德国TTB LB项目 - 轻量化、功能集成的农机机械碳纤维底盘

背景

近几十年来，农业收割机的性能大幅提高。与此同时，机器也变得越来越大、越来越重，给制造商带来了各种挑战。一方面，重量过大导致土壤压实程度加剧，恶化了土壤生物的生存条件，限制了根系生长和水分吸收。结果，农田的肥力和产量下降。另一方面，更重、更大的机器给遵守道路交通法规带来了问题。

目标

通过采用创新的轻量化设计理念，AGRILIGHT 团队希望大幅减轻收割机的重量。团队正在开发一种由玻璃纤维和碳纤维复合材料制成的功能集成轻量化结构，以取代机器的中央钢框架，并将相邻部件（如储罐）集成到该部件中。这种转变旨在降低油耗和二氧化碳排放量，同时最大限度地减少土壤压实。除了改善生态环境外，研究人员还希望通过减轻重量来简化机器的交通许可。

此外，为了缩短组装时间、降低组装成本，该团队正在为机器中承受特别大压力的接口开发新的结构混合方法。其目标是，在轻质纤维增强材料中也能保持金属加工中的现有连接方法。

路径

在项目开始时，团队对收割机的现有钢结构以及相邻的功能单元进行了分析。随后，团队开发了由纤维增强塑料(GFK/CFK)制成的新型功能集成框架结构，同时考虑了这些材料的特定机械、电气和化学特性。

为了实现结构混合化，团队使用了多层嵌入技术，在制造过程中将金属嵌件嵌入纤维复合材料中。这样就可以保留金属加工中的现有连接方法，并省去了后续的钻孔和粘合等工序，大大简化了组装过程。

项目结束时，将对新的框架结构进行全面的机械测试，以评估其批量生产的可行性。为此，团队将原型集成到逼真的测试装置中，并在特殊的测试台上对框架进行测试，以模拟实际使用条件。通过这种方式，团队确保新结构在机器的整个使用寿命期间保持完好。

该原型在 2024 年汉诺威工业博览会上首次亮相，与传统的钢制框架结构相比，重量减轻了 430 公斤以上。该项目入围了著名的 JEC 创新奖设备机械与重工业类决赛。