電動(dòng)真空泵短里程故障問(wèn)題解決思路

李航 王歡歡 史路浩 徐梅梅 辛慶鋒 吳海軍

浙江吉利控股集團(tuán) 浙江吉智新能源汽車科技有限公司 浙江省杭州市 310014

1 前言

電動(dòng)真空泵的質(zhì)量問(wèn)題一般會(huì)導(dǎo)致車輛無(wú)真空助力，給駕駛員的直觀感覺(jué)就是踩制動(dòng)踏板時(shí)發(fā)硬，需用力才能踩下去，而真空泵出現(xiàn)故障時(shí)，駕駛員如未察覺(jué)儀表提示，在有制動(dòng)需求時(shí)還按正常的踩制動(dòng)力度實(shí)施制動(dòng)，會(huì)造成制動(dòng)距離不足，而使車輛追尾或者撞倒行人，故真空泵的故障需要進(jìn)行防范，以避免出現(xiàn)交通事故，本文針對(duì)市場(chǎng)車輛出現(xiàn)的短里程故障，與相關(guān)部門和供應(yīng)商聯(lián)合進(jìn)行問(wèn)題調(diào)研，將問(wèn)題的根本原因排查出，并制定的改進(jìn)措施，避免類似的重復(fù)發(fā)生。

2 電動(dòng)真空泵故障問(wèn)題描述

某車型在車輛交付客戶后，在行駛過(guò)程出現(xiàn)了制動(dòng)故障燈點(diǎn)亮，踩踏板非常重在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了兩例電動(dòng)真空泵燒保險(xiǎn)的故障，故障里程分別為102 公里和1053 公里，屬于短里程故障，將熔斷的保險(xiǎn)絲更換后，車輛上電再次出現(xiàn)保險(xiǎn)絲熔斷的故障。在更換了電動(dòng)真空泵后，故障得以解決。檢查電動(dòng)真空泵零件的外觀，并未有磕碰痕跡，初步確定是電動(dòng)真空泵內(nèi)部故障導(dǎo)致保護(hù)電動(dòng)真空泵通斷的保險(xiǎn)絲熔斷，需進(jìn)一步分析產(chǎn)生該故障的原因。

圖1 儀表制動(dòng)故障燈亮

圖2 保險(xiǎn)絲熔斷故障圖片

3 電動(dòng)真空泵保險(xiǎn)絲熔斷的故障機(jī)理分析

保險(xiǎn)絲的作用是為保證電器部件和線路不受過(guò)高電流或者過(guò)熱溫度影響，在電器部件存在堵轉(zhuǎn)或者持續(xù)工作產(chǎn)生高熱量時(shí)，先行熔斷保險(xiǎn)絲，切斷電器部件的電路，保證電器部件不受影響。根據(jù)電動(dòng)真空泵的工作特性，保險(xiǎn)絲被熔斷顯示線路存在過(guò)高的電流，電動(dòng)真空泵產(chǎn)生高電流的直接原因是堵轉(zhuǎn)。產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)的原因有兩點(diǎn)，一是泵腔中的零件轉(zhuǎn)動(dòng)異常，造成啟動(dòng)時(shí)電機(jī)堵轉(zhuǎn)，另一個(gè)原因是電動(dòng)真空泵持續(xù)工作，溫度快速上升導(dǎo)致內(nèi)部零件受熱變形，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大，最終表現(xiàn)為保險(xiǎn)絲熔斷。

電動(dòng)真空泵持續(xù)工作產(chǎn)生高溫和啟動(dòng)堵轉(zhuǎn)均可通過(guò)故障件的零件特征進(jìn)行初步分析，零部件經(jīng)高溫工作，橡膠部件高溫熔化并產(chǎn)生焦味，金屬部件也會(huì)因溫度的升高表面顏色產(chǎn)生變化。故故障分析的第一步可將故障件進(jìn)行拆解，以驗(yàn)證上述原因。經(jīng)拆解，橡膠件無(wú)異常，金屬表面無(wú)顏色變化，泵腔中的葉片和轉(zhuǎn)子存在碎裂的現(xiàn)象。故保險(xiǎn)絲熔斷的間接原因是葉片和轉(zhuǎn)子碎裂導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)而使電流上升。需進(jìn)一步分析導(dǎo)致葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的原因。

