說(shuō)不完的車用鋁之提高廂式與專用運(yùn)輸車鋁化率
2015年09月09日 9:0 6525次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色金屬報(bào) 分類: 鋁應(yīng)用 作者: 王祝堂
專用汽車可分為通用廂式車(廂式貨車)、專門運(yùn)輸車、冷藏車、土建車、環(huán)保車和不同用途的服務(wù)車等六大類。不同國(guó)家的分類方法也不盡相同,車的鋁化率也不同,歐洲、北美與日本的鋁化率高,中國(guó)專用車的鋁化率總體來(lái)看甚低,北美廂式車的鋁化率達(dá)92%以上,冷藏車的鋁化率幾乎達(dá)到了100%,中國(guó)專用車的鋁化仍處于起步階段,但潛力很大。
專用車的分類并不是完全獨(dú)立的,而是同一技術(shù)可以應(yīng)用在不同類型的車上,如升降裝置廣泛應(yīng)用于各類車輛上,很多翼形廂式車的后門都帶有升降裝置,環(huán)保車也有這類裝置。專用車的鋁化蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能減排潛力。專用車的廂體多是可以用通用鋁板與擠壓鋁材制造,其中板材的用量占75%以上;傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的許多零部件可用鑄件與壓鑄件制造,懸掛系統(tǒng)還需一些鍛件。
通用廂式車的鋁化率應(yīng)達(dá)到80%
通用廂式車通常有8類:翼形的,側(cè)開(kāi)門的,帶起重設(shè)備的,升降式后開(kāi)門的,帶自動(dòng)進(jìn)貨裝置的,自卸式的,車身可脫離式的和平板式的。翼形廂式車是廂式貨車的代表,占主導(dǎo)地位,它的兩側(cè)門打開(kāi)時(shí)形如翅膀,故得此名。翼形廂式車打開(kāi)車門的方式有:手動(dòng)式、液壓式與電動(dòng)式。兩側(cè)車門可以同時(shí)打開(kāi),也可以分別開(kāi)啟。有的車門打開(kāi)后兩側(cè)車門超過(guò)車頂,有的車門打開(kāi)后幾乎與車頂平齊。叉車一般可直接開(kāi)入廂式車上作業(yè)。有的廂式車內(nèi)部又分為兩層或更多層的,其隔板有升降式的,也有拆卸式的。美國(guó)鋁業(yè)公司與約翰斯敦公司制造的長(zhǎng)27m的雙層乘人小轎運(yùn)輸車具有更長(zhǎng)、更輕、更安全、裝載量更多的特點(diǎn),因?yàn)樗墓羌芙Y(jié)構(gòu)完全是用高強(qiáng)度鋁合金擠壓材搭構(gòu)的,用鋁合金壓鑄件連接。中國(guó)也有這種多層汽車運(yùn)輸車,但是是鋼結(jié)構(gòu)的,亟宜全鋁化,所需的鋁材中國(guó)全部可以生產(chǎn)。
有的翼形廂式車不僅可向上開(kāi)啟車門,還可以向下開(kāi)啟兩側(cè)車門,既能讓叉車開(kāi)上去作業(yè),又能用吊車吊取貨物,這種車被稱為W翼形廂式車。雖然大部分翼形廂式車都用鋁和塑制造,也有只用一些鋁合金擠壓型、管材桿支撐外置蓬布的,但可以像普通翼外廂式車一樣,方便地將兩側(cè)車門即支架和蓬布一起向上全部打開(kāi),不需要卸下蓬布和支架,不影響裝卸,不影響效率。
側(cè)開(kāi)門廂式車是一種相當(dāng)普遍的車型,兩側(cè)車門通常是滑道式的,整個(gè)一側(cè)由兩塊或三塊門組成,可左右滑動(dòng),適合在低矮倉(cāng)庫(kù)和路邊裝卸貨物。三塊門開(kāi)口較大,適合于裝卸大的貨物。在中國(guó)這種側(cè)車門廂式車約占廂式貨車總數(shù)的65%,是城市特別是大城市市區(qū)貨物運(yùn)輸?shù)闹饕囆停響?yīng)全部鋁化,可是現(xiàn)在還看不到全鋁化的這種車。
美國(guó)克萊斯勒汽車公司經(jīng)過(guò)2年半的潛心研發(fā),采用A356合金鑄造微型廂式車的前支撐橫梁,比鋼件的質(zhì)量下降42%,并降低了車的噪聲及震動(dòng)。
亟待提高鋁化率的專用運(yùn)輸車
