（机械工程专业论文）微型汽车空调管路检漏工艺的研究与优化.pdf

摘要 随着汽车行业的快速发展，汽车的产量正在逐年升高，人们对汽车的综合 性能要求也不断提高，尤其是汽车的舒适性成为人们最基本的要求。车载空调 系统的性能作为评价汽车舒适性的重要指标，已成为汽车上必不可少的配件系 统，因此对汽车空调管路的加工工艺、密封设计、检漏工艺等方面的可靠性提 出了更高的要求。现在，微型汽车因价格优势成为国产汽车的主要发展趋势， 但与此同时，微型汽车的空调性能的提高却因成本控制而受到制约，而空调管 路的检漏技术是关切企业生产效率的重要方面，其直接制约了冷媒加注效率与 空调的工作性能，因此对微型汽车检漏工艺的研究显得越来越重要。 本论文通过对某微型汽车冷媒加注工艺中检漏方法进行调研，分析了微车空 调系统的检漏流程以及检漏参数，并基于f m e a 技术，找到制约冷媒加注效率的 主要原因是真空小泄漏报警的设备误判率过高。围绕这个方面，本文展开了以 下方面的研究内容： ( 1 ) 利用a n s y s 有限元分析软件，对该车型空调管路中接头处的密封性进行 仿真分析，通过分析气密性检测与真空检漏两个阶段中管接头的密封性能差别， 找到气密性检测良好但抽真空小泄漏的原因； ( 2 ) 根据各处管接头间的结构差异，分析各结构参数对密封性能的影响，从 压缩率、沟槽深度以及沟槽与轴套间隙三个方面进行管接头的密封结构的优化 设计，完成其中问题接头的结构优化； ( 3 ) 结合真空检漏技术中静态升压法的相关理论，对该车型空调管路系统进 行保压试验，对保压特性曲线的非线性与线性变化趋势进行阶段性分析，并分 析温度、初始真空值等物理环境因素对检漏过程造成的影响，提出相应改善措 施： ( 4 ) 基于上述分析，对微车空调管路的检漏工艺进行优化，主要包括加注设 备的检测标准与检漏流程两个方面，提出新的监测变量，并针对抽真空与保压 检测两个阶段进行优化。 关键词：空调管路，密封分析，静态升压曲线，真空检漏 a b s t r a c t w i t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea u t o m o t i v ei n d u s t r y , v e h i c l ep r o d u c t i o ni s i n c r e a s i n gy e a rb yy e a r , p e o p l e sr e q u i r e m e n t st ot h ev e h i c l e so v e r a l lp e r f o r m a n c e a r ea l s or i s i n g ，e s p e c i a l l yt h ec o m f o r to ft h ev e h i c l eh a sb e c o m et h eb a s i cr e q u i r e m e n t a sa l li m p o r t a n ti n d i c a t o ro ft h ee v a l u a t i o no ft h ec o m f o r to ft h ev e h i c l e ，t h e p e r f o r m a n c eo fv e h i c l ea i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mh a sb e c o m ea l le s s e n t i a la c c e s s o r y s y s t e mi nt h ec a r s ot h e r ea r eh i g h e rd e m a n d so ft h er e l i a b i l i t yt ot h ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , s u c ha ss e a l i n gd e s i g n ，l e a kd e t e c t i o nt e c h n o l o g ya n do t h e ra s p e c t so ft h e a i r - c o n d i t i o n e rp i p e l i n e n o w , t h em i c r o - c a r sh a v eb e c o m et h em a j o rt r e n d so ft h e d o m e s t i ca u t o m o b i l ed u et ot h ep r i c ea d v a n t a g e b u ta tt h es a m et i m e ，t h e p e r f o r m a n c eo fm i c r o c a ra i r - c o n d i t i o n i n gi sr e s t r i c t e db yt h ec o s tc o n t r 0 1 a n da i r c o n d i t i o n i n gp i p i n gl e a kd e t e c t i o nt