整車回收利用率影響因素研究

龍?zhí)K華,魏長慶,孫懷珍

(奇瑞汽車股份有限公司材料工程部，安徽蕪湖 241006)

整車回收利用率影響因素研究

龍?zhí)K華,魏長慶,孫懷珍

(奇瑞汽車股份有限公司材料工程部，安徽蕪湖 241006)

隨著我國汽車保有量的不斷增加，報廢汽車數(shù)量也在逐年攀升，隨之而來的報廢汽車處置問題愈顯突出，因此汽車行業(yè)必須積極開展報廢汽車的回收利用工作并致力于提高汽車產(chǎn)品回收利用率的研究。通過將整車劃分為不同的系統(tǒng)并對各系統(tǒng)的回收利用率及零部件進行對比研究，找出了影響整車回收利用率的關(guān)鍵零部件及主要影響因素。

可再利用率；可回收利用率；可回收性設計；可拆解性設計；關(guān)鍵零部件；影響因素

0 引言

根據(jù)中研網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，2013年我國的汽車保有量已突破1.37億輛。按照2013年最新《機動車強制報廢標準規(guī)定》，載客和載貨汽車的使用年限一般為10～15年，那么2000年前后開始使用的汽車已經(jīng)進入報廢期，據(jù)此推算2013年我國的汽車報廢量為200萬輛左右，未來10年將以年均20%的速度增長。隨著報廢汽車數(shù)量的不斷增加，以往不被人們關(guān)注的報廢汽車的處置問題愈顯突出，已是世界汽車行業(yè)面臨和亟待解決的問題。因此積極開展汽車產(chǎn)品的回收利用工作并致力于提高汽車產(chǎn)品回收利用率的研究勢在必行，也是提高汽車制造業(yè)資源利用效率、降低環(huán)境負荷、建立循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的重要途徑。

1 國內(nèi)外回收利用要求

歐盟為保護環(huán)境、提高資源利用率，于2000年率先通過法律途徑頒布了報廢汽車指令ELV，該指令對汽車產(chǎn)品中的重金屬含量做了嚴格要求，同時提出2015年報廢汽車可回收利用率不低于95%，其中可再利用率不低于85%[1]；韓國在2007年頒布了“韓國ELV”，要求自2015年1月1日之后，每輛車的實際回收利用率應達到95%以上，其中允許能量回收的部分為10%[2]；俄羅斯在2014年執(zhí)行的回收利用標準要求為可回收利用率不低于85%，其中可再使用率不低于80%[3]；日本于2005年實施《汽車回收利用法》，要求2015年將可回收利用率與可再使用率分別提高到95%與80%[4]；美國在2001年制訂《未來報廢汽車回收利用指南》，明確了報廢汽車回收利用率要在2020年達到95%[5]。

中國在2006年2月由國家三部委聯(lián)合出臺了《汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策》，政策要求在汽車材料中限制使用鉛、鎘、汞、六價鉻等重金屬，并要求分階段實現(xiàn)報廢汽車可再利用率與可回收利用率的目標值，到2017年，可回收利用率不低于95%，其中可再利用率不低于85%[6]。另外，為更好地保護環(huán)境、提高資源利用率，加強汽車產(chǎn)品有害物質(zhì)及回收利用管理，我國即將頒布實施《汽車產(chǎn)品限制使用有害物質(zhì)和可回收利用管理辦法》及其相關(guān)實施細則，其中也提到2017年，可回收利用率不低于95%，其中可再利用率不低于85%。

2 回收利用計算方法

國內(nèi)通用計算方法為GB/T 19515-2004《道路車輛可再利用性和可回收利用性 計算方法》[7]，國際通用方法為ISO22628:2002《Road vehicles-Recelability and recoverability-Calculation method》[8]。

2.1 計算準則

選擇最差車型做為研究對象，通過CAMDS系統(tǒng)，自上而下，基于汽車全產(chǎn)業(yè)鏈收集材料數(shù)據(jù)表(MDS)，再通過公司內(nèi)部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行計算。

整車的可再利用率和可回收利用率通過表1中的5個階段計算得出，可以在每個階段同時考慮零部件和/或材料的可再利用率和可回收利用率。按照GB/T 19515-2004，應按順序依次確定mP、mD、mM、mTe、mTr的質(zhì)量。其中，為如實計算車輛可再利用率結(jié)果，在確定mTe、mTr時首先對非金屬殘余物處理階段的材料進行可再利用性判定，若可再利用則歸入mTr；若不可再利用，但可回收利用，則歸入mTe。材料的可回收利用性判定見表2。

表1 整車回收利用率計算階段劃分

表2 材料分類及可回收性評定原則

2.2 回收利用計算方法

依據(jù)GB/T 19515-2004，報廢汽車質(zhì)量mV包括三部分，即可再使用或可再利用部分(mP、mD、mM、mTr)、可進行能量回收的部分mTe以及不明殘余物，可再使用率及可回收利用率(以下簡稱兩率)計算公式如下：

