时间：2023-06-30 15:46:58
序论：在您撰写工程机械轻量化时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
工程机械轻量化技术是指通过材料、制造工艺、结构参数等优化工程机械设计。工程机械轻量化技术可通过材料优选，制造工艺改善、结构参数调整减轻工程机械的整体重量，在制造过程中降低成本，提高机械设备的使用性能，同时可以节约能源，减少污染物的排放，我国的设计理论相对保守，在设计时没有考虑运输时是否方便，同时把安全系数设置过大，导致重型机械设备不仅制造成本巨大，运输成本也很大，造成企业大量的资源浪费。在这样的背景下，就需要思考是否能够采用轻量化的工程设计。
1工程机械轻量化的发展现状
1.1我国的设计理念保守
我国的机械设计最初是采用苏联的设计理念。经过几十年的发展，已经不能再适应社会的发展，我国的钢结构设计理论目前还比较保守，器件比较笨重，安全系数过大，安全性能好。
1.2设计中缺乏核心技术
在设计的过程中，没有吸收先进的设计技术，长期采用类推的方法，设计的周期较长，没有多余的选择方案可以进行选择。缺少优秀的评价标准，企业自主创新能力薄弱，生产大量仿制品，没有自身的核心技术，没有实验所需要的数据。同时，也缺乏理论基础，对智能技术的探究缺乏深度和认识。我国的工程机械轻量化技术还处于初级阶段。在我国，大量机械产品的设计都采用或者借鉴国外的经验数据，由于长时间没有进行更新，已经不能适应社会的发展需求。在我国的制造行业中，制造技术的发展还比较年轻，对于新技术、新方法、新材料的运用都还不很广泛。如果没有自己的实验数据和创新能力，工程机械轻量化还有相当长的一段路要走。我国与发达的工业强国相比，还有一段很大的差距。我国的工程轻量化技术还处于研究的初级水平。要想发展工程技术的轻量化就需要不断研发新技术，采用新材料。在设计过程中，要注意优化产品设计，从根本上提高材料的利用率，要注意保持零件的刚度、强度以及抗疲劳性。
2工程机械轻量化设计的作用
工程机械轻量化设计有助于提高材料的利用率，有利于对能源的节约，有助于运输方便，有助于我国从工业大国走向工业强国。在工程机械轻量化的设计过程中要足以减少生产材料的碳排放量，同时要注意提高机械的动力水平，减少摩擦力对器件的影响。在工程设计的过程中，要注意提高产品的寿命和使用性能。工程机械的轻量化有助于我国机械设备向环保型、功能型的方向发展。
3工程机械轻量化的技术实现途径
3.1基于材料的轻量化设计
材料轻量化在材料的选取上，可以使用高强度的钢材，其中最常用的是热性钢材，轻合金钢材中最为常用的是铝合金、炭纤维、镁合金，记忆金属中常用的微晶钢，工程塑料、陶瓷、玻璃纤维也是常用的材料。这些轻量化的材料可以减轻工程机械的重量，提高成本。例如：日本丰田公司采用的连杆技术可以减少30%的钢材，同时还可以节约5%的汽油，可见轻量化的设计有助于能源的节约和资源的利用。机械工程的轻量化设计要针对机械的不同部件选用不同强度的材料，从而实现工程机械整机的轻量化。
3.2工程机械制造工艺的轻量化设计
要选用多种方法进行工艺制造设计，同时注意强化设计师的常新理念，发挥设计师的主观能动性，进行积极的技术创新和探索；同时注意选择先进的工艺方法和先进的工艺技术。在设计的过程中要注意数据的收集和整理，要强化设计师的实际理念，提高设计师的设计水平，不断改变以往模仿抄袭的现状。
3.3新材料的运用可以提高产品的抗击能力
在设计的过程中，要不断采用新的技术和方法进行技术上的改造，同时，要采用新型材料提高工程机械的性能优势，同时加强金属的表面承受能力。在设计的工程中要选择新技术来提高产品的竞争能力。同时要增强产品的抗击能力，提高产品的使用寿命。要不断满足消费者对产品的需求。
3.4改善机械设备的截面实现工程机械轻量化
对机械设备的截面进行改善，就是要提高机械设备构件的截面抗弯截面系数和抗扭截面系数，在不改变机械设备重量的情况下，通过加强承受力来减轻设备的总体重量。从有关专家的研究和分析发现，受力的状态不同，材料的强度指数也不相同，但是在受力情况相同的情况下，单位长度的构件越重，它的强度指标就会越小。也就是说轻度指标与单位长度的工件质量成反比。
3.5工程机械的轻量化可采用多种新型技术
工程机械的轻量化可以采用热处理、滚压、喷丸等多种新的工艺技术，这些工艺技术的采用可以提高机械设备零部件的耐磨性和抗疲劳性。有利于提高机械设备的强度，还能提高材料表面的组织结构，提高材料表面的负荷水平。
3.6工程机械设计中的其他设计技巧
在机械设计的过程中，要注意设计的外观要有曲线美，可以丰富人体的视觉；同时要注意采用智能化的控制系统，可以帮助工作人员减少操作的工作量，同时自我进行故障排除，自我诊断故障，不断提高设备的工作效率。