e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n ta s p e c to f t h ee n t e r p r i s e p r o d u c t i v i t y ，w h i c hd i r e c t l yr e s t r i c t st h er e f r i g e r a n tf i l u n ge f f i c i e n c ya n dp e r f o r m a n c e o ft h ea i rc o n d i t i o n i n g ，s oi tb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t i n t h i sp a p e r , i ta n a l y z e st h el e a kd e t e c t i o np r o c e s sa n dp a r a m e t e r so ft h e m i c r o - c a ra i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m sb yt h er e s e a r c ho ft h el e a kd e t e c t i o nm e t h o d so f t h ef i l l 吨p r o c e s si nam i n i - e a r a n df i n do u tt h em a i nr e a s o nf o rr e s t r i c t i n gt h e e f f i c i e n c yo ft h er e f r i g e r a n tf i l l i n gi st h eh i g hf a l s ep o s i t i v er a t eo ft h ev a c u u ml e a k a l a r me q u i p m e n t a r o u n dt h i sa s p e c t ，t h i sp a p e rl a u n c h e dt h ef o l l o w i n gc o n t e n t ： ( 1 ) u s i n ga n s y s t oa n a l y z et h es e a l i n go ft h ep i p ej o i n to ft h ea u t o m o b i l ea i r c o n d i t i o n e rp i p i n gs y s t e m a n dt h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ed i f f e r e n c e so ft h es e a l i n g o ft h ep i p ej o i n tb e t w e e nt h et w os t a g e so fj o i n ts e a lp e r f o r m a n c ew h i c ha r ea i r t i g h t n e s st e s ta n dv a c u u ml e a k ，t of i n dt h er e a s o n so fg o o da i r - t i g h t n e s si nt h e t e s tb u t s m a l ll e a k a g ei nt h ev a c u u m ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r a ld i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ef i t t i n g st oa n a l y z et h e s t r u c t u r a lp a r a m e t e r s i n f l u e n c eo ft h es e a l i n gp e r f o r m a n c e a n dc o m p l e t et h e s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o no ft h ej o i n tb yt h ec o m p r e s s i o nr a t i o ，t r e n c hd e p t h ，t h eg a p b e t w e e nt h eg r o o v ea n dt h es l e e v e ( 3 ) c o m b i n e dw i t ht h et h e o r yo fs t a t i cb o o s tm e t h o do fv a c u u ml e a kd e t e c t i o n i i t e c h n o l o g yt od ot h ep a c k i n gt e s to ft h em o d e la i r - c o n d i t i o n