專用運(yùn)輸車是專門運(yùn)輸某類物資的車輛,大致可分為七類:集裝箱運(yùn)輸車、液體運(yùn)輸車、散裝粉粒物質(zhì)運(yùn)輸車(自卸車)、乘用轎車運(yùn)輸車、工程機(jī)械運(yùn)輸車、大件運(yùn)輸車和其他專用車。后一類車由于運(yùn)輸貨物不同種類繁多,如:家具運(yùn)輸車、家畜運(yùn)輸車、軟料運(yùn)輸車、運(yùn)鈔車、美術(shù)品運(yùn)輸車、精密儀器運(yùn)輸車、防彈裝甲車等。有些車廂采用了隔熱材料,裝有冷暖空調(diào)器,適合于運(yùn)輸貴重美術(shù)品、精密儀器、花卉等。有的運(yùn)鈔車外觀同普通的旅行車一樣,它們大多是卡車改裝的,但與軍隊(duì)用的裝甲運(yùn)兵車有所不同。集裝箱運(yùn)輸車實(shí)際上是一種平板大件運(yùn)輸車,它的鋁化較為簡(jiǎn)單,只要把承載集裝箱的鋼底板換成鋁合金的就行,就像高鐵車廂的鋁合金底板,可用厚6mm~8mm的5083合金擠壓型材焊成。
1. 液體運(yùn)輸車
實(shí)際上,液體運(yùn)輸車就是罐式車,通常根據(jù)運(yùn)輸?shù)奈镔Y不同,確定罐的形狀、構(gòu)成和材料,但是最關(guān)鍵的是材料與裝的液體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不腐蝕鋁。通常選用不銹鋼、純鋁或鋁合金,有的罐內(nèi)表面需經(jīng)過(guò)鍍鈦、涂氟化樹(shù)脂等處理。
罐式車種類繁多,形狀各異。有的罐容積非常大,如運(yùn)輸液化天然氣(LNG)船上的貯罐容積達(dá)28000L,有的罐是真空的。在確定條件下底盤質(zhì)量是確定的,罐體質(zhì)量就成為影響罐車質(zhì)量的決定因素。為此,只要鋁及鋁合金對(duì)所運(yùn)輸物資品質(zhì)無(wú)影響,就要用鋁或鋁合金板材焊制,以降低車的質(zhì)量,達(dá)到節(jié)能減排、降耗環(huán)保的目的。
油罐車
運(yùn)輸航空汽油與噴氣機(jī)煤油的油罐必須用鋁合金焊接,因?yàn)榧词褂貌讳P鋼罐,也會(huì)有極微量鐵進(jìn)入油內(nèi),這是不允許的。筒體截面為圓弧矩形,這是基于降低車的重心和在車輛外形尺寸范圍內(nèi)加大截面積的考慮,根據(jù)GB 18564,采用5083合金焊接,板厚5mm~6mm。日本三菱汽車公司開(kāi)發(fā)的16t油罐車,除罐是用鋁合金板焊接的之外,其車架(11210mm×940mm×300mm)是用鋁合金型材制造的,比鋼架的輕320kg,整車減輕1.5t。有限元分析與試驗(yàn)測(cè)試表明,全鋁合金油罐車有足夠的剛度與強(qiáng)度。
防浪板、封頭材料與罐體的相同,也為5083合金。封頭壁厚等于或大于罐體板的,防浪板及加強(qiáng)板厚度比罐體的薄1mm,罐體底部左右支座板厚6mm~8mm,材料為5A06。
罐頂有護(hù)欄和走臺(tái),走臺(tái)采用花紋鋁板或網(wǎng)板,護(hù)欄由鋁管制成,其高度不小于罐頂功能裝置的最大高度。為了減少罐體外側(cè)面附件,改善外觀整體性,頂部油氣回收管、控制氣管、導(dǎo)線及漏水管均從貫穿罐體上下壁的管道中通過(guò)。罐體兩側(cè)下部有一根鋁管,過(guò)去用的是低碳鋼管,因其內(nèi)壁漆層易脫落與生銹,維護(hù)工作量大且不方便,改用鋼管后,這些不足之處都得以消除,同時(shí)也有一些減重效果,也不能用PV塑料管,因內(nèi)壁易劃傷、不耐磨、剛度低。鋁管可用有縫焊接管,它可與罐體內(nèi)的鋁合金鞍座焊成一體。油罐車所需的鋁材中國(guó)都能批量生產(chǎn)。
中國(guó)在鋁合金油罐汽車領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平,2009年8月中集車輛(山東)有限公司與美國(guó)鋁業(yè)公司(以下簡(jiǎn)稱美鋁)簽署了建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系協(xié)議,為亞洲商業(yè)運(yùn)輸市場(chǎng)設(shè)計(jì)制造一款新型節(jié)能環(huán)保的鋁合金油罐車。此車的自身質(zhì)量比傳統(tǒng)不銹鋼車輕30%,從而可大幅度增加有效載荷、提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放,在其生命周期可和CO2排放90t,節(jié)能全鋁油罐車項(xiàng)目的投資可在一年內(nèi)回收。
