汽车空调压缩机的可靠性试验

汽车空调压缩机的可靠性试验

王兆英

牡丹江富通汽车空调有限公司黑龙江省牡丹江市157000

摘要：随着汽车大量进入寻常百姓家，人们对室内生活环境的各种需求就延续到汽车中，汽车空调便成为满足人们对车厢环境要求的装置。压缩机是空调器的心脏，其寿命直接影响汽车空调的有效使用时间，其性能影响能量的使用效率。压缩机性能试验可用来评价汽车空调压缩机的好坏。本文对汽车空调压缩机的可靠性试验和评价的基础理论、试验方法以及试验进行了论述。

关键词：汽车空调；压缩机；寿命试验

车用空调的运行条件与常规空调产品不同，需要适应汽车的运动性、汽车发动机转速变化带来的影响以及发动机周围环境的高温等特点。汽车的运动性要求产品在振动、颠簸、倾斜和不稳定的情况下，产品能保持持续稳定的运行；对于由发动机驱动的压缩机来说，油门和车速的变化会传递到压缩机，从而对制冷系统的循环产生影响；对产品的可靠性提出了很高的要求，而作为汽车空调系统主要的核心部件汽车空调压缩机，其可靠性将决定整个空调系统的使用。

一、可靠性试验

汽车空调压缩机由于自身应用场合的特殊性，各种不足都可能会引发局部零件的过度磨耗、冷冻机油的劣化、电器的烧毁等事故，从而造成压缩机性能严重下降、噪声异常甚至压缩机失效等后果。从设计角度来说，可靠性一般与性能是有冲突的，提高压缩机的可靠性往往导致性能的下降。另外，产品的可靠性具有一定的隐蔽性，造成的后果要比性能降低严重，可靠性问题一般要在压缩机经过较长时间的运转或碰到特殊的运行条件后才能体现出来，因此更加难以在研制阶段发现。完成车用空调压缩机可靠性评估是非常困难的。这是因为寿命周期内的产品试验需要花费大量的时间和消耗大量的材料，才能获得相关的数据。因此，通常只能采取抽样试验的方法获得具有一定可靠度的可靠性报告。例如，可以获得其在某一时间周期内无故障工作的概率，只能根据这些资料迸行科学的推断，进行点估计或区间估计，这就需要有相应的可靠性试验技术和方法。

二、加速寿命试验方案的理论基础

可靠性工程学上，为了通过加速寿命试验获得准确的数据，加速而又“真实”地暴露产品的失效模式，有效地反映产品或零件的可靠性特征量，在确定前述的加速寿命试验形式之前必须考虑如下几个问题：

1、选择加速变量。实际上，产品在使用中受到的环境应力是复杂的，比如会同时受到振动应力的影响了产品的寿命。这就要求选择对主要失效机制有促进作用的应力条件，并且这种应力要易于进行人工控制，有适宜的加速方程。振动一般会对产品产生紧固件松动、导线摩擦、电触点间断、构件疲劳等影响。振动疲劳因应力循环频率不同而分为高周与低周疲劳。其中，低周疲劳的应力循环频率较低，产生应变疲劳。在结构疲劳寿命计算中，Manson-Coffin公式是局部应力应变法中十分重要的应变一寿命关系式，描述了塑性应变范围L与疲劳寿命Nf之间的关系：

2、确定加速变量的应力水平。为了使加速变量起到加速作用，促使失效机制加速发展，必须使加速变量的应力水平得以提高。应力水平提高的程度和应力水平个数，均与受试产品的物理性能有关。通常在作恒定应力加速寿命试验时，应力水平个数不得少于3，否则影响到结果的实用性。在加速试验可以有效节省时间的原则下，第一个应力水平越接近正常应力水平，由其试验结果推算正常应力水平下的可靠性寿命特征量就越精确；最后一个应力水平应在保证失效机制不失真的条件下尽可能的高。

3、选取试验样品，确定样品数量。整个恒定应力加速寿命试验由n次试验组成，而每次试验均需有相应的试验样品。抽取咒个试样时，应在同一批中随机抽取，然后随机地分组。每组的样品数可以相等，也可以不等，但要保证订，和啦是最多的样品数，这样试验所得结果较为真实。一般情况下任何一组样品数均不应少于5个，否则会影响统计分析的精确度。

