农业机械重量减轻和材料耗量降低方法

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了农业机械重量减轻和材料耗量降低方法范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要:机械重量和材料耗量是衡量设计水平的一个重要指标，合理减轻机械重量，减少材料耗量对降低设计成本、提高经济效益具有积极意义。因此，论述了选择有效的机械原理方案和合理的零部件结构，在保证机械零部件最小必需强度储备的基础上，采用适宜的材料种类和钢材品种，应用现代工艺方法等技术措施，获得较好的经济效益和社会效益，在农业机械设计中具有很好的指导意义。

关键词:机械重量;材料耗量;强度储备

设计农业机械时，减轻农业机械重量和降低材料耗量可以用以下的措施来达到:选用最有效的机械原理方案和结构最合理的零部件;保证机械的零部件有最小的必需强度储备;应用有效的材料类型和钢材品种;应用现代的工艺方法等。

1选择有效的机械原理方案和合理的零部件结构

机械原理方案的选择，对于解决在结构设计过程中产生的主要问题———减轻重量和节约材料，有很大影响。改进原理方案，能够设计出通用性较广和总体配置比较合理的机械。这样来改进农业机械的结构，可以显著减轻农业机械的重量，并且材料的利用率也更高。如图所示谷物或茎秆粉碎器的简图，其中输送器和粉碎装置合为一体。这可改善整个机器的配置，并大大减少其外形尺寸和重量。消除多余的零件，或者将两个或几个零件用一个来代替，也可以改进机械的结构。有多余的零件时，不容易保证机械的正常工作特性。用一个零件代替几个零件，不仅可以减轻被替代零件本身的重量，并且能够消除支承件，固定件和其他不必要的连接件，因此，可以节约材料，而且由于减少了加工面和装配量，也减少了工时。

2保证机器零部件最小的必需强度储备

设计农业机械时，确定其零部件最小的必需强度储备，是降低材料耗量及机械重量的措施之一。图谷物或茎秆粉碎器简图农业机械上过多的强度储备是由于对机器使用工作条件的研究不足造成的。农业机械的工作条件差异很大，因此都是以最恶劣的条件来进行强度计算。在很多情况下，农业机械的重要零部件不进行强度计算，只是根据结构来选，并且为了提高机器的可靠性，不合理地增大了零部件的尺寸。这样，在强度储备的选择中，对于节约材料是有很大潜力的。机器零件的工作应力计算愈准确，强度储备愈合理，因而制造零件的材料利用地愈完全。例如，设计中耕机的机架时，由于强度储备的选择有理论依据，计算出了一种轻巧的机架结构，运用了一种较少数量的杆件，并将其断面进行了合理的改进，因而使机架的重量减轻了22%，钢材耗量减少21kg。当缺乏分析计算方法和实验方法时，确定工作应力的精确数值一般是不可能的。确定零件材料工作特性相适应的强度标准，也很复杂。因此，必须改进以最小强度储备设计机器的计算方法。计算农业机械强度时，应该广泛应用实验方法测定变形和应力的技术。例如，用应变测量和涂漆法测定零件表面的应力，用光测法测定零件体积内各处的应力。这些方法与分析计算相配合，能够求得结构元件的适当尺寸，并能设计出重量轻和可靠性高的机器。应变测量和涂漆法可在特定条件下用于测定农业机械的强度特性。例如，用涂漆法研究收获机机架的应力和决定机架上超负荷与负荷不足的构件。研究结果指出，增大超负荷构件的断面和减少负荷不足构件的断面，能够在降低重量的情况下保证机架必需的强度。通过改变某些零部件的断面、形状和结构等方法增加强度，是减轻重量的有效方法。设计机器时，承受很大负荷的零件的尺寸，大多数是根据强度计算确定的。但有时经常会产生很大的困难，因为即使在作用力相同时，零件各个断面上的应力也是不同的。例如在断面保持不变的零件中，承受弯矩时应力不是常数，而是沿零件全长变化的。在这种情况下，断面的尺寸根据最大弯矩来选，就会由于零件其他断面内强度储备过多，而使材料利用的不合理。应用变断面的零件，特别是长度比较大的零件(杆件)，能够减轻重量。这种等强度的零件，在农业机械中应用得很广泛，代替了很多用大量钢材制成的杆件。