圖3 葉片、轉(zhuǎn)子碎裂故障圖片

4 電動(dòng)真空泵葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的失效模式分析

電動(dòng)真空泵葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的失效機(jī)理可細(xì)分為葉片和轉(zhuǎn)子的來(lái)料不良、異物進(jìn)入、外力破壞、持續(xù)工作高溫變形和進(jìn)液等。每一項(xiàng)原因均有可能導(dǎo)致零件碎裂。

4.1 葉片、轉(zhuǎn)子來(lái)料不良原因分析

葉片和轉(zhuǎn)子來(lái)料不良包括葉片和轉(zhuǎn)子的來(lái)料強(qiáng)度不足和物料周轉(zhuǎn)損傷兩原因，葉片和轉(zhuǎn)子是產(chǎn)品的關(guān)鍵零部件，在電動(dòng)真空泵工作工程中會(huì)高速旋轉(zhuǎn)和摩擦，在此過(guò)程中兩零件會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切力。葉片和轉(zhuǎn)子均為石墨材料，硬度高、但脆性大?？箯?qiáng)切能力弱。如生產(chǎn)過(guò)程的工藝穩(wěn)定性不良，抗剪切力低于標(biāo)準(zhǔn)要求，在啟動(dòng)時(shí)的沖擊下，有可能造成葉片碎裂，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子碎裂。本文對(duì)該批次的葉片和轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢結(jié)果顯示強(qiáng)度滿足要求。

圖4 轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度檢測(cè)示意

圖5 轉(zhuǎn)子強(qiáng)度復(fù)檢結(jié)果

4.2 泵腔進(jìn)入異物對(duì)影響因素分析

電動(dòng)真空泵腔中的異物會(huì)對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的葉片和轉(zhuǎn)子造成損傷，故電動(dòng)真空泵腔體內(nèi)部對(duì)清潔度有非常高的要求，根據(jù)要求，泵腔中不允許有600um 的異物。本文對(duì)泵腔中碎裂的葉片和轉(zhuǎn)子碎屑進(jìn)行了材質(zhì)成分分析，共對(duì)金屬類、沙石類和橡膠類異物進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示泵腔中的異物無(wú)明顯金屬光澤，從紅外光譜分析，異物幾乎無(wú)紅外吸收峰(即異物非有機(jī)物)，SEM-EDS 元素分析結(jié)果顯示，異物主要元素為C，含有微量的P。說(shuō)明異物主要元素為碳，紅外無(wú)吸收，判斷其為石墨的可能性較大。

圖6 泵腔碎屑包裝

圖7 碎屑顯微鏡形態(tài)分析圖

圖8 碎屑SEM 元素分析

圖9 碎屑EDS 元素成分分析

4.3 產(chǎn)品磕碰與持續(xù)工作影響分析

產(chǎn)品的磕碰會(huì)造成泵腔中的葉片和轉(zhuǎn)子受沖擊力產(chǎn)生裂紋，裂紋隨摩擦加深，最后產(chǎn)生碎裂。故電動(dòng)真空泵庫(kù)內(nèi)運(yùn)輸、專車轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)線裝配時(shí)均需做磕碰防護(hù)，以防止故障件流出。本文對(duì)產(chǎn)線成品轉(zhuǎn)運(yùn)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、總裝運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)進(jìn)行了排查，并對(duì)其指導(dǎo)文件進(jìn)行核對(duì)。確定該批次產(chǎn)品在以上操作環(huán)節(jié)無(wú)異常，但是產(chǎn)品上線時(shí)的總裝操作規(guī)范并不明確，員工可能存在產(chǎn)品掉落產(chǎn)線后再重裝配。進(jìn)行產(chǎn)品從工具車跌落試驗(yàn)，跌落后產(chǎn)品外部存有磕碰痕跡，與故障件的外觀表現(xiàn)不一致，可確定非該因素導(dǎo)致的故障。

