工程機械輕量化方法與設計探究論文
摘要：在當今工程機械設計過程中所取的安全系數(shù)過大，造成工程機械自身過重，不方便運輸和移動位置。在工業(yè)機械體積過大過重的背景下，輕量化設計工業(yè)機械對工程設計的發(fā)展有推動作用。輕量化技術是輕量化設計、輕量化材料、輕量化制造技術的集成應用。在產(chǎn)品設計過程中要注意產(chǎn)品設計的輕量化要求，輕量化技術是一個系統(tǒng)的技術，輕量化設計的最終目的是使產(chǎn)品的重量、性能和成本等因素都得到優(yōu)化處理。
關鍵詞：機械設計；工程機械；輕量化；設計研究
工程機械輕量化技術是指通過材料、制造工藝、結構參數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(lián)的設計理念。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)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(shù)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(chǎn)大量仿制品，沒有自身的核心技術，沒有實驗所需要的數(shù)據(jù)。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(chǎn)品的設計都采用或者借鑒國外的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，由于長時間沒有進行更新，已經(jīng)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)狀。
3.3新材料的運用可以提高產(chǎn)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(chǎn)品的競爭能力。同時要增強產(chǎn)品的抗擊能力，提高產(chǎn)品的使用壽命。要不斷滿足消費者對產(chǎn)品的需求。
3.4改善機械設備的截面實現(xiàn)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(shù)和抗扭截面系數(shù)，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(xiàn)，受力的狀態(tài)不同，材料的強度指數(shù)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(tǒng)，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(xiàn)在大量的技術應用和研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(jù)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。
5結束語
隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，培養(yǎng)具有創(chuàng)新性的設計師，增強企業(yè)的設計能力，才能提高企業(yè)的綜合競爭能力。在輕量化的工程設計當中，要求設計師能夠優(yōu)化設計結構，采用新型材料，設計出質量更好，性能更高的機器設備，輕量化的設計不僅需要降低設備的重量還要求企業(yè)能夠提高產(chǎn)品性能，節(jié)約資源和能源。另外，在工程機械輕量化的設計過程中，一方面要注意綜合評價生產(chǎn)過程，另一方面要對技術進行分析和檢測。還要進行大量的實驗使得輕量化的技術不斷向著成熟的方向發(fā)展。
參考文獻
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