新型复合材料在工程机械上的应用分析

张华

摘要：几十年来，我国基础设施以及其他工程建设也得到了长足的发展。工程建设的规模不断扩大，面对的情况也越来越复杂。这就需要拥有技术先进、性能优越的工程机械。经过几十年的技术研发与积累，工程机械领域取得了很多卓越的成就。新型的复合材料以其各方面优异的综合性能，在工程机械领域得到了广泛的应用。本文对当前工程机械领域的发展趋势进行了分析与总结，给出了新型材料应用于工程机械的意义所在。最后，结合当前新型材料在工程机械中的实际应用，给出了自己的思考与建议，对其更好的应用于工程机械领域有一定的指导作用。

关键词：复合材料;工程机械;应用

中国分类号：TQ050.4文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）06-0099-04

1 引言

自改革开放以来，我国的经济、文化、科技等等各方面都取得了令世人瞩目的成就。而随着我国综合国力的上升，人们的物质生活得到极大改善的同时，社会以及人们对于环境、生活质量等方面的要求也提高了，例如对工程建设的要求就越来越高。现代的工程建设，不再是以前那种简单的铺路架桥，更多的是像港珠澳大桥、青藏铁路、天眼等世界一流的工程建设目标。工程建设的规模、难度都有了明显的提升。作为工程建设中必不可少的关键一环，工程机械也面临着对更高的性能要求的问题。为此，我国投入了大量的人力物力，进行工程机械的研发与制造，目前已经取得了很大的进步。而分析工程机械领域的整体提升，最大的因素之一就是材料科学的进步。相比于以前那种金属、合金等常规材料，材料领域已经研制出了很多性能优异的材料，新型的复合材料就是其中最为闪耀的科技成果之一。可以说，新型复合材料的引入，给工程机械领域带来了跨越式的改革进步。以下将就工程领域内的复合材料的应用进行分析，为后续更好的研制新型复合材料以及更好的应用于工程机械领域提供一定的指导。

2 工程机械发展趋势及引入复合材料的必要性

2.1工程机械的发展趋势

虽然经过国家与全领域研究人员的努力探究，工程机械整体水平得到了很大的提升，但是根据当前社会发展以及国家层面的考虑，对工程建设领域提出了更高的要求，当前工程建设领域仍存在着较大的提升空间。相应的，工程机械领域也还存在着很多不足，值得众多研究人员的不懈努力。综合当前社会及工程建设的现状以及可预见的发展趋势，工程机械的发展方向主要有以下几个方面：

首先，工程机械的发展趋势就是系列化。这一发展趋势已经非常明显，目前各个国家以及市场上的大型工程机械企业都在加大工程机械系列化研制的投入，以提升工程机械的应用范围与经济优势，提升自家产品的核心竞争力。这一系列化可以体现在多个方面，比如工程机械的适用尺寸的系列化、适用功能的系列化等等。

其次，工程机械的另一发展趋势就是智能化。人工智能作为当前最为火热与前沿的科学技术，在工程机械领域也有着客观的发展前景与发展空间。工程机械的电子信息化和智能化，能够显著提升其综合应用性能、效率以及用户体验。

最后，工程机械还有一个重要的发展趋势就是低碳化。随着人类环保意识的崛起，如何构建一个节能环保型人类社会，促进入与地球的和谐共存，是人类的一个终极目标。因此，如何提升工程机械的低碳化属性，是领域内一个重要的发展方向。

2.2工程机械引入复合材料的必要性

由上述工程机械的发展趋势可以看出，当前工程机械领域其实还是存在着很多或小或大的问题与局限性。想要达成这些预期的发展方向，必须对当前的工程机械技术进行改进与提升。而改进与提升，主要可以分为两大方向，一个是对现有工程机械的设计、加工制造以及总成等方面进行技术性的提升，另一个就是通过材料固有属性的提升来提升工程机械的性能。而新型材料的研制与使用，就是属于第二个改进方向。因此，新型材料应用于工程机械领域能够显著提升工程机械的性能，这是工程机械领域引入复合材料的最为主要的原因。其他例如新型材料的可获取性、新型材料的经济性等原因也是工程机械引入复合材料的原因之一。文章主要从提升性能的角度对应用复合材料的必要性进行分析。

之所以工程机械引入复合材料是必要的提升工程机械性能的途径，首先是因为很多传统的工程机械所使用的材料还是以金属及其合金为主。这种基础材料的性能有限，无法满足人们对于工程机械越来越高的性能要求。例如工程机械中最为常见的推土机和挖掘机，如下图所示，两种以前传统的工程机械常用的材料还是常规金属类材料，而复合材料等高性能材料的应用微乎其微。所以这是有必要在工程机械中引入新型复合材料的原因之一。

