廖 警

（中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司，廣西 柳州545000）

自卸車輕量化技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

廖 警

（中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司，廣西 柳州545000）

工程自卸車作為工程建設(shè)的重要物料運輸工具，一直扮演著重要的角色。傳統(tǒng)設(shè)計主要是增大貨箱的板料厚度，加強相關(guān)結(jié)構(gòu)，因此貨箱自重越來越大重，導(dǎo)致整車采購成本和運輸成本提高，企業(yè)和用戶的利潤空間縮小。為了適應(yīng)多種運輸工況的要求，本文從材料和結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，在自卸車設(shè)計仲沿用的新材料、新結(jié)構(gòu)，在滿足使用功能的前提下，貨箱重量得到有效降低，提高了整車載質(zhì)量利用系數(shù)，降低用戶使用成本。

U型半掛自卸車；輕量化；高強度鋼板；應(yīng)用

1 概述

1.1 相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展的概況及該產(chǎn)品在國外市場容量

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，依賴公路運輸?shù)奈锪鳂I(yè)將迅速成長，對能源造成的壓力將更加明顯，環(huán)境污染問題已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的最大障礙。計重收費的普遍使用，油價的不斷提升，必將導(dǎo)致汽車沿著輕量化的方向發(fā)展。

新《機動車運行安全技術(shù)條件》（GB1598-2012）的實行，對汽車總質(zhì)量有著嚴格的要求，而客戶在追求經(jīng)濟利益最大化的前提下，總是要求在汽車總質(zhì)量確定的情況下，載質(zhì)量越大越好。國內(nèi)外的相關(guān)研究表明，車輛的輕量化改進是降低整車油耗最有效、最直接的方式。在油價高漲、計重收費法規(guī)逐步推廣的情況下，卡車的輕量化改進將為用戶降低可觀的使用成本。因此，重型自卸車輕量化設(shè)計勢在必行。

從用戶需求的角度來看，能夠適應(yīng)新法規(guī)環(huán)境下對自重、承載、油耗、效率等要求的重卡產(chǎn)品將受到用戶歡迎。從行業(yè)競爭的角度來看，各企業(yè)之間的競爭將由簡單的產(chǎn)品競爭逐步演變?yōu)檎麄€產(chǎn)業(yè)鏈之間的競爭，誰擁有完善的產(chǎn)業(yè)鏈資源，誰將在產(chǎn)品研發(fā)、成本控制、售后服務(wù)包括市場開發(fā)方面占領(lǐng)先機！為了順應(yīng)發(fā)展趨勢和市場、客戶的需求，對重型自卸車的輕量化設(shè)計已迫在眉睫[1]。

隨著現(xiàn)代物流業(yè)越來越發(fā)達，輕量化自卸半掛車將逐漸替代二類底盤的自卸車，成為公路自卸車主流。經(jīng)調(diào)查越南多家經(jīng)銷商已經(jīng)到中國相關(guān)專用汽車廠洽談輕量化U型三軸自卸半掛車合作事項，越南自卸半掛車有5000臺的市場需求，同時馬來西亞、緬甸、老撾等國家的市場需求容量也非常大。開發(fā)的輕量化U型自卸半掛車市場潛力巨大，經(jīng)濟效益可觀[2]。

1.2 國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)現(xiàn)狀，國內(nèi)已取得的最新階段成果和達到的技術(shù)水平，國內(nèi)開展相應(yīng)工作的主要單位及情況

從全球發(fā)展趨勢來看，汽車技術(shù)需要解決的一個重要問題之一是降低汽車油耗、降低汽車污染對環(huán)境的影響，從而減少地球溫室效應(yīng)。汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要與節(jié)能環(huán)保型相契合，才是汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。目前，各國政府都把發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車當(dāng)成實現(xiàn)其汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境政策的重要部分。

重卡輕量化已經(jīng)是行業(yè)關(guān)注多年的熱點專題。顯然，輕量化水平越好，運輸效率越高，越有利于節(jié)能減排，是重卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一，要達到輕量化，無論是通過輕量化材料的使用，新的結(jié)構(gòu)還是新工藝都會使成本增加，輕量化和成本控制成為一對不可回避的矛盾，在重卡升級的大背景下，總的來講，輕量化設(shè)計在自卸半掛車上的應(yīng)用還不夠廣泛，發(fā)展較為緩慢，未來發(fā)展空間非常廣闊[3]。