i n gp i p i n gs y s t e m s ，t o a n a l y z et h et r e n do ft h en o n l i n e a ra n dl i n e a rp a c k i n gc h a r a c t e r i s t i cc u r v ea n dt h e i n f l u e n c eo ft h el e a kd e t e c t i o np r o c e s sb yt h ep h y s i c a le n v i r o n m e n t a lf a c t o r so f t e m p e r a t u r e ，i n i t i a l v a c u u mv a l u ee t e ，a n dt o p u tf o r w a r dt h ec o r r e s p o n d i n g i m p r o v e m e n tm e a s u r e s ( 4 ) b a s e do nt h ea b o v ea n a l y s i s ，w eo p t i m i z et h em i c r o c a ra i r - c o n d i t i o n i n g p i p i n gl e a kd e t e c t i o np r o c e s s i ti n c l u d e sf i l l i n ge q u i p m e n tt e s t i n gs t a n d a r d sa n dt h e l e a kd e t e c t i o np r o c e s st w oa s p e c t s t h e nw ep r o p o s en e wm o n i t o r i n gv a r i a b l e s ，a n d o p t i m i z et h ev a c u u ma n df i n i s ht h ep r e s s u r et e s t i n g k e y w o r d s ：a i r - c o n d i t i o n e rp i p e l i n e ； s e a l i n ga n a l y s i s ；s t a t i cb o o s t e rc u r v c ； v a c u u ml e a kd e t e c t i o n i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 随着国家“一二五 战略计划的实施，国家对于汽车行业的投入比重越来越 大，汽车行业得以迅猛发展。在汽车行业快速增长的大背景下，中国微型汽车 市场在中国汽车市场中占有越来越重要的地位。目前，微型汽车在汽车行业的 比重已增加到3 1 6 5 ，是目前最适合中国经济国情的“百姓汽车”。 随着微型汽车产量的不断增加，微车在继续保持价格优势的前提下，必须 不断地提升其各方面性能，以满足人们各方面的使用需求。由于微型汽车空调 系统的工作性能直接关系着乘坐人员的舒适性感受，因此必须不断提升微车空 调管路各方面的制造工艺，才能提高整体舒适性的基本要求。基于这个原因， 微车空调管路的加工工艺、检漏工艺、密封设计、冷媒加注等方面都成为迫切 需要关注的方面。针对微车空调管路检漏工艺的优化而言，由于成本控制，无 法使用较先进的检漏设备以及较精密的密封元件，因此加注设备对空调管路的 检漏质量提升变得困难。但就现阶段微车空调管路的真空检漏技术，已经在原 有的基础上进步了很多，但仍然有优化改进的空间。 检漏技术是一门综合应用型的科学技术，具有广泛的应用价值，在每一个使 用真空手段的领域都会有相应的检漏技术，其广泛运用于卫星飞船、发电行业、 制造业、制冷行业、地下运输行业，以及食品包装等方面。在科学技术水平不 断向前推进的同时，检漏理论及其应用技术也在不断的发展与完善。一方面， 检漏技术在应用中出现的各种问题与不足，有效地促进了检漏理论的不断进步； 而另一方面，科技的水平的整体提高，催生了各种更加精准的检漏仪器，并在 各方面的应用不断地加强。因此检漏技术的发展方向主要是面向对象式的应用 模式，即针对被检测对象的实际检漏需求来开展相关检漏工作。 针对微车空调系统的检漏技术而言，近阶段的发展主要体现在检漏设备的应 用上。目前比较常见的检漏方法，根据所使用的检漏设备可分氦质谱检漏法、 卤素检漏法及其它简易检漏法等。但氦质谱检漏仪适用于高精度的检漏作业， 而且由于对稀有气体氦气的使用，导致检漏成本较高；另一方面，对于空调管 路系统的检漏工作可以在不增加检漏成本的基础上，通过进一步深入研究简易 武汉理工大学硕士学位论文 检漏法，优化密封结构，完善检漏流程，亦可以达到较理想的效果。 1 2 研究的目的和意义 1 2 1 研究目的 本课题源自某微型汽车制造企业。针对目前微型汽车制造企业中普遍出现 的空调车冷媒加注失效率过高的情况展开研究。在冷媒加注环节中，加注设备 首先对空调管路系统进行整体的真空检漏，在确定空调系统无泄漏的基础上， 然后迸行制冷剂的冲注。