玉米籽粒收獲機(jī)風(fēng)篩中間軸斷軸故障分析及改進(jìn)方法

張亞萍

摘 要：某型號(hào)玉米籽粒聯(lián)合收獲機(jī)的風(fēng)篩中間軸在作業(yè)過程中多次出現(xiàn)斷軸故障，致使收獲機(jī)不能進(jìn)行正常生產(chǎn)作業(yè)。通過對(duì)該機(jī)作業(yè)過程的維護(hù)保養(yǎng)、操作環(huán)節(jié)的深入調(diào)查以及相關(guān)零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的深入分析找出了該收獲機(jī)風(fēng)篩中間軸的斷軸原因，改進(jìn)后機(jī)器運(yùn)行良好。

關(guān)鍵詞：風(fēng)篩中間軸;故障;分析;改進(jìn)

中圖分類號(hào)：S225.51 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.03.079

0 引言

自走式玉米籽粒聯(lián)合收獲機(jī)能一次完成玉米收割、拉莖摘穗、輸送、脫粒、清選、凈籽、卸糧等環(huán)節(jié)，大大地縮短了玉米的收獲周期，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低收獲成本，提高作業(yè)效率。但是，由于個(gè)別機(jī)型中存在著零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，使機(jī)器在作業(yè)過程中頻繁出現(xiàn)故障，不能正常工作，給用戶造成很大的損失。合理的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是確保玉米籽粒收獲機(jī)作業(yè)過程中運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠、低故障率的前提和關(guān)鍵，需要農(nóng)機(jī)裝備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)者加以重視。

1 故障現(xiàn)象

某農(nóng)戶購置了一臺(tái)4YZ-6型玉米籽粒聯(lián)合收獲機(jī)，在進(jìn)行玉米收獲生產(chǎn)作業(yè)過程中，頻繁出現(xiàn)風(fēng)篩中間軸斷軸現(xiàn)象，雖經(jīng)企業(yè)售后人員多次到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)均未得到有效解決，致使玉米籽粒收獲機(jī)不能正常作業(yè)而停機(jī)。經(jīng)了解，用戶在該玉米籽粒收獲機(jī)的使用過程中，嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)品出廠使用說明書的規(guī)定，對(duì)機(jī)器進(jìn)行操作和進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并存有每次維護(hù)保養(yǎng)記錄，基本可以排除機(jī)器因使用保養(yǎng)不當(dāng)造成故障的因素。

2 原因分析

2.1 風(fēng)篩中間軸外側(cè)支撐點(diǎn)選擇不合理

該機(jī)風(fēng)篩中間軸的安裝狀況及斷裂軸局部結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示。從圖中可以看到，該機(jī)風(fēng)篩中間軸有兩道支撐，內(nèi)側(cè)的支撐是通過一剛度較好的支架支撐在整機(jī)的底盤機(jī)架上（見圖1），支撐較好;但外側(cè)的軸承座支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)存在缺陷（見圖2）。首先，外側(cè)軸承座的受力點(diǎn)設(shè)計(jì)在了強(qiáng)度和剛度很弱的提升機(jī)的外殼體上，而不是整機(jī)的機(jī)架上，雖然提升機(jī)殼體外壁的受力點(diǎn)處打了一個(gè)加強(qiáng)補(bǔ)丁，但壁厚1.5 mm左右的提升機(jī)外殼體強(qiáng)度和剛度很低，不足以對(duì)該軸徑向力實(shí)現(xiàn)有效支撐;其次，外側(cè)軸承座支架也是一薄板件，并與提升機(jī)外殼上的支點(diǎn)用兩個(gè)M8螺栓固定，這樣的設(shè)計(jì)更增加了外側(cè)支座的柔性。由于該軸外側(cè)皮帶輪處受力點(diǎn)距離內(nèi)側(cè)支撐較好的軸承支座較遠(yuǎn)（大約320 mm，見圖2），外側(cè)軸承座又沒有得到有效的支撐，使該軸形成懸臂軸，當(dāng)整機(jī)作業(yè)時(shí)由于外側(cè)軸承支座不能有效支撐，會(huì)使該軸靠近內(nèi)側(cè)軸承支座處承受很大的彎扭交變載荷，這種情況會(huì)嚴(yán)重影響風(fēng)篩中間軸的使用壽命，增加斷軸幾率。

