鋁合金在客車車體上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展歷程

1、鍵入文字鍵入文字鍵入文字鋁合金在客車車體上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展歷程初稿：中國客車網(wǎng) 一、 背景：節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢，降低燃油消耗、減少向大氣排出二氧化碳和有害氣體及顆粒已成為汽車界主要研究課題之一。減小客車自身質(zhì)量是客車降低燃油消耗和減少排放的最有效措施之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)汽車質(zhì)量每減少10，燃油消耗可降低68。據(jù)了解，車輛輕量化主要包括優(yōu)化汽車框架結(jié)構(gòu)和采用輕質(zhì)材料。其中采用輕質(zhì)材料是車身輕量化的主流，當(dāng)前針對(duì)規(guī)?；a(chǎn)的需要，已經(jīng)有很多種輕質(zhì)材料應(yīng)用于車身制造工業(yè)，比如高強(qiáng)度鋼、鋁合金和碳纖維等等。新型輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用，逐漸成為汽車材料的研究熱點(diǎn)，鋁合金車體由于在輕量

2、化、密封性、抗腐蝕性、美觀性等方面優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)車體，是目前汽車制造業(yè)比較好的選擇。表1鋁板與普通鋁板硬度比較材料硬度MPaSG112-T4A涂裝前110SG112-T4A涂裝后210普通鋁板140二、未來鋁車身客車的發(fā)展趨勢據(jù)調(diào)查，自2007中國交通用鋁研討會(huì)上，來自德國海德堡能源和環(huán)境研究中心的最近一項(xiàng)研究結(jié)果表明，一部經(jīng)停若干站的城市柴油客車減重100公斤，將在其整個(gè)運(yùn)營周期內(nèi)節(jié)約燃油2550升，并且大大降低二氧化碳等溫室氣體排放量。鋁制部件和車身是未來發(fā)展趨勢；根據(jù)交通部估計(jì)2010年中國客運(yùn)總量將達(dá)到220250億人次，公路總里程將達(dá)到230萬公里，高速公路通車?yán)锍虒⑦_(dá)到65萬公里，三項(xiàng)

3、指標(biāo)未來5年復(fù)合增長率分別為55，34和97。公路建設(shè)的快速發(fā)展、公路條件的不斷改善，對(duì)客車行業(yè)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的促進(jìn)作用，一是新增運(yùn)輸線路直接帶動(dòng)客車銷售量的增加，二是高等級(jí)公路的增加將促使客運(yùn)公司提升營運(yùn)客車的檔次，通過產(chǎn)品升級(jí)和營運(yùn)客車大型化的趨勢間接拉動(dòng)客車銷量。油價(jià)上漲，客車的使用成本直線上升，使如何降低用戶的運(yùn)營成本成為客車企業(yè)迫切需要解決的問題，針對(duì)中國客運(yùn)業(yè)的狀況和耐用、節(jié)油這兩個(gè)客運(yùn)企業(yè)普遍關(guān)心的熱點(diǎn)問題，以市場需求為導(dǎo)向是客車技術(shù)進(jìn)步的大方向。國家在新發(fā)布的中國能源規(guī)劃中，已經(jīng)明確國家將很快出臺(tái)燃油附加稅及鼓勵(lì)環(huán)保節(jié)油型交通工具的稅收優(yōu)惠政策。節(jié)能降耗技術(shù)是重中之重，如圍繞提

4、高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性而進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究、整車輕量化、造型技術(shù)研究等。在能源日益緊張的今天，如何降低油耗成為重型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)重要課題。“十五”期間，中國一些客車企業(yè)已經(jīng)開始關(guān)注這一問題。但從目前的情況看，重型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)難度較大，國內(nèi)的相關(guān)研究不充分，技術(shù)積累也比較薄弱。特別是在整車輕量化方面，重點(diǎn)是承載式車身技術(shù)及替代材料技術(shù)，如車身更多地采用鋁材，零部件附件采用壽命更長、可靠性更高的材料，內(nèi)飾件使用更環(huán)保、更舒適的材料。減輕客車車自身質(zhì)量，是降低汽車排放量、提高燃油效率的最有效措施之一。車身輕量化的研究是現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)的一大主流。其發(fā)展主要有兩個(gè)方向，一個(gè)是優(yōu)化汽車框架結(jié)構(gòu)；一個(gè)是在車身制造