3 影響整車兩率的因素研究

為找出影響整車兩率值的關(guān)鍵因素，文中將整車分解為電器、內(nèi)外飾、車身、底盤、變速箱、發(fā)動機6個系統(tǒng)并按照上述方法分別計算各系統(tǒng)的兩率，將計算結(jié)果與標準要求做比較，把兩率低于標準要求的系統(tǒng)視為影響整車兩率的高風險系統(tǒng)，再對此系統(tǒng)進行分析，找出影響系統(tǒng)兩率值的高風險零部件或者主要影響因素，以便在后期的新車型設計開發(fā)過程中規(guī)避這些因素或者對關(guān)鍵零部件/材料進行設計優(yōu)化。

在計算兩率時，質(zhì)量標注原則：mP主要包括電池、所有油液(燃油、發(fā)動機油、變速箱油、助力轉(zhuǎn)向液、冷卻液、制動液、空調(diào)制冷劑、風窗玻璃清洗液等)、輪胎、機油濾清器、催化轉(zhuǎn)化器；mD主要是易于拆解零部件且其組成材料具有已被驗證的回收利用技術(shù)；mP、mD階段沒有考慮到的所有金屬材料都是mM；在mP、mD、mM確定后剩余的非金屬殘余物中，材料具有已驗證的回收利用技術(shù)且質(zhì)量大于100 g的塑料件或者質(zhì)量大于200 g的橡膠件，根據(jù)相關(guān)標準要求，這類件都做了明確的材料標識，便于材料分類及回收，且易于拆分，標注為mTr；另外在這些殘余物中還有一部分質(zhì)量比較小或不易分離但可以進行能量回收的標注為mTe；mP、mD、mM、mTe、mTr確定后，剩余的其他材料列為不可回收部分，主要是油漆、膠類(如密封膠、點焊膠、折邊膠、隔震膠等)、陶瓷、瀝青板、剎車片及除PCB線路板外的電子元器件。根據(jù)上述計算方法，某車型各系統(tǒng)級整車兩率計算結(jié)果對比見圖1。

從圖1可以看到：某整車的可再利用率及可回收利用率均滿足要求，分別是88.5%、95.1%，均高于標準要求的85%、95%。但是為了更好地優(yōu)化各系統(tǒng)零部件設計及材料選擇，進而提高整車的回收利用率、實現(xiàn)資源的循環(huán)再利用，文中對每個系統(tǒng)的兩率進行分解研究：從圖1可知：車身、發(fā)動機、變速箱及底盤的兩率都高于標準要求值，而電器及內(nèi)外飾的兩率值都遠低于標準要求，兩率值分別是60.96%和75.63%、63.49%和89.9%。

在計算過程中，發(fā)現(xiàn)電器系統(tǒng)中不易回收的零部件/材料主要是一些電子元件如紐扣電池、二極管、一些很小的PCB線路板、電機、燈泡及一些不明材料等，這些件不易回收的主要原因是零部件太小，不易拆分，且這些電子元件里面還有過量的鉛，對回收處理都是有影響的。另外，通過對電器系統(tǒng)零部件的拆分可知，零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，各單一零部件非常小且多以焊接或者粘結(jié)方式連接；在用材方面，材料使用種類較多且大部分零部件沒有材料標識，這些因素都不利于兩率的提高。內(nèi)外飾系統(tǒng)中不可回收的主要是瀝青板、吸音墊(含玻璃纖維且不可分離)及一些電子黑匣子件，這些都直接影響到兩率值。另外，通過拆解內(nèi)外飾件發(fā)現(xiàn)：外飾件比較容易拆解且材料都易于回收，而一些內(nèi)飾件結(jié)構(gòu)比較復雜且用材種類較多，內(nèi)部連接以焊接和粘結(jié)為主，不易拆分，直接影響到可再使用率的高低。針對電器及內(nèi)外飾系統(tǒng)零部件的這些特點，可以通過優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)及連接方式的途徑來提高兩率值。比如：在設計過程中采用模塊化設計，把一些比較小的、功能相似的零部件集成，設計成結(jié)構(gòu)相對簡單、易于拆分的模塊，盡量減少零部件直接的連接，例如前端模塊設計已經(jīng)成功運用在我司的某款車上；在材料的選擇上，在滿足性能要求的前提下盡量選擇環(huán)保工藝與材料，例如電器件上的無鉛化焊接工藝在某公司的車型中已經(jīng)體現(xiàn)，含汞的燈具及儀表板顯示熒光管目前均被替代，如儀表板顯示熒光管已被液晶顯示屏取代，含汞的燈具已被鹵素或者氙氣燈取代等。這些材料與工藝的改善對提高兩率值有很大的貢獻，與該款類似的車經(jīng)過改善后兩率值都有很大的提高。

