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摘要：近年来，我国经济技术快速发展，工程机械也迎来了新的发展机遇，但是我国工程机械仍然存在体积过大、重量过高的情况，其主要原因是设计阶段安全系数选取不当所导致，为了工程机械能持续稳步发展，工程机械中的已迫切需要应用轻量化技术解决技术难题。本文主要阐述了轻量化在工程机械领域的研究现状，并提出了轻量化设计在工程机械中应用的三种主要技术措施，以期为工程设计人员提供一定参考。
关键词：轻量化；工程机械；设计；重量；材料
0引言
工程机械由于应用领域的特殊性，需要具有较大的驱动力和承重性能，因此其体积和重量是普通机械的两倍甚至是十倍，但是这也造成了材料和能源的消耗。轻量化技术是指通过改善机构设计、工艺制定、材料选择等途径减少工程機械重量的技术和方法，进而实现降低制造成本、提高机械效率、节约能源的目标。由于我国工程机械设计起步较晚，轻量化设计技术还过于保守，在设计阶段一般选用较大的安全系数，不够重视轻量化技术在工程机械中的应用，导致我国工程机械国际市场占有率较低、竞争力不足。因此在这种背景下，更应该将轻量化技术应用在机械设计阶段。
1工程机械轻量化发展现状
欧洲等发达国家在上个世纪七十年代就拥有了轻量化设计技术，并且技术发展已经十分成熟，国外的工程机械可以兼具重量小、耐用性好、效率高的优点。国外的卡特彼勒、沃尔沃等厂家已经在机构设计、轻量化技术等领域申请了大量专利，并通过大量的实验数据为工程机械轻量化的设计提供理论指导。目前我国机械设计上的轻量化技术与世界发达国家机械制造业相比处于落后阶段。我国对于新材料等技术的研究工作还刚刚起步，无法将轻量化技术更好的应用与工程实践中，除此之外，由于历史等诸多原因，我国工程技术人员思想相对保守，各项制度还不够完善，这也造成了我国轻量化技术落后于欧洲发达国家的局面。为了减少工程机械消耗的材料、降低空气中碳元素的排放量、提高机械的动力性和耐久性，使得轻量化、集成化、多功能化成了新的技术突破方向。
2轻量化设计的实施办法
2.1材料的轻量化设计
在材料的选取上，应该使用高强度钢材、镁合金、碳素钢、微晶钢、玻璃纤维等材料，通过悬着合理的材料的方式降低工程机械的重量。虽然应用高强度的材料能够有效减轻工程机械的重量，但是也在一定程度上提高了生产制造成本。美国雪佛兰公司近年研发出一种用于制作轴承的铝合金材料，采用这种材料加工的轴承能有效节省40%的钢材。在降低材料重量的同时也提高了材料的强度，与1.3L的柴油机配合使用能够有效节约6%的油量。以徐工集团用钢采购情况为例，Q450钢用来制作钢架，Q560钢主要用来制做支撑臂，用Q860钢可以用来制作60t以上工程机械支撑臂，卷板厚度主要在3mm-15mm。
2.2制造工艺的轻量化设计
通过改进工程机械制造工艺也是应用轻量化设计的一个重要方法，常见的先进制造工艺有激光焊接、新型冷处理工艺、增压技术、增材制造工艺、搅拌摩擦焊以及螺杆连接等。此类先进的制造工艺对生产设备的耐热性和硬度提出了新的要求，也要求技术人员能够充分掌握新工艺的流程操作注意事项，否则也会起到事倍功半的效果。一国内某大型机械企业生产的压路机箱体为例，其车架结构采用850-1750MPa高强钢，再运用了先进技铸造技术和成型工艺之后，得到的新结构件比原来的厚度减少35%-45%，相当于重量降低25%-40%，并且设备的可靠性和强度都得到了很大改善。
2.3结构设计的轻量化
结构设计的轻量化指的是通过优化结构形状，避免零件之间的相互干涉等方法来来实现工程机械轻量化设计的目的。这种方法可以在保持原有设计方案的基础之上，减低原始材料的使用频率达到减轻整机重量的效果，具有良好的经济性和环保性。其主要包含了外观优化、尺寸优化、布局优化以及拓扑优化四种类型。尺寸优化的对象主要是结构本身的几何尺寸，例如箱体的底边长度和宽度、箱盖的厚度等。尺寸优化不会改变已有的结构外形，只是对尺寸进行合理的优化，在满足使用要求的前提下，尽量采用小尺寸。外观优化的对象主要是结构内部结构或者是整体外部结构的优化，例如设备的凸台和把手。内部的孔径和相互距离。优化的目的就是找到一个最优方案，减少材料的使用，降低整机的重量。以徐工集团的某一型号装载机为例，通过尺寸优化可以将装装载机的高度降低40mm，最长尺寸减少500mm，宽度减少30mm，缩减不必要凸台2处，整合动力源1处，与改进之前相比重量减轻了5%-15%。
3结束语
