自卸车轻量化的发展与展望

自卸车轻量化的发展与展望

目前，中国的轻量化水平与国外相比有很大差距。然而，根据市场趋势，轻量化往往是在中国普及的主要形式。因为随着国家城镇化建设、加大基础设施投入的政策,国家治理超限、超载工作力度及计重收费的进一步深入,公路自卸车也成为计重收费的重点对象,此时此刻应顺应历史潮流,适时进行产业升级转型。在物流运输企业越来越追求运输效益的今天,轻量化运输车辆的优势已被广泛认可,自卸车未来将向着轻量化、标准化、安全化、环保化等方向发展。前顶系列自卸车上装主要由车箱、副车架、液压举升系统、备胎架等构成,通过各总成间的相互作用实现自卸功能(见图1)。自卸车轻量化是在保证车辆强度和安全性能的前提下,尽可能地降低其自质量,从而提高整车的动力性,减少燃料消耗,降低污染。该设计方案采用成熟的轻量化自卸车底盘,上装采用新材料和新结构来实现轻量化。下面就如何实现上装的轻量化提出具体方案。1钢板的材质结构高强度钢板AG800主要是通过冷成型的方式来发挥材料的潜能,具有很高的综合机械性能,其屈服强度((σs)1=680MPa,抗拉强度(σb)1在800MPa左右,为普通钢板的2倍以上。高性能的材质保证箱体具有更高的有效负载能力和抗扭性、抗冲击性和抗疲劳性。与普通高强板材质对比见下表:通过表1中各种材质化学成份及力学性能指标的对照,可以看出AG800不仅力学性能指标比其他材质要优越,并且碳、硅、硫、磷含量都比其他材质要低,属于低碳低硅系列高强度汽车专用钢,具有易焊接(焊丝比母材强度低一个级别),高强度,超韧性及耐疲劳性等特点,是车辆轻量化之路所需的高强度汽车专用钢。2原结构的影响根据相关文献替换原则进行高强度板等代计算,要求在承载能力不变的前提下,强度不低于原结构。高强度板替换普通钢板时壁厚计算公式为:,式中t0为普通钢板构件的壁厚,t1为高强度钢板构件的壁厚,(σs)0为普通钢板的屈服应力,(σs)1为高强度钢板的屈服应力。3车库车箱为后开式矩形车箱,后板自动开闭,用于装载和倾卸货物,主要由前板、左右边板、底板、后板以及锁紧机构等总成组成。3.1轻量化边板与高强板的结合体结构普通前板采用4mmQ235钢板+竖梁+横梁,普通后板采用6mmQ235普通钢板+竖梁,则(σs)0=235MPa,t0前=4mm,(σs)1=680MPa,用AG800钢板代替时前板的壁厚t1前为:在满足安全系数的前提下,圆整后t1前=3mm,t1后=4mm。因此轻量化前板采用3mm高强板,与普通焊接式相比,瓦楞式压型结构横向的压筋替代了横梁,相当于横梁加强的作用,减少了横梁的数量,质量减轻80kg;后板采用4mm高强板,纵向压筋替代竖梁,质量减轻58kg;同时减少了加强横梁或竖梁的焊接工时,从而达到了在不降低强度的前提下减轻质量降低成本的效果。(1)普通边板采用4mmQ235钢板+上下横梁+竖梁,根据等代壁厚计算公式:在保证安全系数的前提下,圆整后t1边=3mm。因此轻量化边板采用3mm高强度折弯钢板,其6道瓦楞式压筋结构使纵向上的强度得到了较大加强,替代了下横梁及加强竖梁,共减轻质量290kg,同时减少了加强竖梁的焊接工时。(2)普通底板采用8mm普通钢板+纵梁+横梁结构,根据等代壁厚计算公式:在满足安全系数的前提下,圆整后t1底=5mm,因此轻量化底板采用5mm高强板+6道压筋,使其在纵向上的强度得到了相应的加强,替代了普通自卸车底板纵梁及横梁,减轻质量1077kg,同时减少了大量焊接工时。4钢板和ct0模型副车架主要用于提高主车架的刚度以及满足车箱连接支承和空间布置的需要,为框架式焊接结构。普通副车架纵梁采用8mm16MnL钢板,则(σs)0=340MPa,t0副车架=8mm,用AG800钢板代替时前板的壁厚mm,普通副车架纵梁采用承载面为两纵梁上平面(横向160mm),轻量化副车架承载面为Z型梁上平面(横向400mm),是原来的2.5倍,与上面的压筋底板相配合,稳定性更强,综合两方面因数t1副车架=5mm,质量减轻70kg左右。5原油系统5.1气动控制系统的组成自卸车的液压系统由3部分组成:操纵部分、动力部分和执行部分,可以完成自卸车车箱举升、中停和下降等功能要求。主要由举升缸、液压泵、气控操纵阀、气控分配阀、限位阀等组成。其液压原理为:液压动力源取自卸车底盘自带取力器处,通过取力器将自卸车底盘动力引出,带动齿轮泵转动,产生高压油,通过驾驶室内气控阀控制多功能分配阀来控制高压油,将车箱举起。车箱的降落是依靠自质量缓缓降落。气力控制系统主要是通过气管路将主气源中的气体引到驾驶室内气源操纵阀上,通过该阀来控制多功能分配阀使取力器取力或脱开。以此来控制车箱的举升与降落,以及通过限位阀的泄漏气来控制车箱的倾斜角度。5.2泵架和泵架传统动力部分包括取力器、油泵、连接两者的传动轴以及固定油泵的泵架等;新结构采用直连泵,在拆除取力器法兰盘以后直接与油泵相连,取消了传动轴以及泵架部分,减轻材料质量25kg左右,且两种泵价格相差不大,既节省了安装工时,又降低了成本。6车辆的自质量优势通过采用新材料、优化车箱结构以及液压系统等措施,可将上装质量控制在3.9t左右。在保证箱体强度的前提下,板材厚度降低约20%,车箱自质量减轻1.5t左右,有效提高了载质量利用系数。两种板材的价格相差约1元/kg,选用新材料增加的成本在自质量降低后低于原成本。同时在车辆总质量不变的前提下,单趟运力约增加1t/次,车辆货箱自质量减轻能大幅降低燃油消耗成本,比普通自卸车轻1.5～2t,每年能给用户节油1.5～2万元。该车的最大优越性是整车整备质量低,提高了自卸车的运输效率,在空载形式状态下,降低了燃油消耗,使整车的综合效益得到大幅提高,广泛适用于煤炭、粮食等散装货物的运输。经久耐用的轻型自卸车车身通常是在高磨损的环境下工作的,由传统的结构钢制成的车身,板材厚重,导致车体沉重,而高强度轻