بهینه سازی انتخاب مواد برای قطعات ماشین آلات کشاورزی

قطعات ماشین آلات کشاورزی معمولاً در شرایط طبیعی مانند خاک، گل، آب، باد و ماسه کار می کنند و اغلب با بارهای زیاد، ضربه، ارتعاشات و سایر شرایط کاری مواجه می شوند که لازم است قطعات دارای خواص ضد اصطکاک، ضد ضربه، ضد خوردگی، مقاومت در برابر سایش و سایر خواص باشند. از طریق بهینه سازی انتخاب مواد، می توان اطمینان حاصل کرد که قطعات مکانیکی می توانند به طور پایدار و برای مدت طولانی تحت این شرایط سخت کار کنند، خرابی ها و آسیب ها را کاهش دهند و هزینه های تعمیر و نگهداری و تعویض را کاهش دهند.

الزامات عملکرد قطعات ماشین آلات کشاورزی بسته به محیط استفاده و عملکرد متفاوت است. قطعات متداول ماشین آلات کشاورزی مانند موتورها، سیستم‌های انتقال، ابزار کار (مانند تیغه‌ها، شخم‌ها)، سیستم‌های تعلیق، لاستیک‌ها و غیره، هر کدام با محیط‌های کاری و الزامات مکانیکی متفاوتی روبرو هستند، بنابراین الزامات مواد نیز متفاوت است. موارد زیر برخی از الزامات عملکرد کلیدی هستند:
استحکام بالا و چقرمگی بالا: قطعات ماشین آلات کشاورزی نیاز به تحمل بارهای زیاد، ضربه های زیاد و تنش های مکانیکی مکرر دارند. به عنوان مثال، چرخ دنده‌های انتقال، یاتاقان‌ها، قفسه‌ها، بازوهای جرثقیل و سایر قطعات در حین کار دائماً تحت فشار و ضربه قرار می‌گیرند، بنابراین برای جلوگیری از ترک خوردن یا شکستن در طول عملیات طولانی‌مدت، باید استحکام کششی، استحکام تسلیم و چقرمگی خوبی داشته باشند.
مقاومت در برابر سایش: قطعات ماشین آلات کشاورزی معمولاً در یک محیط اصطکاک، به ویژه در هنگام کشاورزی و برداشت کار می کنند و اغلب با اجسام سخت مانند خاک، ماسه و سنگ تماس پیدا می کنند. مقاومت در برابر سایش یک معیار مهم برای انتخاب مواد است که می تواند به طور موثر خرابی قطعات در اثر سایش را کاهش دهد.
مقاومت در برابر خوردگی: از آنجایی که ماشین آلات کشاورزی اغلب در محیط مرطوب یا خورنده کار می کنند، به ویژه سیستم های آبیاری یا برداشت برنج، برای جلوگیری از خوردگی قطعات مکانیکی در اثر تماس طولانی مدت با رطوبت، کودها یا آفت کش ها، لازم است موادی با مقاومت خوردگی خوب مانند فولاد ضد زنگ، آلیاژ آلومینیوم و غیره انتخاب شوند.
مقاومت در برابر دمای بالا: برخی از قطعات ماشین‌آلات کشاورزی، مانند قطعات موتور، سیستم‌های ترمز و غیره، ممکن است در یک محیط با دمای بالا کار کنند، که لازم است مواد دارای مقاومت حرارتی بالایی برای جلوگیری از تغییر شکل، خستگی یا آسیب ناشی از دمای بالا باشند.
مقاومت در برابر خستگی: برخی از قسمت‌های ماشین‌های کشاورزی مانند سیستم‌های انتقال، دستگاه‌های تعلیق، چرخ‌ها و غیره تحت فشارهای متناوب تحت کار طولانی مدت قرار می‌گیرند و مستعد آسیب خستگی هستند. از این رو مواد با مقاومت در برابر خستگی بالا به طور گسترده در ماشین آلات کشاورزی مورد استفاده قرار گرفته اند.