3应用有效的材料种类和钢材品种

农业机械零件所用的材料，应保证在足够的强度、耐久性和使用可靠性的情况下，以更轻材料为选择目标。同时应当使其有适当的工艺性，以便能够应用合理的进行压力加工、铸造、焊接、热处理、机械加工和实施其他现代的加工工艺。应用高强度材料来制造承载零件，并相应地减少其断面尺寸，是减轻机器重量的主要方法之一。但是，由于这种材料的价格较贵，应用时必须以经济合理性作为依据。因此，在低合金钢中，主要选用强度较高和价格较低的硅锰合金钢，更符合农业机械的实际需求。低合金钢的特点是比碳素钢具有较高的保证屈服极限。例如，碳素钢Cr.3及Cr.5的保证屈服极限相应为24kg·mm－3及25kg·mm－3，而代替它们的低合金钢则相应为32～35kg·mm－3及38～40kg·mm－3。此外，它们还具有良好的冲击韧性，可塑性及其他特性。用低合金钢代替碳素钢，由于在不改变零件结构的情况下减小断面厚度，可以减轻制品的重量平均达15%。在改变结构的情况下，例如用板材冲压代替型钢，节约的材料还要多。假如由于零件断面减少，而引起弹性变形的增加是不允许的，就不能应用低合金钢，在这种情况下应采用具有大惯性矩的断面。还应指出，低合金钢在不定负荷下易于产生应力集中。因此，当应用于具有不定负荷的张应力及剧烈的应力场合时，这些钢材运用的可能性需要仔细检查。在焊接件上，可以利用倾斜的焊道减少应力数值和应力集中的程度。为了减轻农业机械的重量，开始应用了轻金属，例如应用铝合金制造某些重要机构的复杂壳体零件(液泵、汽缸、减速器和其他的部件)。在这种情况下，铸件的重量减轻了，这不仅是因为材料的比重小，而且也与铸件的精度提高有关，尤其是应用永久性铸型的情况。永久性铸型铸造方法，扩大了在零件强度条件允许的情况下获得薄壁铸件工艺的可能性。但是，和应用高强度材料一样，轻合金的成本更高，所以应用时必须考虑其经济依据。

4应用现代的工艺方法

应用各种现代的先进工艺过程，可以提高材料强度、毛坯和零件的制造精度，并且能够使毛坯的形状接近于零件的形状，简化结构和减小零件的断面。热处理及热化学处理，表面强化处理，以及焊接、精密铸造、模锻等都属于现代工艺过程。在这种情况下，废料减少，可以节约材料，并且由于提高了材料的强度，能够减小零件的尺寸和断面面积。同时，由于提高了零件的使用寿命，也节约了很多金属替换件。大家都知道，当零件中的应力状态是一般形式时(弯曲、扭转)，表层受到因外部载荷而引起的最大应力。所以，承载零件的表层应该强化。根据加工过程的特点，表面加工的方法可分为两类:①热处理和热化学处理过程(表面高频淬火、渗碳和渗氮等);②机械加工过程(用滚子或钢球滚压、喷丸加工、刀具加工和磨削加工等)。在各种热处理中，表面高频淬火是最有效的，应用这种加工方法，可以提高零件的强度和寿命。例如，普通碳钢零件，经过表面高频淬火后，其性能并不低于全部淬火的合金钢零件。在农业机械中，表面高频淬火，用于制造工作部件的切割部分和承受磨损的一些其他零件。采用热处理时，用铸铁代替钢不会降低零件的质量，并且能够节约大量的钢材(齿轮、链轮、滚筒钉齿和其他零件)。以上四种减轻农业机械重量和降低材料耗量的方法，在实际设计工作中，加以重视并采用的话，会给带来较好的经济效益和社会效益。

参考文献:

［1］张德生．选用新型建筑材料减轻房屋结构重量［J］．嘉应大学学报，1998(6):64－66．

［2］袁照丹．轴采用合成材料后减轻重量50%［J］．汽车工艺与材料，1997(12):4．

［4］渡辺修治，李玉楼．减轻船舶重量的材料［J］．国外舰船技术(材料类)，1981(11):46－48．

［5］李树生．能够减轻汽车重量和代替金属的新材料———STX薄板［J］．国外汽车，1978(6):66－68．

作者：黄丙申 初旭宏 吴佳钰 潘宠 单位：佳木斯大学机械工程学院