輕型載貨汽車貨柜的輕量化材料應(yīng)用

彭美青、徐鼎旻、邱海軍

（江鈴汽車股份有限公司 330200）

0 前言

對于載貨汽車，尤其是廂式貨車，貨柜質(zhì)量約占整車整備質(zhì)量的25%，所以貨柜輕量化設(shè)計在整車輕量化設(shè)計中占有重要地位。本文將以廂式貨車為研究對象，從輕量化材料應(yīng)用為方向，研究輕量化材料及不同輕量化材料組合用于廂式貨車貨柜開發(fā)的可行性以及減重效果[1]。

1 貨柜輕量化材料及其性能介紹

HolyPan板材是一種具有獨到創(chuàng)新性的三明治復(fù)合板材，廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)，包括物流快遞廂體、移動建筑、房車、包裝等領(lǐng)域。該產(chǎn)品采用蜂巢仿生學(xué)原理：芯材為PP蜂窩，面材采用玻璃纖維增強的聚丙烯板加固，在降低板材質(zhì)量的同時又兼顧良好的力學(xué)性能。此板材具有質(zhì)量輕、強度高、防水防潮、耐候性強、食品級應(yīng)用、抗化學(xué)侵蝕性強以及循環(huán)再利用等特點。

鋁屬于輕金屬，密度為2.7 g/cm3，僅為鋼材密度的1/3。其主要特點是：高的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和耐腐蝕性。但是其抗拉強度只有7～13 MPa，因此為提高其強度，加入Cu、Mg 等金屬，形成鋁合金。鋁合金的抗拉強度可接近45#鋼的水平，回收率可達(dá)到90%，利于保護環(huán)境，有效地節(jié)約能源。根據(jù)美國鋁業(yè)學(xué)會的報告稱，汽車上每使用0.45 kg 鋁材就可減輕車重1 kg。從理論上講，鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右[2]。

2 貨柜應(yīng)用輕量化材料的方案研究

2.2 HolyPan貨柜的設(shè)計

以長、寬、高分別為4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的貨柜為對象開展研究，復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成如表1。

輕量化效果：按照上述方案及尺寸制作的復(fù)合板貨柜相對鐵質(zhì)貨柜可減輕240 kg。

表1 復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成

對按照上述材料構(gòu)成制作的貨柜樣箱進(jìn)行如下2項實車搭載驗證。

（1）在試車場完成強化壞路及山路專項耐久[3]。

（2）提供搭載樣箱的整車給物流企業(yè)試用并跟蹤使用情況。

該結(jié)構(gòu)的貨柜通過上述實車驗證已具備量產(chǎn)能力，由于HolyPan貨柜的成本增加較多，所以主要運用于大型物流公司及少量的電動車領(lǐng)域。

2.3 鐵鋁貨柜的設(shè)計

以長、寬、高分別為4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的貨柜為對象開展研究，復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成如表2。

輕量化效果：按照上述方案及尺寸制作的鐵鋁貨柜相對鐵貨柜可減輕204 kg。

分析與驗證：重點對底板總成構(gòu)件的承載能力進(jìn)行CAE仿真分析，包含貨柜副車架大梁、底板、底板骨架及大梁與橫梁的連接件，分析的結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，鐵鋁貨柜的承載性相比傳統(tǒng)貨柜有所減弱，因此仿真分析認(rèn)為鐵鋁貨柜適用于新能源城市物流車。

表2 鐵鋁貨柜的材料構(gòu)成

圖1 鐵鋁貨柜CAE仿真

對按照上述方案及尺寸制作的鐵鋁貨柜，搭載整車進(jìn)行四通道道路模擬耐久試驗，試驗驗證了CAE仿真的結(jié)論。

2.4 全鋁貨柜的設(shè)計

以長、寬、高分別為4 080 mm、2 300 mm和2 200 mm的貨柜為對象開展研究，復(fù)合板貨柜的材料構(gòu)成如表3。

輕量化效果：按照上述方案及尺寸制作的全鋁貨柜相對鐵貨柜可減輕307 kg。

表3 全鋁貨柜的材料構(gòu)成

圖2 全鋁貨柜結(jié)構(gòu)簡圖

全鋁貨柜的特點，與鐵貨柜或鐵鋁貨柜的“面板+梁”結(jié)構(gòu)不同，全鋁貨柜的頂蓋、前板、左右邊板和尾門面板采用鋁方管嵌入式結(jié)構(gòu)，再與加強梁鉚接，保證面板強度（圖2）。

經(jīng)CAE仿真分析及整車耐久測試，全鋁貨柜在鐵鋁貨柜基礎(chǔ)上使貨柜質(zhì)量進(jìn)一步減輕100 kg左右，且沒有降低貨柜的承載性能，產(chǎn)品已經(jīng)投放到高端新能源物流行業(yè)中。

3 結(jié)論

本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用方面對輕型載貨汽車貨柜進(jìn)行輕量化研究，分別以HolyPan板材、鐵鋁結(jié)構(gòu)、全鋁結(jié)構(gòu)為例，介紹貨廂的輕量化材料應(yīng)用及設(shè)計。以同一尺寸的貨柜為研究對象，相比傳統(tǒng)鐵質(zhì)貨柜，HolyPan貨柜減重比為26.5%，鐵鋁貨柜減重比為22.5%，全鋁貨柜減重比為34%，減重效果明顯，達(dá)到貨廂輕量化的目的。

貨廂輕量化使商用車企業(yè)更多產(chǎn)品進(jìn)入藍(lán)牌輕卡行列、提升經(jīng)濟性、降低用戶運輸成本的同時，也會帶來一定程度的價格上升以及承載性能的下降?；蛟S下一步汽車生產(chǎn)企業(yè)著力的方向，是如何在降低質(zhì)量的同時，兼顧減少成本上升與提升承載能力，使輕量化貨廂的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。