4新型材料的研发和应用
4.1高强度合金钢材料的大量应用
随着工程机械向轻量化、大型化的方向发展，要不断增加工程机械上钢材的强度，钢材是机械设备制造过程中最大的成本。高强度的钢材对机械设备制造的发展具有推动作用。目前，对合金钢的运用越来越广泛，合金钢的大量运用不仅能够提高钢材的强度还能够减轻机械设备自身的重量。合金钢运用到机械设备的制造中来，可以提高机械设备的强度、刚度、稳定性能，不断降低机械设备的自身重量。现在大量的技术应用和研究发现，增大机械结构的强度的同时能够减轻自身的重量。
4.2纤维增强复合材料在工程机械轻量化中的应用
复合材料有很多优点，这些复合材料的强度较好、比模量高、抗疲劳断裂的性能好、尺寸稳固、比较耐磨，抗腐蚀性能好、能够有效降低噪音、绝缘性能好，能够满足各种产品的性能需求。玻璃钢就是复合型材料中的一种，这种材料不仅工艺性能好，而且设计灵活，不仅成本低廉而且重量轻。玻璃钢在工程机械设计制造中的应用非常广泛，在压路机、装载机发动机罩上应用较为广泛。玻璃钢具有质量较轻，强度较好的优点。同时玻璃钢还具有易于成型的优点。在工程机械的设计过程中，要合理使用复合型的材料。复合材料的应用可以整体成形代替焊接带来的不必要的麻烦，在工程机械轻量化的设计过程中，要根据不同的受力部位合理使用复合材料。玻璃纤维最早是在军事上使用的，轻型的装甲车应用玻璃钢的地方最多。
4.3碳纤维复合材料在工程机械中的应用
碳纤维复合材料在工程机械中的应用也很广泛，碳纤维复合材料质量轻，强度高。与普通纤维材料相比，碳纤维材料只有普通纤维材料质量的1/4。目前，在工程机械轻量化制造过程中使用最为广泛的还是合金钢材料，这种材料密度大，影响了整个机械设备的机动性，降低了机器设备的灵活性，影响了发动机的工作效率。
关键词：起重机；轻量化设计；存在的问题
引言：起重机事业的发展已经在我国的国民经济发展中占有一席重要的位置。它的发展水平代表了专业相关人员的聪明才智，同时也彰显了我国建设上的突破性进步，所以我们日后的起重机发展要紧追世界上的轻量化发展脚步。
一、我国起重机轻量化设计实施的积极意义
（一）起重机在国际上的发展形势和积极意义
起重机在国际上的发展形势已经逐渐走向明朗化进程式的发展，在国外的市场上我们很容易就能找到起重机轻量化产品，像西班牙的Linden-Co-mansas；德国的德玛格、斯泰尔、安博；芬兰的科尼；日本的住友、日立、神户制钢、石川岛、韩国半岛；美国高博；法国的法兰泰克等等都是起重机重要的著名制造单位。并且这些单位都注重起重机的结构、电气和机构方面的时代化进步内容，他们都有着共同的目标就是要起重机产品逐步走向美观、节能、轻便、适用等综合发展方向。
（二）起重机轻量化在我国的发展形势和积极意义
随着国际化的起重机发展进程的不断加快，国外方面的进口起重机关于数量上的优势在我国也日益凸显出来，国外的起重机在我国占有广阔的市场，这同时也刺激着我国的起重机事业的发展，我国自主研发的起重机轻量化产品也取得了一定的成果。目前我国政府和国家都已经开始重视起重机的轻量化发展。相继推出了很多重要性的研究课题和政策去进一步支持我国的起重机轻量化事业的发展。
（三）起重机在节能环保方面的积极意义
我国新颁布的《节约能源法》强调了特种设备的节能方面的相关注意问题，而且我国现在已经进入到了低碳时代化的发展新格局中，环保和节能是现阶段的中心话题，所以起重机也要在这方面起到一定的表率作用。起重机中金属机身的质量一般占总重量的一半以上，巨型的起重机会达到百分之九十的比例，所以由此可见我国的起重机轻量化路线可以节省下来的原材料非常巨大，并且这种发展形势会帮助减轻机构本身的负担，有效地解决数目巨大的造价问题。轻量化设计是起重机现如今重要的研究话题和方向，它不仅能节约资源，保护环境，还能提高经济性能[1]。
二、我国起重机轻量化设计的相关内容
1.极限设计方法
极限设计方法就是概率设计方法。它主要产生于二十世纪七十年代，当时国际上的工程化结构设计方法主要倾向于采用概率理论为主要内容的极限设计方法，它的计算结果相对精准，很符合金属的实际工程工作内容，同时也能有效地利用钢材的重要性能，做到有效地节约材料资源。
2.现代技术方法
现代技术的方法上的应用主要集中在它能考虑到机器本身的承受负荷的能力，而且它还会结合钢材的基本性能和材料加以整合。其中结合的技术和方法涉及有起重机动力学、等强度设计、有限元法、灵敏度分析、模糊优化设计和模块化设计，它们都以最大限度减轻机器自重为主要奋斗目标。
3.反求工程方法
现在的其他国家都在积极吸取别国的实际经验和教训，努力设计更加具有强大能力的起重机产品希望在国际舞台上站稳脚跟。反求工程方法就是针对于这种吸收技术的方法的概括。它通过实际操作和有关重要资料进行一定的分析和研究，从而了解参数性能，逐步掌握技术上的关键原理技术，在加以仿制和创新。
