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序論：在您撰寫工程機械輕量化時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
工程機械輕量化技術是指通過材料、制造工藝、結構參數等優(yōu)化工程機械設計。工程機械輕量化技術可通過材料優(yōu)選，制造工藝改善、結構參數調整減輕工程機械的整體重量，在制造過程中降低成本，提高機械設備的使用性能，同時可以節(jié)約能源，減少污染物的排放，我國的設計理論相對保守，在設計時沒有考慮運輸時是否方便，同時把安全系數設置過大，導致重型機械設備不僅制造成本巨大，運輸成本也很大，造成企業(yè)大量的資源浪費。在這樣的背景下，就需要思考是否能夠采用輕量化的工程設計。
1工程機械輕量化的發(fā)展現狀
1.1我國的設計理念保守
我國的機械設計最初是采用蘇聯的設計理念。經過幾十年的發(fā)展，已經不能再適應社會的發(fā)展，我國的鋼結構設計理論目前還比較保守，器件比較笨重，安全系數過大，安全性能好。
1.2設計中缺乏核心技術
在設計的過程中，沒有吸收先進的設計技術，長期采用類推的方法，設計的周期較長，沒有多余的選擇方案可以進行選擇。缺少優(yōu)秀的評價標準，企業(yè)自主創(chuàng)新能力薄弱，生產大量仿制品，沒有自身的核心技術，沒有實驗所需要的數據。同時，也缺乏理論基礎，對智能技術的探究缺乏深度和認識。我國的工程機械輕量化技術還處于初級階段。在我國，大量機械產品的設計都采用或者借鑒國外的經驗數據，由于長時間沒有進行更新，已經不能適應社會的發(fā)展需求。在我國的制造行業(yè)中，制造技術的發(fā)展還比較年輕，對于新技術、新方法、新材料的運用都還不很廣泛。如果沒有自己的實驗數據和創(chuàng)新能力，工程機械輕量化還有相當長的一段路要走。我國與發(fā)達的工業(yè)強國相比，還有一段很大的差距。我國的工程輕量化技術還處于研究的初級水平。要想發(fā)展工程技術的輕量化就需要不斷研發(fā)新技術，采用新材料。在設計過程中，要注意優(yōu)化產品設計，從根本上提高材料的利用率，要注意保持零件的剛度、強度以及抗疲勞性。
2工程機械輕量化設計的作用
工程機械輕量化設計有助于提高材料的利用率，有利于對能源的節(jié)約，有助于運輸方便，有助于我國從工業(yè)大國走向工業(yè)強國。在工程機械輕量化的設計過程中要足以減少生產材料的碳排放量，同時要注意提高機械的動力水平，減少摩擦力對器件的影響。在工程設計的過程中，要注意提高產品的壽命和使用性能。工程機械的輕量化有助于我國機械設備向環(huán)保型、功能型的方向發(fā)展。
3工程機械輕量化的技術實現途徑
3.1基于材料的輕量化設計
材料輕量化在材料的選取上，可以使用高強度的鋼材，其中最常用的是熱性鋼材，輕合金鋼材中最為常用的是鋁合金、炭纖維、鎂合金，記憶金屬中常用的微晶鋼，工程塑料、陶瓷、玻璃纖維也是常用的材料。這些輕量化的材料可以減輕工程機械的重量，提高成本。例如：日本豐田公司采用的連桿技術可以減少30%的鋼材，同時還可以節(jié)約5%的汽油，可見輕量化的設計有助于能源的節(jié)約和資源的利用。機械工程的輕量化設計要針對機械的不同部件選用不同強度的材料，從而實現工程機械整機的輕量化。
3.2工程機械制造工藝的輕量化設計
要選用多種方法進行工藝制造設計，同時注意強化設計師的常新理念，發(fā)揮設計師的主觀能動性，進行積極的技術創(chuàng)新和探索；同時注意選擇先進的工藝方法和先進的工藝技術。在設計的過程中要注意數據的收集和整理，要強化設計師的實際理念，提高設計師的設計水平，不斷改變以往模仿抄襲的現狀。
3.3新材料的運用可以提高產品的抗擊能力
在設計的過程中，要不斷采用新的技術和方法進行技術上的改造，同時，要采用新型材料提高工程機械的性能優(yōu)勢，同時加強金屬的表面承受能力。在設計的工程中要選擇新技術來提高產品的競爭能力。同時要增強產品的抗擊能力，提高產品的使用壽命。要不斷滿足消費者對產品的需求。
3.4改善機械設備的截面實現工程機械輕量化
對機械設備的截面進行改善，就是要提高機械設備構件的截面抗彎截面系數和抗扭截面系數，在不改變機械設備重量的情況下，通過加強承受力來減輕設備的總體重量。從有關專家的研究和分析發(fā)現，受力的狀態(tài)不同，材料的強度指數也不相同，但是在受力情況相同的情況下，單位長度的構件越重，它的強度指標就會越小。也就是說輕度指標與單位長度的工件質量成反比。
3.5工程機械的輕量化可采用多種新型技術
工程機械的輕量化可以采用熱處理、滾壓、噴丸等多種新的工藝技術，這些工藝技術的采用可以提高機械設備零部件的耐磨性和抗疲勞性。有利于提高機械設備的強度，還能提高材料表面的組織結構，提高材料表面的負荷水平。
3.6工程機械設計中的其他設計技巧
在機械設計的過程中，要注意設計的外觀要有曲線美，可以豐富人體的視覺；同時要注意采用智能化的控制系統，可以幫助工作人員減少操作的工作量，同時自我進行故障排除，自我診斷故障，不斷提高設備的工作效率。
4新型材料的研發(fā)和應用
4.1高強度合金鋼材料的大量應用
隨著工程機械向輕量化、大型化的方向發(fā)展，要不斷增加工程機械上鋼材的強度，鋼材是機械設備制造過程中最大的成本。高強度的鋼材對機械設備制造的發(fā)展具有推動作用。目前，對合金鋼的運用越來越廣泛，合金鋼的大量運用不僅能夠提高鋼材的強度還能夠減輕機械設備自身的重量。合金鋼運用到機械設備的制造中來，可以提高機械設備的強度、剛度、穩(wěn)定性能，不斷降低機械設備的自身重量?，F在大量的技術應用和研究發(fā)現，增大機械結構的強度的同時能夠減輕自身的重量。