5、上采用輕質(zhì)材料。目前，國外客車自身質(zhì)量同過去相比，已減輕了2026。預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，自身質(zhì)量還將繼續(xù)減輕20。因此，新型輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用，將繼續(xù)成為汽車材料的熱點(diǎn)，而鋁及其合金材是目前汽車制造業(yè)比較好的選擇。鋁合金是最常見的汽車用輕金屬，而且在汽車上使用較早，相對(duì)比較成熟。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞幾乎都用鑄鋁，這是因?yàn)榛钊鳛橹饕耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)件要靠減重來減小慣性，減輕曲軸配重，提高效率，并需要材料有良好的導(dǎo)熱性，較小的熱膨脹系數(shù)，以及在350左右有較好的力學(xué)性能，而鑄鋁能符合這些要求。同時(shí)由于活塞、連桿采用了鑄鋁件，減輕了重量，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，降低了噪聲，使發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗下降，這也符合了汽車的發(fā)展

6、趨勢。另外，車身約占汽車總質(zhì)量的30，對(duì)汽車本身來說，約70的油耗是用在車身質(zhì)量上的，所以汽車車身的鋁化對(duì)減輕汽車自重，提高整車燃料經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。鋁合金客車身廣泛應(yīng)用輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能環(huán)保的途徑之一。車輛每減重10%,可節(jié)油5%8%;每使用1 kg鋁,可使轎車壽命期減少20 kg尾氣排放。材料輕量化是汽車輕量化技術(shù)中最直接有效的。隨著汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展,形變鋁合金在汽車上的應(yīng)用日益增大。本文通過對(duì)國內(nèi)外鋁合金客車的調(diào)查研究,闡述了目前鋁合金客車的發(fā)展、車身結(jié)構(gòu)方式、車身用鋁合金材料牌號(hào)及其主要連接方法。目前,國內(nèi)外對(duì)城市公交客車的環(huán)保指標(biāo)要求越來越高。隨著混合動(dòng)力及純電動(dòng)公交客車的發(fā)展,

7、采用鋁合金車身減輕整車質(zhì)量已得到了廣泛的應(yīng)用。國外Volvo、亞歷山大-丹尼斯的混合動(dòng)力公交車已全部采用鋁合金車身,產(chǎn)品在倫敦、香港等多個(gè)地區(qū)得到了大量推廣。其次是當(dāng)前國內(nèi)外汽車工業(yè)中鋁材的應(yīng)用優(yōu)勢及其主要障礙，通過使用鋁材來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料，可大大減輕汽車自重以降低能耗、減少環(huán)境污染、提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。并對(duì)鋁材的發(fā)展趨勢做了預(yù)測。三、實(shí)例分析：早在2011年的時(shí)候，比亞迪電動(dòng)巴士采用全新鋁車身 輕量化達(dá)40%；比亞迪發(fā)布了和美國鋁業(yè)公司合作開發(fā)的全新鋁車身和純電動(dòng)車設(shè)計(jì)，它使比亞迪長達(dá)40英尺的純電動(dòng)車eBUS-12，較之前的鋼制車身輕量化達(dá)40%（相當(dāng)于1噸）。同月，2輛這款全新全鋁

8、車身設(shè)計(jì)的比亞迪純電動(dòng)大巴eBUS-12已經(jīng)在長沙下線。除了減少巴士車身重量之外，這款eBUS-12還運(yùn)用了美鋁的鍛件車輪以及哈克旋轉(zhuǎn)（R）緊固件，以減少達(dá)1.2噸的車身重量。整個(gè)車身重量的下降將使這款單次充電能行駛300公里的巴士的續(xù)航里程提高至少10%以上。比亞迪計(jì)劃為中國及東南亞地區(qū)生產(chǎn)上千臺(tái)純電動(dòng)巴士，并將根據(jù)全球電動(dòng)汽車及電動(dòng)巴士的市場需求進(jìn)行出口，甚至將生產(chǎn)當(dāng)?shù)鼗?。赫茲上周曾宣布首批比亞迪純電?dòng)巴士已經(jīng)在美國洛杉磯國際機(jī)場運(yùn)行。美國鋁業(yè)公司是為大巴提供硬鋁擠壓產(chǎn)品、鍛件鋁制輪胎及緊固件的供應(yīng)商。新的巴士結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于美國鋁業(yè)公司的安全運(yùn)輸設(shè)計(jì)實(shí)力，這一設(shè)計(jì)涵蓋為法拉利及奧迪這樣的世界

