方捆打捆機連桿斷裂問題改進探討

周良田，王鳳娟，王強強，章大雙，季 愷

(中聯(lián)重機股份有限公司 ,安徽 蕪湖 241080)

1 引言

方捆打捆機作為農(nóng)業(yè)機械家族的一員，作業(yè)于農(nóng)場、草原、荒地等各種工況，是農(nóng)用機械中作業(yè)環(huán)境最為惡劣的種類之一[1，2]。惡劣的工況決定了打捆機較高的使用故障率，其中活塞部件故障率占據(jù)相當(dāng)重要的一席之地，故障率一直相對高于其他系統(tǒng)總成件。對打捆機具體市場故障表現(xiàn)來說，主要表現(xiàn)在活塞卡滯、活塞連桿斷裂等方面[3，4]。

本文重點從活塞運動軌跡和異常阻力來源、部件材質(zhì)的影響方面對上述故障的影響進行探討。通過對活塞部件材質(zhì)的種類，運動過程中異常受力來源進行研究，結(jié)合打捆機活塞的使用現(xiàn)狀等方面，對打捆機活塞故障的影響進行分析研究，采用對比試驗的方法驗證，驗證方案實施的可行性。

2 打捆機活塞部件問題的種類及來源

粉碎型打捆機是公司新研發(fā)的打捆機產(chǎn)品，也是中國市場獨創(chuàng)的一類新型打捆機。國外沒有該類產(chǎn)品，因近幾年內(nèi)蒙草原干旱，牧草產(chǎn)量不足，不得不將玉米秸桿代替牧草作為牛、羊的主要飼料，從而催生了適用于玉米秸桿的粉碎型打捆機[5]。

原牧草方捆打捆機只是將割草機割斷的牧草撿拾、喂入到活塞腔體中，經(jīng)一系列動作，將牧草形成方形草捆，而粉碎型打捆機將撿拾器更換為粉碎器，將玉米秸桿打碎、喂入到活塞腔體中(由于增加了粉碎器粉碎，粉碎型打捆機適應(yīng)范圍更廣，適用于各種硬桿、未割倒的秸桿)，粉碎型打捆機工作強度進一步加大：玉米秸桿粉碎過程粉塵更大(活塞工作環(huán)境更惡劣)、玉米秸桿強度更高而活塞運行阻力更大。

2016年共計投放市場12臺，進行小批量市場試銷驗證，以驗證產(chǎn)品的可靠性和農(nóng)藝適應(yīng)性。在市場服務(wù)人員跟蹤過程中，發(fā)現(xiàn)9臺該型號打捆機發(fā)生過連桿斷裂故障，共計維修更換連桿10次，故障率高達75%，各項損失達到5.3萬元人民幣。該故障導(dǎo)致田間作業(yè)停滯，引起用戶的強烈意見，嚴(yán)重影響公司的聲譽及品牌形象，為此項目小組運用科學(xué)的質(zhì)量改進工具和方法，問題主要從人、機、料、法、環(huán)、測六大方面進行綜合分析，確定了可能導(dǎo)致連桿斷裂問題發(fā)生的原因，然后對原因進行驗證確認(rèn)，最終找到主要原因[6]。

2.1 故障現(xiàn)象確認(rèn)

經(jīng)對9臺故障打捆機進行專項勘察，發(fā)現(xiàn)問題點主要集中在兩點：一是連桿斷，二是活塞軸承損壞。

2.2 要因分析

2.2.1 要因分析一

在粉碎型打捆機高粉塵作業(yè)條件下，普通密封閉軸承滾道進入灰塵，導(dǎo)致軸承卡滯、損壞，從而活塞運行不暢、阻力增加，導(dǎo)致連桿斷裂。

建議：打捆作業(yè)環(huán)境塵土多，適應(yīng)這種環(huán)境需重新選型密封性好的防塵軸承(圖1)。

軸承選用高防塵密封軸承，外側(cè)兩道密封(靜密封壓蓋+動密封防塵)、內(nèi)側(cè)也是兩道密封(一道迷宮式防塵+動密封防塵)，即使在高粉塵環(huán)境作業(yè)，也可確保軸承鋼珠時刻在無粉塵的小環(huán)境下有效作業(yè)(圖1)。

圖1 改進前后軸承對比

2.2.2 要因分析二

活塞連桿強度不足，不能滿足粉碎型打捆機。

連桿發(fā)生斷裂，一是結(jié)構(gòu)改進，二是材料強度達不到要求。

從結(jié)構(gòu)上分析，活塞運行方式設(shè)計為單支撐結(jié)構(gòu)，運行時受力不穩(wěn)定，但受機架本身空間所限制，只能采用現(xiàn)結(jié)構(gòu)，因此，增加強度是改進方向。