4.2纖維增強復合材料在工程機械輕量化中的應用
復合材料有很多優(yōu)點，這些復合材料的強度較好、比模量高、抗疲勞斷裂的性能好、尺寸穩(wěn)固、比較耐磨，抗腐蝕性能好、能夠有效降低噪音、絕緣性能好，能夠滿足各種產品的性能需求。玻璃鋼就是復合型材料中的一種，這種材料不僅工藝性能好，而且設計靈活，不僅成本低廉而且重量輕。玻璃鋼在工程機械設計制造中的應用非常廣泛，在壓路機、裝載機發(fā)動機罩上應用較為廣泛。玻璃鋼具有質量較輕，強度較好的優(yōu)點。同時玻璃鋼還具有易于成型的優(yōu)點。在工程機械的設計過程中，要合理使用復合型的材料。復合材料的應用可以整體成形代替焊接帶來的不必要的麻煩，在工程機械輕量化的設計過程中，要根據不同的受力部位合理使用復合材料。玻璃纖維最早是在軍事上使用的，輕型的裝甲車應用玻璃鋼的地方最多。
4.3碳纖維復合材料在工程機械中的應用
碳纖維復合材料在工程機械中的應用也很廣泛，碳纖維復合材料質量輕，強度高。與普通纖維材料相比，碳纖維材料只有普通纖維材料質量的1/4。目前，在工程機械輕量化制造過程中使用最為廣泛的還是合金鋼材料，這種材料密度大，影響了整個機械設備的機動性，降低了機器設備的靈活性，影響了發(fā)動機的工作效率。
關鍵詞：起重機；輕量化設計；存在的問題
引言：起重機事業(yè)的發(fā)展已經在我國的國民經濟發(fā)展中占有一席重要的位置。它的發(fā)展水平代表了專業(yè)相關人員的聰明才智，同時也彰顯了我國建設上的突破性進步，所以我們日后的起重機發(fā)展要緊追世界上的輕量化發(fā)展腳步。
一、我國起重機輕量化設計實施的積極意義
（一）起重機在國際上的發(fā)展形勢和積極意義
起重機在國際上的發(fā)展形勢已經逐漸走向明朗化進程式的發(fā)展，在國外的市場上我們很容易就能找到起重機輕量化產品，像西班牙的Linden-Co-mansas；德國的德瑪格、斯泰爾、安博；芬蘭的科尼；日本的住友、日立、神戶制鋼、石川島、韓國半島；美國高博；法國的法蘭泰克等等都是起重機重要的著名制造單位。并且這些單位都注重起重機的結構、電氣和機構方面的時代化進步內容，他們都有著共同的目標就是要起重機產品逐步走向美觀、節(jié)能、輕便、適用等綜合發(fā)展方向。
（二）起重機輕量化在我國的發(fā)展形勢和積極意義
隨著國際化的起重機發(fā)展進程的不斷加快，國外方面的進口起重機關于數量上的優(yōu)勢在我國也日益凸顯出來，國外的起重機在我國占有廣闊的市場，這同時也刺激著我國的起重機事業(yè)的發(fā)展，我國自主研發(fā)的起重機輕量化產品也取得了一定的成果。目前我國政府和國家都已經開始重視起重機的輕量化發(fā)展。相繼推出了很多重要性的研究課題和政策去進一步支持我國的起重機輕量化事業(yè)的發(fā)展。
（三）起重機在節(jié)能環(huán)保方面的積極意義
我國新頒布的《節(jié)約能源法》強調了特種設備的節(jié)能方面的相關注意問題，而且我國現在已經進入到了低碳時代化的發(fā)展新格局中，環(huán)保和節(jié)能是現階段的中心話題，所以起重機也要在這方面起到一定的表率作用。起重機中金屬機身的質量一般占總重量的一半以上，巨型的起重機會達到百分之九十的比例，所以由此可見我國的起重機輕量化路線可以節(jié)省下來的原材料非常巨大，并且這種發(fā)展形勢會幫助減輕機構本身的負擔，有效地解決數目巨大的造價問題。輕量化設計是起重機現如今重要的研究話題和方向，它不僅能節(jié)約資源，保護環(huán)境，還能提高經濟性能[1]。
二、我國起重機輕量化設計的相關內容
1.極限設計方法
極限設計方法就是概率設計方法。它主要產生于二十世紀七十年代，當時國際上的工程化結構設計方法主要傾向于采用概率理論為主要內容的極限設計方法，它的計算結果相對精準，很符合金屬的實際工程工作內容，同時也能有效地利用鋼材的重要性能，做到有效地節(jié)約材料資源。
2.現代技術方法
現代技術的方法上的應用主要集中在它能考慮到機器本身的承受負荷的能力，而且它還會結合鋼材的基本性能和材料加以整合。其中結合的技術和方法涉及有起重機動力學、等強度設計、有限元法、靈敏度分析、模糊優(yōu)化設計和模塊化設計，它們都以最大限度減輕機器自重為主要奮斗目標。
3.反求工程方法
現在的其他國家都在積極吸取別國的實際經驗和教訓，努力設計更加具有強大能力的起重機產品希望在國際舞臺上站穩(wěn)腳跟。反求工程方法就是針對于這種吸收技術的方法的概括。它通過實際操作和有關重要資料進行一定的分析和研究，從而了解參數性能，逐步掌握技術上的關鍵原理技術，在加以仿制和創(chuàng)新。
三、我國起重機輕量化設計存在的問題
（一）計算設計方面
現在一般計算設計上采用的是許用應力法，這種方法本身簡單，但是存在一定的缺點，它無論運用何種金屬結構都一律采用統一的安全系數。這種明顯的不合理方法需要做進一步改進。如果按照這種方法計算設計的話就會消耗不必要的金屬資源，而且安全系數還不能得到有效控制，由于系數的不精確就會給設計人員的計算設計造成一定的精確問題上的困擾，設計人員一般為了機器的安全問題還會預留安全系數，這樣直接導致我國的起重機質量過大。
（二）工藝方面
工藝方面起重機主要采用鋼板焊接的結構作為構件，生產過程主要以半手工半機械制造，這樣就會導致起重機結構笨重，有礙美觀性還會延誤交貨期。
（三）材料方面
