蔣 拓，蔣玲麗，高名乾

（1.柳州柳工液壓件有限公司，廣西 柳州 545007；2.廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

食糖是我國四大重要農(nóng)產(chǎn)品和三大經(jīng)濟作物之一，是關(guān)系到國計民生和國家經(jīng)濟安全的重要戰(zhàn)略物資。糖業(yè)是廣西的支柱產(chǎn)業(yè)。自2015年以來，廣西食糖產(chǎn)量連續(xù)15年占全國總產(chǎn)量的60%左右。雖然廣西是全國最大的糖料蔗種植區(qū)，但甘蔗種植收獲的機械化程度低，甘蔗生產(chǎn)多靠人工完成，尤其是收獲環(huán)節(jié)，機械化率僅為4%。相較澳大利亞的種植和收割的100%機械化差距非常大。

國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部等國家部委多次召開專題會議，研究部署全國甘蔗生產(chǎn)機械化等工作，印發(fā)《推進廣西甘蔗生產(chǎn)全程機械化行動方案（2017-2020年）》，把廣西甘蔗生產(chǎn)全程機械化問題納入國家層面部署規(guī)劃。

廣西柳工農(nóng)業(yè)機械股份有限公司響應(yīng)國家部署，開發(fā)了甘蔗收獲機。其中，針對廣西特有的地貌形態(tài)開發(fā)了一款180馬力的甘蔗收獲機，其核心液壓元件——油缸均使用我公司產(chǎn)品，該產(chǎn)品受力最復(fù)雜的就是前輪油缸，因為其既與甘蔗收獲機割臺高度的調(diào)整相關(guān)，又與甘蔗收獲機的轉(zhuǎn)向相關(guān)。

在甘蔗機前輪油缸開發(fā)初期，曾經(jīng)發(fā)生過這樣的故障：在甘蔗收獲機工作一段時間后，甘蔗收獲機的割臺高度無法正常調(diào)整。經(jīng)聯(lián)系服務(wù)人員進行分析查看，發(fā)現(xiàn)是前輪油缸失效導致割臺高度無法調(diào)整。服務(wù)人員在將故障前輪油缸從甘蔗收獲機上拆卸時發(fā)現(xiàn)，前輪油缸的活塞桿可以從缸筒中完全拔出。將活塞桿拔出后，本應(yīng)裝配在活塞桿上的尼龍鎖緊螺母以及活塞均從活塞桿上脫落了，從而確認了前輪油缸的失效是由于活塞與活塞桿脫落引起的。

1 甘蔗收獲機前輪油缸結(jié)構(gòu)及其工作原理

廣西種植甘蔗的地形是坡地居多，甘蔗收獲機在收割甘蔗時需要調(diào)整割臺高度以確保收割的甘蔗高度合適；同時甘蔗種植地塊較小，甘蔗收獲機在收割時也需要時常調(diào)整收割方向。在甘蔗收割時經(jīng)常會出現(xiàn)調(diào)整割臺高度的同時調(diào)整轉(zhuǎn)向的工作情況。這種工況下對甘蔗收獲機的前輪油缸的要求要比普通的液壓油缸要求高。因為作為甘蔗收獲機的核心液壓元件之一，前輪油缸在甘蔗收獲機調(diào)整割臺高度和轉(zhuǎn)向的工況下，既要承受甘蔗收獲機的重量，又要承受整車的轉(zhuǎn)向力。

前輪油缸安裝位置如圖1所示，油缸上方的活塞桿桿頭與車架連接，當油缸做直線往復(fù)運動時，活塞桿伸縮的過程便使車架實現(xiàn)高度的變化。油缸下方的銷軸與輪轂相連接，油缸的異形板與轉(zhuǎn)向油缸相連接，當前輪油缸受到轉(zhuǎn)向力時，便由銷軸帶動兩輪胎實現(xiàn)甘蔗收獲機轉(zhuǎn)向的功能。

