自卸車輕量化的發(fā)展與展望

自卸車輕量化的發(fā)展與展望

目前，中國(guó)的輕量化水平與國(guó)外相比有很大差距。然而，根據(jù)市場(chǎng)趨勢(shì)，輕量化往往是在中國(guó)普及的主要形式。因?yàn)殡S著國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)、加大基礎(chǔ)設(shè)施投入的政策,國(guó)家治理超限、超載工作力度及計(jì)重收費(fèi)的進(jìn)一步深入,公路自卸車也成為計(jì)重收費(fèi)的重點(diǎn)對(duì)象,此時(shí)此刻應(yīng)順應(yīng)歷史潮流,適時(shí)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。在物流運(yùn)輸企業(yè)越來越追求運(yùn)輸效益的今天,輕量化運(yùn)輸車輛的優(yōu)勢(shì)已被廣泛認(rèn)可,自卸車未來將向著輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化、安全化、環(huán)?；确较虬l(fā)展。前頂系列自卸車上裝主要由車箱、副車架、液壓舉升系統(tǒng)、備胎架等構(gòu)成,通過各總成間的相互作用實(shí)現(xiàn)自卸功能(見圖1)。自卸車輕量化是在保證車輛強(qiáng)度和安全性能的前提下,盡可能地降低其自質(zhì)量,從而提高整車的動(dòng)力性,減少燃料消耗,降低污染。該設(shè)計(jì)方案采用成熟的輕量化自卸車底盤,上裝采用新材料和新結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)輕量化。下面就如何實(shí)現(xiàn)上裝的輕量化提出具體方案。1鋼板的材質(zhì)結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度鋼板AG800主要是通過冷成型的方式來發(fā)揮材料的潛能,具有很高的綜合機(jī)械性能,其屈服強(qiáng)度((σs)1=680MPa,抗拉強(qiáng)度(σb)1在800MPa左右,為普通鋼板的2倍以上。高性能的材質(zhì)保證箱體具有更高的有效負(fù)載能力和抗扭性、抗沖擊性和抗疲勞性。與普通高強(qiáng)板材質(zhì)對(duì)比見下表:通過表1中各種材質(zhì)化學(xué)成份及力學(xué)性能指標(biāo)的對(duì)照,可以看出AG800不僅力學(xué)性能指標(biāo)比其他材質(zhì)要優(yōu)越,并且碳、硅、硫、磷含量都比其他材質(zhì)要低,屬于低碳低硅系列高強(qiáng)度汽車專用鋼,具有易焊接(焊絲比母材強(qiáng)度低一個(gè)級(jí)別),高強(qiáng)度,超韌性及耐疲勞性等特點(diǎn),是車輛輕量化之路所需的高強(qiáng)度汽車專用鋼。2原結(jié)構(gòu)的影響根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)替換原則進(jìn)行高強(qiáng)度板等代計(jì)算,要求在承載能力不變的前提下,強(qiáng)度不低于原結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)度板替換普通鋼板時(shí)壁厚計(jì)算公式為:,式中t0為普通鋼板構(gòu)件的壁厚,t1為高強(qiáng)度鋼板構(gòu)件的壁厚,(σs)0為普通鋼板的屈服應(yīng)力,(σs)1為高強(qiáng)度鋼板的屈服應(yīng)力。3車庫(kù)車箱為后開式矩形車箱,后板自動(dòng)開閉,用于裝載和傾卸貨物,主要由前板、左右邊板、底板、后板以及鎖緊機(jī)構(gòu)等總成組成。3.1輕量化邊板與高強(qiáng)板的結(jié)合體結(jié)構(gòu)普通前板采用4mmQ235鋼板+豎梁+橫梁,普通后板采用6mmQ235普通鋼板+豎梁,則(σs)0=235MPa,t0前=4mm,(σs)1=680MPa,用AG800鋼板代替時(shí)前板的壁厚t1前為:在滿足安全系數(shù)的前提下,圓整后t1前=3mm,t1后=4mm。因此輕量化前板采用3mm高強(qiáng)板,與普通焊接式相比,瓦楞式壓型結(jié)構(gòu)橫向的壓筋替代了橫梁,相當(dāng)于橫梁加強(qiáng)的作用,減少了橫梁的數(shù)量,質(zhì)量減輕80kg;后板采用4mm高強(qiáng)板,縱向壓筋替代豎梁,質(zhì)量減輕58kg;同時(shí)減少了加強(qiáng)橫梁或豎梁的焊接工時(shí),從而達(dá)到了在不降低強(qiáng)度的前提下減輕質(zhì)量降低成本的效果。