三、我国起重机轻量化设计存在的问题
（一）计算设计方面
现在一般计算设计上采用的是许用应力法，这种方法本身简单，但是存在一定的缺点，它无论运用何种金属结构都一律采用统一的安全系数。这种明显的不合理方法需要做进一步改进。如果按照这种方法计算设计的话就会消耗不必要的金属资源，而且安全系数还不能得到有效控制，由于系数的不精确就会给设计人员的计算设计造成一定的精确问题上的困扰，设计人员一般为了机器的安全问题还会预留安全系数，这样直接导致我国的起重机质量过大。
（二）工艺方面
工艺方面起重机主要采用钢板焊接的结构作为构件，生产过程主要以半手工半机械制造，这样就会导致起重机结构笨重，有碍美观性还会延误交货期。
（三）材料方面
材料上一般采用的是高分子材料、型钢、轻合金材料，而且钢材的性能存在参数不全和负偏差，不会进行预处理，直接导致为增强安全性能而加强各种板材材料的直接浪费资源现象。
（四）结构方面
传统的计算设计一般倾向于安全和稳定，所以一般都会浪费大量的经济上的资源也要保证机器的安全和稳定性能，但是这种行为往往就浪费了很多材料资源，而且这样的起重机一般都会比较笨重。
（五）电气和机构方面
制约起重机轻量化发展的原因还有电气和机构方面的问题。传统的系统的工作化效率过低，而且电气控制系统性能水平也不高[2]。
四、我国起重机轻量化设计的有效建议
（一）计算设计方面
针对上述提到的问题和所遇到的困难，我们建议采用极限设计方法去加以改善。这种方法能够得出比较精确的计算结果，而且一般都能符合实际化的要求，充分利用材料的基本性能，做到节约资源。而且它还能结合许用应力法做到具体化和实际化的应用。还有按照“定位精度”考核起重机性能要求，而且适当结合反求工程设计理念和现代设计方法保证工作的精确性和完善性。
（二）工艺方面
建议采用受力构件可以换成槽钢、H型钢、工字钢，焊接手段改为机械手，并且车轮、齿轮和滑轮必须经过热处理，增强硬度性能。
（三）材料方面
建议采用轻合金和轻度较高的钢制材料，节约资源，减轻机器本身重量。同时减轻支撑结构和厂房结构的负荷量，有效地减少成本上的浪费情况。用高强尼龙可以延长机器寿命，相对减少噪声污染[3]。
结束语：我国的起重机发展正在逐步走向轻量化方向，并且已经取得了相关的有关部门的一直认可和支持，我们要积极向国外的先进技术学习，在吸取经验的同时，研究自己的创新型内容，争取赶上世界起重机轻量化的发展的先头部队。
参考文献：
[1]安存胜，马占营，聂福全.起重机齿轮传动装置轻量化技术应用现状及发展趋势[J].机械传动，2015，10：146-150.
【关键词】工器具；轻量型；绩效；成本
当前，国家大力推进特高压电网建设。特高压线路具有塔高、导线张力大、金具和绝缘子重量大等特点，相应的作业工具也重量大。同时，工器具总量繁多，仅在特高压线路带电作业中就有金属工具、绝缘工具、个人防护工具、检测工具、辅助安全工具五大类，种类众多。这对推动工器具轻量化改革，配备轻量型工器具，来提升作业工具开发管理水平提出了新的要求。
一、工器具轻量化的经济效益分析
工器具轻量化是指根据施工实际需要和工器具的特点，综合运用新材料、新工艺，并通过对工器具性能进行分析测试，在满足作业性能、安全要求和成本经济等要求的基础上，以降低工程成本、提升工作效率、减少能源消耗、便于施工展开等为最终目的，来开展的优化活动。
选用轻量型工器具，在技改抢建工程中，会对工程成本带来如下影响：
一是开展改型设计、更换轻量型器具会产生部分费用。改型设计工器具，必然需要投入一定的人力物力，实验过程中需要消耗相关耗材，花费一定设计费用，产生了部分成本。但研究表明即使在大件工程机械的成本构成中，设计费用往往也只占总成本的5%，但是能影响60―70%的成本构成。同时，更换轻量型工器具需要投入一笔新的购置费用，并可能提前报废原有工器具，产生一定的折旧成本空耗。
二是选用轻量型工器具会降低运输、使用成本和人工成本。轻量型工器具与原工器具相比，最大的优势就是重量减轻。重量减轻对工程成本特别是抢建技改工程的成本影响较大。电网建设工程具有建设直线距离长等特点，工器具的运输成本在工程总成本中占比较高。而抢建工程中对工程建设时间进度要求高，要求人、材料、机械快速到位，运输成本在施工总成本中占比更高。这种情况之下，多使用轻量型工器具，能在单位时间、单位台班车辆运输更多的工器具，降低车辆运输成本。同时，对人工搬运的消耗也减少，单人可携带工器具数量增多，施工效率增加，降低了工程的人工成本。
