工程机械轻量化

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工程机械轻量化范文第1篇

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]

[1]王宇扬.多重挤压轻量化不再遥远[J].专用汽车，2008，(4)：22-23.

[2]刘海波.浅析混凝土泵送施工技术[J].科技致富向导，2012（9）.

工程机械轻量化范文第2篇

关键字：机械 环境 负荷 评价

要降低工程机械对环境的负荷,首先要研究探讨工程机械对环境的评价指标,需要分析工程机械对环境的影响表现在哪些方面,用哪些具体指标能全面确切地反映工程机械对环境的负荷。这需要工程机械全行业进行探讨,从而制定出降低工程机械环境负荷的具体的技术方针。

1.　工程机械环境负荷的评价指标

ISO提出了总的评价指标LCA (生命周期评估Life Cycle Assessment),其定义是:汇总评估一个产品(或服务)体系,在其整个生命周期的所有投入及其对环境造成的和潜在的影响的方法。对工程机械来说,是从原材料开采——材料制造——产品制造——流通过程——使用过程——直至报废,整个寿命周期各个阶段资源和能源的投入、各种环境负荷的产生都包括在内的综合环境负荷评价方法。过去我国生产企业往往不重视产品制造对环境的影响,许多单位没有通过ISO 14001认证,对自己产品的报废处理以及报废对环境所造成的负荷都没有很好考虑。因此LCA的提出使我们对一个产品的环境影响有了较全面的认识。

但是LCA是综合评价环境负荷的观点和方法,对工程机械尚需具体化、明确化,深入研究和探讨能反映工程机械整个寿命周期对环境负荷的总体指标,建立工程机械产品综合、具体、明确、简便、可量化衡量的环境评价指标,这是一个有待我国全行业进行研究和探讨的问题。

2.　降低环境负荷的设计

降低工程机械对环境的负荷,研制开发环保型工程机械应该从设计阶段开始,可以说工程机械的环境性能很大程度上是设计阶段所确定的。在设计的开始就应该从零部件的选用、材料的使用,产品的制造、使用、维修、再生利用以及报废等所有阶段对环境所造成的负荷进行综合考虑

2.1　工程机械及其零部件的长寿命设计、降低能耗设计、减轻重量设计延长产品寿命可减少机械的生产量和减少其报废量,降低产品能耗可减少能源消费和废气排放,减轻产品重量可减少材料和资源的消耗。为此在设计中应尽量减少机体和作业装置的体积和重量,提高传动系统零部件的强度和耐久性,实现液压系统高压化、轻量化和高效率化。

2.2　设计循环型机械提高工程机械再生可能率

尽量采用能再生利用的材料和资源,在部件设计中要考虑再生利用,采用易于再生的构造设计和便于分解的模块化结构。对消耗品零件应考虑尽量减少废弃部分,要研究开发再生和修补技术。从减少环境负荷角度考虑世界各厂家生产的同类的零部件应能互换,尽量通用。

2.3　尽量采用低环境负荷材料和生态(生化分解)材料

应尽可能不使用氟利昂(空调)、石棉、含氯橡胶和树脂等有害材料。在仪表和印刷电路板、散热器、脂添加剂和蓄电池等生产中,应尽量减少或替代铅的使用,努力实现无铅化。工程机械在自然环境作业并经常在野外保养维修,对环境污染可能性大,因此研制生物分解液压油来替代石油基液压油很有必要。

2.4　考虑废弃处理综合成本

产品设计要考虑报废时废弃处理简单,尽量降低处理的费用,解体方便、破碎容易,能焚烧处理和可作为燃料回收能量等问题。为了处理方便,树脂类零件应标注其材质。

2.5　选用低公害发动机

工程机械所有部件中发动机对环境影响最大。采用高效率、低油耗、低排放、低噪声的发动机对降低环境负荷很重要,因此目前世界上都在致力于开发低公害发动机,正在采用一系列的技术措施,如通过采用高增压和高压缩比,改善燃烧室和燃油喷射系统。

2.6　降低噪声和振动设计

降低噪声应注意降低发动机冷却风扇和排气管噪声,同时考虑降低液压系统油泵振动、阀节流和油管振动等产生的噪声及传动系统产生的噪声等,并要注意车体各部分因共振产生的噪声。应注意降低由于机体振动(由于大惯性质量作业装置急操作)而传给地面的振动。