車身系統(tǒng)主要是金屬件，占整個車身系統(tǒng)總質(zhì)量的95%以上，塑料及橡膠件較少且質(zhì)量小，在計算時多以mTe的形式標注，不易于回收的零部件/材料主要是油漆、膠類(點焊膠、密封膠、隔震膠、折邊膠等)、隔音膠塊(在空腔內(nèi)，無法分離)，這類材料占的比重較少， 所以車身系統(tǒng)的兩率值比較高。底盤系統(tǒng)、變速箱及發(fā)動機也是以金屬為主，占整個系統(tǒng)質(zhì)量的90%左右，非金屬材料主要是橡膠材料及少量的塑料，這部分材料質(zhì)量都不大，在計算時多以mTe的形式標注，不易回收的部分主要是剎車片、一些電子黑匣子及其他少量不明材料，這部分比重也很少，所以這幾個系統(tǒng)的兩率值也較高，都在90%以上。但是這部分的有害物質(zhì)超標風險較高，主要是防蝕涂層中的六價鉻，所以在后期設計開發(fā)過程中應考慮選擇免噴涂材料或者選擇環(huán)保材料及環(huán)保工藝，目前該公司已經(jīng)開始切

換六價鉻等非環(huán)保工藝的使用。但是從輕量化的角度考慮，金屬材料使用太多不易于輕量化，所以后期設計過程中，在保證性能及兩率值的前提下，盡量選擇輕量化材料。

4 總結(jié)

通過上述分析，電器系統(tǒng)與內(nèi)外飾系統(tǒng)零部件為影響整車兩率的高風險零部件，而零部件用材與零部件之間的連接方式為主要影響因素，所以為有效提高整車兩率值，在后期的開發(fā)設計過程中應主要從這兩方面考慮。

可回收性設計主要考慮零部件用材，應從以下幾點著手：

(1)選擇環(huán)保材料，避免選用可能危害環(huán)境及人類健康的材料；

(2)選擇可回收性好的材料，減少PVC及不易降解材料的使用；

(3)最小化使用涂鍍層，盡量選擇免噴涂材料；

(4)同一零部件總成尤其是難以拆解的零部件總成中，盡量選擇相同非金屬材料或兼容性好的材料；

(5)積極采用環(huán)保新工藝、新技術(shù)和新材料。

可拆解性設計主要考慮零部件的結(jié)構(gòu)及其之間的連接方式，要點如下：

(1)零部件的模塊化設計。模塊化是實現(xiàn)零部件快速拆解的有效途徑。

(2)拆解工作量的最小化。設計零部件時盡可能采用簡單的結(jié)構(gòu)和外形，組成產(chǎn)品的零件材料種類盡可能少，降低產(chǎn)品維護、拆解回收的技能要求，使產(chǎn)品中的有毒有害材料易于分類和處理。

(3)易操作原則。在設計零部件時，應充分考慮到零部件的拆卸路線、方向、先后順序以及拆卸工具的可達性，避免設計成必須采用特殊工具才可以拆卸的零部件，同時要考慮方便廢液排空。

(4)易分離原則。為便于分離，盡可能多地采用標準緊固件連接，可以在拆解階段選用標準化的拆解設備和工具，利于快速拆解，減少焊接、鉚接、膠粘接等不可拆卸或者不易拆卸的連接形式。

【1】 End-of-Life Vehicle (ELV 2000/53/EC).

【2】 新浪汽車網(wǎng).韓國報廢汽車回收利用法規(guī)實施效果初現(xiàn)[EB/OL].[2013-09-11].http://auto.sina.com.cn/news/2013-09-11/13431221873.shtml.

【3】 百度文庫.俄羅斯汽車認證法規(guī)及市場準入最新情況[EB/OL].http://wenku.baidu.com/link?url=t2T0VjAbXPHk1tEM0o8f8orqAbDT34Xs0mAGDq4fxylFsla1RENJhrWgPmq6P7-DddA8UzLHD7ZlOKj7mETvpjJl1V8bv7tZJZYnSGsbIf_.

【4】 侯華亮.日本報廢汽車回收利用體系及特點分析[J].輕型汽車技術(shù),2006(12):66-67.

【5】 李名林.美國報廢汽車回收利用體系探索[J].汽車工業(yè)研究,2007(2):45-48.

【6】 汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策[S]，2006.

【7】 全國汽車標準化技術(shù)委員會.GB/T 19515-2004 道路車輛可再利用性和可回收利用性 計算方法[S].北京：中國標準出版社，2004.

【8】 ISO 22628:2002 Road vehicles-Recelability and recoverability-Calculation method[S].

Study on the Effective Factors about the Vehicle Recycling

LONG Suhua,WEI Changqing,SUN Huaizhen

(Materials Engineering Department,Chery Automobile Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241006,China)

With the increase of vehicle holdings in China,the number of end-of-life vehicles is also increasing year by year and the disposal of them is becoming more prominent.Therefore auto industry must actively carry out the recycling work of end-of-life vehicle and devote to the research of improving the recoverability rate of automobile products.The key parts and main factors were found out through the contrast researches of the parts and recoverability rate of different systems which the vehicle was divided into.

Recyclability rate; Recoverability rate; Design for recoverability; Design for dismantlability; Key part; Effective factors

2014-11-26

龍?zhí)K華(1978—)，女，工學碩士，工程師，目前主要從事報廢汽車回收利用及環(huán)保法規(guī)研究。E-mail:longsuhua@mychery.com。