(1)普通邊板采用4mmQ235鋼板+上下橫梁+豎梁,根據(jù)等代壁厚計(jì)算公式:在保證安全系數(shù)的前提下,圓整后t1邊=3mm。因此輕量化邊板采用3mm高強(qiáng)度折彎鋼板,其6道瓦楞式壓筋結(jié)構(gòu)使縱向上的強(qiáng)度得到了較大加強(qiáng),替代了下橫梁及加強(qiáng)豎梁,共減輕質(zhì)量290kg,同時(shí)減少了加強(qiáng)豎梁的焊接工時(shí)。(2)普通底板采用8mm普通鋼板+縱梁+橫梁結(jié)構(gòu),根據(jù)等代壁厚計(jì)算公式:在滿足安全系數(shù)的前提下,圓整后t1底=5mm,因此輕量化底板采用5mm高強(qiáng)板+6道壓筋,使其在縱向上的強(qiáng)度得到了相應(yīng)的加強(qiáng),替代了普通自卸車底板縱梁及橫梁,減輕質(zhì)量1077kg,同時(shí)減少了大量焊接工時(shí)。4鋼板和ct0模型副車架主要用于提高主車架的剛度以及滿足車箱連接支承和空間布置的需要,為框架式焊接結(jié)構(gòu)。普通副車架縱梁采用8mm16MnL鋼板,則(σs)0=340MPa,t0副車架=8mm,用AG800鋼板代替時(shí)前板的壁厚mm,普通副車架縱梁采用承載面為兩縱梁上平面(橫向160mm),輕量化副車架承載面為Z型梁上平面(橫向400mm),是原來的2.5倍,與上面的壓筋底板相配合,穩(wěn)定性更強(qiáng),綜合兩方面因數(shù)t1副車架=5mm,質(zhì)量減輕70kg左右。5原油系統(tǒng)5.1氣動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自卸車的液壓系統(tǒng)由3部分組成:操縱部分、動(dòng)力部分和執(zhí)行部分,可以完成自卸車車箱舉升、中停和下降等功能要求。主要由舉升缸、液壓泵、氣控操縱閥、氣控分配閥、限位閥等組成。其液壓原理為:液壓動(dòng)力源取自卸車底盤自帶取力器處,通過取力器將自卸車底盤動(dòng)力引出,帶動(dòng)齒輪泵轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生高壓油,通過駕駛室內(nèi)氣控閥控制多功能分配閥來控制高壓油,將車箱舉起。車箱的降落是依靠自質(zhì)量緩緩降落。氣力控制系統(tǒng)主要是通過氣管路將主氣源中的氣體引到駕駛室內(nèi)氣源操縱閥上,通過該閥來控制多功能分配閥使取力器取力或脫開。以此來控制車箱的舉升與降落,以及通過限位閥的泄漏氣來控制車箱的傾斜角度。5.2泵架和泵架傳統(tǒng)動(dòng)力部分包括取力器、油泵、連接兩者的傳動(dòng)軸以及固定油泵的泵架等;新結(jié)構(gòu)采用直連泵,在拆除取力器法蘭盤以后直接與油泵相連,取消了傳動(dòng)軸以及泵架部分,減輕材料質(zhì)量25kg左右,且兩種泵價(jià)格相差不大,既節(jié)省了安裝工時(shí),又降低了成本。6車輛的自質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)通過采用新材料、優(yōu)化車箱結(jié)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)等措施,可將上裝質(zhì)量控制在3.9t左右。在保證箱體強(qiáng)度的前提下,板材厚度降低約20%,車箱自質(zhì)量減輕1.5t左右,有效提高了載質(zhì)量利用系數(shù)。兩種板材的價(jià)格相差約1元/kg,選用新材料增加的成本在自質(zhì)量降低后低于原成本。同時(shí)在車輛總質(zhì)量不變的前提下,單趟運(yùn)力約增加1t/次,車輛貨箱自質(zhì)量減輕能大幅降低燃油消耗成本,比普通自卸車輕1.5～2t,每年能給用戶節(jié)油1.5～2萬元。該車的最大優(yōu)越性是整車整備質(zhì)量低,提高了自卸車的運(yùn)輸效率,在空載形式狀態(tài)下,降低了燃油消耗,使整車的綜合效益得到大幅提高,廣泛適用于煤炭、糧食等散裝貨物的運(yùn)輸。經(jīng)久耐用的輕型自卸車車身通常是在高磨損的環(huán)境下工作的,由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鋼制成的車身,板材厚重,導(dǎo)致車體沉重,而高強(qiáng)度輕