研發背景：我國裝載機、挖掘機、起重機、叉車等典型工程機械存在的結構臃腫、能耗高等技術不足，基于減重目標，開展零部件及整機等強度、等壽命設計技術及應用研究，開發輕量化設計工具，掌握全套成熟的輕量化設計技術，逐步克服制造材耗高、使用能耗高等缺點，提升行業先進制造水平和產品市場競爭能力。

一、工程機械輕量化意義

1、減重，節省動力消耗，節省制造材料消耗

例如，監測5個輕量化工程機械，相比原產品加工制造每臺可節約鋼材量分別為1250kg、298kg、870kg、360kg、465kg，相同負荷下每臺每小時節約燃油量分別為1.074kg、2.80kg、11.05kg、0.17kg、0.25kg。

2、減重，進一步優化機械結構，實現產品更新換代

檢測、分析可靠性和安全性數據，優化關鍵部件和整機結構設計，采用新材料、新工藝，產品實現性能提升等。

輕量化設計模塊方案

輕量化路徑

1、結構輕量化

通過優化設計，在滿足強度、壽命等條件下，去除冗余，減薄厚度或縮小尺寸，以體積減小地方式減重。

2、材料輕量化

以高強度鋼代替低強度鋼，實現減薄厚度或縮小尺寸；以復合材料、鋁鎂等輕合金代替金屬，材質密度降低。

3工藝輕量化

一體化成形替代焊接（如油缸支座整體鑄造代替拼焊工藝），以鍛代鑄，以鍛代切割工藝等，通過改變工藝節材、高性能化減重。

工程機械輕量化需關注三點：1、成本問題---綜合評估；精化生產管理。2、安全性、可靠性問題---技術分析、檢測。3、技術成熟性---試驗

工作裝置輕量化方案

1、開發輕量化設計工具

建立輕量化設計方法，基于載荷譜、數學模型、設計模塊和參考數據庫等，開發專用設計軟件。

2、可靠性和安全性設計

載荷分析以及等強度設計，比對、檢驗、檢測基礎上，進一步優化機械結構。

3、輕量化零部件和整機設計、制造

開發輕量化承載件、工作裝置、變速箱以及整機產品，減重5-10%。

4、質量檢測和技術標準研究

編制檢測大綱，制定企業標準。

5、推廣應用及驗證

完成中試生產及推廣應用，取得較好經濟效益和節能降耗社會效益。

輕量化設計路線

三、輕量化技術應用

1、建立較為完整的工程機械輕量化設計技術體系，開發出設計工具并應用。

技術應用

開發準用設計工具。形成了一整套載荷譜測試、優化設計軟件應用、數據庫、可靠性和安全評價基礎理論、基礎方法。建立輕量化數據庫、設計知識管理系統，基于互動維客開源系統（HDwiki），實現數據更新，并向行業企業開放。

車架、工作裝置設計克服結構冗余；動臂采用Q460高強度鋼、搖臂采用ZL205A鋁合金材料、門架采用Q550高強度鋼材料等替代Q235材料，減小徑向尺寸或材料本體輕量化；采用鑄代焊、軋制槽鋼、精鍛代板剪切工藝。

2、完成輕量化新產品設計開發，減重、節材節能效果明顯。

總結：綠色化、智能化是機械裝備制造未來發展的重點方向，我國工程機械產銷量世界第一，以工程機械輕量化為切入點，開發節能新型產品，同時提高產品可靠性和安全性，對產業轉型升級有重要意義。

開展輕量化設計方法及應用研究，形成設計工具、新材料及新工藝、測試技術等，為進一步優化產品設計、新產品開發及產業化奠定了技術基礎。

未來基于新材料應用、成本控制等研究將成為工程機械輕量化的重點方向。(中國工程機械動力部件網)