材料上一般采用的是高分子材料、型鋼、輕合金材料，而且鋼材的性能存在參數不全和負偏差，不會進行預處理，直接導致為增強安全性能而加強各種板材材料的直接浪費資源現象。
（四）結構方面
傳統的計算設計一般傾向于安全和穩(wěn)定，所以一般都會浪費大量的經濟上的資源也要保證機器的安全和穩(wěn)定性能，但是這種行為往往就浪費了很多材料資源，而且這樣的起重機一般都會比較笨重。
（五）電氣和機構方面
制約起重機輕量化發(fā)展的原因還有電氣和機構方面的問題。傳統的系統的工作化效率過低，而且電氣控制系統性能水平也不高[2]。
四、我國起重機輕量化設計的有效建議
（一）計算設計方面
針對上述提到的問題和所遇到的困難，我們建議采用極限設計方法去加以改善。這種方法能夠得出比較精確的計算結果，而且一般都能符合實際化的要求，充分利用材料的基本性能，做到節(jié)約資源。而且它還能結合許用應力法做到具體化和實際化的應用。還有按照“定位精度”考核起重機性能要求，而且適當結合反求工程設計理念和現代設計方法保證工作的精確性和完善性。
（二）工藝方面
建議采用受力構件可以換成槽鋼、H型鋼、工字鋼，焊接手段改為機械手，并且車輪、齒輪和滑輪必須經過熱處理，增強硬度性能。
（三）材料方面
建議采用輕合金和輕度較高的鋼制材料，節(jié)約資源，減輕機器本身重量。同時減輕支撐結構和廠房結構的負荷量，有效地減少成本上的浪費情況。用高強尼龍可以延長機器壽命，相對減少噪聲污染[3]。
結束語：我國的起重機發(fā)展正在逐步走向輕量化方向，并且已經取得了相關的有關部門的一直認可和支持，我們要積極向國外的先進技術學習，在吸取經驗的同時，研究自己的創(chuàng)新型內容，爭取趕上世界起重機輕量化的發(fā)展的先頭部隊。
參考文獻：
[1]安存勝，馬占營，聶福全.起重機齒輪傳動裝置輕量化技術應用現狀及發(fā)展趨勢[J].機械傳動，2015，10：146-150.
【關鍵詞】工器具；輕量型；績效；成本
當前，國家大力推進特高壓電網建設。特高壓線路具有塔高、導線張力大、金具和絕緣子重量大等特點，相應的作業(yè)工具也重量大。同時，工器具總量繁多，僅在特高壓線路帶電作業(yè)中就有金屬工具、絕緣工具、個人防護工具、檢測工具、輔助安全工具五大類，種類眾多。這對推動工器具輕量化改革，配備輕量型工器具，來提升作業(yè)工具開發(fā)管理水平提出了新的要求。
一、工器具輕量化的經濟效益分析
工器具輕量化是指根據施工實際需要和工器具的特點，綜合運用新材料、新工藝，并通過對工器具性能進行分析測試，在滿足作業(yè)性能、安全要求和成本經濟等要求的基礎上，以降低工程成本、提升工作效率、減少能源消耗、便于施工展開等為最終目的，來開展的優(yōu)化活動。
選用輕量型工器具，在技改搶建工程中，會對工程成本帶來如下影響：
一是開展改型設計、更換輕量型器具會產生部分費用。改型設計工器具，必然需要投入一定的人力物力，實驗過程中需要消耗相關耗材，花費一定設計費用，產生了部分成本。但研究表明即使在大件工程機械的成本構成中，設計費用往往也只占總成本的5%，但是能影響60―70%的成本構成。同時，更換輕量型工器具需要投入一筆新的購置費用，并可能提前報廢原有工器具，產生一定的折舊成本空耗。
二是選用輕量型工器具會降低運輸、使用成本和人工成本。輕量型工器具與原工器具相比，最大的優(yōu)勢就是重量減輕。重量減輕對工程成本特別是搶建技改工程的成本影響較大。電網建設工程具有建設直線距離長等特點，工器具的運輸成本在工程總成本中占比較高。而搶建工程中對工程建設時間進度要求高，要求人、材料、機械快速到位，運輸成本在施工總成本中占比更高。這種情況之下，多使用輕量型工器具，能在單位時間、單位臺班車輛運輸更多的工器具，降低車輛運輸成本。同時，對人工搬運的消耗也減少，單人可攜帶工器具數量增多，施工效率增加，降低了工程的人工成本。
三是工器具輕量化具有綜合成本優(yōu)勢。根據工程建設實際成本構成分析，工器具輕量化具有綜合成本優(yōu)勢。僅以選用輕質材料代替鋼材為例來開展分析，選用加厚的鋁合金材質零部件可以實現與與鋼材質零部件強度相當，滿足施工需要。但同強度的質量鋁合金材質零部件重量只有鋼材質零部件重量的1/2，盡管鋁合金價格比鋼材價格貴2倍左右，但結合零部件的全壽命使用周期中來開展成本核算的話，鋁合金材質的增效效益遠超增加份額，綜合成本優(yōu)勢顯著。
二、工器具輕量化改造的方法
結合材料科學相關知識，工器具輕量化一般包括優(yōu)化結構、優(yōu)選輕量材料和優(yōu)選加工方法三大類。
（一）優(yōu)化工器具結構
一是開展零部件功能分析，減去冗余零部件或零部件中的冗余部分。隨著電網施工技術的發(fā)展進步，在特高壓線路施工中，部分原用于較低電壓等級線路施工的工器具中有部分零部件已成冗余，可結合搶建技改工程實際需要，減去冗余零部件，降低作業(yè)工器具的重量。
二是優(yōu)化Y構組合。結構優(yōu)化設計是降低工器具重量的一種有效途徑。CAE仿真優(yōu)化法是在輕量化設計中得到廣泛使用，它是指借助理論計算、有限元分析、數值優(yōu)化、多目標優(yōu)化等數學建模方法，在滿足工器具安全、強度、剛度和疲勞度等約束條件的基礎上，通過改變某些允許改變的設計變量，使工器具的綜合性能達到最優(yōu)的拓樸優(yōu)化方法。在進行工器具優(yōu)化設計時，應對需要使用該工器具的各種工況進行建模、分網、加載、求解和后處理，合理分別不同部件的減重目標，對應力集中的零部件進行結構優(yōu)化，在結構上進行相應調整，必要時可去除該部分，以實現在滿足約束條件前提下重量這一參數上的總體結構最優(yōu)。
