新材料与工艺手册

重卡轻量化必成为发展潮流

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发表于 2010-8-23 00:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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卡车的轻量化是一个系统工程,它涉及整车、发动机、悬架等各个领域,甚至包括新材料以及新技术的应用。汽车车身约占汽车总重量的30%,空载情况下,约70%的油耗用在车身重量上。汽车重量每降低100公斤,每百公里就可节油0.6升。若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;若滚动阻力减少10%,燃油效率可提高3%;若车桥、变速器等装置的传动效率提高10%,燃油效率可提高7%。因此,轻量化车对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。特别是在计重收费下,车辆自重每降低一吨,用户每年将会增加多少净收益是可以计算出来的。
        在欧洲等发达国家,合理的运价、高附加值的货物,轻量化,是为了追求更高的运输效率,在载货重量不变的前提下,通过车身减重,实现提高车速、减少燃油消耗、降低污染物排放的目的。中国和欧洲的货运环境不同,经济发展水平不同,在中国的货运市场上,低迷的运价、低附加值的原材料运输,使得超载产品依然是主流。
        目前,全国基本上所有的高速公路都实施计重收费,再加更为严格的超载治理,规定了允许车辆上路行驶的最大车货总重。而当下如何既能提高载货量,又能降低成本?众重卡车企只有在降低车身重量上绞尽脑汁、想办法。
        当下国产重自重相比较国外同类车型高出15%--20%的情况下,在实现轻量化的方法上,一是优化车辆设计结构,二是在优化产品结构的基础上应用新材料。在世界著名大腕重卡巨无霸们目光已转向如铝合金镁合金橡胶塑料等新材料的应用的高级阶段上,从基础设计入手,通过优化结构及合理使用新材料、新技术,在不降低承载能力前提下实现的整体轻量化而中国重卡车企还在初级阶段为如何车辆主体减重和结构优化设计而忙活呢。
        如重汽采用铝合金变速箱、红岩承载系统的少片簧结构和陕汽的轻量化车架都达到了轻量化的目的。用轻量化理念覆盖整个一代产品,是不需要牺牲车辆任何性能的整体升级。而把空气悬挂、铝合金、真空胎等先进技术的率先运用,集瑞联合重卡却走在了市场最前沿,这说明集瑞重卡的产品研发人员的聪明才智。虽然集瑞联合重卡还没上市,但这一超前的设计理念却值得学习和赞叹不已!况且笔者也曾参与了前期的产品研发与市场研究工作,对此孕育了几年的重卡产品是有感情的,至今都对曾经共同奋斗的同事们怀有深情厚义!
        自重轻的重型卡车一方面能省油多拉快跑得快,是挣钱机器。现在客户在买车时,特别是买载货车和牵引车时,自重成为考量的非常主要的因素。即使价格稍高,自重轻的卡车也会成为客户的首选。
        一般来说,汽车重量每减少10%,燃油消耗量将降低8%左右。对于在高油价时代艰难生存的卡车用户来说,这无疑是非常诱人的。如果车辆自重降低0.8吨就可以多装货物0.8吨,按照每年行驶20万公里、每公里平均运价0.28元计算,一辆轻量化重卡一年可比载重量相同的普通车型增加收入5-6万元。
        治理超载、计重收费只是推动国产重卡向轻量化方向发展的主要动因,不仅推动企业进行产品技术升级、轻量化的改进。而且为了不在高端市场重复过去的同质化竞争,研发具有独特适应性的轻量化车型成了企业发展的内在需要第二动因。
        如陕汽不久前生产的6×2双前轴轻量化牵引车车辆自重较斯太尔平台非轻量化车型降低了600-800公斤,仅7.5吨,较竞争对手轻量化同款车型轻400-600公斤。