三是工器具轻量化具有综合成本优势。根据工程建设实际成本构成分析，工器具轻量化具有综合成本优势。仅以选用轻质材料代替钢材为例来开展分析，选用加厚的铝合金材质零部件可以实现与与钢材质零部件强度相当，满足施工需要。但同强度的质量铝合金材质零部件重量只有钢材质零部件重量的1/2，尽管铝合金价格比钢材价格贵2倍左右，但结合零部件的全寿命使用周期中来开展成本核算的话，铝合金材质的增效效益远超增加份额，综合成本优势显著。
二、工器具轻量化改造的方法
结合材料科学相关知识，工器具轻量化一般包括优化结构、优选轻量材料和优选加工方法三大类。
（一）优化工器具结构
一是开展零部件功能分析，减去冗余零部件或零部件中的冗余部分。随着电网施工技术的发展进步，在特高压线路施工中，部分原用于较低电压等级线路施工的工器具中有部分零部件已成冗余，可结合抢建技改工程实际需要，减去冗余零部件，降低作业工器具的重量。
二是优化Y构组合。结构优化设计是降低工器具重量的一种有效途径。CAE仿真优化法是在轻量化设计中得到广泛使用，它是指借助理论计算、有限元分析、数值优化、多目标优化等数学建模方法，在满足工器具安全、强度、刚度和疲劳度等约束条件的基础上，通过改变某些允许改变的设计变量，使工器具的综合性能达到最优的拓朴优化方法。在进行工器具优化设计时，应对需要使用该工器具的各种工况进行建模、分网、加载、求解和后处理，合理分别不同部件的减重目标，对应力集中的零部件进行结构优化，在结构上进行相应调整，必要时可去除该部分，以实现在满足约束条件前提下重量这一参数上的总体结构最优。
三是通过优化设计减小零部件外形尺寸。比如通过折叠化设计、压缩化设计等改进，虽不能直接降低工器具质量，但便于工器具运输，一定程度上达到了工器具轻量化改造的目的。
（二）优选轻量材料
新材料的研究和应用是实现工器具轻量化的最有效途径。近年来，在生产实践中，高强钢、超高强钢、铝、镁等合金新材料在各行各业中得到了广泛的应用，特别是在汽车工业、飞行器制造工业、建筑工业等已经大量通过
选用新材料来降低重量。如由碳纤维、玻璃纤维等复合材料制成的工程塑料，它所制成的受力结构件，拉伸强度相当于钢的35倍，稳定性、疲劳度、耐腐蚀性也都优于钢，但同样尺寸的工程塑料重量仅为钢铁的三分之一到四分之一，具有优良的轻量化性能，在结构件、功能件设计中得到广泛的应用。
在电网施工作业工器具改良中，应广泛参考当前已经得到广泛应用的成功案例，大胆试用高强钢、合金、工程塑料等新材料，根据施工实际需要和相关操作规范要求，选用最优的材料来设计工器具，采用性能更优、成本更低和质量更轻的零部件代替原有零部件，使工器具实现减重优化、提高性能的目的。
（三）优选加工方法
不同加工工艺、加工方法也会导致工器具的重量会发生变化。例如根据轻量化的要求来考量，同等性能的焊件比铸件重量要轻，更加适宜于应用在工器具轻量化改造中。在具体的工器具轻量化设计中，应综合运用上述三种方法，以期最大限度提升轻量化效果。
三、在抢建技改工程中选用轻量型工器具需要注意的事项
轻量型工器具拥有降低运输成本、提升工作效率、便于施工展开等优势，在技改抢建工程中综合效益突出，应在送电线路施工项目中积极推广应用轻量型工器具。但与此同时，选用轻量型工器具必须注意以下事项：
第一，选用轻量型工器具必须满足工器具的基本性能需要，符合电网建设施工规范的要求。每一项工器具在电网建设施工作业中都有其独特的功能，部分工器具对其刚性、张力、承载力、绝缘性、使用寿命等有明确的要求，在进行轻量化改造设计中，不能因为单纯追求减重而影响其他性能，诱发安全风险和质量事故。正确的设计轻量型工器具应该是基于对工器具结构进行科学分析，对选用材质进行充分比对，在安全、成本、质量等方面进行综合对比分析后，经过实践验证后再定型推广。因此，轻量型工器具选型工作必须由充分熟悉现行到工器具并熟知送电线路施工规范的中高级施工管理人员完成。
第二，选用轻量型工器具必须与工器具生产、采购、分发、保管等工作做到协同推进，提升企业整体物资管理水平，才能够真正发挥轻量型工器具的比较效益优势。工器具的生产和采购环节应该严格保证质量，特别是轻量型工器具较多涉及到使用新材料、新工艺，应加强对材料工艺稳定性的控制，确保工器具质量过关。工器具分发和保管工作应做到科学有序，应参照施工定额和以往施工实际消耗情况的大数据进行科学管理，在物资申领调派运输分发过程中应提高信息化水平，借助信息化手段来提高物资管理效率，以高效的物资管理来保障轻量型工器具真正在抢建技改工程中发挥出综合优势。
参考文献
[1]石生智，特高压输电线路带电作业工器具及作业方法研究，华北电力大学硕士学位论文，2013年度。
关键词：重型商用汽车；车架；轻量化；设计技术
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.238
0 前言