圖1 油缸在整機上的安裝位置

2 原因分析

前輪油缸是直線往復(fù)運動油缸，油缸中活塞與活塞桿依靠尼龍鎖緊螺母連接鎖緊[1，2]，如圖2所示。當甘蔗收獲機僅調(diào)整隔臺高度時，前輪油缸只需承受整機重力做直線往復(fù)運動即可，根據(jù)甘蔗收獲機的整機要求測算，前輪油缸是完全能夠滿足要求的。但是，由于甘蔗收獲機經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)整隔套高度的同時調(diào)整轉(zhuǎn)向的工作情況。在該工況下，油缸的活塞桿固定不動，缸筒與活塞桿相對旋轉(zhuǎn)時，缸筒旋轉(zhuǎn)的力通過活塞上的導向環(huán)傳遞給活塞，使活塞獲得一個扭矩，從而使活塞與尼龍鎖緊螺母存在相對轉(zhuǎn)動的趨勢。當活塞受到的扭矩比尼龍鎖緊螺母螺紋連接緊固的力大時，尼龍鎖緊螺母的螺紋連接會松動，久而久之就會松脫?；钊c活塞桿變會失去螺紋連接鎖緊的力，活塞從活塞桿中脫出，導致油缸失效不能進行作業(yè)。如圖3所示。

圖2 未失效的活塞、尼龍鎖緊螺母與活塞桿的狀態(tài)

圖3 失效的活塞、尼龍鎖緊螺母與活塞桿的狀態(tài)

3 改進措施

（1）取消活塞與活塞桿的尼龍鎖緊螺母連接，更換成鎖緊螺母連接，并在活塞與活塞桿連接的鎖緊螺母中增加一個卡環(huán)防止螺紋松動，該卡環(huán)是G形鋼絲卡環(huán)，直徑φ2.5 mm。卡環(huán)的一端從鎖緊螺母中穿過插入活塞桿中，如圖4所示。增加G形卡環(huán)的措施使活塞與活塞桿螺紋連接的防松效果更好。將增加G形卡環(huán)的前輪油缸裝在甘蔗收獲機中進行裝機測試，前輪油缸發(fā)生活塞脫落的幾率變小了，即使發(fā)生了活塞脫落，甘蔗收獲機的工作時間也延長至原來的2倍工作時間。這種改進措施雖然有效，但并不能完全解決活塞脫落的故障，還需要制定其他的措施[3]。

圖4 G形卡環(huán)裝配后示意

（2）前輪油缸工作過程中，由于活塞桿是固定的，若在油缸整個工作過程中將活塞與活塞桿的相對位置保持固定不變，活塞便不會從活塞桿中脫落，造成油缸失效。根據(jù)這一想法，在活塞與活塞桿連接部位增加一個平鍵連接，如圖5所示。通過該平鍵，活塞與活塞桿就連接成一體。此時，活塞要想從活塞桿中脫落，必須克服鎖緊螺母的螺紋連接力及G形卡環(huán)的力，并破壞掉活塞與活塞桿之間的平鍵[4]。

圖5 G形卡環(huán)+平鍵裝配后示意

（3）當甘蔗收獲機在割臺高度為最高時進行轉(zhuǎn)向，也就是前輪油缸活塞桿行程完全使用時進行轉(zhuǎn)向的工況。前輪油缸的導向套與活塞的端面是接觸的，同時導向套隨著缸筒的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動，這時，活塞仍可受到來自缸筒的轉(zhuǎn)向扭矩。雖然有了上述2點的改進措施，活塞不至于從活塞桿中脫落，但是導向套與活塞接觸的端面會因缸筒的旋轉(zhuǎn)而導致磨損，磨損產(chǎn)生的鐵粉會污染油缸中的油液，從而造成油液清潔度差引起油缸失效，甚至整個液壓系統(tǒng)的失效。為避免此種情況發(fā)生，在油缸的活塞與導向套之間增加一個平面軸承，使缸筒的旋轉(zhuǎn)扭矩不能通過導向套傳遞給活塞，避免導向套與活塞的直接接觸，從而將活塞與導向套端面磨損的風險降低為零[5]。

4 改進效果

改進后的前輪油缸裝到甘蔗收獲機上進行產(chǎn)品驗證，經(jīng)過小批的試驗，確認油缸的改進有效。小批驗證通過后，前輪油缸進行了大批量的改進，通過2個24 h工作不停機的榨季驗證，前輪油缸未再出現(xiàn)過任何一起故障反饋，該改進將前輪油缸的問題反饋率從20%降低至0%，具體見表1。

表1 甘蔗收獲機前輪油缸改進前后對比

5 結(jié)語

根據(jù)甘蔗收獲機的實際工況，對前輪油缸的活塞脫落故障進行了詳細的分析以及優(yōu)化改進，改進后的前輪油缸問題反饋率從20%降低至0%，更是獲得操作者的一致好評。鑒于該油缸的改進效果優(yōu)異，將上述改進方案應(yīng)用到了其它機型的前輪油缸中，提高了甘蔗收獲機的產(chǎn)品競爭力。