三是通過優(yōu)化設計減小零部件外形尺寸。比如通過折疊化設計、壓縮化設計等改進，雖不能直接降低工器具質量，但便于工器具運輸，一定程度上達到了工器具輕量化改造的目的。
（二）優(yōu)選輕量材料
新材料的研究和應用是實現工器具輕量化的最有效途徑。近年來，在生產實踐中，高強鋼、超高強鋼、鋁、鎂等合金新材料在各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，特別是在汽車工業(yè)、飛行器制造工業(yè)、建筑工業(yè)等已經大量通過
選用新材料來降低重量。如由碳纖維、玻璃纖維等復合材料制成的工程塑料，它所制成的受力結構件，拉伸強度相當于鋼的35倍，穩(wěn)定性、疲勞度、耐腐蝕性也都優(yōu)于鋼，但同樣尺寸的工程塑料重量僅為鋼鐵的三分之一到四分之一，具有優(yōu)良的輕量化性能，在結構件、功能件設計中得到廣泛的應用。
在電網施工作業(yè)工器具改良中，應廣泛參考當前已經得到廣泛應用的成功案例，大膽試用高強鋼、合金、工程塑料等新材料，根據施工實際需要和相關操作規(guī)范要求，選用最優(yōu)的材料來設計工器具，采用性能更優(yōu)、成本更低和質量更輕的零部件代替原有零部件，使工器具實現減重優(yōu)化、提高性能的目的。
（三）優(yōu)選加工方法
不同加工工藝、加工方法也會導致工器具的重量會發(fā)生變化。例如根據輕量化的要求來考量，同等性能的焊件比鑄件重量要輕，更加適宜于應用在工器具輕量化改造中。在具體的工器具輕量化設計中，應綜合運用上述三種方法，以期最大限度提升輕量化效果。
三、在搶建技改工程中選用輕量型工器具需要注意的事項
輕量型工器具擁有降低運輸成本、提升工作效率、便于施工展開等優(yōu)勢，在技改搶建工程中綜合效益突出，應在送電線路施工項目中積極推廣應用輕量型工器具。但與此同時，選用輕量型工器具必須注意以下事項：
第一，選用輕量型工器具必須滿足工器具的基本性能需要，符合電網建設施工規(guī)范的要求。每一項工器具在電網建設施工作業(yè)中都有其獨特的功能，部分工器具對其剛性、張力、承載力、絕緣性、使用壽命等有明確的要求，在進行輕量化改造設計中，不能因為單純追求減重而影響其他性能，誘發(fā)安全風險和質量事故。正確的設計輕量型工器具應該是基于對工器具結構進行科學分析，對選用材質進行充分比對，在安全、成本、質量等方面進行綜合對比分析后，經過實踐驗證后再定型推廣。因此，輕量型工器具選型工作必須由充分熟悉現行到工器具并熟知送電線路施工規(guī)范的中高級施工管理人員完成。
第二，選用輕量型工器具必須與工器具生產、采購、分發(fā)、保管等工作做到協同推進，提升企業(yè)整體物資管理水平，才能夠真正發(fā)揮輕量型工器具的比較效益優(yōu)勢。工器具的生產和采購環(huán)節(jié)應該嚴格保證質量，特別是輕量型工器具較多涉及到使用新材料、新工藝，應加強對材料工藝穩(wěn)定性的控制，確保工器具質量過關。工器具分發(fā)和保管工作應做到科學有序，應參照施工定額和以往施工實際消耗情況的大數據進行科學管理，在物資申領調派運輸分發(fā)過程中應提高信息化水平，借助信息化手段來提高物資管理效率，以高效的物資管理來保障輕量型工器具真正在搶建技改工程中發(fā)揮出綜合優(yōu)勢。
參考文獻
[1]石生智，特高壓輸電線路帶電作業(yè)工器具及作業(yè)方法研究，華北電力大學碩士學位論文，2013年度。
關鍵詞：重型商用汽車；車架；輕量化；設計技術
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.238
0 前言
車架的輕量化實際上是從動靜力學特征進行分析，結合載荷及位移邊界條件，考察車架的受力分布，實現對車架架構的優(yōu)化，最終使車架達到結構合理輕便，又強度可靠的效果。本文關于重型商用汽車的車架輕量化設計研究，將以重型商用汽車為研究對象，從重型商用汽車的車架結構特點入手，分析車架進行輕量化的重要意義，進而對輕量化的設計方法與設計難點進行具體研究，通過評價車架設計的合理性，確定結構改進的可行方案。并基于商用車車架量化的發(fā)展趨勢作出展望。希望能夠為我國的物流業(yè)及汽車運輸的發(fā)展提供一份參考。
1 重型商用汽車的車架輕量化意義
輕量化技術可以對汽車的尾氣排放與燃油量構成直接的影響，是節(jié)約材料的有效手段之一。目前，我國重型商用車在全部車輛中的比例為23%左右，但是重型商用車在燃油消耗上占比卻高達70%。國外的有關調查數據表明，汽車的質量受汽車油耗的影響。汽車質量每上升100kg，油耗將提升0.3-0.6L/100km，相對來說，汽車整體質量減少10%，油耗就降低7%左右。另外，汽車的輕量化不僅能減少耗油，為降低原材料做出貢獻，還能減少有害氣體的排放，每輛汽車減輕100kg，二氧化碳的排放量可降低5g/km，有利于我國的保護環(huán)境基本國策的實施。而且，汽車的質量減少，零部件構造簡化，可以為企業(yè)減少經濟成本的投入，間接的減少消費者的支出。這對企業(yè)、環(huán)境、社會公眾都是一件有意義的事[1]。
2 重型汽車車架結構的有限元分析
