農業機械零件斷裂失效的類型及改進措施

張建路

在農業生產過程中，由于沒有科學合理地安排各種資源、技術和環境等因素導致了農業機械零部件失效。目前，隨著經濟水平不斷提高，人們對于產品的要求越來越高，要求我們要實現從“量”到“質”的轉變，新興行業對機械零部件提出了更高要求，也就是高強度、精密性和可靠性。由于產品結構不合理導致其失效現象嚴重影響著我國國民經濟及國民生活水平發展狀況，所以我們必須針對這些問題采取相應措施加以改善以滿足人們的需求。

一、農業機械零件斷裂失效的機理分析

（一）農業機械零件的應力場

應力場是機械零件在工作過程中的一個重要參數，它決定了材料、模具和機床等零部件的性能。當這些部件發生斷裂時，往往會導致整個系統失效，溫度變化對機械零件疲勞損傷的情況如下。1.高溫熱循環：由于溫度過高或過低都可能使金屬塑性區開裂，同時也有部分區域出現應力集中現象。此外，還有因局部過熱而產生過大變形的情況下導致應力集中現象。2.工況熱循環：當溫度較高時，零件變形，在高溫環境下的疲勞損傷也會出現；反之，如果溫度過低的話，容易產生裂紋和夾雜等問題。機械加工過程中所受力分布不均勻、各部分材料性質不同都影響力學性能參數變化規律以及最終產品質量指標改變程度。此外，還有載荷過大而引起應力集中現象等原因。

（二）農業機械零件的應變

在農業機械零件中，由于受熱過程的影響，其溫度和速度都會發生變化，因此對這些部件進行應力應變分析是非常重要的。對于剛度較小、強度較大但塑性較差的零部件而言（如軸類），可以通過加強強度來提高它的耐磨性能；而結構相對復雜或變形程度比較大或者具有一定脆性時需要在設計階段考慮如何降低應力集中，從而減少失效概率發生。此外，還應考慮到機械零件中某些部分材料對溫度和濕度影響較小，因此，在進行應力應變分析時，應考慮到以下幾個方面：1.要對機械零件的受熱部位、溫度、濕度等因素有充分了解；2.根據實際情況選擇適當材料；3.在選擇材料時，要考慮到機械零件的使用環境，盡量避免對其產生影響；4.根據實際情況確定合理結構形狀和尺寸。

（三）農業機械零件的強度

在進行機械零件的結構設計時，要對其強度和硬度有一個比較好的把握，這樣才可以保證整個傳動系統能夠穩定，并且提高效率，但是因為我國農業生產規模較大、機械化程度較低以及農民素質普遍不高等原因造成農業機械零部件的失效較為嚴重。在進行傳動軸系選擇時要考慮到它本身所需要承受的載荷大小和重量，要盡可能減少零件之間相互摩擦力對連接件產生影響作用，還要避免發生應力集中現象，保證傳動系統在工作中要有足夠的剛度和強度；對于軸端軸承來說需要承受很大壓力，在使用中要保證它的耐磨性，并且還要防止因為磨損導致軸發生失效；對于一些特殊零部件來說，需要考慮到強度、硬度等因素。

（四）農業機械零件的壽命

農業機械零件的壽命是指農用發動機、電動機和電機等零部件在一定年限內使用后，其總能達到規定程度或者超過某一個特定極限時，一般情況下都會出現損壞。影響農業機械零部件壽命的因素主要是磨損和疲勞損傷，其中材料的強度、形狀以及表面粗糙度對機械零部件壽命有很大影響，所以提高產品質量和延長使用周期也成為減少其失效概率的重要手段。1.在使用過程中應注重其耐磨性；2.機床與部件之間及刀具與零件間摩擦力平衡程度等因素對機械零部件磨損情況都會造成失效或斷裂現象，而這些損傷主要是由于工件表面粗糙度、加工誤差以及裝配不規范引起的；3.由于疲勞損傷和磨損，機械零件容易發生失效，因此在使用過程中應注意其耐磨性。

二、農業機械零件的斷裂失效類型

（一）脆性斷裂

農業機械零件斷裂的最主要原因是其內部應力集中，當零件在外界作用下，由于外部因素影響使得變形或者開裂時發生脆性斷裂。1.材料自身缺陷：農業機械零件材料本身有一定程度上的形變和尺寸變化。比如熱處理、化學改性等工藝過程中存在著殘余物或晶界結構發生變化導致晶體組織改變；還有某些特殊情況，如溫度對金屬性能也會產生很大的影響，這些原因都可能引起農業機械零件脆斷失效或者塑型變形失效或疲勞裂紋；2.工藝過程：農業機械零件材料在加工的不同階段，其內部組織結構會發生不同程度的變化，從而導致斷裂。當這些因素超過臨界值時就可能造成脆性裂紋；而塑性變形失效的主要因素是晶界分布不均或者農業機械零件存在著微小裂紋，也可能是因為溫度對其影響較大，在斷裂過程中，由于晶界結構的變化，導致農業機械零件材料內部存在較大差異，從而產生不同程度上的脆性、塑形變形或疲勞開裂，而這些不均是造成失效的原因。