3.　使用和报废阶段降低环境负荷的措施

工程机械在使用阶段需要进行修理,更换零部件,如何进行资源再生利用,防止环境污染,降低用户费用非常重要。

3.1　油液和脂

工程机械采用大量的油液和脂,包括发动机和传动系的油,液压传动和操纵系统的传动液压油,机械各关节处的脂等,在设计中应尽量考虑减少其使用量和采用稳定性好的优良油品。在使用中应注意油液的品质和管理,要保持液压油的清洁度和防止油劣化,尽量延长油液使用寿命和更换间隔。

3.2　液压油

工程机械广泛采用液压传动,对液压系统来说保持油的清洁度很重要。液压油中杂质是液压元件故障和磨损的主要原因,液压油需要更换的主要原因是进入了杂质(垃圾、磨损物和水分)。

3.3　液压软管

工程机械采用不少软管,但软管在使用中逐渐损坏,使用寿命短。因此要求能检测出软管劣化状态以防止破裂,并在油路装设锁止阀,阻止软管破损时油液流出。为了减少软管废弃量,在可能的条件下尽量使用硬管,并希望开发管接头能重复使用的软管。

3.4　外表结构件

从产品外形设计和成本的角度考虑,树脂外表结构件有增加的趋势,但因在使用过程中易损伤、修补困难,一般都需进行更换,从资源有效利用和用户费用负担来看都存在问题。目前需要开发树脂部件的简易修补技术和金属材料低成本的冲压技术。

4 结束语

随着经济建设的发展,工程机械的品种和数量已达到相当可观的程度,而且还在不断增加。我们必须认识到任何机械都要消耗资源,产生排放物造成环境负荷,因此应该明确提出评价工程机械的一个重要指标——环境性能,并尽力从设计、制造、使用和报废等各个环节去降低它对环境的负荷。

参考文献：

[1] 申琪玉;绿色建造理论与施工环境负荷评价研究[D];华中科技大学;2007年

工程机械轻量化范文第3篇

关键词：“十三五”规划；工程机械；研究

工程机械行业现已成为一个国家的基础支柱产业，在国民经济中占有重要的地位，我国机械行业现有生产企业近5万家，而且数量还在不断增加，导致市场竞争日趋激烈，优胜劣汰趋势更加明显。特别是自2013年末以来，由于欧洲金融危机“久病不愈”和中国房地产市场的“断崖式崩盘”，导致中国工程机械进入了持续低迷期。依据中国报告大厅（）消息，今年上半年18家工程机械及重点零部件工程机械上市公司完成营业收入500.09亿元，同比2014年上半年的707.44亿元下降了29.31%；18家工程机械及重点零部件工程机械上市公司完成营业收入500.09亿元，同比下降29.31%；18家上市公司上半年净利润整体亏损5.9亿元，较2014年上半年盈利39.6亿元同比下降114.89%[1]。逝去的2015年，工程机械全行业亏损已成定局，行业处于持续低迷状态。但随着国家的“十三五”规划实施，为我国的工程机械行业点亮了灯塔，指明了未来发展的方向。

1推进以人为核心的城镇化建设

“十三五”规划里提出了建设以人为核心的新型城镇化建议，新型城镇化不是简单的城市人口比例增加和面积扩张，而是要在产业支撑、人居环境、社会保障、生活方式等方面实现由“乡”到“城”的转变，把有能力、有意愿并长期在城镇务工经商的农民工及其家属逐步转为城镇居民，但是太多的人员流入城市中，势必会造成城填的住房、医疗、就业等多重问题，其中住房问题更是首当其冲的问题，决不能一边高楼林立，一边棚户连片，需要更大规模加快棚户区改造工程。根据我国公布的《国务院关于加快棚户区改造工作的意见》中提出的目标，我国将在5年内改造各类棚户区1000万户[2]。棚户改造既可以拉动经济，也更有利于城镇化的推进和改变二元结构社会，而由于棚户改造要带来大量的工程建设，将对工程机械的需求起到直接的拉动作用。