根據市場輸入要求進行車架結構改造，必須對車架進行有限元分析。在此基礎上確定車架的強度及整體特性，這是為汽車車架進行輕量化的有效前提。對車架的有限元分析主要包含兩方面。首先，需要針對車架建立模型并作出預處理。利用CATIA原理搭建整車數學模型，利用車架數模作為建模對象，采用Hyper-works對車架及車架構成部件進行簡化與網格劃分。其次，分析出工況強度及疲勞程度。利用推導出的車架承重的最大載荷，將載荷數值設置在建立好的模型上，按照IVECO的分析方法，對車架的彎曲程度和扭轉強度進行了解。根據有限元分析方法，我們可以認識到，車架的整體剛度過大，強度有富余，并且局部壓力大，具有裂縫風險，該條件下完全可以進行結構優(yōu)化，從而減輕自身重量，降低經濟成本[2]。
3 重型商用汽車的車架輕量化設計
3.1 輕量化設計方法
商用汽車車架的輕量化方法有兩種。一種是采用更高強度的材料實現輕量化。這種方式需要將普通材料采用高強度材料替代，同時減小零件的尺寸，保證強度不變的基礎上進行量化設計。商用車車架具有一定的系統零件及安裝布置，采用邊梁式的梯型結構車架，將零件結構盡量設計簡單，通過車架各零件的替代進行減重設計。另外一種方法優(yōu)化車架結構的輕量途徑，應用CAE為基礎的結構優(yōu)化技術為，通過改變結構形狀，使結構部件輕薄化、小型化。以縮小尺寸、結構中空化的優(yōu)化分析，最大限度減輕零部件質量。設計中，需要根據不同的結構特點做局部加強，保證汽車整體強度不變。兩種方法可共同使用，更大限度實現車架的輕量化[3]。
3.2 輕量化設計技術難點
輕量化設計的工藝及技術難點體現三方面。第一，高強度鋼板的生產受到限制，其主要應用在工程機械的制造方面，對商用車車架的應用暫無實例。強度過高的材料，延伸度較低，不適合以成型件進行生產。另外，提高抗拉強度需要進行高溫處理，這會導致鋼鐵的生產成本上升。第二，高強度鋼的成型能力有限。無論是傳統的縱梁成型工藝，還是輥壓成型工藝，都很難實現整體的成型組合。而且，相關設備也需要更高強度的材料進行制作，是限制高強度鋼板發(fā)展的因素之一。第三，車架的輕量化和強度之間存在著矛盾，輕量化的前提條件是剛度與強度不變，要滿足該要求，更要在結構上進行改造，勢必會影響部件的剛度，因此，對于改造的系數范圍有待研究[4]。
4 結論
輕量化是現代化汽車工業(yè)中重要的研究課題之一，也是汽車工業(yè)長遠發(fā)展的有效保障。本文針對重型商用汽車的車架輕量化的設計研究，是基于對重型商用汽車的研究對象，根據車架進行輕量化的重要意義與必要性，利用有限元法對汽車的零件結構與剛度進行分析，進而提出了高強度的材料及改造結構兩種輕量化設計方法，同時又從設計方法中的設計重點與難點提出了注意事項。汽車的輕量化設計，是技術未來發(fā)展的必然趨勢。結合現代工藝上的不足，我國對汽車輕量化的新工藝方法研究將不斷持續(xù)，使輕量化的設計更好的應用在重型商業(yè)汽車運輸上，同時將“低碳經濟效應”應用在物流業(yè)及汽車運輸中。減低經濟成本，提高運輸質量與安全系數，為我國的企業(yè)、社會公眾及環(huán)境保護做出一份貢獻。
參考文獻：
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關鍵詞：混凝土泵；綠色節(jié)能；設計；應用
中圖分類號：TV331文獻標識碼： A
隨著經濟的發(fā)展，能源消耗日益加劇，建筑工程機械能耗也在不斷攀升，同時人們的環(huán)保意識不斷增強，各種節(jié)能技術不斷得到應用，國家對于節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展也越來越重視。因此對混凝土泵進行綠色節(jié)能技術開發(fā)是建筑機械發(fā)展的重要方向，是大勢所趨。在進行綠色節(jié)能設計時要貫徹“安全、節(jié)能、環(huán)保、高效、智能”的設計理念，注重節(jié)能、高效技術的研究和應用。在基于“成本管理”和“精益生產管理”思想的成套設備及施工生產管理系統，有效管理設備、優(yōu)化施工，最大限度地為客戶創(chuàng)造價值的基礎上，全力設計“安全、節(jié)能、環(huán)保、高效、智能”混凝土泵送設備。本文以某品牌K系列混凝土泵送設備為例，對混凝土泵綠色節(jié)能技術的應用及發(fā)展進行了探討。
1 K系列混凝土泵送設備介紹
K系列混凝土泵送設備涵蓋34～60m混凝土泵車、80～120m3/h車載式混凝土泵等系列產品，其設計緊扣“安全、節(jié)能、環(huán)保、高效、智能”主題，著力在“輕量化技術、節(jié)能技術、高效泵送技術、整車智能化控制技術”上取得突破。如：行業(yè)首創(chuàng)的“X支腿同步伸縮及浮動張緊軟管輸送技術、具有單側作業(yè)功能的前后多級伸縮雙擺腿結構”、行業(yè)領先的“RZ仿生七節(jié)臂技術”等技術的研究應用，大幅提高了設備整體性能。K系列混凝土泵送設備一經推出，在行業(yè)內產生了很大影響，3橋50m、4橋60m全球最長鋼臂架泵車，行業(yè)最低油耗等各項指標都引領行業(yè)發(fā)展，技術水平達到一個新的高度。本文在K系列混凝土泵送設備技術的研究應用基礎上探討分析產品輕量化設計、節(jié)能技術研究和應用在混凝土泵送施工機械節(jié)能環(huán)保發(fā)展中的重要性。混凝土泵車動力裝置應用的是柴油機,因此混凝土泵車應用時的耗能情況主要是由柴油機的經濟動力性所決定的。在設計混凝土動力系統時,一般對柴油機的靜態(tài)特點進行關注,混凝土泵車機使用的柴油機和底盤是由專門的廠家一起提供的。
2輕量化設計