1.2.2 短路故障 電力系統(tǒng)線路三相短路故障是電力系統(tǒng)最危險的故障類型，占總故障的5%~10%．利用Rotary Switch模塊與Timed Fault Logic模塊可搭建設(shè)置多種類型線路故障并控制故障時間．本文故障的起始時間和切除時間分別為2.0 s和2.2 s．

對于材料強度，首先對連桿材質(zhì)進行了檢測分析，檢測結(jié)果顯示材料均為Q235A，抗拉強度為370～500 MPa，符合圖紙要求。考慮到前期設(shè)計時計算的工作載荷無法滿足實際的需要(實際田間作業(yè)工況復(fù)雜、惡劣)，連桿材料強度不足，所以將連桿材料升級為Q345B，該牌號鋼材抗拉強度為470～630 MPa。

2.2.3 要因分析三

在高含水率秸桿環(huán)境下作業(yè)，粘濕的秸桿粘附在活塞上，導(dǎo)致活塞往復(fù)運行受到異常阻力，導(dǎo)致連桿斷裂。

經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)其中2臺打捆機在軸承沒有損壞的情況下，連桿也出現(xiàn)了斷裂，通過技術(shù)人員連續(xù)夜間跟蹤服務(wù)、仔細觀察發(fā)現(xiàn)，由于夜間露水導(dǎo)致秸桿潮濕，粘濕的秸桿粘附在活塞滾道上、活塞行程內(nèi)，活塞無法正常往復(fù)運動，導(dǎo)致活塞運行受阻，從而導(dǎo)致連桿異常受力斷裂。

對策一：在使用說明書中，增加打捆作業(yè)時秸桿含水率的要求，并對用戶進行培訓(xùn)；對策二：在活塞運行軌道上，增加刮板，活塞往復(fù)運行過程中，自行將粘附在軌道上的濕草刮掉(圖2)。

圖2 工作機構(gòu)示意

2.3 要因的試驗驗證、確認(rèn)

更換防塵軸承后試裝一臺并在廠內(nèi)做打捆試驗，未發(fā)現(xiàn)有進灰、磨損現(xiàn)象，所以軸承選配為主要原因之一。

用Q345B鋼材制作了一件連桿樣件，試裝一臺并在廠內(nèi)做打捆試驗，未發(fā)現(xiàn)有斷裂現(xiàn)象，因此，可以確認(rèn)連桿材料是主要原因之一。

秸稈打捆試驗中，觀察不同含水率的秸稈是否造成活塞堵塞，通過不同含水率秸稈打草試驗對比，含水率較高的秸桿易粘附在活塞上，通過增加刮板，使活塞運行通暢。

2016年11月份，投放Q345B連桿、防塵軸承到市場更換，并增加刮板，所有12臺連續(xù)打捆作業(yè)平均3萬捆以上，均未再出現(xiàn)活塞連桿斷裂現(xiàn)象。

3 結(jié)語

3.1 有形效益

自2016年11月至2017年4月，調(diào)研打捆機65臺，按改進前的故障率75%算，將有49臺存在故障，假定每臺車服務(wù)里程180 Km，服務(wù)工時為16 h，結(jié)合服務(wù)維修服務(wù)成本(30元/h，2.5元/km)，本次活動經(jīng)濟效益為(尚未計算因減少停工而減少的打捆機農(nóng)民的誤工損失)：

節(jié)約里程成本=單臺里程成本×單臺里程×臺數(shù)

= 2.5元/km × 180 km/臺× 49臺=22050元；

節(jié)約工時成本=單臺工時成本×單臺工時×臺數(shù)

= 30元/h× 16h /臺× 49臺=23520元；

總節(jié)約成本=節(jié)約里程成本+節(jié)約工時成本

=22050元+23520元=45570元。

3.2 無形效益

3.2.1 推廣意義

本次研究成果和經(jīng)驗可用于打捆機產(chǎn)品的質(zhì)量改進，同時，也是對科學(xué)的改進方法和質(zhì)量工具運用與學(xué)習(xí)的一個很好的案例。其他產(chǎn)品在改進質(zhì)量問題時也可利用頭腦風(fēng)爆法，從人、機、料、法、環(huán)、測六方面綜合考慮，找到根本原因，針對性地采取措施改進。

3.2.2 能力提升

通過本次分析改進，無論是員工的質(zhì)量意識，改進意識及團隊協(xié)作精神，還是員工發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，都有很大的提升，并已在公司內(nèi)部形成了全員參與質(zhì)量改進良好氛圍。