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        輕型載貨汽車貨柜的輕量化材料應(yīng)用

        2019-03-10 09:29:30彭美青徐鼎旻邱海軍
        汽車與駕駛維修(維修版) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:貨廂全鋁貨柜

        彭美青、徐鼎旻、邱海軍

        (江鈴汽車股份有限公司 330200)

        0 前言

        對于載貨汽車,尤其是廂式貨車,貨柜質(zhì)量約占整車整備質(zhì)量的25%,所以貨柜輕量化設(shè)計在整車輕量化設(shè)計中占有重要地位。本文將以廂式貨車為研究對象,從輕量化材料應(yīng)用為方向,研究輕量化材料及不同輕量化材料組合用于廂式貨車貨柜開發(fā)的可行性以及減重效果[1]。

        1 貨柜輕量化材料及其性能介紹

        HolyPan板材是一種具有獨到創(chuàng)新性的三明治復(fù)合板材,廣泛應(yīng)用于多種行業(yè),包括物流快遞廂體、移動建筑、房車、包裝等領(lǐng)域。該產(chǎn)品采用蜂巢仿生學(xué)原理:芯材為PP蜂窩,面材采用玻璃纖維增強的聚丙烯板加固,在降低板材質(zhì)量的同時又兼顧良好的力學(xué)性能。此板材具有質(zhì)量輕、強度高、防水防潮、耐候性強、食品級應(yīng)用、抗化學(xué)侵蝕性強以及循環(huán)再利用等特點。

        鋁屬于輕金屬,密度為2.7 g/cm3,僅為鋼材密度的1/3。其主要特點是:高的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和耐腐蝕性。但是其抗拉強度只有7~13 MPa,因此為提高其強度,加入Cu、Mg 等金屬,形成鋁合金。鋁合金的抗拉強度可接近45#鋼的水平,回收率可達到90%,利于保護環(huán)境,有效地節(jié)約能源。根據(jù)美國鋁業(yè)學(xué)會的報告稱,汽車上每使用0.45 kg 鋁材就可減輕車重1 kg。從理論上講,鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右[2]。

        2 貨柜應(yīng)用輕量化材料的方案研究

        2.2 HolyPan貨柜的設(shè)計

        以長、寬、高分別為4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的貨柜為對象開展研究,復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成如表1。

        輕量化效果:按照上述方案及尺寸制作的復(fù)合板貨柜相對鐵質(zhì)貨柜可減輕240 kg。

        表1 復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成

        對按照上述材料構(gòu)成制作的貨柜樣箱進行如下2項實車搭載驗證。

        (1)在試車場完成強化壞路及山路專項耐久[3]。

        (2)提供搭載樣箱的整車給物流企業(yè)試用并跟蹤使用情況。

        該結(jié)構(gòu)的貨柜通過上述實車驗證已具備量產(chǎn)能力,由于HolyPan貨柜的成本增加較多,所以主要運用于大型物流公司及少量的電動車領(lǐng)域。

        2.3 鐵鋁貨柜的設(shè)計

        以長、寬、高分別為4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的貨柜為對象開展研究,復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成如表2。

        輕量化效果:按照上述方案及尺寸制作的鐵鋁貨柜相對鐵貨柜可減輕204 kg。

        分析與驗證:重點對底板總成構(gòu)件的承載能力進行CAE仿真分析,包含貨柜副車架大梁、底板、底板骨架及大梁與橫梁的連接件,分析的結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明,鐵鋁貨柜的承載性相比傳統(tǒng)貨柜有所減弱,因此仿真分析認為鐵鋁貨柜適用于新能源城市物流車。

        表2 鐵鋁貨柜的材料構(gòu)成

        圖1 鐵鋁貨柜CAE仿真

        對按照上述方案及尺寸制作的鐵鋁貨柜,搭載整車進行四通道道路模擬耐久試驗,試驗驗證了CAE仿真的結(jié)論。

        2.4 全鋁貨柜的設(shè)計

        以長、寬、高分別為4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的貨柜為對象開展研究,復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成如表3。

        輕量化效果:按照上述方案及尺寸制作的全鋁貨柜相對鐵貨柜可減輕307 kg。

        表3 全鋁貨柜的材料構(gòu)成

        圖2 全鋁貨柜結(jié)構(gòu)簡圖

        全鋁貨柜的特點,與鐵貨柜或鐵鋁貨柜的“面板+梁”結(jié)構(gòu)不同,全鋁貨柜的頂蓋、前板、左右邊板和尾門面板采用鋁方管嵌入式結(jié)構(gòu),再與加強梁鉚接,保證面板強度(圖2)。

        經(jīng)CAE仿真分析及整車耐久測試,全鋁貨柜在鐵鋁貨柜基礎(chǔ)上使貨柜質(zhì)量進一步減輕100 kg左右,且沒有降低貨柜的承載性能,產(chǎn)品已經(jīng)投放到高端新能源物流行業(yè)中。

        3 結(jié)論

        本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用方面對輕型載貨汽車貨柜進行輕量化研究,分別以HolyPan板材、鐵鋁結(jié)構(gòu)、全鋁結(jié)構(gòu)為例,介紹貨廂的輕量化材料應(yīng)用及設(shè)計。以同一尺寸的貨柜為研究對象,相比傳統(tǒng)鐵質(zhì)貨柜,HolyPan貨柜減重比為26.5%,鐵鋁貨柜減重比為22.5%,全鋁貨柜減重比為34%,減重效果明顯,達到貨廂輕量化的目的。

        貨廂輕量化使商用車企業(yè)更多產(chǎn)品進入藍牌輕卡行列、提升經(jīng)濟性、降低用戶運輸成本的同時,也會帶來一定程度的價格上升以及承載性能的下降。或許下一步汽車生產(chǎn)企業(yè)著力的方向,是如何在降低質(zhì)量的同時,兼顧減少成本上升與提升承載能力,使輕量化貨廂的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。

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