根據現有研究表明，混凝土泵車臂架長度的增加將帶來整車質量呈幾何級數增加。為解決臂架長度與底盤載荷限制之間的矛盾，K系列混凝土泵車采用結構參數化輔助設計、動態(tài)仿真及三維有限元分析等計算機輔助設計方法，使部件結構設計輕量化，部件分布最優(yōu)化，同時通過計算機輔助和實驗室測試，對整機穩(wěn)定性進行校核調整，在確保穩(wěn)定性、可靠性的前提下最大限度地控制了整機質量。以46～60m混凝土泵車為例，K系列混凝土泵車重量減輕見表1（表1中的數據以配置奔馳底盤為例）。
表1K系列混凝土泵車輕量化效果
從表1可發(fā)看出通過輕量化設計，K系列混凝土泵車大幅降低了整機重量，這對節(jié)約能源、材料，減少排放有著重要意義。據研究表明，質量16～20t的載貨汽車，每減重1 000kg，則可降低油耗 6%～7%，這意味K系列混凝土泵車輕量化設計有效低了降低產品油耗與排污量。因此，減輕混凝土泵車自重對于燃油汽車是節(jié)能環(huán)保的最有效措施之一。同時混凝土泵車的輕量化是符合社會發(fā)展和用戶的需求，是當前行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，而這一技術引導行業(yè)的發(fā)展，其中3橋50m、4橋60m全球最長鋼臂架泵車是代表產品。
3節(jié)能技術研究和應用
K系列泵送設備突破了傳統的極限功率控制模式，其將泵送系統參數與發(fā)動機萬有特性曲線實現關聯，通過車載中央控制器達到最佳匹配。系統選定泵送速度后，車載中央控制器根據泵送壓力、系統壓力等實際反饋參數，比對系統理想參數曲線，自動調節(jié)發(fā)動機轉速和泵送排量，確保在不影響泵送效率的前提下，使系統始終工作在最佳節(jié)能模式，實現發(fā)動機萬有特性曲線與泵送系統最節(jié)能匹配。該技術在行業(yè)內率先實現了突破，節(jié)能效果優(yōu)于同行5%以上，也表明了節(jié)能技術的研究與應用在節(jié)能環(huán)保中具有很大前景。
3.1混凝土泵車實施節(jié)能技術測試
本文應用節(jié)能技術，在混凝土泵車正常模式與節(jié)能模式（由人工來選擇，按動開關即可在兩種模式間方便地切換）兩種模式下測量了節(jié)能工況下不同發(fā)動機轉速對應不同試驗工況下每泵送1m3混凝土的實際油耗的測量計算值，和油耗曲線圖的數據，見表2、圖1。
表2混凝土泵車不同工況下每泵送1m3混凝土的實際油耗測試
圖1混凝土泵車正常模式與節(jié)能模式每泵送1m3混凝土的油耗曲線圖
3.2混凝土泵車實施節(jié)能控制前后比較
3.2.1節(jié)能前后油耗、轉速對比
節(jié)能前后油耗比較標準：泵送次數相同、泵送壓力相同時的泵車節(jié)能前后油耗狀況。方法：記錄正常模式下一分鐘泵送次數、壓力和油耗、發(fā)動機轉速，然后在節(jié)能模式下，調整排量旋鈕，使其工作在泵送次數與正常模式下相同，然后記錄當前泵送次數、混凝土泵送壓力、油耗、發(fā)動機轉速。表3記錄了5種工況下的油耗對比數據，圖2、圖3為工況D的節(jié)能前后轉速對比與油耗對比，其他工況對比圖略。
表3正常模式與節(jié)能模式下（穩(wěn)態(tài)）1min油耗對比
圖2 工況D能前后轉速對比
圖3 工況D節(jié)能產后油耗對比
3.2.2總的油耗、轉速對比
總的油耗、轉速對比見圖4、圖5。
圖4節(jié)能前后轉速對比
圖5節(jié)能前后油耗對比
3.2.3總體節(jié)能效果分析
上述數據表明：混凝土泵車采用節(jié)能控制后，燃油消耗明顯降低?；炷帘密囋诘退俟ぷ鲿r，節(jié)能效果明顯比高速工作好，這是因為一般泵送作業(yè)低速工作時負載較小，高速時負載較大，在相同發(fā)動機輸出功率下，大負載時發(fā)動機功率利用率較高（省油空間較?。∝撦d時發(fā)動機功率利用率較低（省油空間較大）。
根據實驗數據，混凝土泵車實施節(jié)能控制后，總的節(jié)能效果在3%～26%之間，平均節(jié)能效果在15%左右，用戶常用泵送速度下（如1min泵送10、12、14、16次）節(jié)能效果約為16.5%。
4節(jié)能減排產品的技術瓶頸探討
混凝土施工機械節(jié)能減排技術雖然得到一定的發(fā)展，但在節(jié)能研究方面目前主要存在以下瓶頸。
1）輕量化技術的研究是當前重要課題，雖然已經取得了很大的成績，但如何在減輕重量的基礎上有效的保證作業(yè)穩(wěn)定性和減少作業(yè)的振動幅度是一個長期的課題。
2）如何提高泵送效率從而實現節(jié)能減排。目前泵送產品的混凝土吸入效率可達85%。如何進一步提高混凝土泵吸入效率，也是今后的研究方向，涉及泵送技術和液壓控制技術的深度研究。
5未來節(jié)能減排產品的技術發(fā)展方向
混凝土施工機械未來節(jié)能減排的技術發(fā)展方向主要是新材料、新技術、新工藝的應用。隨著新材料研究應用技術的成熟，大量的新材料、新技術應用到混凝土泵車上，如碳纖維材料應用到臂架技術、陶瓷材料應用到輸送管中。新節(jié)能技術研究是節(jié)能減排的重要研究方向。同時，智能控制和高效作業(yè)研究也是未來節(jié)能減排產品的技術發(fā)展方向。
[參考文獻]
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關鍵詞：協同設計；工程機械設計；應用
1我國工程機械設計的現狀
