)生嚴重的負面影響。

分體空調(diào)制冷管路常見的失效形式有兩種：運輸過程中的管路斷裂和空調(diào)系統(tǒng)運行過程中的管路斷裂。而造成運輸過程中的管路斷裂的原因有很多種，從設(shè)計上來講大致可以分為：包裝設(shè)計不合理和空調(diào)器管路、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理兩種。本文主要討論空調(diào)器管路、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理造成的管路失效，對運輸過程中管路的受力情況進行分析，并通過實驗驗證及理論分析對解決方案進行總結(jié)。

2 空調(diào)器系統(tǒng)在運輸過程中的受力情況分析及影響因素

2.1 空調(diào)器系統(tǒng)在運輸過程中的受力情況分析

對大量的售后數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)及理論分析發(fā)現(xiàn)，在運輸過程中出現(xiàn)管路斷裂的點絕大多數(shù)集中在圖1所示的冷凝器進管的根部。原因為：壓縮機的底角是不固定的，在運輸過程中壓縮機可以在一定范圍內(nèi)跳動和擺動，致使運輸工具在加速和制動過程中壓縮機存在一定的慣性力，導(dǎo)致配管受到較大的瞬間載荷；而冷凝器中U管的壁厚多數(shù)都是0.25mm的，是整個管路系統(tǒng)中最薄弱的地方，且壓縮機相連接管的管路直接與冷凝器進管相連，致使應(yīng)力集中在冷凝器進管的根部。另一方面，運輸工具在行駛過程中需要承受來自路面的沖擊，其中多為20Hz以下的隨機激勵，如果配管在前1、2階固有頻率落在20Hz以下，在運輸過程中將有發(fā)生共振的可能。 此外，冷凝器進管在擺動過程中會帶動冷凝器U形管進行擺動，如果冷凝器邊板與冷凝器U形管的配合（如圖2）間隙不合適，就會在冷凝器邊板與冷凝器連接處發(fā)生微動磨損，進而導(dǎo)致冷凝器進管根部失效。

2.2 空調(diào)器系統(tǒng)在運輸過程中受力的影響因素分析

根據(jù)上面受力分析的結(jié)果，我們得出：要想提高運輸過程中的可靠性可以從壓縮機的腳墊、冷凝器邊板的孔徑、冷凝器進管的結(jié)構(gòu)三方面著手來考慮。

表1 同一機型不同硬度腳墊的對比

表2 同一機型不同內(nèi)徑腳墊的對比

3 運輸過程中可靠性的技術(shù)分析與實驗

以下的試驗結(jié)果均為在同一個運輸振動模擬實驗臺，頻率從5Hz 25Hz之間進行掃頻振動試驗測得的，沒有特殊說明時，運輸過程中測試的應(yīng)變值均為圖2中測點1和測點2的測試結(jié)果。

3.1 壓縮機腳墊對運輸過程中管路的可靠性的影響

把壓縮機的底角固定的更加可靠，來減小壓縮機的跳動和擺動可以減小壓縮機慣性力對配管產(chǎn)生的瞬間載荷。加強壓縮機的固定方式可以有兩種：加大壓縮機腳墊的硬度，以減小壓縮機腳墊的形變，或者減小壓縮機腳墊與壓縮機定位螺栓的間隙，來減小壓縮機腳墊的位移。為了驗證上面理論的準確性，在同一臺樣機上把壓縮機固定在底盤上，僅壓縮機腳墊不同，采用拉力儀用相同的拉力對壓縮機進行拉力測試（拉力的方向相同，均按照圖3的拉力方向），然后測量壓縮機排氣管管口的位移量，發(fā)現(xiàn)壓縮機腳墊加硬和壓縮機腳墊內(nèi)徑加大均可以減小壓縮機的位移（具體的測試的結(jié)果如表1和表2），故前面的理論分析是可行的。把此兩種方案應(yīng)用到整機上進行驗證的實驗結(jié)果如下面表1和表2所示。

由表1和表2整機測試的數(shù)據(jù)可以看出：加大壓縮機腳墊硬度和減小壓縮機腳墊與壓縮機定位螺栓的間隙，均可以有效改善空調(diào)器整機在運輸過程中管路的應(yīng)變問題。

3.2 邊板的開孔尺寸及結(jié)構(gòu)對運輸過程中管路的可靠性的影響

在運輸過程中由于壓縮機的慣性力，導(dǎo)致冷凝器進管存在擺動，冷凝器進管又帶動冷凝器U形管發(fā)生振動，加上冷凝器U形管與冷凝器邊板連接處存在間隙，導(dǎo)致U形管相對于冷凝器邊板在接觸表面發(fā)生橫向的往復(fù)振動，配管磨損不斷加大直至出現(xiàn)裂紋。其中配管的磨損程度主要受到以下因素的影響：載荷（振幅）大小，磨損與載荷大小近似線性關(guān)系；加載循環(huán)次數(shù)。

