农业机械零件断裂失效的类型及改进措施

张建路

在农业生产过程中，由于没有科学合理地安排各种资源、技术和环境等因素导致了农业机械零部件失效。目前，随着经济水平不断提高，人们对于产品的要求越来越高，要求我们要实现从“量”到“质”的转变，新兴行业对机械零部件提出了更高要求，也就是高强度、精密性和可靠性。由于产品结构不合理导致其失效现象严重影响着我国国民经济及国民生活水平发展状况，所以我们必须针对这些问题采取相应措施加以改善以满足人们的需求。

一、农业机械零件断裂失效的机理分析

（一）农业机械零件的应力场

应力场是机械零件在工作过程中的一个重要参数，它决定了材料、模具和机床等零部件的性能。当这些部件发生断裂时，往往会导致整个系统失效，温度变化对机械零件疲劳损伤的情况如下。1.高温热循环：由于温度过高或过低都可能使金属塑性区开裂，同时也有部分区域出现应力集中现象。此外，还有因局部过热而产生过大变形的情况下导致应力集中现象。2.工况热循环：当温度较高时，零件变形，在高温环境下的疲劳损伤也会出现；反之，如果温度过低的话，容易产生裂纹和夹杂等问题。机械加工过程中所受力分布不均匀、各部分材料性质不同都影响力学性能参数变化规律以及最终产品质量指标改变程度。此外，还有载荷过大而引起应力集中现象等原因。

（二）农业机械零件的应变

在农业机械零件中，由于受热过程的影响，其温度和速度都会发生变化，因此对这些部件进行应力应变分析是非常重要的。对于刚度较小、强度较大但塑性较差的零部件而言（如轴类），可以通过加强强度来提高它的耐磨性能；而结构相对复杂或变形程度比较大或者具有一定脆性时需要在设计阶段考虑如何降低应力集中，从而减少失效概率发生。此外，还应考虑到机械零件中某些部分材料对温度和湿度影响较小，因此，在进行应力应变分析时，应考虑到以下几个方面：1.要对机械零件的受热部位、温度、湿度等因素有充分了解；2.根据实际情况选择适当材料；3.在选择材料时，要考虑到机械零件的使用环境，尽量避免对其产生影响；4.根据实际情况确定合理结构形状和尺寸。

（三）农业机械零件的强度

在进行机械零件的结构设计时，要对其强度和硬度有一个比较好的把握，这样才可以保证整个传动系统能够稳定，并且提高效率，但是因为我国农业生产规模较大、机械化程度较低以及农民素质普遍不高等原因造成农业机械零部件的失效较为严重。在进行传动轴系选择时要考虑到它本身所需要承受的载荷大小和重量，要尽可能减少零件之间相互摩擦力对连接件产生影响作用，还要避免发生应力集中现象，保证传动系统在工作中要有足够的刚度和强度；对于轴端轴承来说需要承受很大压力，在使用中要保证它的耐磨性，并且还要防止因为磨损导致轴发生失效；对于一些特殊零部件来说，需要考虑到强度、硬度等因素。

（四）农业机械零件的寿命

农业机械零件的寿命是指农用发动机、电动机和电机等零部件在一定年限内使用后，其总能达到规定程度或者超过某一个特定极限时，一般情况下都会出现损坏。影响农业机械零部件寿命的因素主要是磨损和疲劳损伤，其中材料的强度、形状以及表面粗糙度对机械零部件寿命有很大影响，所以提高产品质量和延长使用周期也成为减少其失效概率的重要手段。1.在使用过程中应注重其耐磨性；2.机床与部件之间及刀具与零件间摩擦力平衡程度等因素对机械零部件磨损情况都会造成失效或断裂现象，而这些损伤主要是由于工件表面粗糙度、加工误差以及装配不规范引起的；3.由于疲劳损伤和磨损，机械零件容易发生失效，因此在使用过程中应注意其耐磨性。

二、农业机械零件的断裂失效类型

（一）脆性断裂

农业机械零件断裂的最主要原因是其内部应力集中，当零件在外界作用下，由于外部因素影响使得变形或者开裂时发生脆性断裂。1.材料自身缺陷：农业机械零件材料本身有一定程度上的形变和尺寸变化。比如热处理、化学改性等工艺过程中存在着残余物或晶界结构发生变化导致晶体组织改变；还有某些特殊情况，如温度对金属性能也会产生很大的影响，这些原因都可能引起农业机械零件脆断失效或者塑型变形失效或疲劳裂纹；2.工艺过程：农业机械零件材料在加工的不同阶段，其内部组织结构会发生不同程度的变化，从而导致断裂。当这些因素超过临界值时就可能造成脆性裂纹；而塑性变形失效的主要因素是晶界分布不均或者农业机械零件存在着微小裂纹，也可能是因为温度对其影响较大，在断裂过程中，由于晶界结构的变化，导致农业机械零件材料内部存在较大差异，从而产生不同程度上的脆性、塑形变形或疲劳开裂，而这些不均是造成失效的原因。

