訾晓明
山东广垠新材料有限公司 山东 255000
摘要：新中国成立以来，我国制造业的发展比较粗犷，尤其是工程机械的制造，设计理念落后，工程机械的材料利用率低下，造成整个机械十分笨重，而为了能够驱动庞大的机体、力臂等部件，又会造成巨大的能源浪费，并且多用钢铁制造，易于受腐蚀等损害，对于施工环境比较复杂的情况往往难以胜任，机械操作效率低下。如果结合轻量化设计理念，不但可以有效解决这个问题，还能够提高产品性能和质量。
关键词：工程机械设计;轻量化技术;应用
引言
机械工程产品的轻量化设计是一系列技术措施，旨在降低机械工程产品的自动重量，控制运行能耗，降低制造成本，提高产品使用性能，首先是更新材料，优化轻技术可被视为一个系统项目，它利用轻设计、轻材料和轻制造技术的集成技术应用，优化机械产品质量和制造成本等因素。
1轻量化技术的特点
能耗降低，有研究表明，工程机械的机身重量每减少100公斤，机械的百公里油耗随之减少0.6L/百公里，同时还能很大程度上提高产品的整体性能。同样，汽车领域的相关研究表明，汽车重量每降低10%，油耗随之降低7%左右，与此同时，汽车的输出比功率升高，动力输出更强劲，效率更高。我国中联重科研发的新型80nm碳纤维臂架混凝土泵车，通过使用碳纤维复合材料，成功的使泵车重量减少4成左右，油耗也相比之前降低了15%，机械运行也更灵活，效率更高。改进方法相对简单，轻量化技术不同于其他领域的研究，虽然轻量化设计涉及的领域比较多，例如，复合材料、机械设计、精密加工等，但是，轻量化的设计过程却并不复杂，在原机械的基础上，对机构间的配合或零部件的材料等进行优化，就能大幅度减少能耗，提高效率。
2工程机械轻量化设计的技术实现途径
2.1结构总成优化设计
工程机械实现结构件组合的优化设计。通过调整产品结构和不同零件之间的关系，它们实现了降低工程机械自动重量和工作能耗的目标。框架组合最佳化设计可分为四个方面:大小最佳化、拓朴最佳化、造型最佳化和外观最佳化。在进行整体工程机械结构优化设计时，应对基础模型工程机械的实际使用情况进行研究分析，准确评估各部分的实际使用情况，消除冗馀零件，同时不影响使用功能和功能质量中国部分新型工程机械产品采用u形板消除加固板中的冗馀零件，优化了机械结构。例如，在大多数旧工程机械模型中，引擎被配置为整体惯性飞轮结构，结构相对较重。一些企业选择采用新的横截面方向盘结构，将方向盘分为一级方向盘和二级方向盘两部分。在变速箱轴端建立二级飞轮，保持一级飞轮的位置与整体结构中的原飞轮位置一致，并使用弧形弹簧组合连接初级和次级飞轮。
2.2纤维增强复合材料的应用
复合材料在航空业已经广泛应用，波音的梦想客机787，使用的复合材料占整架飞机重量的50%左右，正是由于复合材料有着比铝材更轻的质量和更出色的抗腐蚀和金属疲劳等特性，可见复合材料的出色之处，而工程机械中，也可以依据产品的部件功能合理采用复合材料。玻璃纤维具有高强度、低拉伸的特性，常用于强力牵引件的制造，而玻璃钢常用于发动机罩，有着更光滑平整的外观和良好的减振降噪功能。碳纤维具有轻质、强度高、抗疲劳、抗腐蚀等优异特性。在工程机械中，应用碳纤维可以极大地降低工程机械的重量，并且碳纤维的强度是普通钢材强度的10倍，因此，碳纤维的应用前景十分广阔，例如，目前部分挖掘机的铲斗使用的就是碳纤维增强金属基复合材料，不仅重量大大减轻，铲斗也不易沾土，工作效率更高。
2.3其他材料的应用
在新材料中，细陶瓷具有优良的力学和化学性质，具有耐热、耐腐蚀、耐磨损等优点。，并且广泛应用于汽车发动机燃烧室和换热器，大大降低了燃料消耗。高刚性、高强度和低密度的飞机广泛使用alvar夹层材料，目前正在探索汽车方面的应用研究。玻璃强化材料可应用于复杂、低成本、低材料密度、高强度、耐腐蚀、隔音和隔热的零件。玻璃强化材料可代替金属材料用于墙-冲击、防碰撞碗、前板和后门。纺织复合材料可与现代复合材料相结合，克服传统复合材料机械性能不均衡和损伤容差较低的缺点，这些材料比模量更强、更大、更耐疲劳，可将mou纺织复合材料应用于十溴二苯醚高强度结构气泡材料质量优良，可制造复杂形状的零件，增强显着效果，提高整车刚度，可回收利用，主要应用于车辆吸声盖和仪表薄板。
2.4制造工艺的优化?
在工程机械轻量化设计模式推广的初期，采用了轻量化设计模式，部分制造工艺滞后，很难实现工程机械制造环节的轻化量化设计措施，应积极探索新工艺，不断吸收国外先进技术，将轻量化技术与新兴科学技术相结合，借助新制造工艺例如热处理技术、锁锚链接技术、喷丸、加压、滚压、激光焊接以及搅拌摩擦焊接等技术，提高机械零部件的精密性、抗疲劳性和耐磨性，在实现器械减重的同时，提高零部件组织强度。以某起重机桥架为例，利用扁钢和方钢取代原来的四梁结构形式进行焊接，使得起重机的整体质量大大减少。
2.5仿真设计
在轻型工程机械设计模式下，虽然可以有效降低工程机械的质量、操作机械的能耗，并控制机械产品的制造和使用总成本。但是，在轻设计过程中，设计者必须考虑一些因素，例如材料、结构、使用情况以及不同元件之间的关系，这使得设计变得更加困难，工作负荷也更加繁重。由于人为因素，工程机械轻量化设计方案存在几个问题，需要同时采用轻量化技术和仿真技术。从而可以根据已知信息和工程机械设计方案构建一个非常现实的仿真模型，帮助设计师直观地了解工程机械设计结果，进行仿真试验以模拟工程机械在不同条件下的运行状态同时，它还可以帮助设计者执行大量的数字计算和故障排除，使设计者能够有效地控制超出其容量限制的数据信息，从而提高工程机械设计级别的效率并继续修复对于ZL50型装载机，设计人员采用仿真技术和有限元分析方法，对机械球磨机零件进行结构优化设计工作，对设计方案进行修正处理，减少机械质量48 429公斤，实际重量损失率为4%。
2.6半固态铸造
半固态主要是指从液态向固态过渡的过程。在汽车零件生产中，只要采用这种生产工艺，金属材料既固体又液体，当时在这一温度范围内加工成为成品。因此，这种制造工艺称为半固态铸造技术。一般而言，半固态铸造技术包括流道和接触流，制造和加工过程中消耗的能量较少，操作简单。由于混合铸造金属运输困难，这种铸造方法很少使用。接触成型是一个使用更多工艺的过程，但成本高、能耗高且复杂，需要改进和优化工艺。
结束语
轻量化设计不仅是工程机械设计在不断追求和探索的领域，其他制造业也都在积极地利用这种技术发展各自的产品，轻量化是未来生产制造的趋势，是提高产品功能性、经济型、可靠性的重要手段。我国对该技术的探索仍落后于西方国家，科研单位以及企业研发单位，必须重视该技术的发展，把握好工程机械的发展方向，不断优化改进产品的轻量化设计，推动我国制造业的健康可持续发展。
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