2支持绿色清洁生产，推进传统制造业绿色改造，推动建立绿色低碳循环发展产业体系

“十三五”规划提出了传统制造业进行“绿色改造”的概念，同时也实施了“中国制造2025”、“互联网+制造”、“数据云计算”、“物联网”等多学科综合应用。就工程机械而言，实施“中国制造2025”，推动制造业由大变强，不仅体现在数量的简单增多，更要体现在技术含量高的重大装备等先进制造领域勇于争先。不断研发出拥有自主知识产权、国际领先的自主品牌产品，是各企业的历史使命和神圣职责。同时，对于为主机配套服务的各相关供应商、商和包括我们行业协会在内的有关社会各界，也是责任重大，使命光荣。全行业坚持“创新驱动、质量为先、结构优化、绿色发展”方针，打造绿色制造的新优势，推动传统制造业绿色改造，大力发展节能环保产业，提升工业效能和清洁生产水平，抓住互联网跨界整合的机遇，以转型升级为主要任务，加快构建创新能力强、质量效益好、可持续发展潜力大、结构优化、产业链国际主导地位突出的优势体系。同时还要积极开展国际产能合作，主动对接相关国家需求，通过对外工程承包和投资等，带动中国装备协作配套“走出去”，在国际市场竞争中促进中国制造升级。因此未来行业发展的总体思路要以研发为核心、以质量优先为重点、以强化基础为切入点、以优化环境为目标。从技术发展趋向上看，工程机械现在正处于数字化、智能化、宜人化、节能与环保、巨型化和微型化、减量化、轻量化等技术发展阶段，未来将向高性能、多功能、高可靠性、人性化、环境适应性、能源多样性以及机器人工程机械方向发展。

3加强轨道交通建设，推进交通运输低碳发展

伴随着国家区域结构、产业结构、城乡结构的调整优化，在公路、高铁、城轨、地铁等基础设施建设，对工程机械必将提供更广阔的市场空间和提出更高的技术质量要求，这也为工程机械企业树立了创新的目标，确定了转型升级的方向。新年伊始，各城市纷纷提出了加强实施城市轨道交通建设，优化快速路网，打通交通节点，增设跨河通道等项目，比如：沈阳市在2016年计划再新建东塔浑河桥、浑河金阳隧道2座跨浑河通道项目，使浑河的南北交通更加顺畅；长沙市继万家丽路在去年10月1日快速化改造、完成主线双向六车道通车后，湘府路也谋划发动快速化改造施工并在近日发动勘测及规划投标；柳州市推进柳肇、湘桂等铁路，三柳、柳梧等高速公路，西江经济带基础设施建设大会战重大项目和柳江航道二期整治等重大项目建设。由此可见，轨道建设不单单是建设城市地铁项目，同时也衍生出了城市道路维修、城市高速公路建设等多类项目，伴随着各地城市基础设施建设的推进，轨道交通建设的步伐势必加快，而轨道交通建设的加快必定会带动工程机械设备及其相关行业的发展，会加大市场需求，工程机械行业的发展将迎来新的机遇。

4提高技术工人待遇，完善职称评定制度

工人的技能等级是衡量工人技术业务水平和工作能力的尺度，是对工人技术培训、考核、使用的基本依据，也是工人工资制度的重要组成部分；而技术职称是体现专业技术人员的研发能力、工作业绩和学术水平的重要标志，也是评价和激励专业技术人员的重要手段。但因为既有的职称评审制度在年限、外语、论文等内容上，不少人觉得职称评定，根本不能全面反映个人能力水平，所以就造成了许多人根本不想去提升相关技能和职称。所以，建立和完善科学的职称评定体系，对规范学术队伍，调动科研人员积极性具有重要而深远的意义。人“活”了，企业的运转也就会踏上复苏的轨道上来，中国的机械工程行业必定会熬过“严冬”，迎来美丽的“春天”。总的来说，通过实施“十三五”规划，为2016－2020年中国经济社会发展绘制了一幅宏伟的蓝图。工程机械行业通过“建设新型城镇化”、“绿色改造传统制造业”、“辅助轨道交通建设”、“完善职称制度”和加强“后市场的服务质量”等内容，将会迎来一个崭新的明天。

参考文献

[1]2015年我国工程机械行业发展前景分析[EB/OL]，2015-12.

[2]国务院印发〈国务院关于加快棚户区改造工作的意见〉[J].城市规划通讯，2013（14）.

工程机械轻量化范文第4篇

关键词：聚双环戊二烯 反应注射成型 应用 环境友好

中图分类号：TQ04 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0088-02

聚双环戊二烯（Polydicyclopentadiene 简称PDCPD）是由主要来源于石油、柴油裂解制乙烯的副产物C5馏分的双环戊二烯（DCPD）单体在金属卡宾类催化剂的作用下通过易位开环聚合而成的一种新型的热固性工程塑料[1]。这种材料密度低（1.03 g/cm3）有利于制品轻量化，并具有较强的刚性、高抗冲性、热稳定性、抗蠕变性，优秀的耐磨、耐酸碱腐蚀的能力以及卓越的涂饰性，在-40 ℃～160 ℃的范围内均能保证良好的抗冲性、刚性及耐腐蚀性，是一种综合性能优越的热固性工程塑料。本文主要从PDCPD的成型技术、环境友好性、应用领域、国内外发展状况等几个方面，阐述这一环境友好的低碳高性能热固性材料的应用现状及前景。