随着我国综合实力的不断增强，现有工程机械在综合性能上有了新的要求，因此将轻量化技术运用到工程机械中具有非常重要的现实意义。本文阐述了轻量化设计在工程机械中的发展现状，从材料、制造工艺、结构优化三个方面提出了合理的优化方案，对比了国内大型工程機械轻量化优化前后的重量大小。工程机械要想提高市场竞争力、降低制造成本、改善工作性能就必须在设计阶段运用其轻量化技术。随着材料学、网络技术的不断发展，轻量化技术必然会成为未来工程机械的发展趋势。
关键词：轻量化；工程机械；设计；重量；材料
0引言
工程机械由于应用领域的特殊性，需要具有较大的驱动力和承重性能，因此其体积和重量是普通机械的两倍甚至是十倍，但是这也造成了材料和能源的消耗。轻量化技术是指通过改善机构设计、工艺制定、材料选择等途径减少工程機械重量的技术和方法，进而实现降低制造成本、提高机械效率、节约能源的目标。由于我国工程机械设计起步较晚，轻量化设计技术还过于保守，在设计阶段一般选用较大的安全系数，不够重视轻量化技术在工程机械中的应用，导致我国工程机械国际市场占有率较低、竞争力不足。因此在这种背景下，更应该将轻量化技术应用在机械设计阶段。
1工程机械轻量化发展现状
欧洲等发达国家在上个世纪七十年代就拥有了轻量化设计技术，并且技术发展已经十分成熟，国外的工程机械可以兼具重量小、耐用性好、效率高的优点。国外的卡特彼勒、沃尔沃等厂家已经在机构设计、轻量化技术等领域申请了大量专利，并通过大量的实验数据为工程机械轻量化的设计提供理论指导。目前我国机械设计上的轻量化技术与世界发达国家机械制造业相比处于落后阶段。我国对于新材料等技术的研究工作还刚刚起步，无法将轻量化技术更好的应用与工程实践中，除此之外，由于历史等诸多原因，我国工程技术人员思想相对保守，各项制度还不够完善，这也造成了我国轻量化技术落后于欧洲发达国家的局面。为了减少工程机械消耗的材料、降低空气中碳元素的排放量、提高机械的动力性和耐久性，使得轻量化、集成化、多功能化成了新的技术突破方向。
2轻量化设计的实施办法
2.1材料的轻量化设计
在材料的选取上，应该使用高强度钢材、镁合金、碳素钢、微晶钢、玻璃纤维等材料，通过悬着合理的材料的方式降低工程机械的重量。虽然应用高强度的材料能够有效减轻工程机械的重量，但是也在一定程度上提高了生产制造成本。美国雪佛兰公司近年研发出一种用于制作轴承的铝合金材料，采用这种材料加工的轴承能有效节省40%的钢材。在降低材料重量的同时也提高了材料的强度，与1.3L的柴油机配合使用能够有效节约6%的油量。以徐工集团用钢采购情况为例，Q450钢用来制作钢架，Q560钢主要用来制做支撑臂，用Q860钢可以用来制作60t以上工程机械支撑臂，卷板厚度主要在3mm-15mm。
2.2制造工艺的轻量化设计
通过改进工程机械制造工艺也是应用轻量化设计的一个重要方法，常见的先进制造工艺有激光焊接、新型冷处理工艺、增压技术、增材制造工艺、搅拌摩擦焊以及螺杆连接等。此类先进的制造工艺对生产设备的耐热性和硬度提出了新的要求，也要求技术人员能够充分掌握新工艺的流程操作注意事项，否则也会起到事倍功半的效果。一国内某大型机械企业生产的压路机箱体为例，其车架结构采用850-1750MPa高强钢，再运用了先进技铸造技术和成型工艺之后，得到的新结构件比原来的厚度减少35%-45%，相当于重量降低25%-40%，并且设备的可靠性和强度都得到了很大改善。
2.3结构设计的轻量化
结构设计的轻量化指的是通过优化结构形状，避免零件之间的相互干涉等方法来来实现工程机械轻量化设计的目的。这种方法可以在保持原有设计方案的基础之上，减低原始材料的使用频率达到减轻整机重量的效果，具有良好的经济性和环保性。其主要包含了外观优化、尺寸优化、布局优化以及拓扑优化四种类型。尺寸优化的对象主要是结构本身的几何尺寸，例如箱体的底边长度和宽度、箱盖的厚度等。尺寸优化不会改变已有的结构外形，只是对尺寸进行合理的优化，在满足使用要求的前提下，尽量采用小尺寸。外观优化的对象主要是结构内部结构或者是整体外部结构的优化，例如设备的凸台和把手。内部的孔径和相互距离。优化的目的就是找到一个最优方案，减少材料的使用，降低整机的重量。以徐工集团的某一型号装载机为例，通过尺寸优化可以将装装载机的高度降低40mm，最长尺寸减少500mm，宽度减少30mm，缩减不必要凸台2处，整合动力源1处，与改进之前相比重量减轻了5%-15%。
3结束语
随着我国综合实力的不断增强，现有工程机械在综合性能上有了新的要求，因此将轻量化技术运用到工程机械中具有非常重要的现实意义。本文阐述了轻量化设计在工程机械中的发展现状，从材料、制造工艺、结构优化三个方面提出了合理的优化方案，对比了国内大型工程機械轻量化优化前后的重量大小。工程机械要想提高市场竞争力、降低制造成本、改善工作性能就必须在设计阶段运用其轻量化技术。随着材料学、网络技术的不断发展，轻量化技术必然会成为未来工程机械的发展趋势。