航天703所为三一重工研制轻重量高强度复合材料臂架

文章来源:中国航天报 发布时间:2014-01-26

近日,中国航天科技集团公司一院703所为三一重工研制的12.5米复合材料臂架交付使用,这是该所复合材料在建筑专用车行业的首秀,也是该所民用产业的又一次领域拓展。

混凝土泵车是建筑施工浇筑的专用车。决定混凝土泵车施工高度和范围的因素无疑是“臂架”。当前世界上混凝土泵车臂架最长已经达到了101米。而随着建筑高度的增加,这个纪录还将不断被打破。

三一重工作为长臂架、大排量泵车制造企业,其泵车的产量和市场占有率在国内外市场都首屈一指。近些年,三一重工在增加混凝土泵车臂架长度上进行了多方面的探索,调研了很多企业和材料产品都没能如愿。

2012年3月,三一重工慕名找到703所,他们对该所复合材料设计、生产能力及同类项目进行了全方位的了解,提出希望该所为其研制某款混凝土泵车的第6节臂架,并与该所签订了近两百万元的订单。

作为航天材料及工艺的专业研究单位,703所对研制复合材料很有信心,但对用于建筑行业的专用车臂架产品却鲜有涉足。该所对国内外相关产品进行了系统的研究和论证后发现,对于传统混凝土泵车而言,随着臂架长度的增加,整车的中心外移,为了保证泵车的稳定性,泵车底盘的结构和尺寸会成倍增加,这会直接导致泵车整体超重,高速公路和一些施工现场根本无法负载。

因此,臂架系统的减重,特别是末节臂架的减重,对控制整车的尺寸和重量至关重要。而三一重工委托该所研制的第6节臂架,正是举足轻重的“末节臂架”。

根据研制要求,12.5米长的臂架,在满足3000公斤载重的前提下,自身重量不能超过1.6吨。这对常规的混凝土泵车末节臂架而言,几乎是不可能的。

挑战也是动力。703所数字化制造技术研究中心的科研人员迅速投入到研制中去,他们选用一种复合材料替代常规的钢铁材料,这种复合材料的比强度和比刚度是同质量的钢铁材料的4~5倍。

决定重量的根本问题解决后,该所在复合材料的成型方式、脱模刚度、铺层剪裁等方面进行了大量的仿真计算和比较分析,经过近一年的研制试验,终于完成了产品交付。

在三一重工的试验厂房,703所的复合材料臂架的各项性能都满足指标要求,并实现了结构减重45%以上。同时,该所选用的复合材料还可彻底解决钢材臂架普遍存在的疲劳开裂问题,此举预计能把产品的使用寿命延长到30年。三一重工的验收人员纷纷竖起了大拇指。

703所数字化制造技术研究中心仿真中心主任游少雄说:“这个臂架产品还有很多改进的空间,未来我们可以研制更轻的,这样臂架就能伸展得更长。后续,我们还将与客户保持联系,将未来的技术改进订单握在手中。”(张娟娟)