9、頂級(jí)品牌設(shè)計(jì)的汽車地面運(yùn)輸空間構(gòu)架技術(shù)?！皩撝频陌褪寇嚿硖鎿Q成鋁制車身，足足將巴士的車重減輕了1.2噸，令人非常振奮，”美國鋁業(yè)公司亞太區(qū)總裁Jinya Chen說?！叭欢?，這項(xiàng)設(shè)計(jì)不僅僅在于減輕車身重量新的設(shè)計(jì)在耐用性、抗腐蝕、可循環(huán)使用方面更加突出，預(yù)期能將巴士的單次充電行駛里程至少提升10%?！北葋喌掀嚬こ萄芯吭焊痹洪L謝世斌表示：“美國鋁業(yè)公司的設(shè)計(jì)和材料與我們公司環(huán)保的鐵電池和動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合，使得我們的電動(dòng)大巴不論從環(huán)保性、排放量、續(xù)航里程、安全性及其他性能方面都成為業(yè)內(nèi)最強(qiáng)。”2009-07-23國內(nèi)首臺(tái)全鋁公交在鄭示范運(yùn)營；標(biāo)志著國內(nèi)首臺(tái)全鋁車身公交客車宇通ZK6126HGE型

10、公交客車正式投入市場運(yùn)營。油價(jià)上漲，造成客車的燃油成本直線上升。減輕客車重量，是提高燃油效率、節(jié)能減排最有效的措施之一，可有效提高運(yùn)營盈利。車身輕量化已成為現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)的一大主流，ZK6126HGE正是順應(yīng)這種形勢而誕生的。ZK6126HGE由宇通和美鋁公司于2008年10月完成聯(lián)合研制開發(fā)，也是國內(nèi)首臺(tái)新型全鋁車身環(huán)保公交客車。車身連接大面積采用焊接和鉚接相結(jié)合的方式，大大提高了車身的平整度和美觀度。采用的全鋁車身框架技術(shù)和強(qiáng)度高、重量輕的全鋁外蒙皮車身材料，使車身重量比同類傳統(tǒng)客車減輕約46%。根據(jù)測算，車的自身重量每減少10%，燃油消耗便可降低6%8%，ZK6126HGE可顯著提高燃油經(jīng)

11、濟(jì)性并降低溫室氣體排放量，是名副其實(shí)的新一代節(jié)能環(huán)保公交的代表，開拓了客車領(lǐng)域全新的“綠色”之路。另外，此款車由于車身重量的減輕可以使整車重心下移，運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的安全性能。加之鋁合金車體耐腐蝕性強(qiáng)，產(chǎn)品更加經(jīng)久耐用，產(chǎn)品品質(zhì)有了新的飛躍。此次交車儀式在為城市客車的輕量化發(fā)展，及節(jié)能減排工作做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也進(jìn)一步發(fā)展和深化了宇通與鄭州公交總公司、美鋁公司三方的合作基礎(chǔ)，將三家的合作共贏推向了新的高峰。宇通客車(與美國鋁業(yè)公司（以下簡稱美鋁）正式宣布建立合作伙伴關(guān)系，雙方將應(yīng)用世界領(lǐng)先的客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料及制造技術(shù)，共同開發(fā)新一代的節(jié)能環(huán)保公交客車。據(jù)悉，雙方合作的第一步

