新型復(fù)合材料在工程機械上的應(yīng)用分析

張華

摘要：幾十年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施以及其他工程建設(shè)也得到了長足的發(fā)展。工程建設(shè)的規(guī)模不斷擴大，面對的情況也越來越復(fù)雜。這就需要擁有技術(shù)先進、性能優(yōu)越的工程機械。經(jīng)過幾十年的技術(shù)研發(fā)與積累，工程機械領(lǐng)域取得了很多卓越的成就。新型的復(fù)合材料以其各方面優(yōu)異的綜合性能，在工程機械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文對當(dāng)前工程機械領(lǐng)域的發(fā)展趨勢進行了分析與總結(jié)，給出了新型材料應(yīng)用于工程機械的意義所在。最后，結(jié)合當(dāng)前新型材料在工程機械中的實際應(yīng)用，給出了自己的思考與建議，對其更好的應(yīng)用于工程機械領(lǐng)域有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;工程機械;應(yīng)用

中國分類號：TQ050.4文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0099-04

1 引言

自改革開放以來，我國的經(jīng)濟、文化、科技等等各方面都取得了令世人矚目的成就。而隨著我國綜合國力的上升，人們的物質(zhì)生活得到極大改善的同時，社會以及人們對于環(huán)境、生活質(zhì)量等方面的要求也提高了，例如對工程建設(shè)的要求就越來越高。現(xiàn)代的工程建設(shè)，不再是以前那種簡單的鋪路架橋，更多的是像港珠澳大橋、青藏鐵路、天眼等世界一流的工程建設(shè)目標。工程建設(shè)的規(guī)模、難度都有了明顯的提升。作為工程建設(shè)中必不可少的關(guān)鍵一環(huán)，工程機械也面臨著對更高的性能要求的問題。為此，我國投入了大量的人力物力，進行工程機械的研發(fā)與制造，目前已經(jīng)取得了很大的進步。而分析工程機械領(lǐng)域的整體提升，最大的因素之一就是材料科學(xué)的進步。相比于以前那種金屬、合金等常規(guī)材料，材料領(lǐng)域已經(jīng)研制出了很多性能優(yōu)異的材料，新型的復(fù)合材料就是其中最為閃耀的科技成果之一。可以說，新型復(fù)合材料的引入，給工程機械領(lǐng)域帶來了跨越式的改革進步。以下將就工程領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)合材料的應(yīng)用進行分析，為后續(xù)更好的研制新型復(fù)合材料以及更好的應(yīng)用于工程機械領(lǐng)域提供一定的指導(dǎo)。

2 工程機械發(fā)展趨勢及引入復(fù)合材料的必要性

2.1工程機械的發(fā)展趨勢

雖然經(jīng)過國家與全領(lǐng)域研究人員的努力探究，工程機械整體水平得到了很大的提升，但是根據(jù)當(dāng)前社會發(fā)展以及國家層面的考慮，對工程建設(shè)領(lǐng)域提出了更高的要求，當(dāng)前工程建設(shè)領(lǐng)域仍存在著較大的提升空間。相應(yīng)的，工程機械領(lǐng)域也還存在著很多不足，值得眾多研究人員的不懈努力。綜合當(dāng)前社會及工程建設(shè)的現(xiàn)狀以及可預(yù)見的發(fā)展趨勢，工程機械的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：

首先，工程機械的發(fā)展趨勢就是系列化。這一發(fā)展趨勢已經(jīng)非常明顯，目前各個國家以及市場上的大型工程機械企業(yè)都在加大工程機械系列化研制的投入，以提升工程機械的應(yīng)用范圍與經(jīng)濟優(yōu)勢，提升自家產(chǎn)品的核心競爭力。這一系列化可以體現(xiàn)在多個方面，比如工程機械的適用尺寸的系列化、適用功能的系列化等等。

其次，工程機械的另一發(fā)展趨勢就是智能化。人工智能作為當(dāng)前最為火熱與前沿的科學(xué)技術(shù)，在工程機械領(lǐng)域也有著客觀的發(fā)展前景與發(fā)展空間。工程機械的電子信息化和智能化，能夠顯著提升其綜合應(yīng)用性能、效率以及用戶體驗。

