论文部分内容阅读
摘要 降低汽车自身质量是节约资源、减少用户使用成本和降低环境污染的有效途径。实施轻量化技术是降低汽车质量最有效举措之一。本文在了解国内外半挂车轻量化现状和趋势的基础上，介绍了一款东风仓栅半挂车轻量化技术方案和实施效果，具有较好经济和社会效益。
关键词 汽车 轻量化技术 应用
一、概述
1、汽车轻量化的作用
汽车产业是国民经济的支柱产业，带动着交通、化工、能源、电子、钢铁和机械等多个关联产业的同步发展，事关国家的经济安全；同时，汽车产业也面临着石油资源短缺和生态环境严重破坏的巨大压力和挑战。安全、节能和环保已成为未来汽车技术发展的方向和目标，为此，如何研发生产出消耗资源少、性能稳定、用户使用成本低的汽车，汽车轻量化工作显得十分重要。这不仅是建设环境良好型和资源节约型社会的政治需要，也是满足国家法规要求，减轻汽车质
量、节约能源、降低油耗、减轻污染、降低成本、提高企业自主创新能力的迫切要求，具有重大的理论和现实意义。
2、 国内外汽车轻量化技术现状。
汽车轻量化已经成为国际国内汽车材料发展的主要方向。主要表现在金属材料在汽车中的使用比重在逐步下降，非金属材料（轻质材料）的使用比例在逐步上升，在已下降的金属材料中高强钢比重在逐步上升，普通钢比重在逐步下降；而轻量化的主要途径是在确保性能的基础上，材料向轻质化方向发展，主要包括以高强度钢替代普钢、扩大镁合金、铝合金、钛合金材料、塑料和复合材料等在汽车的使用比重。欧、美、日等汽车发达国家早在三十年前便研发推广这些轻量化技术，我国由于受政策、法规、观念技术和消费观念限制，轻量化工作近几年才得到突破。
二、一款东风仓栅式半挂车实施轻量化技术的方案。
随着高速公路和物流运输业的快速发展，半挂车得到了长足的发展。本文以一款东风仓栅式半挂车为例简要介绍一下东风公司以高强度钢替代普钢的轻量化工作初步探索。
1、东风仓栅式半挂车的构成。
东风仓栅式半挂车由行走机构、车架、厢体和附件等四部分构成。其中行走机构主要功能是满足装载总质量及轴荷需要；车架部分主要满足刚度和强度要求；外廓尺寸、厢体、总质量及轴荷主要满足GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》要求。
2、各部件结构特点：
（1） 行走机构
行走机构既是承载运输部件，承载压力，又要保持平稳运输，由车轮、车轴、悬挂系统、支承装置、电气和制动系统组成。
（2）车轮：为并装轮胎结构，可以满足l3t以上的轴荷，轮胎选用11R22.5无内胎轮胎，自重与内胎轮胎轻l3kg左右，轮辋选用高强度22.5X9.00铝合金无内胎轮胎用轮辋。
（3）车轴：采用富华内置式制动鼓13t级车轴，制动鼓的尺寸直径和宽度分别为420mm和220mm。
（4） 悬挂系统：为串联式平衡悬挂，弹性元件为抛物线型渐变刚度弹簧钢板，减震且使车辆平顺运行，传力元件为推力杆，自身带有限位装置来限定悬挂平衡架的摆角，钢板弹簧支架滑板为固定式。
（5）支承装置：支承装置为手摇联动式，可起支承车体，调节车体前部高度使牵引车和半挂车分离与连结。
（6）电气系统：符合GB4785《汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定》。由电连接器、前、后位灯、示廓灯、侧标志灯、后转向信号灯、制动灯、倒车灯、后雾灯和后牌照灯等组成；