由于加注设备采取简易真空检漏方法，容易受到各种 物理因素变化的影响，可能导致出现检漏的结果与实际不符的情况，即线上加 注设备发生泄漏报警，但实际强行加注后发现系统并无泄漏。正是由于设备因 报警泄漏而导致无法正常加注的情况偶有出现，造成了冷媒的二次加注率较高， 降低了生产线整体冷媒的加注质量。 由此可以看出，微车空调管路的检漏工艺是冷媒加注成功的决定环，即空 调管路系统检漏结果的准确性直接决定了生产线冷媒加注的成功率。所以有必 要对微车空调管路系统的检漏工艺进行深入的研究，以期达到降低检漏返修的 人力成本，提高检漏成功率以及整体加注质量的目的。 本文的研究目的即，通过对某款微型汽车冷媒加注工艺中检漏方法的研究， 找到设备报警与实际泄漏情况不符的原因，并结合该车型空调管路自身密封性 能分析，对空调管路的密封结构设计与检漏工艺进行优化，在不增加成本的前 提下，使空调管路的检漏结果更加准确有效，从而降低加注设备泄漏检查的误 报警率，提高冷媒加注质量与生产效率。 1 2 2 研究意义 目前国内空调管路的生产厂商对于空调管路密封设计的研究还处于经验设 计阶段，并不能让空调管路的结构设计处于最可靠的密封状态：而在检漏工艺 中，空调管路系统检漏结果的准确度也往往仅依赖于加注设备的硬件水平。围 绕微车空调管路系统的检漏工艺方面的研究工作，基本没有把空调管路自身密 封性能作为研究对象，亦没有对静态升压检漏法进行细致研究，因此有必要结 合空调管路自身密封结构与检漏方法，深入开展空调管路系统的检漏工艺的优 化与研究工作，以完善静态升压检漏方法在微车空调真空检漏方面的实际应用。 2 武汉理工大学硕士学位论文 针对空调管路检漏工艺进行优化与研究是具有工程实际意义的，通过该课 题的研究能够将检漏理论更好地与实际工艺相结合，在保有原检漏工艺的基础 上，通过局部优化与改善，最大限度地实现企业生产效率的提高。 本文的研究意义具体体现在以下几个方面：对检漏工艺而言，提出了针对 特定的微车空调系统检测标准与工艺流程的优化方法，为后续进一步规范微车 空调检漏标准提供指导；对产品质量而言，提高了微车空调管路检漏结果的准 确性，进一步确保了微车空调性能的可靠性；对企业生产效率而言，提高了检 漏工艺的成功率，减少了因设备误判所导致的停机与维修时间，降低了返修成 本，并有效的避免缺陷产品流入市场。 1 3 国内外发展现状 1 3 1 检漏工艺在国外发展现状 1 6 4 3 年意大利人托利做了大气压试验，首次获得了真空；1 6 5 4 年德国人葛 利克发明了活塞真空泵，为了证明大气压的巨大力量，做了举世闻名的马德堡 半球试验；1 6 6 2 年英国人玻义耳发现玻义耳定律，到1 7 3 8 年瑞士人伯努利提出 气体分子运动论，他们均为真空技术奠定了最早的理论基础。而到1 8 7 9 年爱迪 生发明碳丝电灯泡，真空技术为“电真空器件刀的发展开辟了道路。到2 0 世纪 初，电子技术的发展，又推动了真空技术的发展。 自1 9 0 5 年德国盖得发明机械真空泵开始，各种真空泵与真空计相继问世， 使得高真空技术在获得和测量上基本上得以完善。二十世纪5 0 年代至9 0 年代 里，真空技术融入许多项尖科学技术并得到迅速发展，成为许多学科创新的条 件和手段，并在各行各业中得到广泛的使用，在食品包装、冷冻干燥、真空器 件、制冷业等方面的应用已然贴近日常生活，而在航空工业、真空冶金、薄膜 科学、表面科学等方面的应用更是成就了现代科技的辉煌。 传统的真空技术主要内容包括真空获得、测量、检漏、各种真空系统及元 件。其中检漏作为核心环节，按照容器的工作压力可以分为压力检漏、真空检 漏，以及背压检漏等等。各种检漏方法随着现代科技的进步得到迅速发展与应 用，其中最早的简易检漏法包括静态升压法和气泡检漏法；到氨气检漏法之后， 出现了各种针对性的示漏气体：随着各种真空计的发明，真空计检漏法得到广 泛应用，其中最常用的是热传导真空计法与电离真空计法；最后随着现代工业 对检漏精度要求的提高，先后出现了离子泵检漏法、氨一钯检漏法、荧光检漏法、 3 武汉理工大学硕士学位论文 放射性同位素检漏法等各种真空检漏方法，它们的检漏精度逐渐递增，但都是 通过先抽真空，后利用各种的示漏气体在不同条件下的特性，完成精确的检漏 计算。与各种检漏方法相对应的检漏设备也不断地涌现，现阶段已经出现并广 泛应用的真空检漏仪器主要有高频火花检漏仪、卤素检漏仪、气敏半导体检漏 仪、以及氦质谱检漏仪等。 在国外大型车企的空调管路加工工艺中，多采用氦质谱检漏仪进行组装前 的检漏工作。氦质谱检漏仪是以氦气作为示漏气体专门用于真空检漏的质谱分 析仪器，灵敏度高达1 0 。9 1 0 d 5 p a m 3 s ，性能好又无污染，并能够找出空调管 路漏孔的精确位置，使检漏判断更加准确有效。另外，国外的微车空调管路中 采用密封垫作为管接头处的密封元件，取代了o 形密封圈的使用，能够避免o 形密封圈在装配中出现刮痕导致泄漏的隐患，从而提高了密封的可靠性。但氦 质谱检漏仪与密封垫的使用都会在很大程度上增加整车制造的成本，尤其是氦 质谱检漏仪的使用，不仅需要耗费大量的氦气，而且延长了检漏时间，导致检 漏成本大幅度上升。 空调管路系统属于真空体积小且几何形状不规则的细长管路，一般微型汽 车的空调管路长达5 m 以上，同时管径小，多为6 1 0 m m 的细管。