農業機械制造材料的選擇和應用分析

劉 潔

（晉中信息學院智能工程學院，山西 晉中 030800）

農業機械一般都應用在比較潮濕的環境下，并且因為農耕地點位于開闊場地的露天環境，農業機械經常遍布灰塵；另外，農機耕作時往往涉及水田，與水接觸的時間較長，水田里難免會有化學肥料和農藥成分。基于上述種種原因，農業機械的外表極易被腐蝕。與此同時，農業機械會因為長期與各種物體例如植物、土壤、牲畜等摩擦，而使機械零部件承受較大負荷。因此，農機制造材料的選擇非常重要，選擇的制造材料應能抵抗各種外界因素的侵蝕，且價格相對低廉。在選好材料的基礎上，進一步提升工藝處理水平，以增強農機材料的使用性能[1]。

1 農業機械的制造要求

在制造農業機械的過程中，首先應保證農業機械滿足農業技術作業要求，同時具備可調整能力，包括對零部件組合的調整，或者改變農機形態以適應農作物生產需求的能力。

1.1 技術要求

農業機械存在著較為復雜的使用情況，比如使用過程不集中、應用環境較潮濕等，同時受到農業耕作季節的影響，農機制造應符合從設計、裝配、調試到后續的保養與修護等各個環節的技術要求。另外，農業機械并不是單獨使用的，它往往需要與拖拉機進行掛靠，因此可能導致農機相應部件損壞或出現故障，在農機制造時應考慮到此類問題，并設計簡單問題的解決方案，這樣可以大大提升農機使用效率。農機制造也應考量農機防護措施，比如自動除障功能以及外露零部件的保護功能等，使農機使用更安全、防護效果更理想[2]。

1.2 成本要求

在農機制造過程中，如何在大幅降低生產成本的同時提高作業效率與作業質量，是需要主動思考的問題之一。農機的生產能力、壽命、價格與使用成本等方面必須符合農民的要求，因此這些要求自然會傳導到農業機械制造過程中。可以通過標準化生產滿足通用性能，達到相應的制造標準，同時保證需要頻繁更換的農機配件供應，滿足農機的日常維護需要。

1.3 環保要求

在勞動力和制造材料的消耗以及節能環保方面，也對農業機械制造有一定的要求。在農機制造過程中，常用一些如農機質量、材料消耗量、使用功率等的指標來衡量農機制造水平。在衡量時，可以將其與既有的農機產品或者人工操作過程來進行對比，以此確定農業機械的使用性能是否能夠滿足農業生產需要，從而優化設計制造過程，保證生產的農機新產品具備可持續利用價值[3]。

2 現代農機的主要制造材料

目前，現代農機的制造材料主要有鋼管及冷彎型鋼、合金鋼及低合金鋼、工程塑料、橡膠、特種鑄鐵、粉末冶金材料、硬質合金等。材料不同，農機設備發揮的實際作用也不盡相同。因此，要科學合理地選擇農機制造材料，發揮出農機設備的最大利用價值，進而有效提升農業生產效率。例如，鋼管合金材料比較堅硬，此類材料應主要應用于支撐與連接大型農機設備的相應位置；橡膠材料等則應應用在農機運轉部位上，如農機設備的可移動位置上，在一些需要遮擋的位置則更多使用工程塑料[4]；由于輕型工程塑料的制造工藝相對復雜，在制造過程中不可能像傳統金屬沖壓件那樣具有較快的生產速度，因此建議批量生產的大型農機產品仍采用傳統金屬沖壓件。

3 新型材料在農機制造中的應用

隨著我國社會經濟的快速發展，自然資源嚴重匱乏，但人類對材料的需求卻與日俱增。因此，用于農機制造的新型材料研發工作需要更進一步，研發技術應不斷攀升，一些新型材料正被逐漸應用到農業機械的制造過程中。

3.1 工程塑料

工程塑料的特點在于耐磨性良好，能夠相對穩定地保持其使用的韌性與抗疲勞性。目前，全球范圍內的工程塑料生產工藝較為成熟，生產線齊備、產品儲備豐富。因此，作為最早的、應用于大規模機械制造過程中的材料之一，工程塑料正逐漸取代傳統材料，成為農機制造領域的首選材料。

工程塑料的可塑性較強，可以用于制造多種形狀的農機零部件。使用常規材料時，一些零部件只能做成扁平的或者圓柱體，但使用工程塑料便可以通過結構變化做成需要的零部件形狀，滿足不同的農機使用需求。比如，農機輪胎一般用橡膠來制作，如果換成以工程塑料為主的材料，則將極大地方便后續的拆裝[5]。

工程塑料具有一定的耐候性，在溫度升高時能夠吸附大量水分，使拉伸強度降低；當環境溫度低于-30 ℃時，能繼續保持較高強度，長久地發揮工程塑料的優異性能。目前，工程塑料的價格受應用范圍的不斷擴大而相對昂貴，雖然工程塑料的生產技術已經成熟，但仍有如成型工藝不足、投資較大等許多問題亟待解決。工程塑料在當前國內市場的普及率僅為10%，因此其在未來的競爭大潮中更顯優勢。隨著現代信息化技術的發展與綠色環保理念的引領，作為農機制造過程的主流材料，工程塑料必將發揮出更大的優勢作用[6]。