车架的轻量化实际上是从动静力学特征进行分析，结合载荷及位移边界条件，考察车架的受力分布，实现对车架架构的优化，最终使车架达到结构合理轻便，又强度可靠的效果。本文关于重型商用汽车的车架轻量化设计研究，将以重型商用汽车为研究对象，从重型商用汽车的车架结构特点入手，分析车架进行轻量化的重要意义，进而对轻量化的设计方法与设计难点进行具体研究，通过评价车架设计的合理性，确定结构改进的可行方案。并基于商用车车架量化的发展趋势作出展望。希望能够为我国的物流业及汽车运输的发展提供一份参考。
1 重型商用汽车的车架轻量化意义
轻量化技术可以对汽车的尾气排放与燃油量构成直接的影响，是节约材料的有效手段之一。目前，我国重型商用车在全部车辆中的比例为23%左右，但是重型商用车在燃油消耗上占比却高达70%。国外的有关调查数据表明，汽车的质量受汽车油耗的影响。汽车质量每上升100kg，油耗将提升0.3-0.6L/100km，相对来说，汽车整体质量减少10%，油耗就降低7%左右。另外，汽车的轻量化不仅能减少耗油，为降低原材料做出贡献，还能减少有害气体的排放，每辆汽车减轻100kg，二氧化碳的排放量可降低5g/km，有利于我国的保护环境基本国策的实施。而且，汽车的质量减少，零部件构造简化，可以为企业减少经济成本的投入，间接的减少消费者的支出。这对企业、环境、社会公众都是一件有意义的事[1]。
2 重型汽车车架结构的有限元分析
根据市场输入要求进行车架结构改造，必须对车架进行有限元分析。在此基础上确定车架的强度及整体特性，这是为汽车车架进行轻量化的有效前提。对车架的有限元分析主要包含两方面。首先，需要针对车架建立模型并作出预处理。利用CATIA原理搭建整车数学模型，利用车架数模作为建模对象，采用Hyper-works对车架及车架构成部件进行简化与网格划分。其次，分析出工况强度及疲劳程度。利用推导出的车架承重的最大载荷，将载荷数值设置在建立好的模型上，按照IVECO的分析方法，对车架的弯曲程度和扭转强度进行了解。根据有限元分析方法，我们可以认识到，车架的整体刚度过大，强度有富余，并且局部压力大，具有裂缝风险，该条件下完全可以进行结构优化，从而减轻自身重量，降低经济成本[2]。
3 重型商用汽车的车架轻量化设计
3.1 轻量化设计方法
商用汽车车架的轻量化方法有两种。一种是采用更高强度的材料实现轻量化。这种方式需要将普通材料采用高强度材料替代，同时减小零件的尺寸，保证强度不变的基础上进行量化设计。商用车车架具有一定的系统零件及安装布置，采用边梁式的梯型结构车架，将零件结构尽量设计简单，通过车架各零件的替代进行减重设计。另外一种方法优化车架结构的轻量途径，应用CAE为基础的结构优化技术为，通过改变结构形状，使结构部件轻薄化、小型化。以缩小尺寸、结构中空化的优化分析，最大限度减轻零部件质量。设计中，需要根据不同的结构特点做局部加强，保证汽车整体强度不变。两种方法可共同使用，更大限度实现车架的轻量化[3]。
3.2 轻量化设计技术难点
轻量化设计的工艺及技术难点体现三方面。第一，高强度钢板的生产受到限制，其主要应用在工程机械的制造方面，对商用车车架的应用暂无实例。强度过高的材料，延伸度较低，不适合以成型件进行生产。另外，提高抗拉强度需要进行高温处理，这会导致钢铁的生产成本上升。第二，高强度钢的成型能力有限。无论是传统的纵梁成型工艺，还是辊压成型工艺，都很难实现整体的成型组合。而且，相关设备也需要更高强度的材料进行制作，是限制高强度钢板发展的因素之一。第三，车架的轻量化和强度之间存在着矛盾，轻量化的前提条件是刚度与强度不变，要满足该要求，更要在结构上进行改造，势必会影响部件的刚度，因此，对于改造的系数范围有待研究[4]。
4 结论
轻量化是现代化汽车工业中重要的研究课题之一，也是汽车工业长远发展的有效保障。本文针对重型商用汽车的车架轻量化的设计研究，是基于对重型商用汽车的研究对象，根据车架进行轻量化的重要意义与必要性，利用有限元法对汽车的零件结构与刚度进行分析，进而提出了高强度的材料及改造结构两种轻量化设计方法，同时又从设计方法中的设计重点与难点提出了注意事项。汽车的轻量化设计，是技术未来发展的必然趋势。结合现代工艺上的不足，我国对汽车轻量化的新工艺方法研究将不断持续，使轻量化的设计更好的应用在重型商业汽车运输上，同时将“低碳经济效应”应用在物流业及汽车运输中。减低经济成本，提高运输质量与安全系数，为我国的企业、社会公众及环境保护做出一份贡献。
参考文献：
[1]郝明刚，王铁，付文光，姚鹏华，张瑞亮，陈峙.重型自卸车主副一体式车架轻量化优化设计[J].机械设计，2014（11）：56-59.
[2]张兵，王宗彦，陆春月，王珂.面向轻量化的重型卡车板簧压板优化设计[J].机械强度，2015（01）：88-93.
[3]路洪洲，王文军，郭爱民等.铌微合金化高强度钢在轻量化商用车列车上的应用[J].新材料产业，2015（06）：42-49.