基于微车空调 管路的结构特性，在抽真空时无法避免其管道效应，必须加大抽真空的力度以 减少管内水汽对检漏结果的影响。因此国外的生产线通常将抽真空从冷媒加注 工序中抽离出来，作为独立的工序，以达到延长抽真空时间的目的。这样的工 艺优化能够在保证生产节拍的基础上，有效地提高抽真空的质量。 总体说来，国外微车空调管路检漏工艺方面的提升主要是通过采用先进的 高成本的检漏仪器与密封元件得到保证，在工序的优化上也需要更多的场地与 设备进行支持，在这种情况下，微车的经济优势将被全面削弱。 1 3 2 检漏工艺在国内发展现状 相比国外检漏工艺发展而言，国内对微车空调管路的检漏工艺研究起步较 晚。目前，国内企业对微车空调管路的泄漏检测主要是通过两步完成：一是利 用气密性试验台对未组装前的管路进行气密性检测，二是利用冷媒加注设备在 加注前对整体的管路系统进行真空检漏，其中真空检漏工作大部分都是依靠引 进国外的先进设备来完成。国内对真空检漏技术的主要研究对象，多为忽略气 体分子扩算运动影响的大体积真空室或者是微体积的真空容器；对某些管路的 4 武汉理工大学硕士学位论文 抽气计算，也仅仅是针对几何形状规则的某一段管路进行研究，因此对空调管 路的检漏技术主要停留在基本方法上。 微车空调管路检漏工艺的发展随着整车制造技术的发展，有了大幅的进步， 尤其是加注设备的更新换代直接推进了微车空调管路检漏工艺的提升。最早的 检漏方法是人工检漏，即将制冷剂强行加注后，运行空调系统，工作人员凭借 经验用手触摸最容易泄漏的部位来判断是否存在漏点。其后，半自动加注设备 的出现大大减轻了工人的检漏工作，明显提高了工作效率，但是这种简易的p l c 程序控制，不具备泄漏判断功能，工人必须凭经验观察被检测车辆真空情况判 断是否泄漏，因此在一定程度上还是需要手工检漏作为辅助。而目前国内大型 微车制造企业广泛使用的是新型真空加注设备，这种真空加注设备在原有的基 础上，增加自动测漏功能、智能功能、自诊断功能、打印和通讯功能等。由于 我国目前采用的真空加注设备多为国外进口设备，加注设备参数( 真空值) 多 采用国外厂家提供的乘用车标准，或者依经验进行设置，并没有根据车型具体 的管路结构以及流体状况进行设置。 静态升压法基于简单易操作的特点，在微车空调管路的真空检漏中得以广 泛使用，但其检漏结果容易受到外界影响因素的干扰。目前，国内对真空静态 升压法的研究仅止于用其观察真空系统是否泄漏，而且检漏标准的设定仍处于 经验设计阶段，并未针对微车空调管路深入分析其在静态升压检漏过程中的漏 率变化，也没有研究在较快的生产节拍下，其管路泄漏检查的标准制定。因此， 有必要针对空调管路的静态升压检漏方法进行更为深入的研究，分析各种物理 环境因素对检漏结果的影响，提出针对不同车型空调管路系统的建立不同检漏 标准的方法，并进一步优化微车空调管路的检漏工艺。 1 4 研究目标、内容及方法 1 4 1 研究目标 ( 1 ) 通过对空调管路管接头的密封性能分析，判明加注设备小泄漏误报警 的原因，完成管接头密封结构的优化设计； ( 2 ) 通过保压试验，分析静态升压法保压特性曲线，找到影响静态升压检 漏法的影响要素，从而提出相应的解决方案： ( 3 ) 结合保压曲线的分阶段性分析，完成检漏标准和检漏流程的优化。 5 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 2 研究内容 本文的研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 管路自身的密封分析：利用a n s y s 有限元分析软件，对空调管路的 管接头密封性能进行分析，通过分析不同检漏压力场下管接头密封性能的差别， 找到真空小泄漏的原因：通过分析管接头的密封性能与各结构尺寸的关系，完 成问题管接头密封结构的优化设计。 ( 2 ) 真空保压试验曲线分析：结合真空检漏技术中静态升压法理论，对空 调管路系统进行保压试验，对保压特性曲线的非线性与线性变化趋势进行阶段 性分析，找到水分与温度等物理环境因素对检漏结果的影响。 ( 3 ) 检漏工艺的优化分析：基于上述理论分析，对微车空调管路检漏工艺 进行优化，引入新的监测变量，提出新的检测标准，并从抽真空与保压检测两 方面完成检漏流程的优化。 1 4 3 研究方法 本文以a n s y s 有限元分析软件为辅，以保压试验的曲线分析为主，分析某 车型空调管路的真空检漏工艺。所采用的研究方法主要如下： ( 1 ) 有限元仿真分析方法：本文利用a n s y s 软件，模拟微车空调管接头 的密封装配，分析o 形圈在各种压力场下的受力情况，并采用单一变量法，完 成管接头密封结构的优化设计； ( 2 ) 理论结合试验的方法：通过对某车型的空调管路进行6 0 s 保压试验， 结合静态升压法的检漏理论，对静态升压曲线进行阶段性分析； ( 3 ) 通过实际调研，了解实际生产的需求，通过分析现有检漏工艺的不足， 在保留原生产线的基础上，提出检漏工艺新的优化方案。 6 武汉理工大学硕l 学位论文 第2 章空调管路系统检漏工艺分析 2 1 空调系统检漏流程分析 微车空调系统的检漏工作主要是包括对未组装前的单根管路进行逐一气密 性检测、以及对组装后的整体系统进行检漏两个方面。