（7）制动系统：满足GB/T13881《牵引车与挂车之间气制动管连接器》和GB7258《机动车辆运行安全技术条件》规定，由ABS防抱死系统、驻车制动开关、紧急继动阀、制动接头、双膜片制动气室、单膜片制动气室、自动放水阀、储气筒、前制动气室及制动管路等，具有行车制动、驻车制动和应急制动等功能。
2、车架：由纵梁、横梁、贯通梁、车架边框、地板和牵引销等组成。纵梁采用“工”字型变截面梁，上翼板
采用8MM厚优质高强钢板替代12MM普通钢板，降低自重约116.26KG；下翼板采用10MM厚优质高强钢板替代14MM普通钢板，降低自重约117.63KG；贯通梁（穿梁16件）采用3MM高强钢W型穿梁替代直穿梁加小方管，减重241.65KG，省去地板支承垫梁用钢；三节梁（前部）用3MM高强钢替代直梁，减重32.12KG；横梁为槽型，采用3MM厚优质高强钢板替代4.5MM普通钢板，中横梁冲孔；边框为采用3MM优质高强钢板辊压成槽型，替代14#槽钢和4.5MM折弯件，减重约294.39KG；腹板用4.8MM高强钢替代腹板6MM，减重112.45KG；地板用2MM高强钢花纹防滑板替代3MM花纹地板，牵引销符合GB/T4606《道路车辆 半挂车鞍座50号牵引销主要尺寸和安装互换性尺寸》。
3、厢体：厢体由前板、侧板、后板和立柱等组成，前板采用加强结构，侧板和后板采用0.8至1.6MM冷轧钢板辊压成瓦楞板；立柱用3MM高强钢折弯件替代4.5MM普通钢立柱，减重25KG；仓栅用3MM高强钢折弯件替代4.5MM立柱，减重92.23KG。
4、附件：由侧防护装置、后下防护装置、挡泥板、备轮及工具箱等组成。防护装置符合GB11567.1《汽车和挂车侧面防护装置要求》；后下防护装置符合GB11567 2《汽车和挂车后下部防护装置要求》；侧防护装置和后防护装置为
以1.4mm厚高强钢板罗拉成型替代3mm槽钢，减重25.34KG；挡泥板采用1.8MM薄钢板压筋结构；备轮架为链条机械升降结构；工具箱用塑料箱替代钢钢制工具箱，仅为10KG，减重105.13KG。
三、东风仓栅式半挂车实施轻量化工作的效果
1、大幅度节约原材料，降低生产成本。采用FEA系统（有限元）分析和优化设计，在保证车辆性能的的基础上，减掉了车体多余冗重，仅挂车部分每辆车累计高达1519.74KG，若以现有钢材市场价格5元/KG计算，仅此一项，每辆车可直接降低成本7598.7元，若每年以5000辆产量计算，一年可节约资金约3799万元（见表1-1）。
2、降低运输单位和用户使用成本。若车辆总质量不变，整备质量每降低lkg，货运就多lkg，就能增加运输效益，而整备质量的增加不创效，反而增加费用。据国际权威机构测算，每千克货物万公里的燃油消耗率约0.16L，每辆半挂车日行驶按450km计算，每年按300天计算，全年则为135000km，那么每减少lkg整备质量每年所带来的直接经济效益是15.12元（油价按7元/L计算），每多运输lkg的货物每年所带来的直接经济效益是121.5元（货物运价为每百公里每吨在90至110元人民币，按90元计算），本款东风仓栅式半挂车通过优化组合后，整备质量要比用普钢轻1519.74kg，如果运行300天，则可为用户多带来约18.46万元的经济效益。
3、减少污染和排放。车辆减轻自重，降低了燃油消耗，同时也减少了向大气排放CO2和有害气体及颗粒。
4、推动技术进步，提高企业创新能力。此车型的推广不仅使企业紧跟国内外汽车轻量化技术发展步伐，满足了燃油法规要求，节约了资源，同时增强了企业和用户积极性，具有较好的社会效益。
四、结论