12、是共同開發(fā)一部全新的、可顯著降低溫室氣體排放并提高燃油經(jīng)濟(jì)性的客車。這種客車即全鋁車身的客車，是美鋁根據(jù)世界客車對(duì)輕量化的要求而提出的技術(shù)創(chuàng)新方案。其核心突破在于采用美鋁全鋁框架設(shè)計(jì)和硬合金技術(shù)，兼含美鋁新合金車身鋁制覆蓋件，及獨(dú)有的全鋁鍛造輪轂，使客車自重降低15以上。美國鋁業(yè)公司期望通過和宇通客車開展技術(shù)合作，提升中國客車業(yè)的輕量化技術(shù)應(yīng)用，支持宇通客車在世界高端市場技術(shù)應(yīng)用和研發(fā)上的領(lǐng)先和持續(xù)競爭力，從根本上改善客車節(jié)能減排的性能。宇通全鋁車身客車量產(chǎn)現(xiàn)良機(jī)在第二屆中國國際汽車零部件博覽會(huì)上，一個(gè)600平米的超大展位尤為引人注目。在這個(gè)展位上，宇通客車首度在國內(nèi)公開亮相了全鋁車身客車ZK

13、6126HGE。 由于全鋁車身具有輕量化、低燃油等特點(diǎn)，所以現(xiàn)場的不少參觀者認(rèn)為："隨著當(dāng)前燃油稅的熱議，全鋁客車極有可能迎來市場化契機(jī)。" "這款12米城市公交客車實(shí)現(xiàn)了減重超過1400公斤，將近1.5噸，也就是使車輛空載狀態(tài)下重量降低約11.6%。"宇通有關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，"與傳統(tǒng)鋼制客車車身相比，鋁制客車車身可減重46%。" 這是國內(nèi)客車在減輕自身重量上邁出的非常重要的一步。"聽到這個(gè)消息后，重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸管理學(xué)院教授王健激動(dòng)地對(duì)記者說，"據(jù)了解，國內(nèi)其他客車企業(yè)也做過全鋁車身，但當(dāng)時(shí)是幫香港的客戶制造

14、的。" 節(jié)油收益小于成本增長盡管全鋁客車在輕量化上有著巨大的優(yōu)勢，但也有分析人士認(rèn)為："全鋁車身的生產(chǎn)成本將比普通客車上升40%50%，且技術(shù)要求較高，所以其銷售價(jià)格很高，大概在30萬美元左右。" 雖然這款全鋁車身客車以節(jié)油為賣點(diǎn)，但燃油費(fèi)的節(jié)省與較高的價(jià)格成了業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。 德國海德堡能源和環(huán)境研究所公布的一項(xiàng)研究結(jié)果表明：一部經(jīng)停若干站的城市柴油客車每減重100公斤，在其整個(gè)運(yùn)營周期內(nèi)就可節(jié)約燃油2550升，可以大幅降低二氧化碳等溫室氣體的排放量。 依據(jù)該研究結(jié)果，宇通全鋁車身客車因減重約1.5噸，整個(gè)運(yùn)營周期就可節(jié)約燃油38250升?？蛙嚨倪\(yùn)營周期按8年計(jì)

15、算，如果按照目前0號(hào)柴油每升6元的價(jià)格，全鋁車身客車樣車在整個(gè)運(yùn)營周期內(nèi)可比普通客車省下約23萬元的油錢。 據(jù)了解，北京地區(qū)A00規(guī)格的鋁錠價(jià)格為每噸13650元，廢鋁每噸910012000元。而鋼材市場價(jià)格行情為每噸32803400元，廢鋼為19502470元。同時(shí)，全鋁車身客車運(yùn)用的鋁材質(zhì)量相比鋼材有所減少，所以，在材料回收方面的損失也較小?？傮w看來，全鋁客車在車身材料高投入的同時(shí)，也將達(dá)到資源高回收。 盡管全鋁客車在使用和回收利用方面存在著優(yōu)勢，但全鋁車身客車的銷售價(jià)格仍然會(huì)高于整個(gè)運(yùn)營期間所省下的油費(fèi)。為此有人認(rèn)為："其更重要的意義在于環(huán)保，這將是一筆無法計(jì)算的經(jīng)濟(jì)賬。&qu