1 PDCPD及其成型工艺

PDCPD制品的主要成型工艺为反应注射成型工艺（Reaction Injection Molding，简称RIM），即将原料分为A、B组份，A组分包括DCPD、助催化剂、调节剂、添加剂，B组分包括DCPD、主催化剂、调节剂、添加剂，然后将A、B液在混合头中快速混合均匀，注入预热好的模具，在极短的时间内引发聚合反应，从而生产出所需制件。为得到高性能PDCPD制品，近几年出现了增强反应注射成型（RRIM）工艺，该工艺是在原料体系中加入适当的纤维状、片状等填料如玻璃纤维或无机非金属填料，随原料一起混合，注入模腔中反应固化成型的一种成型技术。由RRIM成型工艺生产的PDCPD制品具有更高的性能和更广阔的应用空间（见表1）。

2 聚双环戊二烯的环境友好性

PDCPD作为一种新型的工程塑料，不仅具有优异的性能，更值得注意的是其不论是加工工艺还是最终的制品，都具有显著的环境友好性。DCPD-RIM单体体系的粘度低（约0.3Pa.s），流动性好，成型时不需要很高的锁模压力；而DCPD的聚合反应又属于放热反应，成型时不需要高模温；因此，PDCPD制品的加工过程能耗极低，在原材料制备和成型加工的过程中所需要的能量远远低于聚碳酸酯、ABS、聚丙烯等等传统的工程塑料（见图1）。据统计，每生产1 kg PDCPD制品所需的能源仅为生产同等质量的聚丙烯制品的1/4，聚碳酸酯的1/10。在温室气体排放方面，根据Tenele提供的数据，2008年每生产1 kgPCDP制品，CO2的排放量约为2.4 kg；预计在2015年每生产1kgPCDP制品CO2的排放量将仅为1kg左右。而采用注射成型工艺，在2008年每生产1 kg的ABS或PC，CO2的排放量高达7.2 kg，虽然在2015年预计会降低为4.1kg左右，但是总CO2排放量仍4倍于PDCPD制品（图2）。在回收利用方面PDCPD的环境友好性也同样得以体现，PDCPD制品的废料和废弃物仍可以再次加工粉碎造粒，作为热塑性塑料如PP、RE的填料循环利用。此外， PDCPD制品应用于交通运输等领域时，可以减轻车身重量，从而大提高燃油经济性，节省燃油，降低排放。

3 聚双环戊二烯的应用领域

3.1 聚双环戊二烯在氯碱行业的应用

氯碱工业是我国基础原材料工业，氯碱产品种类多，关联度大，其下游产品达到上千个品种，具有较高的经济延伸价值。据有关部门预测1万吨氯碱产品所带动的一次性经济产值在10亿元人民币以上。氯碱设备长时间工作于腐蚀性环境中，尤其在电解盐水的过程中会产生90 ℃～95 ℃的高温湿氯气，具有极强的腐蚀性。这就要求氯碱设备不仅需要在高温的环境下工作，而且需要极强的耐腐蚀性。然而，目前国内的氯碱行业主要使用的是钛材、镍材等贵金属和衬胶等方法加工制造氯碱设备和管道，材料和生产成本高、使用周期短；衬胶电解槽使用1～2年后就必须进行更换或维修，维修工作量大，费用高，停车时间长。

由于PDCPD具有优异的耐酸耐碱性能，可以在高温条件下（90 ℃～100 ℃）可长时间耐受磷酸、硅氟酸、氢氟酸、盐酸、KOH、NaOH、重钾硫酸钠等腐蚀性溶液。因而，在国外的氯碱行业中，聚双环戊二烯材质已经被应用于制造氯碱设备和管道。实践证明，PDCPD制品可在超过90 ℃的腐蚀性介质中，运行达十年以上。这一材质的应用，不仅可以增加氯碱设备的耐腐蚀性，延长设备的使用寿命，而且可以降低氯碱设备的运营成本，提高设备的产值，增创经济效益。