最后，工程機械還有一個重要的發(fā)展趨勢就是低碳化。隨著人類環(huán)保意識的崛起，如何構(gòu)建一個節(jié)能環(huán)保型人類社會，促進入與地球的和諧共存，是人類的一個終極目標。因此，如何提升工程機械的低碳化屬性，是領(lǐng)域內(nèi)一個重要的發(fā)展方向。

2.2工程機械引入復(fù)合材料的必要性

由上述工程機械的發(fā)展趨勢可以看出，當(dāng)前工程機械領(lǐng)域其實還是存在著很多或小或大的問題與局限性。想要達成這些預(yù)期的發(fā)展方向，必須對當(dāng)前的工程機械技術(shù)進行改進與提升。而改進與提升，主要可以分為兩大方向，一個是對現(xiàn)有工程機械的設(shè)計、加工制造以及總成等方面進行技術(shù)性的提升，另一個就是通過材料固有屬性的提升來提升工程機械的性能。而新型材料的研制與使用，就是屬于第二個改進方向。因此，新型材料應(yīng)用于工程機械領(lǐng)域能夠顯著提升工程機械的性能，這是工程機械領(lǐng)域引入復(fù)合材料的最為主要的原因。其他例如新型材料的可獲取性、新型材料的經(jīng)濟性等原因也是工程機械引入復(fù)合材料的原因之一。文章主要從提升性能的角度對應(yīng)用復(fù)合材料的必要性進行分析。

之所以工程機械引入復(fù)合材料是必要的提升工程機械性能的途徑，首先是因為很多傳統(tǒng)的工程機械所使用的材料還是以金屬及其合金為主。這種基礎(chǔ)材料的性能有限，無法滿足人們對于工程機械越來越高的性能要求。例如工程機械中最為常見的推土機和挖掘機，如下圖所示，兩種以前傳統(tǒng)的工程機械常用的材料還是常規(guī)金屬類材料，而復(fù)合材料等高性能材料的應(yīng)用微乎其微。所以這是有必要在工程機械中引入新型復(fù)合材料的原因之一。

在工程領(lǐng)域引入新型復(fù)合材料的最重要的原因就是復(fù)合材料相比于常規(guī)材料，其各項性能十分的優(yōu)越。復(fù)合材料普遍存在著密度小、比強度和比模量高、抗疲勞性能好、減振性能強、耐磨性和自潤滑性能好、耐熱性高、工藝性好以及斷裂安全性能高等優(yōu)點。如下表列出了部分常見復(fù)合材料與合計鋼等金屬材料的在密度和強度方面的性能，可以明顯看出復(fù)合材料的性能的優(yōu)越性。因此，在工程機械領(lǐng)域引入復(fù)合材料，能夠通過復(fù)合材料的優(yōu)越性能，顯著提升工程機械的性能參數(shù)。

3 新型復(fù)合材料應(yīng)用于工程機械的具體實例

復(fù)合材料在工程機械中的應(yīng)用可大致分為兩類，一類是利用復(fù)合材料的密度小、強度和剛度大的特性，對工程機械結(jié)構(gòu)性方面進行改進;另一類是利用復(fù)合材料的耐磨、抗振、耐高溫、耐腐蝕等特性，對工程機械功能性方面進行改進。

3.1新型復(fù)合材料在工程機械結(jié)構(gòu)性方面的應(yīng)用實例

對于新型復(fù)合材料低密度、高強度的特點，可以對大量工程機械進行輕量化方面的應(yīng)用和改進，來體現(xiàn)工程機械低碳化的發(fā)展趨勢。比如可以在工程車輛中大量使用復(fù)合材料，可以在保證車輛的性能基礎(chǔ)上，大幅度降低車輛的重量，從而減少車輛對能源的損耗。當(dāng)前在工程機械中應(yīng)用較多的復(fù)合材料當(dāng)屬纖維類復(fù)合材料，尤其是玻璃纖維、碳纖維等復(fù)合材料已經(jīng)在工程機械領(lǐng)域大面積使用。例如宣化工程機械生產(chǎn)的T140-1型推土機中就大量應(yīng)用了玻璃纖維復(fù)合材料。又比如中聯(lián)重科生產(chǎn)的混凝土泵車上面大量使用了碳纖維復(fù)合材料，有效減重40%以上。