انتخاب مواد برای قطعات ماشین آلات کشاورزی باید به طور جامع الزامات استفاده، شرایط کار و اقتصاد را در نظر بگیرد. قطعات و اجزای سازنده ماشین آلات کشاورزی متداول شامل دسته های زیر است:
فولاد: فولاد یکی از متداول ترین مواد مورد استفاده در قطعات و اجزای ماشین آلات کشاورزی است. فولاد دارای استحکام بالا، سختی بالا، چقرمگی خوب و عملکرد پردازش خوب است. برای اکثر قطعات و اجزای ماشین آلات کشاورزی، به ویژه آنهایی که نیاز به تحمل بارها و ضربه های بزرگ دارند، مانند چرخ دنده ها، بلبرینگ ها، بازوهای جرثقیل و غیره مناسب است. به عنوان مثال، فولادهای پر آلیاژ مانند فولاد کروم و فولاد منگنزی دارای مقاومت در برابر سایش و ضربه عالی هستند و به طور گسترده در قطعات و اجزای کلیدی ماشین آلات کشاورزی استفاده می شوند.
چدن: چدن همچنین به طور گسترده در ماشین آلات کشاورزی استفاده می شود، به ویژه در مواردی که نیاز به مقاومت در برابر سایش خوب و هزینه ساخت پایین دارند. چدن خاصیت ریخته گری خوبی دارد و برای تولید انبوه بدنه موتور، گیربکس، بدنه پمپ هیدرولیک و سایر قطعات مناسب است. چدن خاکستری، چدن شکل پذیر و مواد دیگر به دلیل مقاومت در برابر سایش و استحکام بالا اغلب در قاب ماشین آلات کشاورزی، سازه های نگهدارنده و غیره استفاده می شود.
آلیاژ آلومینیوم: آلیاژ آلومینیوم سبک وزن، مقاوم در برابر خوردگی و در پردازش خوب است. اغلب در قسمت های غیر باربر ماشین آلات کشاورزی مانند محفظه ها، قاب های سازه ای و برخی از قطعات انتقال استفاده می شود. مواد آلیاژ آلومینیوم می توانند به طور موثر وزن ماشین آلات را کاهش دهند و راندمان سوخت را بهبود بخشند، به ویژه در ماشین آلات کشاورزی مدرن.
مواد کامپوزیتی: با پیشرفت علم و تکنولوژی، کاربرد مواد کامپوزیتی (مانند مواد کامپوزیت فیبر کربن و پلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه) در ماشین آلات کشاورزی به تدریج افزایش یافته است. مواد کامپوزیت دارای ویژگی های وزن سبک، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش هستند. آنها برای قطعات ماشین آلات کشاورزی که نیازمند استحکام بالا و نیازهای کاهش وزن بالا هستند، به ویژه برخی از ماشین آلات کشاورزی پیشرفته مناسب هستند.
فولاد ضد زنگ و آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی: ماشین آلات کشاورزی، به ویژه هنگامی که در محیط های مرطوب یا خورنده استفاده می شوند، نیاز به انتخاب مواد با مقاومت در برابر خوردگی قوی دارند. به عنوان مثال، مواد فولادی ضد زنگ به طور گسترده در سیستم های آبیاری کشاورزی، سیستم های اسپری و قطعاتی که با کودها و آفت کش ها در تماس هستند استفاده می شود. آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی اغلب در قسمت های در معرض ماشین آلات کشاورزی مانند آبپاش ها و نازل ها در عملیات زمین های کشاورزی استفاده می شوند.
مواد پلیمری: کاربرد مواد پلیمری مانند پلی اتیلن (PE) و پلی اورتان (PU) در ماشین آلات کشاورزی نیز به تدریج افزایش یافته است. آنها دارای مقاومت سایشی عالی، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی و مقاومت خوبی در برابر ضربه هستند و برای قطعاتی که در عملیات زمین های کشاورزی مستقیماً با خاک و کود در تماس هستند، مانند مسیر، تسمه محرک، واشر و غیره مناسب هستند.