3.2 聚双环戊二烯在工程机械及交通领域的应用

PDCPD材料除了具有卓越的化学耐受性，还具高抗冲性及刚性，而这一性能结合其轻量化及易加工等特点被广泛应用于工程机械、交通运输等领域，更适用于制备大型和超大型的制件[3]。例如南美沃尔沃卡车公司（Volvo Trucks North America， Inc.）生产的Volvo VN系列重型卡车的底盘整流罩、侧扩展器和保险杠；日本马自达（Mazda）公司RX8轿车的保险杠；Komatsu公司（Komatsu Corporation）生产的KOMATSU WA-30翻斗叉车中的载重板、发动机罩、挡泥板、仪表盘及盖板部件；Caterpillar，Inc.公司生产的轮胎式装载机的车罩盖，该大型部件重达48 kg；罗斯托夫（Rostselmash）农机制造厂新型收割机Giant ACROS（机身尺寸11 m×9.5 m×4 m）的机壳。同时，PDCPD制品也可应用于环保产业，例如小型自发电风叶片，电动车外壳及组件等。

4 国内外发展概况

20世纪80年代，美国Hercules公司和Goodrich公司率先实现了DCPD反应注射成型工业化生产。之后，市场上典型的DCPD-RIM产品主要是Hercules公司与日本帝人化成公司合作开发的METTON，Goodrich与日本瑞翁合作开发的PENTAM

系列。1997年，全球DCPD-RIM材料的产量为2.0万t，随后几年，全球PDCPD的制品消耗量显著增长，2002年PDCPD RIM材料的全球产量达到3.8万t[4]。2003年，日本瑞翁与帝人化成两家公司的RIM业务进行整合而成立了RIMTEC公司，随后于2006年购买TELENE的相关业务而成立了TELENE SAS公司，并在日本、韩国和新加坡注册了PENTAM和TELENE（METTON）商标，在欧洲、北美及其他地区注册了TELENE商标，成为世界上主要的PDCPD原料供应商。目前PDCPD制品的生产及消费主要集中在日本、美国及欧洲。我国的主要研发机构有湘潭大学、天津大学、黎明化工研究院、河南科技大学、中油海科燃气有限公司和西北工业大学，但现仍处于技术不成熟阶段，几乎没有国产化PDCPD商品面世。蓝星（北京）化工机械有限公司于2008年开始引入DCPD-RIM技术，率先在国内进行PDCPD制品在离子膜电解槽中的应用试验，目的在于取代氯碱行业所采用的传统的耐腐蚀结构材料，并准备在此基础上进一步拓展PDCPD制品的品种和应用领域。

5 结语

由于PDCPD制品的原料DCPD是石油、柴油裂解制乙烯的副产物C5馏分，随着国内乙烯大型项目的投产，我国双环戊二烯的产量及品质将会有较大的提高，PDCPD原料将得到充足供给。而近几年，国外对PDCPD需求保持在每年10%以上的增长率，而我国需求也在以平均每年46.2%的增长率增长[4]。因此，发展PDCDP制品行业具有巨大的潜在市场，加强国内PDCPD制品原料及生产技术的研发及推广势在必行。鉴于PDCPD是具有显著的耐酸碱、高抗冲、高刚性的性能优异的环境友好型材料，建议着力发展其在氯碱、工程机械、交通运输领域的应用。

参考文献

[1] 潘炳力，张玉清，严一楠，等.聚双环戊二烯材料的研究进展[J].中国塑料，2009，23（4）：8-14.

[2] 杜颖异，于文杰，李俊贤，等.聚双环戊二烯制品的除臭技术[J].化学推进剂与高分子材料，2010，8（3）：28-37.

工程机械轻量化范文第5篇

关键词：机械制造；材料消耗；节材途径；资源能源

引言

近年来，随着我国经济不断发展，作为经济发展重要基础的机械制造业也得到了飞速发展和壮大，这使得我们对未来的发展充满信心。但是，在取得经济效益的同时，也应该看到能源，资源，环境约束更趋强化的现实，而机械工业作为能源消耗的巨大产业，传统机械制造业的粗放型增长模式已难以为继。因此，转变自己的发展方式，调整产业结构，降低能源消耗，走新型工业化道路已势在必行[1]。

同时，在市场经济的作用下，机械制造企业之间的竞争日益激烈，客户对产品性能质量等方面有较高要求的同时，对价格因素也有了更多的考虑，企业为了扩大产品销售量，将会降低产品价格，利润也会随之降低。企业为了生存和发展，就必须想方设法，提高产品的利润率，实现利益最大化，这就需要在产品制造过程中严格控制其生产成本，而节材最为成本控制的重要方面。因此，对机械制造过程中的节材途径进行探讨，对机械制造业的长足稳定发展具有重要的意义。