2 自卸車輕量化產(chǎn)品創(chuàng)新性、先進性

2.1 該項目產(chǎn)品的技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展情況及主要特點

歐洲的專用車設(shè)計和制造水平世界領(lǐng)先，輕量化步伐走在了全球的前列。歐洲自卸車大多采用輕量化設(shè)計，材料主要為鋁合金、高強度鋼、塑料及復(fù)合材料等。在歐洲國家的自卸車普遍采用高強度鋼板，并選用U形車廂結(jié)構(gòu)，在減輕自重和提高載重上都有一定的優(yōu)點，為用戶創(chuàng)造更大效益；重心低、穩(wěn)定性好，舉升時貨物更易居中，角部不粘余料、便于卸貨，工作平穩(wěn)可靠，其代表公司為德國的曼公司[4]。

在我國治理“超載”力度不斷加大，又明確提出“節(jié)能減排”的大背景下，從國家和用戶使用角度綜合考慮，自卸車既要進一步提高對各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力，又要對保護公路和環(huán)境做出積極貢獻。這就使得國內(nèi)重型自卸車在車型以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面都發(fā)生了巨大的變化，也開始逐步在往輕量化設(shè)計方向發(fā)展，輕量化材料應(yīng)用成為達到輕量化目的的主要手段[5]。

高強度板是輕量化材料之一，與普通低碳鋼相比，具有耐磨性好、抗沖擊性高、回彈性好、具有非常好的可焊性等優(yōu)點，它被廣泛應(yīng)用于飛機、高鐵和汽車等交通工具中。它的另一個重要的特性是其具有較高的相對力學(xué)性能，能夠滿足汽車容器材料的使用要求，符合汽車輕量化發(fā)展趨勢，表1列出了廂體所用材料的力學(xué)性能對比表。

表1 廂體用材料的力學(xué)性能對比

高強度板的這些特點成就了輕量化自卸半掛車，使得輕量化自卸半掛車相比傳統(tǒng)的普通自卸車，具有自重更輕、載重更大、廂體結(jié)構(gòu)更簡潔美觀、車廂使用壽命更長、可以創(chuàng)造更多營業(yè)收入和日常營運費用相對較低等主要特點。與傳統(tǒng)的矩形廂體自卸車相比其主要特點體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）自重輕、載重更大，經(jīng)濟效益更好。按照國家標(biāo)準規(guī)定，自重越輕，意味著更大的載重。

（2）減輕日常磨損和油耗，運營費用更低。由于自重更輕，減輕了運輸過程中燃油的消耗和對輪胎的磨損，從而減少了日常運營費用和維護費用。研究表明，汽車所用燃料約60%消耗于汽車自重，汽車重量每降低1 t，每百公里可節(jié)約燃油6L左右。

（3）抗沖擊和回彈性好，更安全。從行車安全性考慮，輕量化自卸半掛車碰撞時慣性小，制動距離減小，而且塑性材料對人的沖擊小得多，所以更加安全。

（4）使用壽命長，更經(jīng)濟。使用高強度鋼板制作的輕量化自卸半掛車同等情況下的使用壽命是普通自卸車的一倍長。

（5）更環(huán)保、更節(jié)能。大量研究表明，如果汽車重量減輕10%，車輛油耗將下降8%，與之相關(guān)的C02和氮氧化物（N0x）等有害氣體排放量將會減少4%，對減輕汽車整個壽命周期的環(huán)保負擔(dān)會產(chǎn)生大的效果。2.2要達到的技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)

（1）車輛總質(zhì)量為8.5 t.

（2）整車結(jié)構(gòu)采用輕量化U型設(shè)計，在保證結(jié)構(gòu)強度與車箱容積不變的前提下，車廂重量可減少2.3 t.

（3）車廂舉升時間：車廂空載舉升到最大舉升角的時間不超過30 s.

（4）車廂下降時間：車廂空載從最大舉升角下降到與副車架貼合的時間不超過30 s.