（二）疲劳断裂

疲劳断裂是指零件在其工作的过程中，由于各种因素导致材料出现了变形、应力集中现象。当这些因素持续累积到一定程度时就会造成断裂。1.金属塑性变形：农业机械零件金属内部结构受到外部环境作用力而发生形变和开裂或由于温度变化引起的热膨胀，从而产生疲劳破坏等现象。2.疲劳断裂：在农业机械零件金属中含有较多杂质，当这些杂质与外界环境接触时，会产生较大热量而导致材料内部温度迅速升高。当农业機械零件受到外部载荷作用下发生变形、开裂等现象时就构成疲劳破坏。由于农业机械零件表面粗糙度和缺陷都比较高、分布较为分散不均的特点造成其出现断裂失效，从而产生较大裂纹。在疲劳破坏中，由于热应力的作用，农业机械零件材料内部会产生局部微裂纹。3.当农业机械零件工作时受到外界力而发生变形或开裂当零件工作时，材料的内部会产生拉应力，这些力就称为疲劳裂纹。

（三）结构性断裂

结构性断裂是一种常见的失效类型，它在机械零部件中最为明显。一般情况下，如果零件材料本身有缺陷或者加工工艺存在不足等问题时都会导致这类现象发生，如当轴心部位出现裂纹、疲劳磨损以及应力集中时，零件最终工作状态受到影响从而产生的损坏和破坏。在农业机械零部件中主要包含：螺栓连接，轴承座与支架之间、齿轮传动副与支撑销孔轴承座与支撑销孔、螺栓的连接及支承板等零件，这些部件在工作时都会产生应力集中，当受到外界力作用而发生破坏或者断裂，那么就很容易导致失效。结构性断裂的原因是多方面的，例如：材料本身存在缺陷、工艺过程中产生问题以及加工精度和表面质量等造成了零件失效；还有一个普遍存在的原因是在设计方面出现错误而导致产品不合格。一般情况下，在对农业机械零件进行制造时，都是选用具有较高耐磨性能及热处理能力良好，能满足使用要求且能够保证其硬度与强度符合的铸件，要对其进行合理的结构性分析，这样才可以避免断裂。

三、农业机械零件断裂失效的改进措施

（一）调整农机部件的结构

在结构设计时，应尽可能地选择新的材料，以减少零件之间的接触，使其尽量降低磨损。1.对关键部件进行合理改进。对于农业机械零件中那些容易发生失效现象或损伤较大、应力集中严重的部分要加强强度校核与优化调整，而某些不重要部件应采取适当补偿措施以减少这种可能的结果，同时也可以通过更换结构来提高其抗疲劳性及耐磨性，避免在失效后重新更换。对关键部件进行优化组合。2.对于农业机械零件一些不需要特殊支撑的可以考虑增加强度或简化设计来保证质量要求等方法来改善这些重点部位的性能及可靠性；而那些无法满足上述条件的可采取补偿措施以降低失效后所需承受载荷。3.对关键部件进行优化设计。对于农业机械零件重点部位或难产生失效现象时应采取补偿措施，以减少其发生后造成严重后果。

（二）加强对农业机械零件的维护

在农业机械零部件的制造和装配过程中，必须要对其进行维护，以确保它们能够正常运行，因此为了防止因磨损、变形等原因造成失效情况发生时对农业机械零件造成损坏或影响使用寿命及可靠性的后果而导致事故，所以说如果想要减少由于这些因素引起失效现象产生概率最大化所带来的损失，有必要加大维修力度与生产准备工作；同时也应该在日常工作中要注意保养维护，以保证其可以正常运转和延长机器的使用年限。

（三）提高農业机械零件的质量

1.加强对农业机械零件的检测。首先要提高农用机具在使用过程中的性能，保证其质量，确保产品能达到国家规定标准；其次是加大力度推广优质高效、环保安全的新型材料和技术；2.严格执行新规程制度。为了保障农业机械零件严格规范化管理机制，要完善机械零件生产加工工艺的相关制度规则，进行生产加工工作才能更好地发展下去；3.提高机械零件的制造工艺水平与制造精度以及使用寿命，加强对农用机具质量监管，严格控制零件的质量等级，对不合格产品进行淘汰处理，提高机械生产效率；4.加强对农用机械零部件的质量监管，严格把控其使用寿命，提高产品性能，降低生产成本。在机械零件制造过程中必须保证各个环节都符合标准。

（四）重视农业机械零件的修复

在实际的生产中，农业机械零件零件之间存在着各种不同程度、不同种类的磨损，其性能也有差异，所以对于这些情况下我们需要选择合适有效的材料来进行修复工作。1.对农业机械零件表面进行处理：首先要去除那些农业机械零件由于磨损而导致失效损坏或者影响使用寿命和质量等问题；其次是清除农业机械零件已经发生损伤或腐蚀的部分；最后是清理农业机械零件中存在新出现的裂纹，使其断裂位置能够准确无误地被识别出来。2.对农业机械零部件进行加工：对于一些复杂的零件，我们需要在其表面用磨料来去除，这样才能使其达到预期使用寿命和使用性能，同时还要注意的是要选择适合材料的化学成分。

为了避免由于磨损而引起失效现象发生采取相应措施：1.对机械部件中存在裂纹等问题及时更换新零部件以防止出现断裂情况；2.对于一些比较轻微的零件可以选用磨料从而来提高其耐磨性，减少因为磨损而引起的失效；3.对于一些比较轻微的零部件，可以采用砂轮对零件进行加工。

（作者单位：徐州安保中等专业学校）