1 机械制造业中材料消耗的现状及问题

1.1 材料消耗的现状

我国是一个机械制造业大国，但并非机械制造强国，与欧美等工业发达国家相比，我国的机械制造业还存在着很大的发展空间，无论是在技术装备，还是资源利用等方面都和他们有很大的差距。我国GDP占世界的4%，能源消耗占到了10%，已成为世界第二大能源消耗国[2]。传统机械加工过程中，资源消耗非常的严重，其中主要是钢铁等贵重金属材料。但是，在机械制造过程中由于诸多因素的限制和约束，导致这些材料并非都被充分的利用，巨大材料的消耗必定增加产品成本的上升。资源消耗问题在经济发展过程中不容乐观，必须引起高度的重视。当然，在市场和创新的驱动下，相信资源消耗问题会得到很好的解决。仔细分析发现，目前我国机械制造业中材料消耗主要存在以下几个方面的问题。

1.2 材料消耗存在的问题

（1）在机械制造过程中，原材料成本过高。根据国家有关部门对机械系统近万家企业的统计结果表明：机械制造过程中每年消耗钢材约1000万吨，占全国钢材总使用量的15%～20%[3]。其中原材料费用占机械产品成本的60%以上。原材料费用过高是目前机械制造业工程材料消耗的主要问题之一，如果不能得到合理的解决，便不能达到节材的目的。

（2）原材料的利用率低。经过相关部门的统计，我国机械制造业钢材利用率仅为60%左右，与发达工业国相比差距极大。我国机械制造业的锻、铸件综合废品率偏高，这大大浪费了原材料和能源。一项调查结果显示，一些企业铸钢件的废品率大约在10%～11%，铸铁件的废品率在12%～14%，有些机械制造工厂的废品率甚至高达20%，而发达国家的废品率通常都小于5%。

（3）材料回收再利用率低。机械加工过程中会产生大量的边角料，以及其它材料废弃物或者报废产品，然而这些材料的回收再利用存在一定的困难，导致大量资源的浪费。对我国铸件生产企业的调查表明，铸件产量已经连续六年位居世界首位，铸造企业已经超过26000多家，普遍规模较小，设备和管理相对落后，因此铸造业的总废弃物排放量是世界最大，可回收利用率高，一些企业通过采用先进循环再利用系统，使得旧沙回收率达到70%，铁屑回收率达到90%，如果所有企业都能对废弃资源进行回收利用，将会对企业带来巨大的经济效益[4]。

1.3 材料消耗带来的影响

（1）材料大量消耗不仅造成了企业成本的大量浪费，同时还直接造成我国资源的浪费。由于企业生产成本的增加，在一定程度上制约了企业的发展，严重影响了企业的经济效率，久而久之企业将会受到巨大的发展阻力。

（2）不符合绿色设计与制造这一现代制造业的可持续发展模式。在新时期，我国在机械制造业，除了面临着产品质量和成本等方面的竞争外，如何突破绿色壁垒是更加严峻的挑战。通过使用新工艺技术，可以提高资源利用率、降低成本、减少环境污染，应对国际绿色贸易壁垒的挑战。

（3）资源的大量消耗不利于我国经济的可持续发展。我国还处于社会初期阶段，各个方面都还不成熟。在资源分配方面，我国既是资源大国，也是资源小国，对于钢铁这一非可再生资源，在对其使用过程中应坚决杜绝浪费。

2 机械制造过程中节材的途径

机械加工过程中，节材的目的就是为了降低能源消耗，降低产品的材料消耗，然而钢铁等重要金属材料是机械加工过程中的原材料。因此，机械制造节约材料的重点是钢材等金属材料。同时，也要注意节约其他原材料。制造过程中，在保证产品质量的前提下，尽量降低资源消耗，需要从技术，经济等方面综合考虑。其中主要概括为以下四个方面：设计过程中减少产品的材料使用量，制造过程中降低产品的材料消耗提高其利用率，结构优化过程中提高产品的性能和质量，匹配各个零部件寿命延长产品服役寿命。这四个方面综合考虑，才能发挥出最大的社会经济效益。

2.1 采用先进技术，提高材料的利用率

产品材料消耗率用“单位材料消耗系数”衡量， （ -产品重量， -产品的生产率、功率或者其他重要的性能指标）。其中 值越小，反映设计方案越完善和用材较合理。所以要想提高材料的利用率也就是尽量降低其消耗率。在机械制造过程中，尽量采用先进的少，无切削制造技术，大范围内采用新工艺，新技术是提高材料利用率和降低废品率的根本途径，其具体的实施措施包括以下几个方面。