（二）疲勞斷裂

疲勞斷裂是指零件在其工作的過程中，由于各種因素導致材料出現了變形、應力集中現象。當這些因素持續累積到一定程度時就會造成斷裂。1.金屬塑性變形：農業機械零件金屬內部結構受到外部環境作用力而發生形變和開裂或由于溫度變化引起的熱膨脹，從而產生疲勞破壞等現象。2.疲勞斷裂：在農業機械零件金屬中含有較多雜質，當這些雜質與外界環境接觸時，會產生較大熱量而導致材料內部溫度迅速升高。當農業機械零件受到外部載荷作用下發生變形、開裂等現象時就構成疲勞破壞。由于農業機械零件表面粗糙度和缺陷都比較高、分布較為分散不均的特點造成其出現斷裂失效，從而產生較大裂紋。在疲勞破壞中，由于熱應力的作用，農業機械零件材料內部會產生局部微裂紋。3.當農業機械零件工作時受到外界力而發生變形或開裂當零件工作時，材料的內部會產生拉應力，這些力就稱為疲勞裂紋。

（三）結構性斷裂

結構性斷裂是一種常見的失效類型，它在機械零部件中最為明顯。一般情況下，如果零件材料本身有缺陷或者加工工藝存在不足等問題時都會導致這類現象發生，如當軸心部位出現裂紋、疲勞磨損以及應力集中時，零件最終工作狀態受到影響從而產生的損壞和破壞。在農業機械零部件中主要包含：螺栓連接，軸承座與支架之間、齒輪傳動副與支撐銷孔軸承座與支撐銷孔、螺栓的連接及支承板等零件，這些部件在工作時都會產生應力集中，當受到外界力作用而發生破壞或者斷裂，那么就很容易導致失效。結構性斷裂的原因是多方面的，例如：材料本身存在缺陷、工藝過程中產生問題以及加工精度和表面質量等造成了零件失效；還有一個普遍存在的原因是在設計方面出現錯誤而導致產品不合格。一般情況下，在對農業機械零件進行制造時，都是選用具有較高耐磨性能及熱處理能力良好，能滿足使用要求且能夠保證其硬度與強度符合的鑄件，要對其進行合理的結構性分析，這樣才可以避免斷裂。

三、農業機械零件斷裂失效的改進措施

（一）調整農機部件的結構

在結構設計時，應盡可能地選擇新的材料，以減少零件之間的接觸，使其盡量降低磨損。1.對關鍵部件進行合理改進。對于農業機械零件中那些容易發生失效現象或損傷較大、應力集中嚴重的部分要加強強度校核與優化調整，而某些不重要部件應采取適當補償措施以減少這種可能的結果，同時也可以通過更換結構來提高其抗疲勞性及耐磨性，避免在失效后重新更換。對關鍵部件進行優化組合。2.對于農業機械零件一些不需要特殊支撐的可以考慮增加強度或簡化設計來保證質量要求等方法來改善這些重點部位的性能及可靠性；而那些無法滿足上述條件的可采取補償措施以降低失效后所需承受載荷。3.對關鍵部件進行優化設計。對于農業機械零件重點部位或難產生失效現象時應采取補償措施，以減少其發生后造成嚴重后果。

（二）加強對農業機械零件的維護

在農業機械零部件的制造和裝配過程中，必須要對其進行維護，以確保它們能夠正常運行，因此為了防止因磨損、變形等原因造成失效情況發生時對農業機械零件造成損壞或影響使用壽命及可靠性的后果而導致事故，所以說如果想要減少由于這些因素引起失效現象產生概率最大化所帶來的損失，有必要加大維修力度與生產準備工作；同時也應該在日常工作中要注意保養維護，以保證其可以正常運轉和延長機器的使用年限。

（三）提高農業機械零件的質量

1.加強對農業機械零件的檢測。首先要提高農用機具在使用過程中的性能，保證其質量，確保產品能達到國家規定標準；其次是加大力度推廣優質高效、環保安全的新型材料和技術；2.嚴格執行新規程制度。為了保障農業機械零件嚴格規范化管理機制，要完善機械零件生產加工工藝的相關制度規則，進行生產加工工作才能更好地發展下去；3.提高機械零件的制造工藝水平與制造精度以及使用壽命，加強對農用機具質量監管，嚴格控制零件的質量等級，對不合格產品進行淘汰處理，提高機械生產效率；4.加強對農用機械零部件的質量監管，嚴格把控其使用壽命，提高產品性能，降低生產成本。在機械零件制造過程中必須保證各個環節都符合標準。

（四）重視農業機械零件的修復

在實際的生產中，農業機械零件零件之間存在著各種不同程度、不同種類的磨損，其性能也有差異，所以對于這些情況下我們需要選擇合適有效的材料來進行修復工作。1.對農業機械零件表面進行處理：首先要去除那些農業機械零件由于磨損而導致失效損壞或者影響使用壽命和質量等問題；其次是清除農業機械零件已經發生損傷或腐蝕的部分；最后是清理農業機械零件中存在新出現的裂紋，使其斷裂位置能夠準確無誤地被識別出來。2.對農業機械零部件進行加工：對于一些復雜的零件，我們需要在其表面用磨料來去除，這樣才能使其達到預期使用壽命和使用性能，同時還要注意的是要選擇適合材料的化學成分。

為了避免由于磨損而引起失效現象發生采取相應措施：1.對機械部件中存在裂紋等問題及時更換新零部件以防止出現斷裂情況；2.對于一些比較輕微的零件可以選用磨料從而來提高其耐磨性，減少因為磨損而引起的失效；3.對于一些比較輕微的零部件，可以采用砂輪對零件進行加工。

（作者單位：徐州安保中等專業學校）