生產(chǎn)這種全鋁油罐車的板材由美國(guó)鋁業(yè)公司渤海鋁業(yè)有限公司提供,Hack牌緊固件由美鋁緊固件系統(tǒng)(蘇州)有限公司生產(chǎn),而鍛造鋁合金車輪為DuraBright牌的,來(lái)自美鋁設(shè)在匈牙利的克菲姆(Kfem)鍛壓廠。這實(shí)際上是一輛全鋁油罐車,2009年10月首臺(tái)原型樣車在濟(jì)面和北京進(jìn)行了路試,取得了圓滿結(jié)果,達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。這種輕量化的、環(huán)境友好型的高檔油罐車不但在中國(guó)而且在亞洲都有著相當(dāng)大的市場(chǎng)潛力。
還必須指出的是,油品、液化天然氣、其他易燃易爆液態(tài)化學(xué)品在貯存和運(yùn)輸過(guò)程中易發(fā)生燃燒與爆炸,影響大,危害廣,給人們生活和企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大影響。
上世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)外在研發(fā)金屬抑爆材料方面取得了巨大成就,往油品、液態(tài)化工產(chǎn)品等的貯存、運(yùn)輸罐等中加一定量的由3003鋁合金箔制成的呈蜂窩形的網(wǎng)狀或球狀抑爆材料,可以防止它們的燃燒與爆炸。這種抑爆網(wǎng)或球是用厚0.05mm、寬250mm的3003-18(或24)合金箔制成的。3003合金抑爆箔的主要技術(shù)性能見(jiàn)表1,網(wǎng)狀防爆材料裝填量見(jiàn)表2。
3003鋁箔網(wǎng)與球雖能有效預(yù)防罐內(nèi)油品與液化氣的燃燒與爆炸,在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間美國(guó)直升機(jī)與戰(zhàn)車油箱中都裝填了防爆鋁箔網(wǎng),即使被槍彈擊中也未起火,美國(guó)拉莫公司生產(chǎn)的輕型攻擊型巡邏艦的462L油箱中裝填了抑爆材料后,經(jīng)受了300發(fā)電光彈與穿甲燃燒彈的射擊實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)生爆炸,不過(guò)它的主要不足之處是,在油品中浸泡1天或更長(zhǎng)一些時(shí)間會(huì)發(fā)生腐蝕,不但腐蝕產(chǎn)物對(duì)油的品質(zhì)有影響,而且箔的伸長(zhǎng)率急劇下降,在外力如震動(dòng)作用下會(huì)發(fā)生斷裂失去抑爆效能,因此研發(fā)新的抑爆鋁材成為當(dāng)務(wù)之急。可慶幸的是,清華大學(xué)材料系李建國(guó)教授在這方面做了許多工作,取得了可喜的成果,研發(fā)出性能優(yōu)秀的6xxx系合金箔抑爆材料,遺憾的是,至今未形成批量生產(chǎn)能力,實(shí)乃匪夷所思。
化工產(chǎn)品
按照石油化工產(chǎn)品及其他常用物質(zhì)對(duì)1xxx系及5xxx系合金的腐蝕情況,可將它們分為三類:第一類是與鋁不起化學(xué)作用的物質(zhì),即與鋁接觸時(shí)不發(fā)生腐蝕,可以用兩系合金制造貯存容器;第二類是指那些輕微腐蝕鋁的物質(zhì),如果對(duì)鋁采取有效的防護(hù)措施,鋁與它們接觸是安全的;第三類是鋁與它們接觸時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。
介質(zhì)濃度、溫度、壓力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)鋁的腐蝕有很大影響。濃度影響說(shuō)不準(zhǔn)確,一般隨濃度增加腐蝕速度加快,不過(guò)例外太多,因此,關(guān)于鋁的腐蝕與介質(zhì)的關(guān)系應(yīng)針對(duì)具體情況討論。腐蝕速度總是隨著溫度和壓力的升高與升高。
大部分無(wú)水的無(wú)機(jī)鹽、石油與石油產(chǎn)品、有機(jī)化合物不腐蝕鋁、但其水溶液或含有少量水時(shí)腐蝕鋁。也有的物質(zhì)如乙二酸一烷基醚無(wú)水時(shí)腐蝕鋁,有少量水時(shí)反而不腐蝕鋁。
鋁在濃硝酸和醋酸中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,但100%的醋酸及沸騰的0.25%~95%醋酸腐蝕鋁。鋁在稀硫酸和發(fā)煙硫酸中穩(wěn)定,在中等和高濃度的硫酸中則不穩(wěn)定,鋁在硫酸溶液中穩(wěn)定。
