方捆打捆机连杆断裂问题改进探讨

周良田，王凤娟，王强强，章大双，季 恺

(中联重机股份有限公司 ,安徽 芜湖 241080)

1 引言

方捆打捆机作为农业机械家族的一员，作业于农场、草原、荒地等各种工况，是农用机械中作业环境最为恶劣的种类之一[1，2]。恶劣的工况决定了打捆机较高的使用故障率，其中活塞部件故障率占据相当重要的一席之地，故障率一直相对高于其他系统总成件。对打捆机具体市场故障表现来说，主要表现在活塞卡滞、活塞连杆断裂等方面[3，4]。

本文重点从活塞运动轨迹和异常阻力来源、部件材质的影响方面对上述故障的影响进行探讨。通过对活塞部件材质的种类，运动过程中异常受力来源进行研究，结合打捆机活塞的使用现状等方面，对打捆机活塞故障的影响进行分析研究，采用对比试验的方法验证，验证方案实施的可行性。

2 打捆机活塞部件问题的种类及来源

粉碎型打捆机是公司新研发的打捆机产品，也是中国市场独创的一类新型打捆机。国外没有该类产品，因近几年内蒙草原干旱，牧草产量不足，不得不将玉米秸杆代替牧草作为牛、羊的主要饲料，从而催生了适用于玉米秸杆的粉碎型打捆机[5]。

原牧草方捆打捆机只是将割草机割断的牧草捡拾、喂入到活塞腔体中，经一系列动作，将牧草形成方形草捆，而粉碎型打捆机将捡拾器更换为粉碎器，将玉米秸杆打碎、喂入到活塞腔体中(由于增加了粉碎器粉碎，粉碎型打捆机适应范围更广，适用于各种硬杆、未割倒的秸杆)，粉碎型打捆机工作强度进一步加大：玉米秸杆粉碎过程粉尘更大(活塞工作环境更恶劣)、玉米秸杆强度更高而活塞运行阻力更大。

2016年共计投放市场12台，进行小批量市场试销验证，以验证产品的可靠性和农艺适应性。在市场服务人员跟踪过程中，发现9台该型号打捆机发生过连杆断裂故障，共计维修更换连杆10次，故障率高达75%，各项损失达到5.3万元人民币。该故障导致田间作业停滞，引起用户的强烈意见，严重影响公司的声誉及品牌形象，为此项目小组运用科学的质量改进工具和方法，问题主要从人、机、料、法、环、测六大方面进行综合分析，确定了可能导致连杆断裂问题发生的原因，然后对原因进行验证确认，最终找到主要原因[6]。

2.1 故障现象确认

经对9台故障打捆机进行专项勘察，发现问题点主要集中在两点：一是连杆断，二是活塞轴承损坏。

2.2 要因分析

2.2.1 要因分析一

在粉碎型打捆机高粉尘作业条件下，普通密封闭轴承滚道进入灰尘，导致轴承卡滞、损坏，从而活塞运行不畅、阻力增加，导致连杆断裂。

建议：打捆作业环境尘土多，适应这种环境需重新选型密封性好的防尘轴承(图1)。

轴承选用高防尘密封轴承，外侧两道密封(静密封压盖+动密封防尘)、内侧也是两道密封(一道迷宫式防尘+动密封防尘)，即使在高粉尘环境作业，也可确保轴承钢珠时刻在无粉尘的小环境下有效作业(图1)。

图1 改进前后轴承对比

2.2.2 要因分析二

活塞连杆强度不足，不能满足粉碎型打捆机。

连杆发生断裂，一是结构改进，二是材料强度达不到要求。

从结构上分析，活塞运行方式设计为单支撑结构，运行时受力不稳定，但受机架本身空间所限制，只能采用现结构，因此，增加强度是改进方向。

1.2.2 短路故障 电力系统线路三相短路故障是电力系统最危险的故障类型，占总故障的5%~10%．利用Rotary Switch模块与Timed Fault Logic模块可搭建设置多种类型线路故障并控制故障时间．本文故障的起始时间和切除时间分别为2.0 s和2.2 s．

对于材料强度，首先对连杆材质进行了检测分析，检测结果显示材料均为Q235A，抗拉强度为370～500 MPa，符合图纸要求。考虑到前期设计时计算的工作载荷无法满足实际的需要(实际田间作业工况复杂、恶劣)，连杆材料强度不足，所以将连杆材料升级为Q345B，该牌号钢材抗拉强度为470～630 MPa。

2.2.3 要因分析三

在高含水率秸杆环境下作业，粘湿的秸杆粘附在活塞上，导致活塞往复运行受到异常阻力，导致连杆断裂。

经分析，发现其中2台打捆机在轴承没有损坏的情况下，连杆也出现了断裂，通过技术人员连续夜间跟踪服务、仔细观察发现，由于夜间露水导致秸杆潮湿，粘湿的秸杆粘附在活塞滚道上、活塞行程内，活塞无法正常往复运动，导致活塞运行受阻，从而导致连杆异常受力断裂。

对策一：在使用说明书中，增加打捆作业时秸杆含水率的要求，并对用户进行培训；对策二：在活塞运行轨道上，增加刮板，活塞往复运行过程中，自行将粘附在轨道上的湿草刮掉(图2)。

图2 工作机构示意

2.3 要因的试验验证、确认

更换防尘轴承后试装一台并在厂内做打捆试验，未发现有进灰、磨损现象，所以轴承选配为主要原因之一。

用Q345B钢材制作了一件连杆样件，试装一台并在厂内做打捆试验，未发现有断裂现象，因此，可以确认连杆材料是主要原因之一。

秸秆打捆试验中，观察不同含水率的秸秆是否造成活塞堵塞，通过不同含水率秸秆打草试验对比，含水率较高的秸杆易粘附在活塞上，通过增加刮板，使活塞运行通畅。

2016年11月份，投放Q345B连杆、防尘轴承到市场更换，并增加刮板，所有12台连续打捆作业平均3万捆以上，均未再出现活塞连杆断裂现象。

3 结语

3.1 有形效益

自2016年11月至2017年4月，调研打捆机65台，按改进前的故障率75%算，将有49台存在故障，假定每台车服务里程180 Km，服务工时为16 h，结合服务维修服务成本(30元/h，2.5元/km)，本次活动经济效益为(尚未计算因减少停工而减少的打捆机农民的误工损失)：

节约里程成本=单台里程成本×单台里程×台数

= 2.5元/km × 180 km/台× 49台=22050元；

节约工时成本=单台工时成本×单台工时×台数

= 30元/h× 16h /台× 49台=23520元；

总节约成本=节约里程成本+节约工时成本

=22050元+23520元=45570元。

3.2 无形效益

3.2.1 推广意义

本次研究成果和经验可用于打捆机产品的质量改进，同时，也是对科学的改进方法和质量工具运用与学习的一个很好的案例。其他产品在改进质量问题时也可利用头脑风爆法，从人、机、料、法、环、测六方面综合考虑，找到根本原因，针对性地采取措施改进。

3.2.2 能力提升

通过本次分析改进，无论是员工的质量意识，改进意识及团队协作精神，还是员工发现问题、分析问题、解决问题的能力，都有很大的提升，并已在公司内部形成了全员参与质量改进良好氛围。