16、ot; 在環(huán)保車型的推廣中，最重要的是通過產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展、技術(shù)的提高來解決推廣中的成本問題。"王健認(rèn)為，"政府的扶持讓企業(yè)站起來，可走好發(fā)展這條路還是要靠自身的力量。" 安全不會(huì)"輕量化" 關(guān)于客車輕量化的安全問題，業(yè)界一直都在討論。此次宇通全鋁車身客車的安全問題同樣引起了人們的關(guān)注。 客車和轎車是同樣的道理，汽車安全和自身重量不是線性關(guān)系。即使汽車上使用很輕的材料，如果采取高強(qiáng)度的加工工藝，也能達(dá)到很輕但彈性非常之好的效果，從而也就越安全。"他還表示，"汽車設(shè)計(jì)師考慮安全問題時(shí)，不只是僅僅考慮駕乘人員的安全，還要考慮行人的安

17、全。如果發(fā)生汽車與行人碰撞之后，車越重，沖擊力越大，這對(duì)行人傷害就更大。" 開征燃油稅或成量產(chǎn)良機(jī) 目前來看，客車的價(jià)格在銷售中起到十分重要的作用，這使環(huán)保車的推廣一直以來處在十分尷尬的地位。而近期爆出了國家即將對(duì)汽車征收燃油稅的消息，這可能扭轉(zhuǎn)當(dāng)下局面。 根據(jù)國家發(fā)改委公布的消息，市場人士預(yù)計(jì)12月1日燃油稅新方案很有可能浮出水面。醞釀開征中的燃油稅，將取代包括公路養(yǎng)路費(fèi)等六項(xiàng)收費(fèi)項(xiàng)目。 國家發(fā)改委能源研究所研究員、能源系統(tǒng)分析和市場分析室主任姜克雋表示，出臺(tái)燃油稅的最根本目的是節(jié)能減排。征收燃油稅的結(jié)果就是多用油者多納稅，這將有力地推動(dòng)節(jié)能減排。 由此看來，在國家開征燃油稅后，全

18、鋁車身客車的投入產(chǎn)出比將更為顯著。因?yàn)檫@樣一來，全鋁車身客車不僅節(jié)省了燃油費(fèi)，而且減少了燃油稅的開支。從某種程度上講，開征燃油稅將推進(jìn)全鋁車身客車等環(huán)保車型的市場化。 "國家的燃油稅和排放標(biāo)準(zhǔn)將是決定中國環(huán)保汽車發(fā)展的兩大因素。這直接決定了環(huán)保汽車制造廠能否賺錢，也注定了環(huán)保車的命運(yùn)。"世界電動(dòng)車協(xié)會(huì)主席陳清泉向外界表示 四、客車輕量化仍面臨挑戰(zhàn)客車輕量化技術(shù)在國內(nèi)外盡管被普遍認(rèn)為是未來發(fā)展趨勢，但在推廣、應(yīng)用當(dāng)中，仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。美鋁認(rèn)為主要包括以下幾個(gè)方面：首先，國內(nèi)客車企業(yè)在全鋁客車技術(shù)及開發(fā)經(jīng)驗(yàn)上尚處于空白，關(guān)鍵技術(shù)問題仍未突破。鋁合金作為新型材料，在國內(nèi)客車領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用仍屬空白；鋁合金客車空間框架結(jié)構(gòu)需根據(jù)材料特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)、開發(fā)，包括：零部件開發(fā)、有限元及分析，零部件及整車試驗(yàn)等；國內(nèi)客車生產(chǎn)企業(yè)缺乏對(duì)鋁合金材料的深入認(rèn)識(shí)，材料及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不熟悉。國內(nèi)客車企業(yè)對(duì)鋁合金材料加工、生產(chǎn)工藝等相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)有待提高：國內(nèi)企業(yè)仍未具備對(duì)鋁合金板材的沖壓工藝足夠的經(jīng)驗(yàn)，包括：下料、潤滑、沖壓工藝控制等；板材沖壓模具需重新設(shè)計(jì)開發(fā)，國內(nèi)企業(yè)在相關(guān)經(jīng)驗(yàn)尚有空白；在鋁合金部件的焊接工藝經(jīng)驗(yàn)上國內(nèi)企