3.2 木塑復合材料

木塑復合材料是指對木質纖維進行加工處理，同時結合樹脂等合成纖維以形成的新材料。木塑復合材料可有效彌補天然材料在機械制造過程中的缺陷，結合不同材料的優勢，增強農用機械的物理特性，擴大使用范圍，同時有效降低生產成本。木塑復合材料因材料彈性更優于其他復合材料，優勢較為明顯。塑料成分的添加使木塑復合材料的硬度高于天然木材五倍左右，并且擁有極強的耐磨損能力，同時可以有效防止細菌滋生，抗腐蝕性較強，能夠有效提升使用年限。木塑復合材料一般應用于農機車身等與各種腐蝕性物質相接觸的部位。

農業機械大量應用于畜牧業生產及農作物栽培等過程中，在使用過程中會觸碰到土壤、植物、牲畜等，使機械設備表面被腐蝕或者破壞，此類環境對于農機制造材料的要求較高，農機制造材料必須要有穩定的性質。而木塑材料可以發揮其“彈性免損”功能，減緩沖撞力，保護農機不受嚴重損壞，降低農機更換頻率，進一步降低采購與維修成本[7-8]。隨著木塑材料生產加工技術的不斷完善，其性能也逐漸在農機的使用過程中顯現出來。

3.3 輕量化材料

輕量化材料主要包括高強度鋼材料以及鋁、鎂、鈦合金。輕量化材料能夠有效提升農用機械的力學性能，使用效果更加顯著。選用輕量化材料可以實現研發成本的降低，材料也可二次回收，具有環保價值。輕量化材料的市場前景良好，適用性相對較強。隨著全球能源危機與環境污染程度的加重，低碳環保理念在農用機械制造材料的選擇上需得到重視，減少能源消耗、增強農機性能與可持續性，是未來材料選擇的出發點。輕量化材料是當前主流的生產材料，對農機零部件的生產加工非常適用，可以帶來零部件的薄壁化與集成化生產；還可以同時使農機零部件的中空化效果顯著，有效減輕農機重量，便于生產操作，直接實現油耗的降低，減少廢氣排放量[9]。

相比其他材料，高強度鋼材的性能更好，強度遠超傳統鋼材。高強度鋼材屬于輕量化材料的一種，能夠進一步提升農機安全性。由于高強度鋼材的抗撞擊能力較強，用于農機制造可以有效減輕農機重量，使車身零部件薄壁化，增大整機內部空間。同時，基于零部件的支撐橫斷面積縮小，使整機的抗疲勞能力得以增強，進而緩解了農機自身重量與安全的矛盾。

鋁合金的材料性能與鋼材相似，但材料密度僅為鋼材的二分之一，在農機制造中能夠有效降低農機質量，進而起到節能環保的效果。但鋁合金的成本相對較高，因此普及程度相對較低，主要應用于農機安全配件的制造加工。比如農機車身與橫梁的制造可以采用鋁合金材料，能夠有效減輕車身重量，降低行駛動能，進而最大化地預防事故發生，降低人員傷亡比例。

鎂合金與鋁合金在力學性能上極其相似，但鎂合金的密度更小，減震性能更強。鎂合金材料因回收性較好，可以實現二次利用，節能環保，因此也成為農機制造材料的優質選擇。鎂合金可重點應用在農機零部件的制造加工中，比如農機窗戶、農機框架、方向盤、底座、前支架等，還可以用于傳動軸的制造上。鎂合金是科技發展的產物，能夠給農機駕駛過程帶來舒適與安全性，是農機制造業可持續發展的重要部分。我國已將鎂合金的材料研發工作列入長期科技發展規劃中，因此農機制造業應不斷提升對鎂合金優勢性能的認識。重點利用鎂合金的輕量化優勢，對農機內部結構進行設計制造，使其滿足農機生產需要。

鈦合金材料的性能相對較好，與上述幾種材料相比，鈦合金有著絕對的優勢，包括重量更輕、密度更低、屈服強度較高、耐高溫、耐腐蝕等，密度介于鋁合金與鐵之間。鈦合金材料的使用可以有效減輕農機零部件的重量，緩解相關農機零部件的負載力，進一步提升農機設備的發動機性能，保證農機操作時不會產生較大振動，進而提高農機工作效率。用鈦合金制造的農機零部件更輕，且極其穩定，可以在操作強度和駕駛速度不發生變化的前提下，節約農機使用過程的燃料，并有效延長農機使用年限。

在環保性能方面，鈦合金材料也當仁不讓。由于鈦合金材料具備輕量化材料的突出特點，因此受到了廣泛的關注。在農機關鍵部位（如傳動軸等）的制造加工以及排氣系統的制造過程中，可以選用鈦合金作為制造加工材料。當前，加工鈦合金材料的相關技術日漸完善，相應的加工設備也能夠精準加工大型農機部件，使生產效率得以大幅提升。但是，由于鈦合金材料的價格相對昂貴，國內的使用比例還比較低，同時鈦合金材料的焊接技術也有待完善。在鈦合金未來的發展過程中，可以通過優化鈦合金加工技術的研發和制造流程、提高生產效率、擴大應用范圍等方法來降低鈦合金材料的采購成本，使鈦合金的優勢性能充分發揮在農機制造過程中，并逐步應用于其他各個領域[10]。

4 總結

農業機械制造為農業生產提供了有力的保障，農機制造材料的選擇與應用則直接影響著農機制造水平。隨著現代科技的飛速發展，新型農業機械制造材料正逐漸應用于農機制造的相關領域。在農機制造過程中，合理選擇優勢較為顯著的農機制造材料，可以有效提升農機質量和性能，滿足農業生產需要，提高農機使用率和農業生產效率，使農機創造更大的價值，對我國農業發展也將起到極大的助推作用。綜上所述，未來的農機制造業應從推進農業生產方面入手，不斷發揮優勢力量，選擇合適的材料，制造更好、更實用的農業機械，促進農業穩定、優質、高效生產。