        据悉,在同款车型车货总重相等的情况下,陕汽重卡较竞争对手可多拉0.4-0.6吨,一年直接经济效益高达36000元。再如一重卡车企将牵引车原有306毫米的双层大梁改为273毫米的双梁车架,这样一辆整车的自重就可以减少大约500公斤。而双前转向桥6×2重型牵引车在承载力与6×4车型基本相同的情况下可以减少一根驱动桥,虽然比6×4车型多了一根转向桥,但转向桥的重量却比驱动桥轻了数百公斤。
        目前,国内重卡车企推出的绝大多数轻量化重卡,从核心技术含量的角度看,但与国外的高端重卡仍然存在一定差距。国内企业普遍采用的在现有主流产品之外并行推出轻量化产品的做法,和国外重卡在升级换代中实现整个产品系列轻量化的做法有本质的区别。
        重汽车以皮实耐用,承载力强著称。用户凡要求重载的,或在恶劣工况下作业。据相关资料显示,由于降低了承载能力,不少国产轻量化重卡已经不能适应高强度超载和长期在恶劣路况下行驶的传统用车环境。它们只能在标称的载荷范围内工作,在条件较好的公路上行驶,对运送重量轻、附加值高的货物更为适合。部分用途比较单一、最大承载有限的专用车,也可以采取同样的轻量化技术路线。如果用户仍然超载使用,将会对轻量化重卡造成严重损坏。
        眼下,国产的重卡轻量化技术手段,多数铝合金油箱、采用少片簧或橡胶悬挂、把斜交胎换子午线轮胎、双胎改单胎等,大部分停留在比较简单的零部件替换和轻质材料使用方面。或将驱动桥改为转向桥、双层梁改为单层梁,也是国产轻量化重卡常用的技术手段。不过由于国产金属材料技术水平的限制,不是减重幅度有限,就是在减重的同时大幅降低了车辆的承载能力。
        在这近几年的“轻量化”的热潮中,我国的合资零部件厂商的自动变速器、铝合金壳体变速器、少片簧悬架、橡胶悬架、空气悬架、复合材料、高强度钢板车架等技术得到迅猛的发展,市场越做越大。
        不过与时同时,在这股热炒卡车轻量化的风口浪尖上,重卡产品技术专家谭秀卿却冷静地指出:“我认为轻量化是炒作概念,没有什么实际意义。轻量化车型能用吗?如果一用就坏,那轻量化有什么意义?轻量化应该是社会整体水平提升、运输效率提升的体现。而现在变成了企业用来炒作概念。”
        他表示:“我担心有些企业的轻量化产品是在偷工减料,能不能用得住还存在疑问。有人说,价格降低是减少了不必要的耗材,可是按照这一说法,那我们的卡车回复到30年前的斯太尔就是“轻量化”了,因为那时的钢板厚度比现在要薄。而使用替代材料的轻量化车型的价格肯定不会便宜,本来用的是普通钢,改用高强度钢后,价格应该是上涨的,因为高强度钢很贵。超载问题如果得不到解决,加之政策的影响和用户对于车辆肆无忌惮的使用,可能会把中国重卡的轻量化带进误区。再加上有些企业的技术还达不到要求,这时候搞轻量化其实就是在偷工减料,通过减少钢板厚度和配件数量,表面看是实现了轻量化,但最终会威胁到司机的安全。安全是底线,跳过安全谈轻量化没有任何意义。”
        笔者好友——重卡市场分析专家——夏树先生也撰文写道:《轻量化重卡是革命还是规避政策而嬗变的妖孽?》“目前的这股轻量化热潮是金融危机导致的油价高企背景下的一场伪技术进步的秀场而已,真正的技术进步在于在确保安全的前提下,以车辆出勤率和可靠性为指标的技术进步,来实现最低单位燃油份额消耗对社会物流的效率提升。”
        夏先生进一步地指出:“中国的重型卡车产业这股轻量化热潮真的是一场价值回归的前奏吗?然而中国重型卡车产业整体技术的进步却没有从根本上改变整个产业的价值理念。所谓轻量化重卡和双转向桥的6x2的重卡牵引车一样,都是国内重卡企业规避国家法律嬗变的妖孽”。
        然而,笔者认为卡车“轻量化”无论是“妖孽”还是“神仙”,都是我国汽车工业与国际接轨的最显著的标志之一,而且是大方向大趋势,只是技术进步的快慢而已罢了,但还是需要国人的鼓与呼的!