经实际生产及跟踪检测验证，东风仓栅式半挂车轻量化设计，性能可靠，结构合理，不仅能增加企业效益，降低用户使用成本，还可减少环境污染，提高运输效率，是物流运输业理想的交通工具之一。
关键词 汽车 轻量化技术 应用
一、概述
1、汽车轻量化的作用
汽车产业是国民经济的支柱产业，带动着交通、化工、能源、电子、钢铁和机械等多个关联产业的同步发展，事关国家的经济安全；同时，汽车产业也面临着石油资源短缺和生态环境严重破坏的巨大压力和挑战。安全、节能和环保已成为未来汽车技术发展的方向和目标，为此，如何研发生产出消耗资源少、性能稳定、用户使用成本低的汽车，汽车轻量化工作显得十分重要。这不仅是建设环境良好型和资源节约型社会的政治需要，也是满足国家法规要求，减轻汽车质
量、节约能源、降低油耗、减轻污染、降低成本、提高企业自主创新能力的迫切要求，具有重大的理论和现实意义。
2、 国内外汽车轻量化技术现状。
汽车轻量化已经成为国际国内汽车材料发展的主要方向。主要表现在金属材料在汽车中的使用比重在逐步下降，非金属材料（轻质材料）的使用比例在逐步上升，在已下降的金属材料中高强钢比重在逐步上升，普通钢比重在逐步下降；而轻量化的主要途径是在确保性能的基础上，材料向轻质化方向发展，主要包括以高强度钢替代普钢、扩大镁合金、铝合金、钛合金材料、塑料和复合材料等在汽车的使用比重。欧、美、日等汽车发达国家早在三十年前便研发推广这些轻量化技术，我国由于受政策、法规、观念技术和消费观念限制，轻量化工作近几年才得到突破。
二、一款东风仓栅式半挂车实施轻量化技术的方案。
随着高速公路和物流运输业的快速发展，半挂车得到了长足的发展。本文以一款东风仓栅式半挂车为例简要介绍一下东风公司以高强度钢替代普钢的轻量化工作初步探索。
1、东风仓栅式半挂车的构成。
东风仓栅式半挂车由行走机构、车架、厢体和附件等四部分构成。其中行走机构主要功能是满足装载总质量及轴荷需要；车架部分主要满足刚度和强度要求；外廓尺寸、厢体、总质量及轴荷主要满足GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》要求。
2、各部件结构特点：
（1） 行走机构
行走机构既是承载运输部件，承载压力，又要保持平稳运输，由车轮、车轴、悬挂系统、支承装置、电气和制动系统组成。
（2）车轮：为并装轮胎结构，可以满足l3t以上的轴荷，轮胎选用11R22.5无内胎轮胎，自重与内胎轮胎轻l3kg左右，轮辋选用高强度22.5X9.00铝合金无内胎轮胎用轮辋。
（3）车轴：采用富华内置式制动鼓13t级车轴，制动鼓的尺寸直径和宽度分别为420mm和220mm。
（4） 悬挂系统：为串联式平衡悬挂，弹性元件为抛物线型渐变刚度弹簧钢板，减震且使车辆平顺运行，传力元件为推力杆，自身带有限位装置来限定悬挂平衡架的摆角，钢板弹簧支架滑板为固定式。
（5）支承装置：支承装置为手摇联动式，可起支承车体，调节车体前部高度使牵引车和半挂车分离与连结。
（6）电气系统：符合GB4785《汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定》。由电连接器、前、后位灯、示廓灯、侧标志灯、后转向信号灯、制动灯、倒车灯、后雾灯和后牌照灯等组成；
（7）制动系统：满足GB/T13881《牵引车与挂车之间气制动管连接器》和GB7258《机动车辆运行安全技术条件》规定，由ABS防抱死系统、驻车制动开关、紧急继动阀、制动接头、双膜片制动气室、单膜片制动气室、自动放水阀、储气筒、前制动气室及制动管路等，具有行车制动、驻车制动和应急制动等功能。