2.3 采用的技術(shù)標(biāo)準

GB1589《道路車輛外廓尺寸、軸荷戟質(zhì)量限值》

GB7258《機動車運行安全技術(shù)條件》

QC/T 222-2010《自卸汽車通用技術(shù)條件》

3 技術(shù)特點、關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點

3.1 技術(shù)特點

（1）采用AutoCAD、UG等設(shè)計軟件，對新結(jié)構(gòu)輕量化自卸半掛車進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，使廂體結(jié)構(gòu)和受力達到最佳狀態(tài)。

（2）廂體采用U形結(jié)構(gòu)，車廂邊板和底板基本無橫豎筋骨，外形結(jié)構(gòu)簡潔美觀，與矩形車廂相比，卸料更干凈快捷。

（3）車廂主要材料使用NM450高強度鋼板，邊板底板采用多次折彎成型技術(shù)，與矩形車廂相比結(jié)構(gòu)更強，材料性能更加優(yōu)良。

（4）優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改進制造工藝，減少了焊接數(shù)量，縮短了車廂的生產(chǎn)周期，提高了工人的工作效率。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）采用AutoCAD、UG等設(shè)計軟件進行全新的輕量化自卸半掛車設(shè)計，采用抗沖擊、抗刮磨并具有高強度和高硬度的調(diào)質(zhì)處理鋼板制作車廂，以材料的板厚為優(yōu)化設(shè)計變量，對車廂五大總成（前板、左右邊板、底板、后板）進行優(yōu)化設(shè)計，合理布置橫縱梁，在保障使用強度的前提下，達到輕量化目的。

（2）設(shè)計合理反變形車架焊接工裝及合理的焊接順序，焊接電流電壓參數(shù)，防止輕量化高強度鋼工字梁車架焊接變形，保證焊接后車架的直線度為5 mm，平面度5 mm.

（3）對U型車廂的壓制成型工藝進行研究，保證車廂左右邊板壓制尺寸一致，從而保證車廂中心線與車架中心線重合度，提高車廂的穩(wěn)定性。

（4）對車架進行優(yōu)化設(shè)計，降低整車的重心，保證整車的可靠性，保證整車舉升過程中重心的穩(wěn)定性。

（5）舉升機構(gòu)是自卸車上的重要工作系統(tǒng)之一，其設(shè)計質(zhì)量直接影響自卸車的使用性能。因此如何保證車廂在舉升狀態(tài)時整車具有很好的穩(wěn)定性成為研究的關(guān)鍵。3.3創(chuàng)新點

（1）外觀設(shè)計上，U型箱體：采用NM450高強度鋼板一次性壓制而成設(shè)計制造，結(jié)構(gòu)強度高，自重輕，外形美觀、內(nèi)外光滑，實現(xiàn)內(nèi)不積料，外不掛料的使用效果。

（2）U形箱體邊板折彎角度15°～20°，邊板5道折彎增加強度同時加大圓弧度增加大容積。

（3）采用NM450高強度U型車廂底6邊4可取代傳統(tǒng)矩形自卸車底8邊6，節(jié)約用料，實現(xiàn)輕量化設(shè)計的同時使用壽命還可提高30%.

（4）由于自卸半掛車車廂長度較長，油缸舉升高，為了保證車廂舉升的穩(wěn)定性，本項目產(chǎn)品在車廂中部增加穩(wěn)定架，油缸采用帶外罩結(jié)構(gòu)，降低油缸舉升點高度，提升舉升穩(wěn)定性。

（5）采用T510L優(yōu)質(zhì)合金鋼板制成的加強型工字梁車架，配備國內(nèi)最先進的富華車橋及懸掛，承載能力超強，保證惡劣工況需求[6]。

（6）新結(jié)構(gòu)、高強度車廂設(shè)計，降低重量，提升營運效益。

3.4 產(chǎn)品外觀形狀圖、結(jié)構(gòu)圖和原理圖

產(chǎn)品外觀形狀圖如圖1所示。

圖1 自卸車外觀圖

技術(shù)原理：

輕量化自卸半掛車整車包括動力傳動裝置、液壓傾卸機構(gòu)、車橋懸掛系統(tǒng)、車架以及U型貨箱等主要部分組成（整車結(jié)構(gòu)圖如圖2所示）。

圖2 自卸半掛車結(jié)構(gòu)簡圖

自卸半掛車的主要工作原理為：主要由液壓傾卸機構(gòu)、車廂、車架、懸掛車橋及其附件構(gòu)成，分別敘述如下：液壓傾卸機構(gòu)包括油泵、舉升閥、管路和舉升機構(gòu)。車廂總成包括前板、后板、邊板、底板和開合機構(gòu)。車架、懸掛車橋、傾卸操縱裝置、附件（包括穩(wěn)定架總成和后板鎖鉤裝置）。舉升機構(gòu)的動力傳動裝置一般從牽引頭的變速器總成側(cè)面安裝取力器輸出動力。取力器直接帶動油泵或通過傳動軸帶動油泵，從而產(chǎn)生液壓驅(qū)動力，帶動油泵傳動軸驅(qū)動油泵，液壓油經(jīng)分配閥壓入液壓缸推動活塞使舉升支架產(chǎn)生聯(lián)動而舉起車廂。