傳統的工程機械設計，對經驗總結十分重視，在設計中應用經驗公式、數學圖表、理論等方法。我國工程機械發(fā)展時間較晚，與國外相比差異還很大，其以設計引進技術等為依據進行前期發(fā)展，設計人員主要負責改進工藝編排以及轉化圖紙等，沒有做到深入的分析整機的深層設計機理。相較于國外，我國工程設計人員沒有多元化的專業(yè)知識，并且其產品原理和設計思想等都在模仿國外。工程機械這一行業(yè)的特點，使得其遠遠落后于其他產業(yè)的技術發(fā)展和應用，因此在缺乏改進和創(chuàng)新的前提下，是無法對工程機械制造業(yè)進行振興的，要想發(fā)展首先要做的就是對技術、知識進行創(chuàng)新。目前已經有許多工程機械企業(yè)開始行動，對更加先進的設計模式進行尋找。在計算機技術等的發(fā)展過程中，工程機械設計中應用了很多先進的建模方法、設計方式以及設計思想，進而逐漸將工程的協同設計實現。在部分企業(yè)中已經開始應用CSCW、CIMS系統等信息化工程。設計師開始對計算機輔助設計軟件進行應用。在不斷的發(fā)展中，目前設計師們通常都用SolidWorks、AutoCAD等三維設計等建模工具。三維設計能夠更加形象直觀的展示產品設計，預先演示產品最終的動作以及形態(tài)，進而對產品的產出風險進行大幅度降低。除此之外還能夠通過計算機輔助以及建模軟件對軟件接口進行分析，進而對試驗費用和產品研發(fā)費用進行有效的降低，對開發(fā)周期進行縮短，縮短產品市場競爭力提升。
2工程機械設計的CSCD體系
2.1工程機械CSCD體系結構的核心
在過去企業(yè)內部為開發(fā)工程機械產品的主力軍，但隨著時代的發(fā)展，許多大型企業(yè)在開發(fā)產品的過程中也要求合作商以及供應商加入其中，將一致的產品信息進行及時獲取，并對這些信息進行應用，從而將實時的協同開發(fā)展開。其中包括設計思想的交流、遠程評審的實現、運動仿真的模擬、檢查干涉、模型裝配以及產品零件的查閱等。在工程機械設計中對CSCD系統進行應用，其存在的主要問題如下。第一，可靠安全的異地通訊，能夠將數據共享和信息交流在不同的工作平臺實現，進而將實時協同實現。第二，不同CAE軟件下的仿真分析以及不同CAD軟件的虛擬裝配和數字化建模。從目前我國工程機械設計的情況可以看出，目前主流的方式就是結合式的設計方式。第三，將核心設置為知識管理，對分析案例、修改設計的過程以及重視知識的應用進行強調，進而將專家數據庫形成，能夠對反復發(fā)生同樣的修改錯誤進行預防。第四，將核心認定為過程管理，對人機交互無縫接口以及人與人之間和諧交互進行強調。第五，協同設計可視化?，F階段能夠將可視瀏覽實現的方式包括以下兩種，第一種瀏覽是建立在輕量化數據格式上，其在下載數據文件的時候不會保存到本地，而是直接轉化存在于服務器中的數據文件，從而使得瀏覽的格式變?yōu)檩p量化格式，從而對瀏覽的速度以及安全性進行提升，其具有較高的技術難度。
2.2工程機械CSCD中CAD環(huán)境中的實時協同
CSCD系統在工程機械設計中，對CAD環(huán)境下的實時協同進行支持為其應用價值最高的協同設計方式。目前現代設計人員已經將三維建模軟件作為主要的應用工具。但通常情況下CAD平臺無法將同步更新和傳遞消息等設計過程中的功能提供出來，在不同的CAD環(huán)境中不同設計者無法將真正的同步實現，必須在庫中保存數據的基礎上，才能夠將其重新打開，隨后才能夠將更新實現，但是難以改變設計更改滯后的情況。在滯后的時期，會使得一些不曾想到的結果出現，無法預料到變更設計造成的影響。將產品設計在CSCD中進行，更改的信息在CAD環(huán)境的實時協同中能夠進行及時獲取，對設計來說這些信息的十分重要，其能夠對整體設計由于滯后而失敗的情況進行避免。如果對CSCD中CAD環(huán)境下的實施協同設計進行應用，在機架設計上零件工程師進行變更，裝配工程師就能夠對其反饋進行及時的獲取，進而調整裝配，防止有錯誤出現在之后的設計中。將實時協同在CSCD系統的CAD環(huán)境中實現，其主要是對協同感知技術進行應用，進而使得設計者對不同工作平臺無縫接口技術、網絡通訊技術以及圖形空間的集成進行共享。在交流數據模型傳輸的時候，由于三維CAD設計具有非常復雜的數據，并且由于其受到網絡帶寬以及網絡硬件的局限，應該對網絡數據流量進行減少，進而將協同實時在設計中進行。在工程機械朝著智能化和系列化的方向進行發(fā)展，大型機和小型機也在分別朝著大功率化和多功能化的方向發(fā)展。在工程機械中，目前已經在其中應用了高速無線電通信、GPS微波定位以及機載計算等信息技術，成熟機型的設計在不斷創(chuàng)新，結構也在不斷改進。實時協同設計在CAD的環(huán)境中，能夠將設計者關于零件結構的意見實現實時交流，進而對最優(yōu)設計進行獲取，從而對整機的性能和外形兩個方面的結合進行滿足。
3結語
本文就協同設計在工程機械設計中的應用進行了探討，首先對我國工程機械設計的現狀進行了介紹，隨后對工程機械設計的CSCD體系進行了分析，并且分析了工程機械CSCD中CAD環(huán)境中的實時協同。協同設計在工程機械設計中的應用，能夠使得工程機械設計具有更高的設計質量和效率，從而對工業(yè)發(fā)展起到促進作用。
參考文獻
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[關鍵詞]輕量化；新材料；城軌車輛；內裝
中圖分類號：U465 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）13-0172-01
1 前言
作為城軌車輛內裝中的一項重要方面，對輕量化新材料的應用占據著極為關鍵的地位。該項課題的研究，將會更好地提升對輕量化新材料應用的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優(yōu)化城軌車輛內裝工作的最終整體效果。
