自走式青黄储机切碎滚筒刀盘开裂原因分析

冯治国

（山西省机械产品质量监督检验站有限公司，山西太原 030009）

0 引言

自走式青黄储机采用滚筒刀具加装分禾机构，可收获多种青饲料作物，在田间完成整株玉米（或茎叶）的收获，加工玉米、高粱、葵花等作物秸秆，切碎质量均可满足牲畜的饲喂要求。生产效率高达12～15 t/h，是一种高效低耗的作业机具。自走式青黄储机在方便农民生产作业的同时，其质量问题也带来了安全隐患。

1 存在的问题

某自走式青黄储机作业时，切碎滚筒圆盘槽形结构部位与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接部位断裂、切碎滚筒圆盘槽形结构处外侧部分钢板快速断裂，造成平板刀和刀架组件与滚筒圆盘分离，与滚筒圆盘分离的有一定重量的平板刀和刀架组件具有一定的旋转速度和惯性，对切碎滚筒框架前挡板、上挡板产生冲击碰撞，致使切碎滚筒框架前挡板与框架分离，上挡板向上外翻变形（图1、图2）。

图1 切碎滚筒框架前挡板

图2 切碎滚筒框架上挡板

切碎滚筒的平板刀和刀架组件的刀架角钢边腿与滚筒3个圆盘的槽形结构之间均采用插接焊接连接，插接焊接连接处的刀架角钢2 个边腿之间均焊接加强板。平板刀和刀架组件的平板刀为切碎动刀，链式刮板输送装置出料端驱动链轮与切碎动刀之间的间距较小。1 件平板刀和刀架组件的刀架角钢与滚筒3 个圆盘槽形结构之间的插接焊接处均断裂断开，圆盘槽形结构的断裂断开处均呈V 形断口状，该平板刀和刀架组件与滚筒圆盘分离（图3）。切碎滚筒的3 个圆盘V 形断口处，一边的圆盘槽形结构焊接部位钢板边缘均留有一定程度的焊缝焊肉，另一边呈圆盘槽形结构处外侧部分钢板断裂断口形貌。由前向后观察，切碎滚筒的3 个圆盘V 形断口中，圆盘V 形断口的圆盘槽形结构焊接部位可见槽形结构的钢板端面，钢板端面旁边的焊缝焊肉形貌呈面状；钢板端面旁边的焊缝焊肉形貌呈面状（图4）。

图3 刀架组件与滚筒圆盘分离

图4 滚筒圆盘

对切碎滚筒3 个圆盘V 形断口部位圆盘进行切割，取样切碎滚筒右侧圆盘V 形断口部位圆盘部分（编号为3#）的圆盘槽形结构处部分钢板断裂断口部位、圆盘槽形结构角根部焊缝焊肉部位，切取试样（编号为3-1#）；切碎滚筒右侧圆盘V 形断口部位圆盘部分（编号为3#）的圆盘槽形结构焊接部位，切取试样（编号为3-2#）。切碎滚筒的平板刀和刀架组件的刀架角钢长边边腿一侧（左侧）焊接连接滚筒圆盘槽形结构处断裂部分钢板块、焊接连接角钢边腿间加强板的部位，切取试样、编号为1-2#（图5、图6）。

图5 滚筒圆盘槽钢板取样

图6 刀架角钢加强板取样

2 酸浸试验分析

3-1#切取试样截面中，圆盘槽形结构角根部焊缝焊肉为切碎滚筒右侧圆盘槽形结构角根部与刀架角钢长边边腿之间的焊缝焊肉。低倍酸浸试验结果表明，切碎滚筒右侧圆盘槽形结构角根部可见圆盘钢板端面棱边（图7）。分析认为，切碎滚筒右侧圆盘槽形结构角根部与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接处存在母材金属熔化程度不足、焊缝金属与母材金属熔化结合程度不足、未焊透未熔合焊接缺陷。3-2#试样中，圆盘槽形结构圆盘钢板两侧焊缝焊肉为切碎滚筒右侧圆盘槽形结构圆盘钢板与刀架角钢长边边腿之间的焊缝焊肉。低倍酸浸试验结果表明，切碎滚筒右侧圆盘槽形结构圆盘钢板与焊缝焊肉之间存在明显空隙（图8）。分析认为，切碎滚筒右侧圆盘槽形结构圆盘钢板与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接处存在母材金属熔化程度不足、焊缝金属与母材金属熔化结合程度不足、未焊透未熔合焊接缺陷。