在这两个检漏环节中， 其检漏原理与检漏设备各不相同，因此可能导致检漏的结果存在一定的偏差。 2 1 1 冲压检漏 压力检漏法是在被检测容器内充以高压气体，让气体从漏孔泄出，观察漏 孔处发生的现象从而查知漏孔。捡漏方法主要包括三种：冲压检漏法、卤素检 漏法、氨检漏法。其中卤素检漏法采用卤素检漏仪进行，氨检漏法是用氨气作 为碱性探测气体充入被检容器中，通过在容器外贴涂贴试纸或试剂，观测试纸 或试剂的变色确定漏孔的位置。由于设备价格和使用成本上的限制，国内多采 用气密性试验台对加工完成的空调铝管进行冲压检测，以确保管路密封质量。 冲压检漏法是将高压气体充进被检件中，气体的压力值通常根据被检器件 所能够承受压力的情况，一般设为几个大气压以下；然后将整个被检器件浸入 水中或其他液体中静止一段时间，并观察是否有气泡冒出，通过冒气泡的位置 确定出漏孔位置。下图是某厂采用的气密性试验台对单根空调管路进行冲压检 测的过程。 图2 1 气密性试验台压力表盘图2 2 气密性试验台浸水检测 7 武汉理工大学硕士学位论文 根据该检漏工序规范，首先对单根管路的两端进行密封，利用空调管路管 接头处的o 形圈进行密封连接；然后试验台向空调管路中冲入压力为3 5 m p a 的高压大气，并利用升降台将管路全部浸入水池中：其后保压2 分钟，观察水 中是否产生气泡，以判断管路是否存在泄漏；最后利用升降台将管路取出，人 工解除密封连接，并用高压风枪干燥管接头和外壁。 2 1 2 真空检漏 真空检漏法是利用真空泵将被检测的系统或容器抽成真空状态，然后将示 漏物质施加在被检测的系统或容器外，如果被检测系统存在泄漏，示漏物质( 如 氦气) 不但会通过漏孔进入到系统中，同时也会进入到检测仪器的敏感元件所 在的空间，从而通过敏感元件检测出示漏物质，借以判断漏孔的位置和大小。 微车空调系统在总装车间组装好后，对整个系统进行抽真空检漏工作，以 判断系统是否存在泄漏，最后进行制冷剂的加注。而冷媒加注需要对空调管路 系统进行抽真空处理，其目的有两方面：一是抽取管路中的空气，提高系统的 的加注质量；二是形成压差，便于对冷媒液进行辅助加注。由于冷媒加注设备 配备了真空泵与真空计等真空装置，能够对空调管路系统进行真空检漏，并能 够实现在低真空的环境下进行液体加注，因此这种加注方法称为真空加注，所 采用的检漏方法为静态升压法。静态升压检漏法的步骤如下： 将加注枪分别插入空调系统的高压加注口与低压加注口，利用加注枪头 的快速接头实现自动密封连接； 启动加注枪头上的执行按钮开关，加注设备内部璇片式真空泵对车载空 调系统进行抽真空处理，抽真空的强度是由所选定的真空泵功率与抽真空的时 间设定值所决定； 根据加注设备内部程序控制完成抽真空后，关闭真空泵，对空调系统进 行静态保压，保压时间根据设备设定值而确定； 利用设备内部的真空计测量空调系统内部的真空值变化，通过比较设备 设定的真空值门槛值，判断空调管路系统是否存在泄漏。如果在保压时间内真 空值低于门槛值，加注设备进行泄漏报警；如果不存在泄漏报警，加注设备将 直接进行冷媒加注。 在整个过程中，加注系统利用p l c 控制程序，将内部执行过程与真空计 测量到的真空值即时输出到加注设备的显示屏幕上，便于员工通过显示屏幕观 8 武汉理工大学硕士学位论文 测检漏流程的进展与空调系统内部真空值的变化情况。 为了实现更加准确的检漏判断，加注设备通常在检漏过程中，对空调系统 的真空值变化设定了两次门槛值的比较，分别称为真空大泄漏门槛值和真空小 泄漏门槛值。真空大泄漏门槛值的设定是为了判明微车空调系统中各部件的密 封连接出现人工操作失误等明显问题，而真空小泄漏门槛值的设定是为了判明 微车空调管路系统存在影响空调系统性能的漏孔。两者直接相互关联，并且逐 层深入，以提高泄漏检查的准确性。 如下图2 3 所示，为公司冷媒加注中主要的真空检漏流程图。 图2 3 真空检漏漏流程图 根据流程图可以看出，空调管路系统的泄漏检查主要分为第一次抽真空的 大泄漏检测和保压后小泄漏检测。通过判定空调系统内压力是否超过真空大泄 漏门槛值与真空小泄漏门槛值，完成对汽车空调管路的泄漏检测。真空大泄漏 检测设定标准是第一次抽真空时间内空调管路的真空值低于某最大限定值，即 真空大泄漏门槛值，而真空小泄漏的检漏方法则是利用静态升压法，即停止抽 9 武汉理工大学硕士学位论文 真空后的某段时间内管内真空值不超过真空小泄漏门槛值。 2 2 加注设备真空检漏参数分析 真空大泄漏与真空小泄漏的检测标准均是根据经验值预先在加注设备中设 定的。其中真空大泄漏检测的设定值包括抽真空的时间与真空大泄漏门槛值， 真空小泄漏检测的设定值包括保压时间与真空小泄漏门槛值。 ( 1 ) 第一次抽真空时间：在真空泵效率一定的条件下，抽真空时间的长短 直接决定着空调管路的抽真空质量。抽真空时间越长，空调管路内部的空气去 除得越干净，但过长的抽真空时间严重地降低了企业生产效率，因此需要在生 产节拍允许的前提下，保证最大程度的抽真空时间。目前，该企业根据流水线 的时间设定的抽真空时间为6 0 s 。 ( 2 ) 真空大泄漏门槛值：根据实际调研，大部分空调管路经过了冲压检漏 后，一般均属于气密性良好的管路，排除各管路在组装过程中存在失效的情况， 大部分空调管路装配成整体空调系统之后，不会存在较大的泄漏问题，因此百 分之九十以上的车辆可以通过第一次抽完真空后的真空大泄漏检测。