（1）推行钢材集中下料，科学裁剪和改进下料工艺、设备。集中下料综合考虑了零件的几何尺寸，可以通过建模优化的方法，设计出合理的下料方案，对全厂的板材作业集中管理，尽量使得所有材料都得到充分的利用[5]。如此同时还要改进下料工艺设备。如工具、轴承等行业，备料下料的工作量很大，一般都采用弓锯和圆片锯下料，锯口宽，下料损耗大，如果采用带锯设备下料，可以减少锯口损失80%左右。计算机辅助科学裁剪，排料技术是普通手工排料的20倍左右，同时钢材的利用率也达到67%以上，所以大力推广科学裁剪技术，将会对材料利用率有很大的提高。

（2）扩大采用各种少、无切削新技术提高毛坯制造精度。只有不断创新学习，引进新技术，新工艺，才能有效提高利用率。在制作过程中大力推广各种新技术。如在锻造过程中加大模锻和精锻件的比例，推广齿坯精锻、模锻等先进工艺；又如推广精铸新工艺，使铸件精度进一步提高，从而提高金属利用率，包括推广树脂自硬砂、水玻璃自硬砂工艺，发展气冲造型、冷芯盒等高精度造型制芯技术和压铸、离心铸造、金属型铸造及熔模铸造等精铸工艺。推广各种新设备、切割技术、焊接技术，提高工作效率。

（3）改进工艺质量，降低废品率。加强工艺管理，改进工艺质量，是降低废品率的重要环节之一。如加强材料消耗定额的管理，以及投产材料的质量控制和检验。引进无损伤检测技术，在制造过程中实时动态检测产品质量，及时调整从而有效预防降低废品率。

（4）采用先进防腐技术，加强材料表面保护技术的应用。腐蚀所造成的损失是巨大的，每年我国金属的腐蚀损失约为全年总产量的20%，由于腐蚀所造成的损失是不可挽回的。所以需要应用表面处理技术，对机械产品进行强化和表面保护，有效减少腐蚀和早期失效的发生，这对于延长产品使用寿命，降低材料消耗有非常重要的意义，也是机械制造中节材的重要途径之一。

2.2 扩大应用新材料，提高材料应用水平

随着材料科学的不断发展，高性能节能材料不断的被研发和生产，新材料的推广和应用，可以提高机械产品性能或者延长使用寿命，降低自重。这对于节材有十分重要的意义。

（1）推广应用各种高效钢。采用高强度合金钢代替普通碳钢来制作一般承载构件，可以使得结构件的重量减轻10%～30%左右，在国外的汽车制造上已得到了广泛的使用[6]。当然也可以在工程机械，起重运输机械，矿山设备，电站设备等行业得到进一步的扩大使用。冷弯型钢可制成各种经济断面型材，使得金属在整个断面上的分布更为合理，构件重量轻， 承载能力大，所以可以用来制作框架、底盘、档板、支架等。采用新型模具钢，可以使磨具的平均寿命提高2～6倍，有效的降低了工磨具材料的消耗。此外，还有易切削钢、非调质钢、感应淬火钢、快速渗氮（碳）钢等，对于提高用材水平，提高产品质量，节约材料都有重要作用。

（2）扩大应用工程塑料和新型非金属材料。各种工程塑料和复合材料可以用来替代金属材料，在交通运输设备、汽车制造、耐腐蚀化工设备、农业机械、耐磨零部件的制作等行业中广泛应用，不仅可以缓解对金属资源需求，还可以发挥节能节材的功效，对于提高产品性能，改善其结构亦有重要意义[7]。各种胶粘结剂的应用，同样有显著的节能节材效果，如有磨损或断裂的零部件可选用合适的粘结剂，采用不同工艺加以修复，这样可以节约大量材料与工时。此外，碳化硅、氮化硅特种陶瓷材料，具有良好的耐高温，耐磨耐腐蚀功能，可以用来作为热机材料；还有人造花岗岩材料，具有很高的强度，可以用来制造机床机身，立柱等基础构件；各种新型油品材料，可以使摩擦件使用寿命大幅度提高，这些材料的应用可以节约大量金属材料。

（3）扩大应用粉末冶金材料。粉末冶金技术是一项少，无切削新工艺，此工艺具有材料利用率高、生产率高、投资省、等优点。当前可以在用量大的机械产品中扩大采用粉末冶金材料。据有关部门的统计，如能扩大应用3万吨粉末冶金零件，可节约钢铁材料12万吨。