三、可靠性试验方法

基于完整的加速寿命理论基础，形成了产品可靠性试验的实际试验方案。设计开发过程中采用的可靠性试验项目较多，这些试验项目是从压缩机的实际使用工况条件出发，选择最典型且最能有效考核压缩机可靠性的工况条件，采用压力、温度等加速措施而设计出的有关加速寿命试验。试验项目通过多年来的使用、修正已形成一整套有效考核压缩机可靠性的试验标准或规范标准，对可靠性试验项目和技术要领进行描述。

1、耐久性试验。耐久性试验，即对压缩机进行长时间的连续运转或通断运转，以压缩机周围恶劣的环境温度、吸气压力、排气压力、各种转速运转时问的组合，试验时间为数于小时的试验，然后再对压缩机性能和噪声指标进行检测或解剖测试其运动部件的磨损情况，是汽车空调压缩机最重要的试验之一。由于耐久性试验是一种破坏性的试验，试验中被试压缩机的转速甚至高达8000r／min，因此具有一定的破坏性和危险性，对动力传动单元的安全防护措施要进行比较全面的考虑；而制冷系统设计的关键在于冷凝器和蒸发器的大小、形式的选择，应该是以操作方便，易于控制为出发点，而且工况建立的时间要短并且能长时间维持其稳定性。这一类试验台一般具备可以控制吸气和排气压力、吸气温度、压缩机转速及其环境温度的手段，同时具备温度、压力和压差等保护措施，其动力系统由电动机、变频调速器组成，电动机提供压缩机所需要的动力，通过离合器带动压缩机工作，变频调速器通过调频实现对电动机线性调速，从而改变压缩机的旋转速度，以适应检测不同转速下压缩机的耐久性参数的目的。试验台的模拟制冷循环系统可用于模拟各种工况下的制冷循环，蒸发器采用空气冷却型翅片式蒸发器，由蒸发器、蒸发风机、电加热器构成蒸发单元，冷凝器采用水冷壳管或套管式冷凝器，用冷却塔循环水平衡冷凝器热负荷，制冷剂液体节流通过手动或电子膨胀阀实现和控制。

2、耐振动试验。耐振动试验，一般是在专用的振动测试装置上进行台架试验，试验的目的是了解压缩机在台架状态下的振动特性，需要配用的主要试验仪器有：加速度计、声级计和数据采集监测仪等，依据压缩机的排量大小，分别规定振动频率、振动加速度和在各振动方向上的试验时间，选择制造厂规定的安装方式中最恶劣安装方式。试验过程中，分别记录压缩机方向的振动加速度以及压缩机辐射的噪声信号方向，试验完毕后进行名义工况制冷量、输人功率和噪声试验，将试验结果与耐振动性试验前测试的名义工况制冷量、输人功率和噪声试验结果进行比较，从机械振动角度分析和评价产品的可靠性∽一。

汽车空调压缩机的振动问题包含压缩机本身结构的固有频率、压缩机运行时的动力学状况、安装状况、安装压缩机的支架以及发动机运行时所产生的振动，不同转速下振动的成因往往是以上几个因素的合成，只不过各自所占的比重不同，且所占的比重也是变化的。虽然产品耐振动性能也可以通过机械结构的有限元模态分析、动力学频谱分析等方法进行评估，但相比而言，通过试验手段可以避免虚拟建模过程中不可避免的偏差，使结果更为准确和合理。

汽车工业的快速增长给汽车空调压缩机带来了良好的市场前景，随着新材料、新工艺及微电子技术的进步，现有的各种车用空调压缩机将进一步向轻量化、高效节能及高运行可靠性方向发展，产品的可靠性将变得更加重要。

参考文献：

[1]田长青，窦春鹏，杨新江.汽车空调用变排量压缩机的调节特性[J].流体机械，2013（5）：2.

[2]张立军，靳晓雄，黄锁成.汽车空调压缩机引起的车内噪声试验研究[J].汽车工程，2012（5）：10.

[3]傅烈虎，李青冬，徐荣吉．汽车空调用压缩机变转速工况容积效率研究［J］．制冷学报，2012.13．