鋁材在受力時(shí)或經(jīng)彎曲、沖壓及焊接后,都會(huì)在工件內(nèi)產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力,會(huì)加速鋁的腐蝕,因此應(yīng)采取消除殘余應(yīng)力的措施,鋁材表面狀態(tài)對(duì)其腐蝕也有影響。如表面上存在劃痕、裂紋、孔穴等缺陷,易形成濃差電池,加速腐蝕。
可用高純鋁制造濃硝酸(98%)、醋酸、福爾馬林貯藏與罐車,工業(yè)純鋁制造濃硝酸、冰醋酸、醋酸、尿液貯罐與罐車,可用552合金制造乙二醇貯罐與罐車。
2. 冷藏車與液化氣運(yùn)輸車
鋁與鋼在性能與溫度關(guān)系方面的最大不同點(diǎn)在于鋼有低溫脆性,而鋁及鋁合金則沒(méi)有,當(dāng)溫度降低時(shí),鋁及鋁合金在強(qiáng)度性能增加的同時(shí),塑性與韌性也隨著溫度的降低而上升,因此鋁合金成為制造低溫裝備與設(shè)施的良好材料。運(yùn)輸液化天然氣的罐車與貯存液化天然氣的大罐可鋁合金5083-0板材焊接。
考格爾公司生產(chǎn)的半冷藏車在使用了鋁合金后,車的自身質(zhì)量下降480kg。用鋁合金板材、型材及其他材料制造冷藏運(yùn)輸車的另一優(yōu)點(diǎn)是,鋁是一種潔凈、對(duì)人體無(wú)害、對(duì)環(huán)境友好的金屬,易清洗,不吸收和散發(fā)氣體。冷藏車的四壁為三層復(fù)合材料,上下層為鋁合金薄板、中間為保溫材料,具有很強(qiáng)的絕熱保溫性能。
鑄造鋁合金
毫無(wú)疑問(wèn),在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi),鋁在汽車中的用量會(huì)逐年有所上升。減輕車的自身質(zhì)量當(dāng)然擴(kuò)大鋁應(yīng)用主要目的之一,為了大幅度減輕車的質(zhì)量,人們正急于研究將車體質(zhì)量中所占比例較大的車身(約30%)、發(fā)動(dòng)機(jī)(約18%)、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(約15%)、行走系統(tǒng)(約16%)、車輪(約5%)等鋼鐵零件用鋁合金材料替代。車輪的鋁化已基本完成,發(fā)動(dòng)機(jī)的鋁化也差不多了。
在汽車用的鋁合金中,壓軸及其他鑄造合金約占80%,加工鋁材僅占20%多,隨著車身鋁板帶用量的上升,鋁材占的比例會(huì)逐年有所上升,但上升幅度不會(huì)很大。在汽車鋁鑄造產(chǎn)品用的合金中,壓鑄件的產(chǎn)量約占70%,所以壓鑄鋁合金在汽車用鋁中占到55%,當(dāng)然在各國(guó)用的鋁中此比例也不會(huì)一樣,但都在54%~70%。
在全世界當(dāng)前消費(fèi)的再生鋁合金約80%,用于生產(chǎn)各種壓鑄件及鑄件,主要用于生產(chǎn)汽車、摩托車零件,它們要求合金具有良好的鑄造性能,所以再生鋁及鋁合金多用于生產(chǎn)YL1XX系及ZLXXX合金(Ai-Si系合金)。
壓鑄鋁合金用的最多的是YL101、YL102、YL104、YL112、YL113、YL117與YL302合金;在鑄造鋁合金中,汽車工業(yè)用的多為:ZL101、ZL101A、ZL104、ZL105、ZL105A、ZL106、ZL107、ZL108、ZL109、ZL110、ZL111、ZL114A、ZL115、ZL116合金等。
基礎(chǔ)研究是關(guān)鍵
推廣全鋁汽車與加大鋁在汽車應(yīng)用,鋁加工企業(yè)與汽車制造企業(yè)宜加大合作共同努力做好這項(xiàng)工作外,還必須加大科技投入,加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。我們都已看到跨國(guó)汽車公司的產(chǎn)品更多,科技含量也更高,產(chǎn)品譜系也更健全。其實(shí)這僅是它們作為跨國(guó)巨頭的顯性特征,而它們?cè)诨A(chǔ)研究領(lǐng)域持續(xù)大額的投入是支撐其顯性特征的根基?;A(chǔ)研究往往是最基層、最核心、同時(shí)也是最花成本的,并且短期內(nèi)無(wú)法看到效益的行為。但這是形成核心競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ),我們必須這么做,這一步是必須邁出的。
責(zé)任編輯:四筆
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