2.3 提高设计水平，改进产品结构

从产品设计入手，尽力采用新机构，在提高产品性能的前提下，降低“单位材料消耗系数”，是节材的又一途径。

（1）推行制定轻量化的设计规范。传统机械加工过程中由于受到加工设备的限制，为了便于零部件的加工，忽视了轻量化的设计指标，采用粗放式的加工方案，不仅增加了资源的消耗，有时候还降低了产品的结构性能。因此，对于大批量生产的泵，阀，风机和中小电机等产品要大力推行轻量化的设计规范，尽可能降低产品的材料消耗。

（2）采用现代设计方法，改善产品功能。采用各种优化设计方法，在设计阶段对产品进行可靠性设计，改进其功能，使结构更加合理，用材更加少。如采用拓扑优化设计自行车的框架结构时可以节省70%的材料。同时采用模块化的设计方法，可以提高机床零部件通用化程度和互换性，又可大幅度节约材料。

（3）适当提高材料使用强度等级，充分发挥材料潜力。由于技术条件的限制，目前在进行产品设计过程中大多采用静强度计算方法，材料使用强度等级比国外同类产品低1～2级，安全裕量较大，材料的潜力未能充分发挥。所以配合高强度材料的应用，适当提高材料的使用强度等级，才能降低消耗。

2.4 大力推广再制造工程的研究应用

再制造工程是一项新兴研究领域和产业，在国外已有很长的发展历史，但是在国内起步相对较为缓慢。国内，目前一些单位已经开始制造领域零部件再制造的研究工作。再制造工程技并不是对原有产品简单的以旧换新，它包含着先进的技术以及加工工艺，由于新技术、新工艺、和新材料的引进，它可以改进产品的技术性能和提高其可靠性[8]，从而延长产品的使用寿命。再制造产品的费用仅为新品费用的40%～60%，所以它为降低材料消耗，节约原材料开辟了一条新的途径。此外，对于那些耗材量大，而且功能单一的大型设备，需要进行改进或者淘汰，这项措施的实施同样会使的材料的消耗得到很好的缓解。

3 对节材前景的展望

转变机械制造业的发展模式，走新型节能节材工业化道路，将会对我国机械业的发展带来巨大的推动作用，所以需要对未来的发展充满信心。从发达国家的发展经历可以预测到，我国机械制造业的发展将会面面临前所未有的挑战和机遇，总结起来主要包括以下几个方面。

（1）材料及工艺是机械制造业的基本元素，为了节约资源，减少污染，降低成本，实现绿色化制造，将会面临着新技术发展的严峻挑战，只有不断的创新和研究才能推动机械制造不断向前发展。同时这也将促进国内企业向绿色化方面改进，对企业的自主创新起到鼓励作用。我国机械制造企业绿色化，可以从产品生命周期绿色化和工艺材料绿色化两个方面首先突破。

（2）机械制造过程中将节约材料贯穿于产品生产、设计、制造及使用的全过程。其中制造过程中节材是潜力最大而且最易见效的环节。因此，要大力研究和使用先进技术、工艺和装备，提高国产技术装备水平，加速传统产业技术升级。

（3）基于上述论述，随着能源资源问题不断突出，就需要机械加工企业严格控制自身材料的消耗，遵循国家关于材料节约的相关规定，使得钢材利用率得到不断提高，铸造件的综合废品率不但下降，同时使得产品的使用寿命进一步的延长。这些技术指标的达到将会对我国机械制造业经济的发展带来巨大的经济效益。

4 结束语

随着工业的发展，资源、能源及环保问题日益突出。机械制造业作为工业基础之一具有相当的节材潜力。因此，要尽量采用新工艺、新设计大量应用新材料等，将提高机械产品质量和提高经济效益相结合，应用新型节材技术；还要完善相应的管理、经济和政策法规。把节约材料与推动科技进步相结合，并从人类可持续发展的战略高度出发，节约原材料，是现代机械制造业必须继续探讨的重要内容之一。

参考文献：

[1] 孙柏林.发展绿色制造技术的思考[J]. 自动化博览， 2012（S1）：10-15.

[2] 陈志选.浅谈机械制造过程中节材的重要性[J]. 经营管理，2012：41.

[3] 郑文进.试论化工机械制造过程中节材的重要性[J].科技向导，2011.第31期：244.

[4] 于永来，马顺龙，何明必.铸造生产过程中的废弃物循环再利用[J].现代铸造，2007.3.

[5] 王正海.机械工程中节材的途径[J].矿山机械，2007，第3期：7-8.

[6] 张永先，范其滨.高效钢在钢结构设计中的应用[J].中国建筑金属结构，2002.