图7 3-1#切取试样腐蚀形貌

图8 3-2#切取试样腐蚀形貌

1-2#切取试样截面中，包括切碎滚筒的平板刀和刀架组件的刀架角钢长边边腿截面、滚筒圆盘槽形结构处断裂部分钢板块截面、角钢边腿间加强板截面，及刀架角钢长边边腿与滚筒圆盘槽形结构处圆盘钢板块之间的焊缝焊肉截面，角钢边腿间加强板与刀架角钢长边边腿之间的焊缝焊肉截面，角钢边腿间加强板与滚筒圆盘槽形结构处圆盘钢板块之间的焊缝焊肉截面。低倍酸浸试验结果表明，刀架角钢长边边腿与滚筒圆盘槽形结构处圆盘钢板块之间存在明显空隙、焊缝焊肉截面上可见空穴，刀架角钢长边边腿与焊缝焊肉之间存在空隙空穴、存在焊缝金属与母材金属之间熔化结合焊合程度不足问题，角钢边腿间加强板与滚筒圆盘槽形结构处圆盘钢板块之间的焊接处截面上可见空隙（图9）。分析认为，切碎滚筒左侧圆盘槽形结构圆盘钢板与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接处存在母材金属熔化程度不足、焊缝金属与母材金属熔化结合程度不足、未焊透未熔合焊接缺陷。角钢边腿间加强板与滚筒圆盘槽形结构处圆盘钢板块之间的焊接处存在未焊透未熔合焊接缺陷。

图9 1-2#切取试样腐蚀形貌

3 断口扫描电镜微观形貌

1-2#试样，切碎滚筒的平板刀和刀架组件的刀架角钢长边边腿一侧（左侧）焊接连接滚筒圆盘槽形结构处断裂部分圆盘钢板块断口，扫描电镜微观察到撕裂岭、小断面，呈快速断裂断口形貌（图10、图11）。

图10 1-2#试样断口形貌（12×）

图11 1-2#试样断口形貌（176×）

3-1#试样，切碎滚筒右侧圆盘V 形断口部位圆盘部分（编号为3#）的圆盘槽形结构处部分钢板断裂断口，扫描电镜微观察到撕裂岭、小断面，呈快速断裂断口形貌（见图12、图13）。

图12 3-1#试样断口形貌（9×）

图13 3-1#试样断口形貌（200×）

4 断口扫描电镜微区分析

根据断口扫描电镜微观形貌分析认为，切碎滚筒圆盘槽形结构部位与平板刀和刀架组件的刀架角钢长边边腿之间的焊接连接处存在母材金属熔化程度不足、焊缝金属与母材金属熔化结合程度不足、未焊透未熔合焊接缺陷，造成切碎滚筒圆盘槽形结构部位与刀架角钢长边边腿之间的焊缝连接部位有效承载截面积减少、造成焊缝中存在严重不连续性缺陷，破坏了焊缝连续性，并起到应力提升源作用，产生严重的应力集中。焊接操作不当致使焊缝连接部位塑韧性、强度降低，致使切碎滚筒圆盘槽形结构部位与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接部位承受负荷的承载能力严重降低。

自走式青黄储机切碎滚筒缺少了1 件平板刀和刀架组件，该平板刀和刀架组件与滚筒圆盘分离。切碎滚筒框架上挡板变形受损，变形受损的上挡板呈向上外翻状、仅一角部与框架连接，可见切碎滚筒框架上挡板内表面有冲击刮擦变形痕迹及上挡板有破损孔，切碎滚筒框架上未见切碎滚筒框架前挡板。耕地里有1 件切碎滚筒的平板刀和刀架组件，还有1 件呈变形状态的钢板，该钢板内表面朝上，该钢板边缘可见连接孔，可见该钢板一侧边缘部位为红色。切碎料抛送筒（通道）上部壳板上有冲击碰撞凸起变形痕迹及破损现象。

5 结论

综合分析认为，该自走式青黄储机作业时，链式刮板输送装置负荷较大，链式刮板输送装置的链条断裂，与作业时链式刮板输送装置负荷较大有关，与链式刮板输送装置的链条及刮板承受工作载荷以外的挤压冲击负荷有关。

切碎滚筒圆盘槽形结构部位与平板刀和刀架组件的刀架角钢长边边腿之间的焊接连接处存在未焊透未熔合焊接缺陷，致使切碎滚筒圆盘槽形结构部位与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接部位承受负荷的承载能力严重降低。该自走式青黄储机作业时，切碎滚筒承受的负荷较大，切碎滚筒圆盘槽形结构部位与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接部位承受的工作应力超过其严重降低的承载能力，导致切碎滚筒圆盘槽形结构部位与刀架角钢长边边腿之间的焊接连接部位断裂、切碎滚筒圆盘槽形结构处外侧部分钢板快速断裂，造成平板刀和刀架组件与滚筒圆盘分离，与滚筒圆盘分离的有一定重量的平板刀和刀架组件具有一定的旋转速度、惯性，对切碎滚筒框架前挡板、上挡板产生冲击碰撞，致使切碎滚筒框架前挡板与框架分离、上挡板向上外翻变形。