该公司对 多个车型均以1 5 m b a r 作为真空大泄漏门槛值，而一般对于抽真空良好的空调车 均可以抽到l m b a r 左右，因此可以认为更精确的泄漏检查主要是在于保压后真 空小泄漏检测。 ( 3 ) 保压时间：在真空加注流程图中，真空检测的时间即为保压时间，加 注设备完成抽真空后隔离真空泵，对系统进行静态保压。保压时间的设定同样 与生产线节拍相关，理论要求时间越长检漏越可靠。目前，该企业的保压检测 时间为3 s 。与其他企业的保压检测时间相比，相对较短。 ( 4 ) 真空小泄漏门槛值：真空小泄漏门槛值的判定是指在保压阶段的任何 时刻，空调管路系统的真空值在上升的过程中始终不超过设定的最大真空值。 目前，公司根据不同的车型的保压时间不同，存在不同的真空小泄漏设定值， 且真空小泄漏门槛值的设定多是根据经验值设定。在真空小泄漏检测判断中， 由于空调管路压力上升的最大值通常与进入保压检漏阶段的初始值相关，即真 空系统压力初始值越大，保压后压力最终值越大，因此这种单一的检测标准容 易受外界因素的干扰，影响检漏结果的判断。 根据检漏流程，最后一步是第二次抽真空，由于第二次抽真空后加注设备 不再进行真空值检测，因此将第二次抽真空理解为保压后辅助的抽真空，以确 i o 武汉理工大学硕士学位论文 保微车空调管路系统的真空质量，故第二次抽真空的设备参数只有第二次抽真 空的时间。如下表2 1 所示，为本文研究车型的设备检漏参数。 表2 1 冷媒设备检漏参数 第一次抽真空 保压检测第二次抽真空 时间大泄露检测值时间小泄漏检测值 时间 6 0 s1 5 m b a r 3 s7 m b a r 2 s 2 3 基于f m e a 的加注失效分析 通过对在线加注中的各项失效模式进行调研统计，发现该公司各车型的冷 媒小泄漏的故障均占到全部故障的百分之六十以上。如图2 4 所示为本文研究车 型相应的故障分布图，其中冷媒小泄漏比例达到百分之七十二。 图2 4 某车型故障分布图 在冷媒加注故障模式库中，冷媒小泄漏故障即是指在冷媒真空加注工艺中 发生抽真空小泄漏报警。通过对冷媒加注设备和微车空调管路本身进行f m e a 分析后，得出了相同的结论，即导致加注失效率过高的主要原因在于设备经常 发生抽真空小泄漏。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 1f m e a 分析技术简介 f m e a 是故障模式及影响分析“f a i l u r em o d ea n de f f e c ta n a l y s i s 的简称， 是在生产过程中被用来事前预防的分析手段。f m e a 分析技术目前已被广泛应 用于现代制造业，其关键的价值在于发现产品在设计或者生产过程中的潜在失 效模式，并科学评价该失效产生的后果；然后找到能够消除或减少潜在失效发 生机会的措施；最后将全部过程形成文件，为后续问题的解决提供参考。因此， f m e a 分析技术是被广泛应用的设计评估与可靠性分析的重要工具。 f m e a 分析主要分为两类：d f m e a 和p f m e a ，d f m e a 主要针对产品功 能上的可能失效或故障问题的因果分析和改善对策，p f m e a 用于系统过程中的 失效或故障问题的分析与改善对策。f m e a 应用范围涉及产品生命周期的各个 阶段，主要包括方案阶段、设计阶段、生产阶段、以及使用阶段。在方案与设 计阶段，主要是分析产品功能设计中的缺陷与薄弱环节，为优化产品的功能设 计提供指导；在第三个阶段，主要的分析对象为生产工艺过程，其中包括工艺 缺陷、生产加工中的薄弱环节、以及其对产品的影响，为生产工艺的优化提供 依据；最后的使用阶段，主要是分析产品在使用过程中所发生的失效形式、失 效原因及其影响，为验证生产各阶段f m e a 的有效性和产品设计的优化提供论据。 f m e a 分析的内容有：潜在失效模式、潜在失效后果、潜在失效起因、严 重度、频度、可探测度、风险顺序数、现行设计控制等。其中，严重度( s ) 是 用来评价潜在失效模式发生后对系统产品功能、可靠性、安全性的影响程度； 频度( o ) 是指系统产品中某一种故障模式在使用过程中发生的次数；探测度( d ) 是指对某产品、工艺中的故障模式能被检测出来的几率，或者故障能被人为察 觉出来的难易程度。三个参数都是有相应的评价准则，根据实际情况来选取数 值，最后通过风险顺序数对各项潜在失效模式进行评估。风险顺序数是三个参 数的乘积，其值越大表明该故障越需要优先被关注。 2 3 2 微车空调系统f m e a 分析应用 微车空调系统f m e a 分析主要针对加注工艺进行p f m e a 分析，找到目前 加注检漏工艺中的核心问题所在。下图所示为冷媒真空加注系统的f m e a 分析 报表。 