3.2新型復(fù)合材料在工程機械功能性方面的應(yīng)用實例

而對于在工程機械功能性方面的改進，主要使用的是復(fù)合材料的高耐磨、高耐熱以及高的耐腐蝕性等特性。比如，對于工程耐磨材料的研制，能夠為工程機械帶來顯著的耐磨性能的提升，從而有效保障工程機械正常工作的概率以及延伸工程機械的使用壽命。在軌道工程機械中，工程機械的耐磨性是一個重要的性能參數(shù)，我們可以通過特殊的加工工藝，將高耐磨的新型復(fù)合材料作為附面層與普通金屬材料結(jié)合在一起，顯著提升軌道工程機械的耐磨性，典型的應(yīng)用有肯納公司的碳化鉻復(fù)合耐磨板材。還有一個復(fù)合材料典型的功能性方面的應(yīng)用就是在工程機械的輪胎”上的應(yīng)用，引入復(fù)合材料技術(shù)，能夠顯著提升天然橡膠的耐磨性和耐熱性。

4 對于新型復(fù)合材料工程應(yīng)用的建議

4.1加強復(fù)合材料技術(shù)的融合性，繼續(xù)提升復(fù)合材料的綜合性能

隨著社會以及工程技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)對于現(xiàn)有技術(shù)的一個重要需求就是綜合性能的體系，當(dāng)前各個領(lǐng)域內(nèi)的科技都在不斷的進行交叉、混合，技術(shù)融合的趨勢越來越明顯。工程機械領(lǐng)域的發(fā)展也存在著一機多能、一機多用的趨勢，這就要求工程機械在多個功能、性能方面都要保持很高的水平，相應(yīng)的對工程材料的性能要求也就是全方面的，不再是對某一單一性能的需求。因此，復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)該加強技術(shù)的融合性，從而研制出性能全面的新型復(fù)合材料，就好比混合型纖維復(fù)合材料一樣，其具備著不同纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢，應(yīng)用越來越廣泛，也越來越受到重視。

4.2加強復(fù)合材料技術(shù)的工程化、產(chǎn)業(yè)化研究

對于大多數(shù)新型的復(fù)合材料來說，在實驗室里完成研制其實不再是技術(shù)難題。隨著研究的不斷深入與提速，實驗室里已經(jīng)研制出了各種性能遠超當(dāng)前復(fù)合材料的新型材料。但是之所以無法投入工程應(yīng)用，就是因為從實驗室向工程實際應(yīng)用的轉(zhuǎn)換沒有得到足夠的重視。大量科研人員都埋頭于新技術(shù)的研發(fā)，導(dǎo)致現(xiàn)有科研成果的轉(zhuǎn)化研究不足。當(dāng)前各種新型復(fù)合材料的工程化、產(chǎn)業(yè)化研究投入過少，很多性能優(yōu)異的材料無法投入實際使用。因此，當(dāng)前學(xué)術(shù)界、工程領(lǐng)域都在進行產(chǎn)學(xué)研一體化、科研成果轉(zhuǎn)化的研究與投入，我們還要不斷加強這方面的投入。

5 總結(jié)

由于現(xiàn)代工程建設(shè)的規(guī)模、難度都在不斷的提升，對工程機械提出了更高的性能要求。新型復(fù)合材料以其優(yōu)越的材料性能，能夠顯著提升工程機械的性能。因此，我們有必要加大對新型復(fù)合材料的研制力度，并且加強新型復(fù)合材料的工程化和產(chǎn)業(yè)化研究，持續(xù)推動新型復(fù)合材料在工程機械中的應(yīng)用，提升工程機械的綜合性能。