尚文帅 ，许全全 ，刘天才 ，尚召华 ，刘俊宏

（青岛征和工业股份有限公司，山东 青岛 266000）

0 引言

农机用带附板滚子链条（以下简称农机链），广泛应用于农业行走机械上，其特点是链条上带有附件，通过在链条上安装二级附件，实现对谷物的输送功能，因此被联合收割机等农业行走机械所普遍采用。带有K 型附件的ZGS38 农机链条结构如图1 所示，由内链板1、外链板2、附件3、套筒4、销轴5、滚子6 等零件组成。内链板、套筒和滚子组装成内链节，销轴和外链板组成外链节，附件、套筒和滚子组装成附板链节，三者按一定顺序组装在一起，形成农机链条，其中套筒和销轴为铰链接触部件。

图1 链条结构

农机链条的工作环境十分恶劣，绝大多数是开式传动，不经常润滑或缺少润滑[1]。开式传动、环境恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，造成磨损失效，从而缩短链条使用寿命[2]，铰链磨损后的内链节和外链节如图2 所示。有时农业收获机终端用户因为链条磨损失效，而被迫中断作业等待维修，但由于收获作业所在地往往比较偏远，且道路以土路为主，交通不便，给机手造成了时间浪费，带来了很大的经济损失。因此，提高农机链的耐磨性能，具有非常重要的现实意义。

图2 磨损后的链节

农用行走机械传动滚子链，其常见的失效形式是磨损[3]。对于农机链来说，影响其磨损性能的关键零件是渗碳套筒和销轴[4]。套筒结构分为有缝套筒和无缝套筒两种，如图3 所示。目前国内绝大多数国产联合收割机中的农机链采用有缝套筒，但随着收割机喂入量逐年增大，使得工况愈加恶劣，其耐磨性能难以满足工况需求。本文通过对有缝套筒磨损机制分析、无缝冷挤套筒与有缝套筒性能对比、台架试验验证三方面进行研究，分析无缝冷挤套筒（以下简称无缝套筒）对于农机链耐磨性能的影响。

图3 套筒结构

1 有缝套筒磨损机制分析

1.1 磨损形貌

为了解磨损状况，找到一台国产小麦联合收割机，其使用的农机链为有缝套筒，已经作业350 h 左右（约一个收获季），因磨损失效无法继续使用，对其套筒、销轴零件进行拆解分析。

经过对整链的销轴与套筒进行拆解，发现如下：1）销轴外表面与套筒内表面均出现环形磨损痕迹，环形磨损面积大则磨损程度较为严重，反之则磨损程度较轻；2）从同一条链条上拆下的零件，不同销轴、套筒之间环形磨损面积大小不一。

针对磨损面积大小不一的现象，又进一步观察发现如下规律：1）凡是磨损较为严重的套筒，套筒接缝均位于环形磨损面内，如图4（c）所示，中间缝隙为接缝，与其配合使用的销轴也磨损较为严重，如图4（a）所示。2）凡是磨损较轻的套筒，接缝均不在环形磨损面内，如图4（d）所示，与其配合使用的销轴磨损较轻，如图4（b）所示。

图4 磨损后的销轴的套筒

1.2 磨损机制分析

对于同一链条不同零件磨损程度差异较大的现象，分析其原因在于：有缝套筒经卷制而成，存在接缝，其与内链板装配后，接缝位置随机排布，当链条转动时，如图5 所示，接缝一旦位于铰链摩擦副可转动角度α范围内，如图6 所示，销轴便会与套筒接缝发生接触，接缝进入销轴与套筒接触的一瞬间，便会产生振动和冲击，同时出现铰接触面积减少的现象。随着链条转动，铰接处便会产生小能量、低周期的循环冲击，加剧轴套之间的磨损，所以套筒接缝处磨损程度比较严重。

图5 链传动简化图

图6 A处放大视图

链条与链轮啮合实现传动功能。链节在进入和退出啮合时，相邻链节发生相对转动，即在铰链处的销轴和套筒间有相对转动，引起磨损[5]。轴套磨损引起链节节距变长，使滚子与链轮齿廓啮合接触面后移。因滚子与齿廓之间主要为滚动摩擦[6]，这会使链条与链轮的啮合状态恶化，加剧传动过程中的振动与冲击，加剧链条整体磨损。