1 2 肆菏瞄h汁慷商卜慷高黔h 潜在失效模式及影响分析( 过程f 眦a ) 项目名称冷媒加注扒 工艺责任 v i l n f 骶a 编号 车型关键日期编制人 核心小组编制日期 过程动 潜在失效后潜在失效起因机 现行过程控制 风险顷 靛腰术 潜在失效模式严重度较嗣额度探测度建议措麓 果理控制探测序数 5 泵油泄灞戒用久消耗 t 定期捡王并补 耳税3 e o 辛i 油 真空小沦江 油 定 斥检查并更 抽真空能，了- f 障 5 泵油被污染 t 、 目镜 36 0 更换 换 补液慢3 气潼低3茸规31 9调高温度 真空泵 无法拽真空 6 真空系卡滞3定期捡倍胃视 5 4 謦理 真空泵俸虹作 无i 鲞抽真空 b 启动基过载3定期检修目视 t 2 换启动嚣 无法抽真空 6 揍触嚣断开3定期检修茸槐3 乳簟大电漉值 国吸曩不动作目抽故障t 擐气t 桧动 3 定期检修 茸枧了3 6拧紧 目吸泵卡海瑁抽故障t 固吸囊气压才足定期捡修目砚3毹调大压办 国吸泵 真空传恶嚣波动如注量不穗3 固吸泵压力僵设定过大 3 定期检测目褪 32 1 调整压力 t 路压力过高故 总气压过僚3定期检测目规童3 6清理或更换目吸泵能力下降t 障 定期检测并补 脱泡泵 脱泡能力下痒i 空，k 量渭 5 油位下患 3 耳规 34 5 补油 油 5 真空闩有异翱 3 定期梭测 耳视t8 0清洗 5 真空阀囊 3 定期检测目规 吨8 0 拆枪处理 真空一抽魔空妓桑差真空小泄渭 5 密封不良 ，3 定期检测目祝 3t 5 更换密封圈 5 电鬣阙与真空曹连接处 3 定期检测目镌 ，t 5 更换电畿朗 有打折 目吸一目吸阔卡滞 高压揍口未打开 t 电赢阚螺母松动 3 定期检测目糯 t4 8 重新上鬃 韩蔼瞄h汁慊淘睁慊高黔冲 过程功 潜在失效后 严重度级月鼍 潜在失效起因，机 现行过程控制 风险顺 能，要求 潜在失效模式频度探测度建议措施 果理控制探测序数 加洼量i 士多 3 加注朗关不死3定黼j 嘲目视43 6更换密j ：l 习i 量故- i 加注量l t 多3 加注阙阀芯磨损4走生隘测目视 44 8 更换阙芯 加陵一 漉置故障加注量不曩3 加注朗卡滞4建漠脯盒测目枧 56 0 拆椭浊b i 蔓 加注中断无注加童5 加注电j 眭阀绒脱 3 定期检测目枕 33 6 t 新揍缝 高压枪头雉拨插超限位 3 内鄙雎 5 走生脯龟a 哪目视 46 0 更换抡头 高麟口打不开无 蛊如童 5 转换朗卡死3走溘隘测茸视 46 0 更换转换阀 i 空小泄漏5 高压柁头密封变形3走摄日检测目祝46 0更换密封 抽真空效，i 薹真空，1 - 4 量漏5 高压警接头磨损松动3定期检测目视 33 0 更换高压f - 高压柁头 上紧 真空, i - 4 量漏5 高压枪头脏4定，明检测目规48 0更换枪头 5 螺牙配舍不好造戚4定黼i 一目视36 0更换高压枪头 高压枪头与较t 连 真空小泄滑 揍栓动 5 连接处松脱 3 建黛啦测目视 34 5 t 新上蟹 高压t 爆裂无注曲戚童 6 用久损失 3 定抛测目视 23 0 更换 觚胶f 裂冷嫖泄量 6 用久损失 3 定黼测目视 23 0更换 雠柁头觚抡头赡拨j 面超限位3 内毫电5定期检嗣_目视46 0更换 低压胶t 接头松动i 空小泄洱5 连接处松脱3定舭a 鼍目枧3 4 5 t 新上紧 柁柄胶布烂 2 胶布脱 4 定黼测目枧 21 6 t 新包奸 加注挖俸止按钮失 抽，久掼坏 4 定黼涎i目祝 24 8更换按钮 足 无法拔出 0 换整套内置阀 进口柁喷冷嫖冷娠泄漏 6 内置阕囊冷嫖 3 建舭测目视 4t 2 密封圈 柁一柁塑料f 断4 用久损坏3定期捡i 融目视23 6更换 保压效果差工空小泄灞5 柁头紧圃螺母检 3 建曩肘盒测目视 34 5 t 新上紧 用生料精密封 凋接头处漏冷螺真空，j q 世漏5 铜接头松动3定期检测目视 34 6 圈垫上紧 砧蒲瞄h汁慊萄叶慊高黔h 过程功 潜在失效后潜在失效起因舰 现行过程控制 靛腰求 潜在失效模式严重度级尉频度探测度 风险顺 建议措麓 果理控嗣探测序数 较t 接头密封不好真空小i 量酒6 欤t 固定母检 3定期检测目视34 5用生料糟上紧 触压力过低嘲白4 气江低3定棚删目枧33 6黼i 幔 无瀚慑6 大灌接头滑牙3定期检测目视36 d更换接头 冷嫖；量江 冷媒 麦黼a 慑6 胶t 老化 3 定燧测目梗3 h更援脯 无冷i 眶无i 圭丰h ；更6 囊空3定期检l 一目视23 6加液 抽工空妓果羞真空椭t 渭5 真空t 路过滤嚣砬3定期检测目视46 0清洗 过：潮 ( 进口艳) 压力 j x l i 圭l r 路垃滞有滑牙3定期检测目规 t 7 2更挟 低j 蜒障 秃箱斌6 移文i 蕉慢 2 孰道有异物 3 定期检测 新21 2清理：异物 仔走畀一 移动釉2 仔走轮廖损3定期检测珊2 1 2 滑理异物 加注中断6 仔走轮轴承坏 3 定期捡测目视 47 2 更换 移动簟元行走卡滞 加注中断 6 蚍一掼严重 3 定期检l 一目视 24 6 列翻撇 加洼中断6 电机抱闱烧坏 3 定期检测 目视36 4更换 加注中断6 电机擅劐技槽3定期检测目视35 4更换限位开关 固堰时最位失效 加注中断6 冲进位变频毫报警3定期检测目视3 5 4 手动推囤 加注中断 6 扫描枪存入觳据量过大 3 定期捡王荠滑 目褪 3m 清除软件数据 加i 堂设备死帆 理 后重启设备 加注中颤 6 机毒过热沮度过高机曩 反应过慢 3 定为削目槐 35 t冷却 t 车闻供气不足 3 定期检测目祝 33 6复位 t 即卜压力开关 压空气黼故 空气中水分多3定期检测目规33 6清理空气过汹：晡供气不足 障 基 三通漏气 3 定期检测目枧t 4 8 重接接气管