        另据《中国第一商用汽车网》报导:目前,在计重收费法规即将全面推广的情况之下,由于国内油价高位的运行,重型卡车的轻量化改进将会为用户降低可观的使用成本。当下国产重型卡车的轻量化趋势主要体现在以下几大方面。
        1、采用变截面少片簧结构板簧变截面少片簧是由几片纵向方向上变截面的板簧组成的,不但可以减轻重量,还可以通过减少板簧间的摩擦而提高驾乘的舒适性、延长使用寿命。另外采用橡胶悬挂或者空气悬挂也可以减轻悬挂系统的重量。
        2、采用单层车架大梁相比钢板弹簧,车架的重量更大,有效减轻车架重量,将会大大的减轻整车的整备质量。随着设计水平、制造工艺的提高,材料性能的提高,单层车架在标准载荷的工况下是完全可以胜任的。
        3、使用复合材料驾驶室是采用复合材料最多的总成,尤其是外覆盖件:前面板、包角板、翼子板、保险杠,甚至顶盖,都使用了大量的复合材料。这样一方面有效的减轻了整车重量,另外一方面由于复合材料成形性好,造型结构上较金属冲压件可以更复杂、更加美观、尺寸更加精确。目前国产重卡仍偏好全钢结构的驾驶室结构,这主要和中国重卡的恶劣工作环境有关。从近年来各重卡厂商推出的新产品来看,复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高,大量使用复合材料是必然的趋势。
        4、使用铝合金材料铝合金比钢材密度小,因此在一些复合材料无法替代的部位,可以使用铝合金材料,包括钣金件和铸造件。铝合金钣金件最有代表性的就是油箱,油箱采用铝合金材料,不但自重减轻,而且油箱内不易生锈,免除定期清洗的麻烦。车身也可以采用铝合金代替冷轧钢板。轮辋、发动机机体、变速器机体等,也可以大量采用铝合金铸造,可以在保证有足够强度、刚度的同时,最大限度的减轻重量。
        5、使用高强度钢材使用高强度钢板,可以减薄钢板厚度,从而减轻重量。欧美重卡,重卡使用的钢材几乎100%是高强钢。以前国产重卡采用高强度钢板的比例较少,最近几年逐渐广泛使用,甚至自卸车的车厢都开始使用高强度钢板,以提高厢体强度、减轻自重。
        6、使用拼焊板驾驶室由钢板冲压焊接而成,由于各部位的结构和受力情况不同,因此不同部位的钣金件也会采用不同牌号的钢板,一辆重卡的驾驶室可能采用几十种不同牌号、不同厚度的钢板。然而随着CAE技术的发展,经过模拟实验和分析,可以计算出同一个钣金件的不同部位的受力情况,为了减轻一些零件局部的不必要厚度,激光拼焊技术应运而生。激光拼焊技术是将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的两块或多块钢板通过激光焊接方法,自由组合成为一块钢板。
        7、采用铸造件传统的冲焊结构零件,由于材料和制造工艺的限制,各部位只能是等厚度的,为了确保零件的整体强度和刚度,冲焊件往往都比较厚重。
        结构件可以通过有限元软件进行CAE分析,对结构进行优化,根据各部位的受力情况设计成复杂的变厚度、变截面的结构,在保证有足够强度的前提下最大限度的削减不必要的局部厚度,从而大大减轻零件重量。
        8、采用真空轮胎和超宽轮胎采用真空胎和超宽轮胎也能在一定程度上降低自重。与传统轮胎相比,真空胎不但减少了内胎,轮辋的结构也相应减少了,整车全部换成真空胎,行驶阻力小,能够在一定程度上降低油耗。重卡的驱动轮一般都用双轮胎,如果改为超宽单轮胎,不但能够减少轮胎数量,还能减少轮辋的数量。另外超宽单轮胎的接地面积不比双轮胎小,除了能够降低自重外,还可以提高行驶稳定性、避免双轮胎的“吃胎”现象。
        9、整合零件功能、减少零件数量整合所有零件功能、将多个零部件集成,实现零部件的多功能,减少零件数量,使其结构更加紧凑,也可以在一定程度上减轻整车重量。列如:将油箱和工作台踏板结合,将油箱与SCR的尿素罐结合等。
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