在工程领域引入新型复合材料的最重要的原因就是复合材料相比于常规材料，其各项性能十分的优越。复合材料普遍存在着密度小、比强度和比模量高、抗疲劳性能好、减振性能强、耐磨性和自润滑性能好、耐热性高、工艺性好以及断裂安全性能高等优点。如下表列出了部分常见复合材料与合计钢等金属材料的在密度和强度方面的性能，可以明显看出复合材料的性能的优越性。因此，在工程机械领域引入复合材料，能够通过复合材料的优越性能，显著提升工程机械的性能参数。

3 新型復合材料应用于工程机械的具体实例

复合材料在工程机械中的应用可大致分为两类，一类是利用复合材料的密度小、强度和刚度大的特性，对工程机械结构性方面进行改进;另一类是利用复合材料的耐磨、抗振、耐高温、耐腐蚀等特性，对工程机械功能性方面进行改进。

3.1新型复合材料在工程机械结构性方面的应用实例

对于新型复合材料低密度、高强度的特点，可以对大量工程机械进行轻量化方面的应用和改进，来体现工程机械低碳化的发展趋势。比如可以在工程车辆中大量使用复合材料，可以在保证车辆的性能基础上，大幅度降低车辆的重量，从而减少车辆对能源的损耗。当前在工程机械中应用较多的复合材料当属纤维类复合材料，尤其是玻璃纤维、碳纤维等复合材料已经在工程机械领域大面积使用。例如宣化工程机械生产的T140-1型推土机中就大量应用了玻璃纤维复合材料。又比如中联重科生产的混凝土泵车上面大量使用了碳纤维复合材料，有效减重40%以上。

3.2新型复合材料在工程机械功能性方面的应用实例

而对于在工程机械功能性方面的改进，主要使用的是复合材料的高耐磨、高耐热以及高的耐腐蚀性等特性。比如，对于工程耐磨材料的研制，能够为工程机械带来显著的耐磨性能的提升，从而有效保障工程机械正常工作的概率以及延伸工程机械的使用寿命。在轨道工程机械中，工程机械的耐磨性是一个重要的性能参数，我们可以通过特殊的加工工艺，将高耐磨的新型复合材料作为附面层与普通金属材料结合在一起，显著提升轨道工程机械的耐磨性，典型的应用有肯纳公司的碳化铬复合耐磨板材。还有一个复合材料典型的功能性方面的应用就是在工程机械的轮胎”上的应用，引入复合材料技术，能够显著提升天然橡胶的耐磨性和耐热性。

4 对于新型复合材料工程应用的建议

4.1加强复合材料技术的融合性，继续提升复合材料的综合性能

随着社会以及工程技术的发展，行业对于现有技术的一个重要需求就是综合性能的体系，当前各个领域内的科技都在不断的进行交叉、混合，技术融合的趋势越来越明显。工程机械领域的发展也存在着一机多能、一机多用的趋势，这就要求工程机械在多个功能、性能方面都要保持很高的水平，相应的对工程材料的性能要求也就是全方面的，不再是对某一单一性能的需求。因此，复合材料技术应该加强技术的融合性，从而研制出性能全面的新型复合材料，就好比混合型纤维复合材料一样，其具备着不同纤维复合材料的优势，应用越来越广泛，也越来越受到重视。

4.2加强复合材料技术的工程化、产业化研究

对于大多数新型的复合材料来说，在实验室里完成研制其实不再是技术难题。随着研究的不断深入与提速，实验室里已经研制出了各种性能远超当前复合材料的新型材料。但是之所以无法投入工程应用，就是因为从实验室向工程实际应用的转换没有得到足够的重视。大量科研人员都埋头于新技术的研发，导致现有科研成果的转化研究不足。当前各种新型复合材料的工程化、产业化研究投入过少，很多性能优异的材料无法投入实际使用。因此，当前学术界、工程领域都在进行产学研一体化、科研成果转化的研究与投入，我们還要不断加强这方面的投入。

5 总结

由于现代工程建设的规模、难度都在不断的提升，对工程机械提出了更高的性能要求。新型复合材料以其优越的材料性能，能够显著提升工程机械的性能。因此，我们有必要加大对新型复合材料的研制力度，并且加强新型复合材料的工程化和产业化研究，持续推动新型复合材料在工程机械中的应用，提升工程机械的综合性能。