泵腔中的定子是粉末冶金材質(zhì)，電動(dòng)真空泵持續(xù)工作會(huì)導(dǎo)致定子的溫度達(dá)到300°以上，持續(xù)的高溫會(huì)使該零件變色。產(chǎn)品拆解未發(fā)現(xiàn)存在變色現(xiàn)象，說(shuō)明電動(dòng)真空泵未有持續(xù)工作的工況。同時(shí)電動(dòng)真空泵的進(jìn)氣口和排氣口均無(wú)液體進(jìn)入痕跡，也說(shuō)明該故障非進(jìn)液或者持續(xù)工作造成的。

4.4 4M1E 法分析真空泵故障原因

以上分析均未解析出導(dǎo)致真空泵故障的原因，故采用4M1E 法，即生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理方法對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)線進(jìn)行排查。以人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面再進(jìn)行原因解析。

首先是人員職業(yè)能力符合排查，本文核查了排班計(jì)劃及當(dāng)天產(chǎn)品首、末檢記錄，當(dāng)班員工為老員工，入職已6 年，人員技能3 級(jí)，僅次于線長(zhǎng)，該項(xiàng)符合。

其次排查設(shè)備、工具是否正常運(yùn)作，設(shè)備當(dāng)日停線8 次，缺失實(shí)際維護(hù)保養(yǎng)，與故障件同批次產(chǎn)線出現(xiàn)8 次葉片輸送線卡葉片情況，維修停線合計(jì)60 分鐘。其中2 次軌道卡葉片，4 次管路卡葉片，1次3# 分料氣缸卡葉片。設(shè)備卡葉片可能造成葉片受損，在車輛運(yùn)行的短里程即發(fā)生故障。

圖10 設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)圖

針對(duì)來(lái)料檢驗(yàn)、方法、技術(shù)是否有變更、生產(chǎn)環(huán)境是否變化等均進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示無(wú)異常。故將主要問(wèn)題點(diǎn)鎖定在設(shè)備卡葉片上，針對(duì)該問(wèn)題對(duì)比了其他批次的設(shè)備卡葉片故障率，其他批次的故障率明顯較低。說(shuō)明設(shè)備卡葉片與市場(chǎng)出現(xiàn)葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的故障具有一定的關(guān)聯(lián)性。

圖11 不同月份設(shè)備卡葉片故障數(shù)對(duì)比圖

5 葉片、轉(zhuǎn)子碎裂故障問(wèn)題改善

電動(dòng)真空泵保險(xiǎn)絲熔斷的故障原因已經(jīng)排查出，設(shè)備存在卡葉片，導(dǎo)致葉片故障的概率增加，故需將設(shè)備卡葉片的故障消除。保證產(chǎn)品不再出現(xiàn)市場(chǎng)故障隱患。經(jīng)對(duì)裝配線設(shè)備進(jìn)行了改善，包括葉片震動(dòng)盤導(dǎo)軌內(nèi)部拋光；葉片塑料導(dǎo)軌更換；塑料導(dǎo)軌與接頭增加填充，消除間隙，避免卡料情況；葉片自動(dòng)進(jìn)料端傳感器更換，進(jìn)行分辨率精度提升，減少誤判；經(jīng)上述改善，對(duì)后續(xù)連續(xù)3 個(gè)月的設(shè)備卡葉片問(wèn)題進(jìn)行了跟蹤，卡葉片的概率明顯降低。同時(shí)市場(chǎng)上也未再出現(xiàn)葉片碎裂的故障。

針對(duì)市場(chǎng)出現(xiàn)的兩例真空泵保險(xiǎn)絲熔斷問(wèn)題，對(duì)該產(chǎn)品的生產(chǎn)、物流專業(yè)、產(chǎn)線總裝等環(huán)節(jié)進(jìn)行了全方位的排查，最終確定了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并通過(guò)對(duì)設(shè)備的改善，將該問(wèn)題進(jìn)行了閉環(huán)，同時(shí)也為后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與質(zhì)量管控提供了依據(jù)。