張亞萍 

摘 要：某型號玉米籽粒聯(lián)合收獲機的風篩中間軸在作業(yè)過程中多次出現(xiàn)斷軸故障，致使收獲機不能進行正常生產(chǎn)作業(yè)。通過對該機作業(yè)過程的維護保養(yǎng)、操作環(huán)節(jié)的深入調(diào)查以及相關零部件設計結構的深入分析找出了該收獲機風篩中間軸的斷軸原因，改進后機器運行良好。 
關鍵詞：風篩中間軸；故障；分析；改進
0　引言
自走式玉米籽粒聯(lián)合收獲機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，減少勞動強度，降低收獲成本，提高作業(yè)效率。但是，由于個別機型中存在著零部件結構設計的問題，使機器在作業(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。合理的零部件結構設計，是確保玉米籽粒收獲機作業(yè)過程中運行穩(wěn)定、工作可靠、低故障率的前提和關鍵，需要農(nóng)機裝備的設計和生產(chǎn)者加以重視。
1　故障現(xiàn)象
某農(nóng)戶購置了一臺4YZ-6型玉米籽粒聯(lián)合收獲機，在進行玉米收獲生產(chǎn)作業(yè)過程中，頻繁出現(xiàn)風篩中間軸斷軸現(xiàn)象，雖經(jīng)企業(yè)售后人員多次到現(xiàn)場服務均未得到有效解決，致使玉米籽粒收獲機不能正常作業(yè)而停機。經(jīng)了解，用戶在該玉米籽粒收獲機的使用過程中，嚴格執(zhí)行產(chǎn)品出廠使用說明書的規(guī)定，對機器進行操作和進行維護保養(yǎng)，并存有每次維護保養(yǎng)記錄，基本可以排除機器因使用保養(yǎng)不當造成故障的因素。
2　原因分析
2.1 風篩中間軸外側支撐點選擇不合理
該機風篩中間軸的安裝狀況及斷裂軸局部結構，如圖1、圖2所示。從圖中可以看到，該機風篩中間軸有兩道支撐，內(nèi)側的支撐是通過一剛度較好的支架支撐在整機的底盤機架上（見圖1），支撐較好；但外側的軸承座支撐點設計存在缺陷（見圖2）。首先，外側軸承座的受力點設計在了強度和剛度很弱的提升機的外殼體上，而不是整機的機架上，雖然提升機殼體外壁的受力點處打了一個加強補丁，但壁厚1.5 mm左右的提升機外殼體強度和剛度很低，不足以對該軸徑向力實現(xiàn)有效支撐；其次，外側軸承座支架也是一薄板件，并與提升機外殼上的支點用兩個M8螺栓固定，這樣的設計更增加了外側支座的柔性。由于該軸外側皮帶輪處受力點距離內(nèi)側支撐較好的軸承支座較遠（大約320 mm，見圖2），外側軸承座又沒有得到有效的支撐，使該軸形成懸臂軸，當整機作業(yè)時由于外側軸承支座不能有效支撐，會使該軸靠近內(nèi)側軸承支座處承受很大的彎扭交變載荷，這種情況會嚴重影響風篩中間軸的使用壽命，增加斷軸幾率。

圖1 風篩中間軸內(nèi)側支撐狀況

圖2 風篩中間軸局部結構圖

2.2 風篩中間軸的機械性能不能滿足使用要求
經(jīng)查該軸的技術文件顯示，該軸選用的是45號冷拔圓鋼，且裝機狀態(tài)仍然是冷拔毛料狀態(tài)，沒有進行調(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)應力，其機械性能與進行調(diào)質(zhì)處理后的機械性能相比下降很多，當加載彎扭交變載荷后容易產(chǎn)生應力集中而斷軸。
2.3 風篩中間軸與其上裝配的軸承之間的機械配合選擇不合理
經(jīng)分解該軸及查看該軸的技術文件顯示，該軸為外徑統(tǒng)一尺寸的無臺階光軸，其外徑尺寸公差選的是IT9級（35-0.062+0），說明該軸與軸上的兩個軸承內(nèi)環(huán)之間的配合尺寸也是IT9級（35-0.062+0），這樣的配合明顯違背機械設計原則，按著機械設計原則，與軸承的配合應選擇過盈或過度配合，相配合的公差帶一般應選擇IT5～IT7級，而涉案風篩中間軸選擇了IT9級，當該機的風篩中間軸外徑尺寸處于下偏差區(qū)間時，風篩中間軸與軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑的配合屬于間隙配合，會形成轉(zhuǎn)套，即軸承的內(nèi)環(huán)內(nèi)徑與風篩中間軸外徑產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，在加載的情況下，長時間相對轉(zhuǎn)動摩擦會造成風機軸及軸承發(fā)熱、退火，甚至咬死斷軸。這種風機軸與軸承的間隙配合的設計還使外側本就支撐剛度欠缺的零件軸運轉(zhuǎn)過程中受力更加復雜，更加劇了斷軸的風險。
3　改進方案
綜上所述，該型號玉米籽粒聯(lián)合收獲機的風篩中間軸，在作業(yè)過程中多次出現(xiàn)斷軸故障，主要是局部結構設計不合理，一是該軸的外部支撐剛度和強度不足，支點選擇有誤，使外部軸承受力沒有得到有效支撐;二是該軸材料沒有進行必要的熱處理，其機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。針對上述分析對該軸做如下改進： 
（1）重新設計該軸的外部支撐，使該軸的外部支撐點與該機整機機架相連，使該軸的外部支撐端的受力直接作用在剛度良好的整機機架上，從而使該軸在作業(yè)過程中運行狀態(tài)穩(wěn)定。
（2）提高該軸的選材牌號或?qū)υ撦S進行調(diào)質(zhì)處理，提高對該軸的熱處理技術要求，從而提高零件的機械性能滿足使用要求。 
（3）合理選擇軸與軸承之間的配合，針對本機的實際情況軸與軸承之間的配合選擇IT6級，是該軸在運行期間配合穩(wěn)定。 
4　結論
該玉米籽粒收獲機風篩中間軸多次出現(xiàn)斷軸事故的原因，是存在局部結構設計問題，經(jīng)上述改進后作業(yè)運行良好。 

 來源：《農(nóng)機使用與維修》2020年03期