2、车架：由纵梁、横梁、贯通梁、车架边框、地板和牵引销等组成。纵梁采用“工”字型变截面梁，上翼板
采用8MM厚优质高强钢板替代12MM普通钢板，降低自重约116.26KG；下翼板采用10MM厚优质高强钢板替代14MM普通钢板，降低自重约117.63KG；贯通梁（穿梁16件）采用3MM高强钢W型穿梁替代直穿梁加小方管，减重241.65KG，省去地板支承垫梁用钢；三节梁（前部）用3MM高强钢替代直梁，减重32.12KG；横梁为槽型，采用3MM厚优质高强钢板替代4.5MM普通钢板，中横梁冲孔；边框为采用3MM优质高强钢板辊压成槽型，替代14#槽钢和4.5MM折弯件，减重约294.39KG；腹板用4.8MM高强钢替代腹板6MM，减重112.45KG；地板用2MM高强钢花纹防滑板替代3MM花纹地板，牵引销符合GB/T4606《道路车辆 半挂车鞍座50号牵引销主要尺寸和安装互换性尺寸》。
3、厢体：厢体由前板、侧板、后板和立柱等组成，前板采用加强结构，侧板和后板采用0.8至1.6MM冷轧钢板辊压成瓦楞板；立柱用3MM高强钢折弯件替代4.5MM普通钢立柱，减重25KG；仓栅用3MM高强钢折弯件替代4.5MM立柱，减重92.23KG。
4、附件：由侧防护装置、后下防护装置、挡泥板、备轮及工具箱等组成。防护装置符合GB11567.1《汽车和挂车侧面防护装置要求》；后下防护装置符合GB11567 2《汽车和挂车后下部防护装置要求》；侧防护装置和后防护装置为
以1.4mm厚高强钢板罗拉成型替代3mm槽钢，减重25.34KG；挡泥板采用1.8MM薄钢板压筋结构；备轮架为链条机械升降结构；工具箱用塑料箱替代钢钢制工具箱，仅为10KG，减重105.13KG。
三、东风仓栅式半挂车实施轻量化工作的效果
1、大幅度节约原材料，降低生产成本。采用FEA系统（有限元）分析和优化设计，在保证车辆性能的的基础上，减掉了车体多余冗重，仅挂车部分每辆车累计高达1519.74KG，若以现有钢材市场价格5元/KG计算，仅此一项，每辆车可直接降低成本7598.7元，若每年以5000辆产量计算，一年可节约资金约3799万元（见表1-1）。
2、降低运输单位和用户使用成本。若车辆总质量不变，整备质量每降低lkg，货运就多lkg，就能增加运输效益，而整备质量的增加不创效，反而增加费用。据国际权威机构测算，每千克货物万公里的燃油消耗率约0.16L，每辆半挂车日行驶按450km计算，每年按300天计算，全年则为135000km，那么每减少lkg整备质量每年所带来的直接经济效益是15.12元（油价按7元/L计算），每多运输lkg的货物每年所带来的直接经济效益是121.5元（货物运价为每百公里每吨在90至110元人民币，按90元计算），本款东风仓栅式半挂车通过优化组合后，整备质量要比用普钢轻1519.74kg，如果运行300天，则可为用户多带来约18.46万元的经济效益。
3、减少污染和排放。车辆减轻自重，降低了燃油消耗，同时也减少了向大气排放CO2和有害气体及颗粒。
4、推动技术进步，提高企业创新能力。此车型的推广不仅使企业紧跟国内外汽车轻量化技术发展步伐，满足了燃油法规要求，节约了资源，同时增强了企业和用户积极性，具有较好的社会效益。
四、结论
经实际生产及跟踪检测验证，东风仓栅式半挂车轻量化设计，性能可靠，结构合理，不仅能增加企业效益，降低用户使用成本，还可减少环境污染，提高运输效率，是物流运输业理想的交通工具之一。