关键词：混凝土泵；绿色节能；设计；应用
中图分类号：TV331文献标识码： A
随着经济的发展，能源消耗日益加剧，建筑工程机械能耗也在不断攀升，同时人们的环保意识不断增强，各种节能技术不断得到应用，国家对于节能环保事业的发展也越来越重视。因此对混凝土泵进行绿色节能技术开发是建筑机械发展的重要方向，是大势所趋。在进行绿色节能设计时要贯彻“安全、节能、环保、高效、智能”的设计理念，注重节能、高效技术的研究和应用。在基于“成本管理”和“精益生产管理”思想的成套设备及施工生产管理系统，有效管理设备、优化施工，最大限度地为客户创造价值的基础上，全力设计“安全、节能、环保、高效、智能”混凝土泵送设备。本文以某品牌K系列混凝土泵送设备为例，对混凝土泵绿色节能技术的应用及发展进行了探讨。
1 K系列混凝土泵送设备介绍
K系列混凝土泵送设备涵盖34～60m混凝土泵车、80～120m3/h车载式混凝土泵等系列产品，其设计紧扣“安全、节能、环保、高效、智能”主题，着力在“轻量化技术、节能技术、高效泵送技术、整车智能化控制技术”上取得突破。如：行业首创的“X支腿同步伸缩及浮动张紧软管输送技术、具有单侧作业功能的前后多级伸缩双摆腿结构”、行业领先的“RZ仿生七节臂技术”等技术的研究应用，大幅提高了设备整体性能。K系列混凝土泵送设备一经推出，在行业内产生了很大影响，3桥50m、4桥60m全球最长钢臂架泵车，行业最低油耗等各项指标都引领行业发展，技术水平达到一个新的高度。本文在K系列混凝土泵送设备技术的研究应用基础上探讨分析产品轻量化设计、节能技术研究和应用在混凝土泵送施工机械节能环保发展中的重要性。混凝土泵车动力装置应用的是柴油机,因此混凝土泵车应用时的耗能情况主要是由柴油机的经济动力性所决定的。在设计混凝土动力系统时,一般对柴油机的静态特点进行关注,混凝土泵车机使用的柴油机和底盘是由专门的厂家一起提供的。
2轻量化设计
根据现有研究表明，混凝土泵车臂架长度的增加将带来整车质量呈几何级数增加。为解决臂架长度与底盘载荷限制之间的矛盾，K系列混凝土泵车采用结构参数化辅助设计、动态仿真及三维有限元分析等计算机辅助设计方法，使部件结构设计轻量化，部件分布最优化，同时通过计算机辅助和实验室测试，对整机稳定性进行校核调整，在确保稳定性、可靠性的前提下最大限度地控制了整机质量。以46～60m混凝土泵车为例，K系列混凝土泵车重量减轻见表1（表1中的数据以配置奔驰底盘为例）。
表1K系列混凝土泵车轻量化效果
从表1可发看出通过轻量化设计，K系列混凝土泵车大幅降低了整机重量，这对节约能源、材料，减少排放有着重要意义。据研究表明，质量16～20t的载货汽车，每减重1 000kg，则可降低油耗 6%～7%，这意味K系列混凝土泵车轻量化设计有效低了降低产品油耗与排污量。因此，减轻混凝土泵车自重对于燃油汽车是节能环保的最有效措施之一。同时混凝土泵车的轻量化是符合社会发展和用户的需求，是当前行业发展的必然趋势，而这一技术引导行业的发展，其中3桥50m、4桥60m全球最长钢臂架泵车是代表产品。
3节能技术研究和应用
K系列泵送设备突破了传统的极限功率控制模式，其将泵送系统参数与发动机万有特性曲线实现关联，通过车载中央控制器达到最佳匹配。系统选定泵送速度后，车载中央控制器根据泵送压力、系统压力等实际反馈参数，比对系统理想参数曲线，自动调节发动机转速和泵送排量，确保在不影响泵送效率的前提下，使系统始终工作在最佳节能模式，实现发动机万有特性曲线与泵送系统最节能匹配。该技术在行业内率先实现了突破，节能效果优于同行5%以上，也表明了节能技术的研究与应用在节能环保中具有很大前景。
3.1混凝土泵车实施节能技术测试
本文应用节能技术，在混凝土泵车正常模式与节能模式（由人工来选择，按动开关即可在两种模式间方便地切换）两种模式下测量了节能工况下不同发动机转速对应不同试验工况下每泵送1m3混凝土的实际油耗的测量计算值，和油耗曲线图的数据，见表2、图1。
表2混凝土泵车不同工况下每泵送1m3混凝土的实际油耗测试
图1混凝土泵车正常模式与节能模式每泵送1m3混凝土的油耗曲线图
3.2混凝土泵车实施节能控制前后比较
3.2.1节能前后油耗、转速对比
节能前后油耗比较标准：泵送次数相同、泵送压力相同时的泵车节能前后油耗状况。方法：记录正常模式下一分钟泵送次数、压力和油耗、发动机转速，然后在节能模式下，调整排量旋钮，使其工作在泵送次数与正常模式下相同，然后记录当前泵送次数、混凝土泵送压力、油耗、发动机转速。表3记录了5种工况下的油耗对比数据，图2、图3为工况D的节能前后转速对比与油耗对比，其他工况对比图略。
表3正常模式与节能模式下（稳态）1min油耗对比
图2 工况D能前后转速对比
图3 工况D节能产后油耗对比
3.2.2总的油耗、转速对比
总的油耗、转速对比见图4、图5。
图4节能前后转速对比
图5节能前后油耗对比
3.2.3总体节能效果分析
上述数据表明：混凝土泵车采用节能控制后，燃油消耗明显降低。混凝土泵车在低速工作时，节能效果明显比高速工作好，这是因为一般泵送作业低速工作时负载较小，高速时负载较大，在相同发动机输出功率下，大负载时发动机功率利用率较高（省油空间较小），而小负载时发动机功率利用率较低（省油空间较大）。
根据实验数据，混凝土泵车实施节能控制后，总的节能效果在3%～26%之间，平均节能效果在15%左右，用户常用泵送速度下（如1min泵送10、12、14、16次）节能效果约为16.5%。
4节能减排产品的技术瓶颈探讨
混凝土施工机械节能减排技术虽然得到一定的发展，但在节能研究方面目前主要存在以下瓶颈。
1）轻量化技术的研究是当前重要课题，虽然已经取得了很大的成绩，但如何在减轻重量的基础上有效的保证作业稳定性和减少作业的振动幅度是一个长期的课题。
2）如何提高泵送效率从而实现节能减排。目前泵送产品的混凝土吸入效率可达85%。如何进一步提高混凝土泵吸入效率，也是今后的研究方向，涉及泵送技术和液压控制技术的深度研究。
5未来节能减排产品的技术发展方向
混凝土施工机械未来节能减排的技术发展方向主要是新材料、新技术、新工艺的应用。随着新材料研究应用技术的成熟，大量的新材料、新技术应用到混凝土泵车上，如碳纤维材料应用到臂架技术、陶瓷材料应用到输送管中。新节能技术研究是节能减排的重要研究方向。同时，智能控制和高效作业研究也是未来节能减排产品的技术发展方向。
[参考文献]
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[2]刘海波.浅析混凝土泵送施工技术[J].科技致富向导，2012（9）.