4 社會效益

該項目實施的目的是支持柳州做強做大汽車產(chǎn)業(yè)的需要，可推動柳州汽車城建設(shè)，體現(xiàn)廣西的區(qū)位優(yōu)勢、政策優(yōu)勢、生態(tài)優(yōu)勢等發(fā)展新機遇，形成更強更大的競爭力，對提升我區(qū)制造業(yè)整體水平，推動我區(qū)從以資源型產(chǎn)業(yè)為主向先進加工制造型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，提高廣西制造業(yè)的知名度等都具有十分重大的戰(zhàn)略意義：

本項目的新結(jié)構(gòu)輕量化自卸半掛車，是順應(yīng)新形勢下市場需求的新產(chǎn)品，它可提高產(chǎn)品安全可靠性和載質(zhì)量，主要社會效益體現(xiàn)在如下方面：

（1）項目可提高整車的單位承載量，降低運輸成本，提高運輸效益；

（2）為國民經(jīng)濟的發(fā)展提供精良的運輸裝備；

（3）有利于我公司自卸車系列產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)升級：由于新材料、新工藝在我公司自卸車系列上的廣泛應(yīng)用，使我公司自卸車技術(shù)躍上一個新的臺階，成功實現(xiàn)我公司自卸車系列產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)升級；

（4）有利于擴大我公司自卸車系列產(chǎn)品的市場占有率：由于本項目是新形勢下市場的客觀需求，及時實施本項目有利于擴大我公司自卸車系列產(chǎn)品的市場占有率。

5 總結(jié)

通過企業(yè)自主創(chuàng)新，公司新結(jié)構(gòu)輕量化自卸半掛車研發(fā)項目對新材料應(yīng)用、輕量化設(shè)計、制造工藝、焊接工藝等方面進行研究與開發(fā)，努力攻克了U型廂體制造，高強度板的成型加工、焊接工藝的評定等難題。公司所設(shè)計開發(fā)的新結(jié)構(gòu)輕量化自卸半掛車的各項性能指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)都能達到設(shè)計任務(wù)書的標(biāo)準，整車性能達到國內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，在東盟市場具備很強大的競爭力。自卸車輕量化設(shè)計可以在確保汽車的安全性能和強度穩(wěn)步提高的同時，能夠使汽車整備的質(zhì)量獲得顯著降低，從而使得汽車的動力性有所提高，在燃料方面的消耗顯著降低，有利于節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)和環(huán)境保護，為社會經(jīng)濟效益發(fā)揮重要作用。

[1]王健萍.汽車輕量化趨勢帶來的機會[J].汽車與配件，2014（43）：16-20.

[2]王智文.汽車輕量化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀初探[J].汽車工藝與材料，2009（2）：1-5.

[3]蔡 明，胡巧聲，溫媛媛.國內(nèi)外汽車輕量化技術(shù)討論[J].汽車與配件，2014（23）：54-57.

[4]童 波，湯 燕.結(jié)構(gòu)優(yōu)化和新材料技術(shù)對商用車輕量化的影響[J].汽車零部件，2015（4）：79-81.

[5]張玉飛，汽車尾氣與環(huán)境污染[DB/OL].http://max.book118.com.2015.

[6]李洪波，周維林.重型汽車車架輕量化設(shè)計[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報，2010，24（12）：111-113.

The Development and Application of Lightweight Dump Truck Technology

LIAO Jing
（Sinotruk Liuzhou Yunli Special Vehicle Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

Dump truck as an important material transportation engineering construction，has played an important role，in order to adapt to a variety of transportation conditions，the traditional design is mainly the thickness increase of cargo，strengthen the relevant structure，so the body weight is increasing，causing the whole car purchase costs and transportation costs increase，enterprises and users shrinking profit margins.From the angle of material and structure of the dump truck design secondary use of new materials and structures，in the premise of meeting the functional use，cargo weight is effectively reduced，the improvement of the quality of the load coefficient，reduce the use cost of the user.

U type semi-trailer；lightweight；high strength steel plate；application

U469.4

B

1672-545X（2017）10-0125-04

2017-07-25

廖 警（1978-），男，壯族，廣西貴港人，研究生，工程師，主要研究方向：專用汽車設(shè)計。