袁麗，馬勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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油浴式空濾器總成失效分析與改進(jìn)

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(zhì)量工具，找出了影響產(chǎn)品失效的主要原因，提出從設(shè)計(jì)方面對(duì)油浴式空濾器總成進(jìn)行改進(jìn)，開展臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)改善方案進(jìn)行了綜合分析及驗(yàn)證，改進(jìn)效果顯著。

關(guān)鍵詞：油浴式空濾器總成；質(zhì)量工具；結(jié)構(gòu)

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(yùn)輸工具，隨著國民經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展，客戶對(duì)商用車性能的要求也越來越高，推動(dòng)著汽車向更高效、更安全、更舒適的方向發(fā)展。影響汽車性能的一個(gè)重要的零部件就是油浴式空濾器總成，它作為整車進(jìn)氣系統(tǒng)的核心零部件，是保證整車進(jìn)氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其失效會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)早期磨損，不僅影響用戶生產(chǎn)工程進(jìn)度，還嚴(yán)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(chǎng)銷量不斷增長的同時(shí)，與之配套的油浴式空濾器總成也出現(xiàn)了開裂、密封不良等諸多問題，引起了用戶抱怨。為了提高進(jìn)氣系統(tǒng)可靠性，開展了油浴式空濾器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1、問題概述

2014年度油浴式空濾器總成的“三包”數(shù)量總計(jì)為319只，失效率1.44%，損失金額49.16萬元，隨著整車運(yùn)行時(shí)間加長，該件的損壞數(shù)量呈上升趨勢(shì)，外損高、顧客抱怨嚴(yán)重，急需改善。油浴式空濾器主要應(yīng)用于自卸車，自卸車作為主推車型，品牌效應(yīng)極為顯著，該產(chǎn)品的實(shí)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(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，索賠金額會(huì)逐漸加大。

圖1　實(shí)車裝配圖

經(jīng)對(duì)2014年全年售后市場(chǎng)返回的油浴式空濾器總成的失效模式進(jìn)行識(shí)別，失效模式統(tǒng)計(jì)表和失效數(shù)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(tǒng)計(jì)

圖3　油浴式空濾器總成失效數(shù)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(jì)百分比為83.1%，超過了80%，按照“關(guān)鍵的少數(shù)”原則，對(duì)其實(shí)施改進(jìn)。

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(zhì)，精濾部分靠雙極濾芯完成精濾?？諝庥纱怪狈较蚯芯€進(jìn)入過濾器粗濾部分的外夾層，獲得旋轉(zhuǎn)并向下沖擊油面，使油面產(chǎn)生波動(dòng)并被氣流掀起油沫，空氣得到油浴，空氣中所含灰塵和雜質(zhì)被沾入油內(nèi)。氣流再次通過濾網(wǎng)，濾去較少塵埃和油滴，達(dá)到濾清空氣的目的。在整車運(yùn)行環(huán)境較差時(shí)，油浴式空濾器總成性能的可靠性顯得尤為重要。

經(jīng)對(duì)售后三包數(shù)據(jù)采用minitab進(jìn)行分析，油浴式空濾器總成在6個(gè)月內(nèi)和6萬公里內(nèi)頻繁發(fā)生故障，經(jīng)過圖形化匯總分析發(fā)現(xiàn)，首次失效日期集中在3個(gè)月，首次故障里程的平均失效里程為10980km ，由此可見，該產(chǎn)品為早期失效。

通過對(duì)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(jì)分析出11個(gè)底事件（X），經(jīng)過潛在失效模式及后果分析（ FMEA）&篩選因子，最終識(shí)別出密封圈尺寸（X3）、密封圈老化變形（X4）、材料強(qiáng)度不足（X7）、異物沖擊（X8）4個(gè)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(jīng)過對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)過程進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析及過程能力計(jì)算，現(xiàn)有產(chǎn)品的測(cè)量系統(tǒng)可接受，過程能力穩(wěn)定，且呈正態(tài)分布，產(chǎn)品狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。故對(duì)密封圈尺寸（X3）、密封圈老化變形（X4）、材料強(qiáng)度不足（X7）、異物沖擊（X8）進(jìn)行逐項(xiàng)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(cè)新密封圈與使用1-3月的密封圈外徑尺寸發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)變細(xì)，直徑出現(xiàn)粗細(xì)不均的情況，即材料老化、耐久性差，改進(jìn)前O型密封圈為聚氨酯發(fā)泡，在使用段時(shí)間后，材料老化，永久變形率達(dá)到100%，在二次裝配后密封部位存在間隙，在對(duì)油浴式空濾器總成的濾芯保養(yǎng)、側(cè)蓋反復(fù)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(jīng)查閱工程手冊(cè)發(fā)現(xiàn)，三元乙丙橡膠具有優(yōu)異的耐候性、耐臭氧、耐熱、耐酸堿、耐水蒸汽、顏色穩(wěn)定性、電性能、充油性及常溫流動(dòng)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(dá)150h以上不龜裂。 且由于乙丙橡膠分子結(jié)構(gòu)中無極性取代基，分子內(nèi)聚能低，分子鏈可在較寬范圍內(nèi)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(fā)泡材料的密封圈。

2）材料強(qiáng)度不足失效原因分析

表2　PP和PA66材料力學(xué)性能參數(shù)對(duì)比表

原設(shè)計(jì)的底殼材料為PP+30%GF，抗拉強(qiáng)度30-39MPa，考慮因設(shè)計(jì)時(shí)驗(yàn)證不充分，未考慮復(fù)雜惡劣工況，產(chǎn)品雖符合設(shè)計(jì)要求，但材料強(qiáng)度不能滿足使用要求，造成整車運(yùn)行時(shí)油浴式空濾器總成的底殼出現(xiàn)撞擊損壞的現(xiàn)象，經(jīng)查相關(guān)資料，PA66材料在強(qiáng)度、韌性上都比PP有顯著提升（詳見下表2），故考慮優(yōu)化底殼材質(zhì)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(yùn)行工況差行駛路面上砂石較多，現(xiàn)有空濾器位置過低，不能滿足工況要求。

3、設(shè)計(jì)改進(jìn)

1）密封圈尺寸、密封圈老化變形改進(jìn)：將密封圈材質(zhì)由發(fā)泡聚氨酯改為三元乙丙橡膠橡膠，結(jié)構(gòu)改為矩形密封圈，使得耐老化性能優(yōu)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(fù)原性。

2）底殼材料強(qiáng)度不足失效改進(jìn)：將油底殼材料由PP+GF30%改進(jìn)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(jī)率，此部分已經(jīng)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(dǎo)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(jīng)在長安大學(xué)臺(tái)架試驗(yàn)室驗(yàn)證，額定流量下失油率等性能參數(shù)滿足技術(shù)要求。

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

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

圖5　改進(jìn)后產(chǎn)品實(shí)物圖

4、結(jié)論

本次產(chǎn)品改進(jìn)從油浴式空濾器的密封圈和底殼的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化，并增加防護(hù)底板，采用臺(tái)架試驗(yàn)的方法驗(yàn)證其失油率、濾清效率等性能指標(biāo)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(jìn)后的空濾器已批量投放市場(chǎng)，市場(chǎng)反饋效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐曉芬.六西格瑪核心教程.中國標(biāo)準(zhǔn)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(shù).2001.

中圖分類號(hào)：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-136-03

作者簡介：袁麗，就職于陜重汽質(zhì)量管理部，主要從事質(zhì)量技術(shù)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