关键词：协同设计；工程机械设计；应用
1我国工程机械设计的现状
传统的工程机械设计，对经验总结十分重视，在设计中应用经验公式、数学图表、理论等方法。我国工程机械发展时间较晚，与国外相比差异还很大，其以设计引进技术等为依据进行前期发展，设计人员主要负责改进工艺编排以及转化图纸等，没有做到深入的分析整机的深层设计机理。相较于国外，我国工程设计人员没有多元化的专业知识，并且其产品原理和设计思想等都在模仿国外。工程机械这一行业的特点，使得其远远落后于其他产业的技术发展和应用，因此在缺乏改进和创新的前提下，是无法对工程机械制造业进行振兴的，要想发展首先要做的就是对技术、知识进行创新。目前已经有许多工程机械企业开始行动，对更加先进的设计模式进行寻找。在计算机技术等的发展过程中，工程机械设计中应用了很多先进的建模方法、设计方式以及设计思想，进而逐渐将工程的协同设计实现。在部分企业中已经开始应用CSCW、CIMS系统等信息化工程。设计师开始对计算机辅助设计软件进行应用。在不断的发展中，目前设计师们通常都用SolidWorks、AutoCAD等三维设计等建模工具。三维设计能够更加形象直观的展示产品设计，预先演示产品最终的动作以及形态，进而对产品的产出风险进行大幅度降低。除此之外还能够通过计算机辅助以及建模软件对软件接口进行分析，进而对试验费用和产品研发费用进行有效的降低，对开发周期进行缩短，缩短产品市场竞争力提升。
2工程机械设计的CSCD体系
2.1工程机械CSCD体系结构的核心
在过去企业内部为开发工程机械产品的主力军，但随着时代的发展，许多大型企业在开发产品的过程中也要求合作商以及供应商加入其中，将一致的产品信息进行及时获取，并对这些信息进行应用，从而将实时的协同开发展开。其中包括设计思想的交流、远程评审的实现、运动仿真的模拟、检查干涉、模型装配以及产品零件的查阅等。在工程机械设计中对CSCD系统进行应用，其存在的主要问题如下。第一，可靠安全的异地通讯，能够将数据共享和信息交流在不同的工作平台实现，进而将实时协同实现。第二，不同CAE软件下的仿真分析以及不同CAD软件的虚拟装配和数字化建模。从目前我国工程机械设计的情况可以看出，目前主流的方式就是结合式的设计方式。第三，将核心设置为知识管理，对分析案例、修改设计的过程以及重视知识的应用进行强调，进而将专家数据库形成，能够对反复发生同样的修改错误进行预防。第四，将核心认定为过程管理，对人机交互无缝接口以及人与人之间和谐交互进行强调。第五，协同设计可视化。现阶段能够将可视浏览实现的方式包括以下两种，第一种浏览是建立在轻量化数据格式上，其在下载数据文件的时候不会保存到本地，而是直接转化存在于服务器中的数据文件，从而使得浏览的格式变为轻量化格式，从而对浏览的速度以及安全性进行提升，其具有较高的技术难度。
2.2工程机械CSCD中CAD环境中的实时协同
CSCD系统在工程机械设计中，对CAD环境下的实时协同进行支持为其应用价值最高的协同设计方式。目前现代设计人员已经将三维建模软件作为主要的应用工具。但通常情况下CAD平台无法将同步更新和传递消息等设计过程中的功能提供出来，在不同的CAD环境中不同设计者无法将真正的同步实现，必须在库中保存数据的基础上，才能够将其重新打开，随后才能够将更新实现，但是难以改变设计更改滞后的情况。在滞后的时期，会使得一些不曾想到的结果出现，无法预料到变更设计造成的影响。将产品设计在CSCD中进行，更改的信息在CAD环境的实时协同中能够进行及时获取，对设计来说这些信息的十分重要，其能够对整体设计由于滞后而失败的情况进行避免。如果对CSCD中CAD环境下的实施协同设计进行应用，在机架设计上零件工程师进行变更，装配工程师就能够对其反馈进行及时的获取，进而调整装配，防止有错误出现在之后的设计中。将实时协同在CSCD系统的CAD环境中实现，其主要是对协同感知技术进行应用，进而使得设计者对不同工作平台无缝接口技术、网络通讯技术以及图形空间的集成进行共享。在交流数据模型传输的时候，由于三维CAD设计具有非常复杂的数据，并且由于其受到网络带宽以及网络硬件的局限，应该对网络数据流量进行减少，进而将协同实时在设计中进行。在工程机械朝着智能化和系列化的方向进行发展，大型机和小型机也在分别朝着大功率化和多功能化的方向发展。在工程机械中，目前已经在其中应用了高速无线电通信、GPS微波定位以及机载计算等信息技术，成熟机型的设计在不断创新，结构也在不断改进。实时协同设计在CAD的环境中，能够将设计者关于零件结构的意见实现实时交流，进而对最优设计进行获取，从而对整机的性能和外形两个方面的结合进行满足。
3结语
本文就协同设计在工程机械设计中的应用进行了探讨，首先对我国工程机械设计的现状进行了介绍，随后对工程机械设计的CSCD体系进行了分析，并且分析了工程机械CSCD中CAD环境中的实时协同。协同设计在工程机械设计中的应用，能够使得工程机械设计具有更高的设计质量和效率，从而对工业发展起到促进作用。
参考文献
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[关键词]轻量化；新材料；城轨车辆；内装
中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0172-01
1 前言
