泵車臂架的輕量化有多難?為什麼中聯在這一方面的優勢最大?

2019-12-05     砼行機械


​泵車臂架越輕到底是好還是壞?我突然想到了這樣一個場景,試想一下,一個體重180斤和一個體重90斤的兩個人,在遇到暴風雨的時候,肯定是體重越重的那個人走起路來更穩,這是不是意味著,重量越大越穩定。

對於泵車臂架來說,其展開之後確實也會受到外界各種外力的作用,比如風力,它就會導致臂架因為受力不均而擺動,從而讓臂架的振幅更大。如果按照上面的假設,臂架越重,肯定就不會那麼容易被風吹著擺動了,難道臂架應該是越重越好嗎?

​其實,對於泵車設計師來說,究其一生都在研究如何給臂架「瘦身」,讓其「身材更纖細」,「姿態更輕盈」。因為從材料學的角度來看,臂架越重,其受到自身的負載越大,更容易導致臂架材料自身疲勞形變,使臂架使用壽命減短。

而從節能減排的角度來看,臂架越重,要展開臂架就要做更多的功,臂架油泵就要輸出更大的壓力,從能量守恆定律來說,發動機的能耗勢必也會增加。根據相關的數據顯示,臂架每減重1%,發動機的油耗就能降低0.8%-1.1%左右。所以,臂架並不是越重越好。但是擺在設計師面前的問題是,臂架的輕量化確實很難,到底有多難?

從臂架的組成來說,它主要由臂架、油缸和泵管這三部分組成。因此,泵車臂架要想瘦身,必須也要從這三個方面入手。

臂架輕量化

作為泵車最重要的結構件,臂架的好壞是衡量一台泵車好壞的關鍵,因為臂架的使用壽命,直接決定了這台泵車的使用壽命。所以,對於泵車臂架的設計,從來都是一件技術活。

而臂架的輕量化主要可以從結構優化以及高強度輕質材料入手,最近剛下線的中聯擎天系列5橋67米鋼臂架泵車給出了一個很好的示範。

​這台泵車的一個看點在於其臂架採用了鏤空的設計,不像是此前封閉式的箱型結構,而是從中間掏空,減少了臂架材料的使用,自然而然地肯定是減輕了臂架重量。

而能夠讓中聯設計師如此天馬行空發揮的底氣在於,這台泵車臂架所採用的是1100Mpa的超高強度鋼材。雖然看似臂架的鏤空設計,降低了臂架的抗扭曲能力,實則在超高強度鋼的加持下,臂架依然能夠保持不錯的性能剛性。所以,超高強度鋼材的使用,是臂架輕量化的一個重要的發展方向,這也考驗著我國在基礎材料研發方面的技術實力。

​其實之前中聯泵車主打的碳纖維臂架,也是在材料方面改進的一個很好示例,它也是圍繞著臂架材料高強度輕量化的方向發展,因為碳纖維這種材料的特殊性,造就了中聯在臂架輕量化方面的領先優勢。

臂架油缸輕量化

相比較臂架的重量來說,油缸的重量確實有很輕,但是,臂架如果要「瘦身」,也就必須要把油缸的輕量化也納入其中。這就好比一個人減肥,不可能只瘦了肚子,大腿卻依然很粗,不光看起來不協調,減少的重量也有限。對於泵車來說,如果臂架和油缸都減重,加起來重量就減得越多。

油缸的輕量化也必須要保證其工作能力不變的情況下開展「瘦身」,國外有公司使用高強度的鋁合金材質用在油缸的缸筒上,以達到減重的目的。國內品牌中,三一泵車的臂架液壓缸中也有使用7075高強鋁合金材料,而大象則是把碳纖維復合材料( CFRP) 的液壓缸( 由高強輕質鋁合金和碳纖維增強材料製造)用在了泵車上,目前國內也有關於這一方面的研究,但是實際應用還沒有。

所以,臂架油缸要想瘦身,也必須從製造油缸的材料下手,鋁合金和碳纖維在同體積的情況下,質量確實輕很多,所以這也是未來油缸輕量化的發展方向之一。

​泵管輕量化

泵管本身是易損件,在相同材質的情況下,泵管越厚,使用壽命越長,不過泵管重量越大,本身對於臂架來說就是一種負擔,因此在保證泵管相同使用壽命和抗壓能力的前提下,肯定是希望泵管的厚度越薄、質量越輕越好。

要達到相同的使用壽命,還要讓泵管的管壁變得更薄,除了採用更優質的耐磨材料之外,還需要改進生產工藝。而對於泵車老闆來說,延長泵管的使用壽命,也就意味著更省錢。

總體來看,臂架的輕量化主要還是從材料入手,不管是臂架、油缸還是泵管,獲得更高性能的材料才是關鍵所在。所以,這也需要泵車生產商和材料供應商更大投入的研發,看似簡單,實則是一個漫長艱辛的過程。

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