2 有缝套筒与无缝套筒差异对比

无缝套筒采用的是冷挤压成型的方式[7]，不存在接缝。根据有缝套筒磨损机制可以推断，无缝套筒更有利于提高链条耐磨性能。

为了更充分验证接缝对于链条磨损的影响，排除其他因素干扰，分别对两种套筒进行检测。本次被测样本材质相同，均取自同一批次、设备和工艺加工的零件，对其内孔表面粗糙度、热处理后硬度、金相组织、渗碳层厚度等影响磨损的因素进行检测对比。

2.1 内孔表面粗糙度

零件表面粗糙会加剧链条磨损[8]。对两种套筒随机抽样各10 个，使用SJ-410 型粗糙度仪测量内孔表面粗糙度Ra（轮廓算术平均偏差），无缝套筒内孔表面粗糙度平均值比有缝套筒小0.038 μm，虽然无缝套筒略优，但差异不明显，如表1所示。

表1 粗糙度测量结果 单位：μm

2.2 热处理后硬度

材料表面的硬度是影响耐磨性能的主要因素[9]，套筒采用渗碳热处理加工方式。各随机取样10 件，使用维氏硬度计，以HV0.2 kg的试验力，对套筒表面和心部硬度进行测量，测得两种套筒硬度平均值基本接近，差异不大，如表2所示。

表2 维氏硬度测量结果

2.3 金相组织

使用金相显微镜放大500 倍后，套筒金相组织如图7 所示。两种套筒表层均为细针状回火马氏体+残余奥氏体（1 级）；心部均为较均匀的回火马氏体，二者金相组织基本一致，如图7所示。

图7 套筒金相组织

2.4 渗碳层厚度

使用金相显微镜，对两种套筒的渗碳层厚度进行检测，结果显示基本相同，如表3所示。

表3 渗碳层厚度 单位：mm

3 磨损试验验证

链条磨损性能的测试研究在国内已有一定的工作基础[10]。磨损历来是链条产品最敏感而又最易察觉到的技术指标之一[11]。链条磨损性能评价参数一般采用对链传动工作可靠性产生直接影响的磨损伸长率表示[1]。磨损伸长率越小，则表示链条耐磨性能越好，反之则表示链条耐磨性能越差。链条磨损伸长率ε计算公式如式（1）所示。

其中，L0为初始链长，L1为磨损后测得的链长[1]。

3.1 试验样链

选用型号为ZGS38 的农机滚子链，此种链条在国产小麦和玉米联合收割机上应用极为广泛，具有代表性。试验用链条为2 条（各62 节），分别安装有缝套筒和无缝套筒，套筒零件均为随机装配，两种套筒材质相同，且采用同一热处理工艺进行热处理。链条其余组成零件相同，均为同一批次生产零件。链条只在试验前进行一次预润滑，试验过程中不再进行润滑。链条主要结构参数如表4所示。

表4 ZGS38农机滚子链主要参数 单位：mm

3.2 试验工况参数

本次试验在封闭力流式试验台上进行，链条张紧边工作张力F=2.25 kN，主动和从动链轮齿数均为16，主动链轮转速为600 r/min，试验时间为240 h，试验过程中不进行润滑。

3.3 试验结果

利用LCC-2.5M 数显链长测量仪，在测量载荷为450 N 时，每间隔24 h 测量一次整链长度（不含连接链节），经过240 h 磨损对比试验后，两种链条的磨损伸长率如图8 所示，磨损后伸长量如表5 所示。

表5 链条磨损后伸长量 单位：mm

图8 链条磨损伸长率

从试验结果来看，以96 h 为节点，在此节点之前，两种链条耐磨伸长率是大致重合的，在此节点之后，两者的磨损伸长率差值开始加大，随着时间的增加，差值越来越大。试验终止时，安装有缝套筒的链条伸长率为1.329%，安装无缝套筒的链条伸长率为0.726%，磨损伸长率相差0.603%，磨损伸长量相差13.998 mm，后者的耐磨性能明显优于前者。

4 结论

1）在套筒零件随机装配和无油润滑的试验条件下，无缝套筒链条耐磨性优于有缝套筒链条。

2）有缝套筒链条运行过程中，当销轴与套筒接缝铰接触时，便会在轴套之间产生小能量、低周期的循环冲击，加剧轴套之间的磨损，导致链条磨损速度加快。

3）无缝套筒链条可以延长联合收割机中链条的使用寿命，减少因磨损失效导致的停机维修时间，有一定的实际应用价值。