作为城轨车辆内装中的一项重要方面，对轻量化新材料的应用占据着极为关键的地位。该项课题的研究，将会更好地提升对轻量化新材料应用的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化城轨车辆内装工作的最终整体效果。
2 聚碳酸酯材料的应用
聚碳酸酯，即俗称的PC材料，与传统的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下几方面的优势：
2.1 轻量化优势
同等厚度面积的PC重量仅为玻璃的一半，减重效果明显。
2.2 力学性能优势
作为由有机大分子链结构组成的PC材料，韧性和强度大大强于玻璃，主要体现在拉伸强度，冲击强度等方面。在实际的使用过程中，PC不会发生自爆，且受外力冲击不会崩碎，安全性更高。
2.3 隔热性优势
PCk值较玻璃低10%左右，可以更好的隔绝冬天的热量损失以及夏天的热量传入。冬天或夏天空调环境中触碰感觉较玻璃来说，不会很凉。
2.4 隔声性优势
阻隔分贝值较玻璃高10%左右，可以更好的隔绝噪音。
2.5 抗划伤方面
经过硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗划伤效果。
综上所述：聚碳酸酯材料在具有玻璃一系列性能特征的同时，重量仅为玻璃的一半，在轻量化方面优势巨大。内装系统的车窗、屏风、行李架均可以使用聚碳酸酯材料来代替现有的钢化玻璃。
3 NGC型铝合金型材的应用
目前城市轨道交通车辆上的扶手，材质多为不锈钢，重量较大。NGC型铝合金型材因其机械性能、防腐性能及成形焊接性能方面的特点，具备了替代不锈钢作为扶手基材的可能，使用铝合金扶手将比不锈钢扶手减重50%以上。
NGC型合金、防锈铝LF5合金、Us5083按《轻金属材料和加工手册》规定的快速腐蚀条件，用3%氯化钠+1%过氧化氢（重量比）作腐蚀介质，在25℃，全浸96小时，腐蚀速度对比：
为了提高铝合金扶手的表面硬度和耐磨性，通常还需进行硬质阳极氧化处理，氧化膜厚度在20μm，硬度（HV）3500MPa以上的称为硬质氧化膜，表面处理工艺顺序：机械抛光拉丝除油清洗化学抛光水洗中和硬质阳极氧化水洗封孔烘干。硬质阳极氧化膜受溶液组成、浓度、温度、电流密度等多种条件的影响，而其中影响最大的是温度。溶液温度越低，氧化膜的硬度就越高。
随着轨道交通车辆的不断创新发展，NGC型铝合金扶手在车辆上的应用必定会得到更加广泛的推广。
4 碳纤维材料的应用
碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。
碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维（GF）相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维（KF-49）相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纤维密度不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3000MPa以上，是钢的7～8倍，抗拉弹性模量为23000～43000MPa亦高于钢。因此碳纤维增强复合材料的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程机械的广阔应用前景。
目前城市轨道车辆上的司机室面罩所使用材料为玻璃纤维增强的热固塑料，该结构密度低，强度好，城轨车辆的面罩一般在250kg～320kg左右。为达到更轻量化的目的，可以采用碳纤维增强的热固塑料，碳纤维相比玻璃纤维而言密度更小，性能更加卓越。
碳纤维的密度约为钢的1/5，玻璃纤维的2/3，抗拉强度却能达到钢的7-8倍左右，玻璃纤维的2倍以上。
使用碳纤维替代玻璃纤维去制作地铁车辆的司机室面罩，在保证面罩相关性能要求的前提下，轻量化方面优势明显。随着轨道交通的不断发展，碳纤维在车辆内装件上的应用必将愈发广泛。
5 复合铝板的应用
复合铝板，又称铝塑复合板，是由多层材料复合而成，上下层为经过化学处理的涂装铝板，中间层为无毒低密度聚乙烯（PE）芯板，在专用铝塑板生产设备上加工而成的复合材料。
复合铝板具有如下所述的性能特点：
5.1 剥离强度高
铝塑复合板最关键的技术指标-剥离强度，因特殊的复合工艺被提高到了极佳状态，使铝塑复合板的平整度、耐候性方面的性能都相应提高。
5.2 防火性能卓越
铝塑板中间是阻燃的物质PE塑料芯材，两面是极难燃烧的铝板层，因此具有良好的防火性能。
5.3 耐冲击性
耐冲击性强、韧性高、弯曲不损面漆。
5.4 易保养
自清洁性好，只需用中性的清洗剂和清水即可，清洗后板材永久如新。
5.5 材质轻
铝蜂窝板每平方米的重量在11kg左右，复合铝板每平方米的重量仅在3.5kg～5.5kg左右，轻量化优势明显。
城市轨道车辆的内装墙板基材通常有复合铝板、铝蜂窝板、玻璃钢等，其中复合铝板在满足结构强度、防火环保的前提下具有明显的轻量化优势。
6 结束语
综上所述，加强对轻量化新材料在城轨车辆内装中应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的轻量化新材料应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
⒖嘉南