2.2 風(fēng)篩中間軸的機(jī)械性能不能滿足使用要求

經(jīng)查該軸的技術(shù)文件顯示，該軸選用的是45號(hào)冷拔圓鋼，且裝機(jī)狀態(tài)仍然是冷拔毛料狀態(tài)，沒有進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的冷拔料內(nèi)部組織存在較大的內(nèi)應(yīng)力，其機(jī)械性能與進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后的機(jī)械性能相比下降很多，當(dāng)加載彎扭交變載荷后容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而斷軸。

2.3 風(fēng)篩中間軸與其上裝配的軸承之間的機(jī)械配合選擇不合理

經(jīng)分解該軸及查看該軸的技術(shù)文件顯示，該軸為外徑統(tǒng)一尺寸的無臺(tái)階光軸，其外徑尺寸公差選的是IT9級(jí)（35-0.062+0），說明該軸與軸上的兩個(gè)軸承內(nèi)環(huán)之間的配合尺寸也是IT9級(jí)（35-0.062+0），這樣的配合明顯違背機(jī)械設(shè)計(jì)原則，按著機(jī)械設(shè)計(jì)原則，與軸承的配合應(yīng)選擇過盈或過度配合，相配合的公差帶一般應(yīng)選擇IT5～I(xiàn)T7級(jí)，而涉案風(fēng)篩中間軸選擇了IT9級(jí)，當(dāng)該機(jī)的風(fēng)篩中間軸外徑尺寸處于下偏差區(qū)間時(shí)，風(fēng)篩中間軸與軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑的配合屬于間隙配合，會(huì)形成轉(zhuǎn)套，即軸承的內(nèi)環(huán)內(nèi)徑與風(fēng)篩中間軸外徑產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在加載的情況下，長時(shí)間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦?xí)斐娠L(fēng)機(jī)軸及軸承發(fā)熱、退火，甚至咬死斷軸。這種風(fēng)機(jī)軸與軸承的間隙配合的設(shè)計(jì)還使外側(cè)本就支撐剛度欠缺的零件軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受力更加復(fù)雜，更加劇了斷軸的風(fēng)險(xiǎn)。

3 改進(jìn)方案

綜上所述，該型號(hào)玉米籽粒聯(lián)合收獲機(jī)的風(fēng)篩中間軸，在作業(yè)過程中多次出現(xiàn)斷軸故障，主要是局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，一是該軸的外部支撐剛度和強(qiáng)度不足，支點(diǎn)選擇有誤，使外部軸承受力沒有得到有效支撐;二是該軸材料沒有進(jìn)行必要的熱處理，其機(jī)械性能不能滿足零件的使用要求;三是該軸的外表面與軸承的配合選擇不合理。針對(duì)上述分析對(duì)該軸做如下改進(jìn)：

（1）重新設(shè)計(jì)該軸的外部支撐，使該軸的外部支撐點(diǎn)與該機(jī)整機(jī)機(jī)架相連，使該軸的外部支撐端的受力直接作用在剛度良好的整機(jī)機(jī)架上，從而使該軸在作業(yè)過程中運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

（2）提高該軸的選材牌號(hào)或?qū)υ撦S進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，提高對(duì)該軸的熱處理技術(shù)要求，從而提高零件的機(jī)械性能滿足使用要求。

（3）合理選擇軸與軸承之間的配合，針對(duì)本機(jī)的實(shí)際情況軸與軸承之間的配合選擇IT6級(jí)，是該軸在運(yùn)行期間配合穩(wěn)定。

4 結(jié)論

該玉米籽粒收獲機(jī)風(fēng)篩中間軸多次出現(xiàn)斷軸事故的原因，是存在局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，經(jīng)上述改進(jìn)后作業(yè)運(yùn)行良好。