為了預(yù)防微動磨損對U形管產(chǎn)生的損害，可以把減小U形管與冷凝器邊板的接觸面積及機會為最基本的指導(dǎo)思想。在同一臺空調(diào)器上僅換熱器邊板孔徑不同的情況下的應(yīng)力對比數(shù)據(jù)如表3，其中邊板孔徑不同時，邊板與U形管的配合尺寸的對比數(shù)據(jù)也如表3所示。兩種邊板采用的不同孔的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由表3的數(shù)據(jù)可以得到：當冷凝器邊板使用直通孔時，U管與邊板之間的間隙變大時，U型連接管受到的剪切應(yīng)力會變小。

3.3 冷凝器進管的結(jié)構(gòu)設(shè)計對運輸過程中管路的可靠性的影響

在運輸過程中，壓縮機在慣性作用下將會產(chǎn)生較大的晃動，如果冷凝器進管的剛性過大，不能為壓縮機的晃動提供足夠的變形裕量，可能會在配管內(nèi)產(chǎn)生較大的瞬間應(yīng)力，所以降低冷凝器進管的剛性，在水平和豎直平面內(nèi)利用“U”形管路等提供配管較大的變形裕量，可以減小運輸過程中對配管的應(yīng)力應(yīng)變。另外，也可以采用其他的方法減小冷凝器進管的晃動和位移來達到目的。

3.3.1 降低冷凝器進管的剛度即增加冷凝器進管的柔性

以一款05K的分體機為例，此機型采用2種不同的冷凝器進管（如圖5所示L型管和回形針型管）分別采用ANSYS軟件進行模態(tài)分析（如圖5所示），發(fā)現(xiàn)L形管在與冷凝器邊板的交接處存在較大的應(yīng)力集中點，而回形針結(jié)構(gòu)的冷凝器進管受力較小，能夠有效分解壓縮機的慣性力。兩種管型的冷凝器進管應(yīng)用于整機后的對比試驗數(shù)據(jù)如表4。

3.3.2 減少冷凝器進管的懸臂長度來減小冷凝器進管的位移

預(yù)防微動磨損對U形管產(chǎn)生的損害，也可以通過減小U形管與冷凝器邊板的相對振幅來實現(xiàn)。在同一臺空調(diào)器上僅冷凝器進管的長度不同的情況下的應(yīng)力對比數(shù)據(jù)如表5。從表5中的對比數(shù)據(jù)可以看到，當冷凝器進管的懸臂減短時，受力力矩就會減小，冷凝器進管的位移也會相應(yīng)減小，冷凝器進管的應(yīng)變就會變小。

3.3.3 增加冷凝器進管固定塊來減小冷凝器進管的位移

把冷凝器進管和相鄰管路捆綁在一起，把力強行分解到其他結(jié)構(gòu)更加可靠的管路上，強制性的不允許冷凝器進管出現(xiàn)位移，也是一種解決方案。同一機型冷凝器增加管夾前后的對比數(shù)據(jù)如表6所示。

由表6可見，冷凝器進管增加管夾后，冷凝器進管的應(yīng)變值也有較大的降低，可以有效解決運輸過程中的管路振動問題。

4 結(jié)論

(1)加大壓縮機腳墊的硬度和減小壓縮機腳墊與壓縮機固定螺栓的間隙均可以有效保證空調(diào)整機在運輸過程中的可靠性。其中減小壓縮機腳墊與壓縮機固定螺栓的間隙可以從減小壓縮機腳墊的內(nèi)徑和增大壓縮機固定螺栓內(nèi)徑兩方面進行設(shè)計。

(2)冷凝器邊板與U形管的配合尺寸加大可以有效改善空調(diào)器整機在運輸過程中的應(yīng)力應(yīng)變。

(3)在水平和豎直平面內(nèi)利用“U”形管路可以增加冷凝器進管的柔性，可以較大限度的提高變形裕量，進行改善管路在運輸過程中的可靠性。

表3 同一空調(diào)器僅換熱器邊板孔徑不同的應(yīng)力對比

表4 同一機型不同冷凝器進管的對比

表5 同一空調(diào)器冷凝器進管長度不同的應(yīng)力對比

表6 同一機型冷凝器增加管夾前后的對比

(4)通過減小配管與冷凝器連接處直線段的長度，提高其局部剛性，可以在一定程度上減小微動磨損對配管可靠性的損害。

(5)在冷凝器進管上增加管固定塊把冷凝器進管與其他管路捆綁在一起，也可以減少冷凝器進管的位移，達到提高管路可靠性的目的。

[1]盧劍偉、楊九銘、陳天寧、馮源。分體空調(diào)配管失效分析及改善方法.機電產(chǎn)品開發(fā)及創(chuàng)新.2004.17(1)：43-45。

[2]盧劍偉。空調(diào)器配管斷裂失效分析及可靠性改善.機械設(shè)計.2006.23(5)：33-35。