2 聚碳酸酯材料的應用
聚碳酸酯，即俗稱的PC材料，與傳統的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下幾方面的優(yōu)勢：
2.1 輕量化優(yōu)勢
同等厚度面積的PC重量僅為玻璃的一半，減重效果明顯。
2.2 力學性能優(yōu)勢
作為由有機大分子鏈結構組成的PC材料，韌性和強度大大強于玻璃，主要體現在拉伸強度，沖擊強度等方面。在實際的使用過程中，PC不會發(fā)生自爆，且受外力沖擊不會崩碎，安全性更高。
2.3 隔熱性優(yōu)勢
PCk值較玻璃低10%左右，可以更好的隔絕冬天的熱量損失以及夏天的熱量傳入。冬天或夏天空調環(huán)境中觸碰感覺較玻璃來說，不會很涼。
2.4 隔聲性優(yōu)勢
阻隔分貝值較玻璃高10%左右，可以更好的隔絕噪音。
2.5 抗劃傷方面
經過硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗劃傷效果。
綜上所述：聚碳酸酯材料在具有玻璃一系列性能特征的同時，重量僅為玻璃的一半，在輕量化方面優(yōu)勢巨大。內裝系統的車窗、屏風、行李架均可以使用聚碳酸酯材料來代替現有的鋼化玻璃。
3 NGC型鋁合金型材的應用
目前城市軌道交通車輛上的扶手，材質多為不銹鋼，重量較大。NGC型鋁合金型材因其機械性能、防腐性能及成形焊接性能方面的特點，具備了替代不銹鋼作為扶手基材的可能，使用鋁合金扶手將比不銹鋼扶手減重50%以上。
NGC型合金、防銹鋁LF5合金、Us5083按《輕金屬材料和加工手冊》規(guī)定的快速腐蝕條件，用3%氯化鈉+1%過氧化氫（重量比）作腐蝕介質，在25℃，全浸96小時，腐蝕速度對比：
為了提高鋁合金扶手的表面硬度和耐磨性，通常還需進行硬質陽極氧化處理，氧化膜厚度在20μm，硬度（HV）3500MPa以上的稱為硬質氧化膜，表面處理工藝順序：機械拋光拉絲除油清洗化學拋光水洗中和硬質陽極氧化水洗封孔烘干。硬質陽極氧化膜受溶液組成、濃度、溫度、電流密度等多種條件的影響，而其中影響最大的是溫度。溶液溫度越低，氧化膜的硬度就越高。
隨著軌道交通車輛的不斷創(chuàng)新發(fā)展，NGC型鋁合金扶手在車輛上的應用必定會得到更加廣泛的推廣。
4 碳纖維材料的應用
碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。
碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維（GF）相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維（KF-49）相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。
碳纖維密度不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3000MPa以上，是鋼的7～8倍，抗拉彈性模量為23000～43000MPa亦高于鋼。因此碳纖維增強復合材料的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3鋼的比強度僅為59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程機械的廣闊應用前景。
目前城市軌道車輛上的司機室面罩所使用材料為玻璃纖維增強的熱固塑料，該結構密度低，強度好，城軌車輛的面罩一般在250kg～320kg左右。為達到更輕量化的目的，可以采用碳纖維增強的熱固塑料，碳纖維相比玻璃纖維而言密度更小，性能更加卓越。
碳纖維的密度約為鋼的1/5，玻璃纖維的2/3，抗拉強度卻能達到鋼的7-8倍左右，玻璃纖維的2倍以上。
使用碳纖維替代玻璃纖維去制作地鐵車輛的司機室面罩，在保證面罩相關性能要求的前提下，輕量化方面優(yōu)勢明顯。隨著軌道交通的不斷發(fā)展，碳纖維在車輛內裝件上的應用必將愈發(fā)廣泛。
5 復合鋁板的應用
復合鋁板，又稱鋁塑復合板，是由多層材料復合而成，上下層為經過化學處理的涂裝鋁板，中間層為無毒低密度聚乙烯（PE）芯板，在專用鋁塑板生產設備上加工而成的復合材料。
復合鋁板具有如下所述的性能特點：
5.1 剝離強度高
鋁塑復合板最關鍵的技術指標-剝離強度，因特殊的復合工藝被提高到了極佳狀態(tài)，使鋁塑復合板的平整度、耐候性方面的性能都相應提高。
5.2 防火性能卓越
鋁塑板中間是阻燃的物質PE塑料芯材，兩面是極難燃燒的鋁板層，因此具有良好的防火性能。
5.3 耐沖擊性
耐沖擊性強、韌性高、彎曲不損面漆。
5.4 易保養(yǎng)
自清潔性好，只需用中性的清洗劑和清水即可，清洗后板材永久如新。
5.5 材質輕
鋁蜂窩板每平方米的重量在11kg左右，復合鋁板每平方米的重量僅在3.5kg～5.5kg左右，輕量化優(yōu)勢明顯。
城市軌道車輛的內裝墻板基材通常有復合鋁板、鋁蜂窩板、玻璃鋼等，其中復合鋁板在滿足結構強度、防火環(huán)保的前提下具有明顯的輕量化優(yōu)勢。
6 結束語
綜上所述，加強對輕量化新材料在城軌車輛內裝中應用的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的輕量化新材料應用過程中，應該加強對其關鍵環(huán)節(jié)與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。
⒖嘉南
