洗掃車箱體外罩輕量化研究

喻其銀 嚴國祥 劉 洋 文 /圖

改革開放40 年來，隨著國民經濟的高速發展，人民生活水平的不斷提高，城市規模的不斷擴大，農村住房也在不斷的城鎮化、而且逐漸走向集中生活區域。近年來對生態環境持續優化的要求越來越迫切，應運而生的洗掃車需求量自然就越來越大、越來越多樣化。固有的生態環境被破壞，伴隨著霧霾天氣對人類危害程度的嚴重性，各種車輛尾氣排放量的要求自然也就逐步提高，也成為治理霧霾、優化環境的其中指標之一。

作為清理、改善環境的洗掃車(近年來由掃路車發展而來，編者注)，雖然能很好地清潔我們生存的環境，但目前市場上使用的車輛，由于過去發展的種種原因，仍存在著尚待優化的環節：第一，為了節能減排，整個車輛的設計必須盡可能的輕量化，這已成為所有洗掃車生產廠家的攻關項目；第二，因為洗掃車所清理的道路垃圾都是不可預見的，各種各樣的垃圾、廢物都可能存在，這就對車體的耐腐蝕、耐酸堿提出了較高的要求。

國內洗掃車現狀：目前市場上使用的洗掃車，基本上都是采用傳統的鋼質材料制造；車體相對過重、耐腐蝕能力比較弱、運行油耗比較高，是市場反饋相對集中的問題。

1 以洗掃車箱體外罩為研究對象

我們針對目前洗掃車存在的上述問題，以16 t 級洗掃車的箱體外罩為研究對象，尋找一種新型材料，進行箱體外罩的輕量化可行性研究；通過分析結構特性及其使用功能的可行性，優選了一種用鋁合金材料制作的洗掃車箱體外罩，以代替傳統的洗掃車鋼質箱體外罩，可有效地解決市場反饋的產品問題，更好地滿足市場對節能、環境適應性、降低成本等諸多方面的需求，提高了洗掃車的綜合性能。供行業參考。

2 鋼質箱體外罩結構及制造工藝

(1)箱體外罩的主體結構：分為前部外罩和后部外罩。前部外罩不與垃圾及水接觸，即不會被腐蝕，生產廠家為了降低成本，一般采用普通的碳鋼材料Q235；后部外罩主要是在作業時常與垃圾、水等混合垃圾接觸，始終處于被腐蝕狀態。如圖1 所示。

(2)結構組成及生產工藝特點：洗掃車箱體前罩由前上頂板、左右前側板、前圍板4 個主要金屬結構件焊接而成，如圖2 所示；主要制作過程是下料、折彎或者羅拉、工裝定位組合焊接。箱體后罩由后上頂板、左右后上側板、左右后下側板5 個金屬結構件焊接而成，制作過程(工藝程序)與箱體前罩一樣。之后，箱體前罩與箱體后罩對接組焊，完成整個箱體外罩的制作。

(3)存在問題：a.屬于薄板結構件

圖2 鋼制箱體外罩組成圖

范疇，焊接容易變形，焊后校正比較麻煩；b.工人焊接工作量大，造成工人作業勞動強度過大，工作效率相對低下；c.鋼制結構件，重量相對過大；d.鋼制件不允許成品金屬裸露，必須表面防護處理。因此，有的采用不銹鋼材料06Cr18Ni11Ti 來代替，但這種材料仍存在自質量大和價格高等問題。

3 箱體外罩優化分析

鑒于鋼質箱體外罩存在的一些不利使用的因素，而且為了解決焊接工作量過大、結構件容易變形的問題，我們曾試探性地考慮改用鉚接的連接形式；關于自質量過大，則考慮選用一種新型輕質耐酸堿腐蝕材料。目前鋁鎂合金材料的性能完全可以用作該結構件；因其是外罩結構，強度亦完全可以滿足需要；鋁鎂合金(下簡稱“鋁合金”)還有一個顯著的特點，就是耐腐蝕能力比較好，而且不用做表面涂裝處理。

4 鋁合金箱體外罩

(1)結構特點：鋁合金箱體外罩相對于鋼制箱體外罩，其最終成型效果是一致的，但結構、材料及其組合方式是有區別的；鋁合金箱體全部采用鋁鎂合金材料，外罩在縱向方向不用分為前后2部分(前罩、后罩)，而是一體式結構(主要是指頂板部分)。如圖3 所示。

(2)工藝特點：鋁合金箱體外殼的零部件分解如圖4 所示，頂板采用整體設計，側板前、后部分為焊接式組合，頂板與側板采用鉚接加粘膠的形式進行組合聯接。

5 2 種箱體外罩的優、缺點對比

以16 t 級洗掃車的箱體外罩為例，進行對比分析：

5.1 減重效果對比

按照市場上通用的鋼結構產品計算，外罩主體采用3 mm 厚鋼板，計算出自質量為：763 kg；使用鋁鎂合金材料優后，根據使用部位的區別，分別采用4 mm、3 mm 厚度的鋁鎂合金組合使用，計算出外罩自質量為：262 kg。

比較兩者自質量，后者整體減重501 kg，減重效果非常明顯。

5.2 內外表面處理對比

圖3 鋁合金箱體外罩為一體式

圖4 鋁合金箱體外罩部件組成圖

鋼制結構外罩，因其在自然狀態下容易與空氣中的氧氣、水分起化學反應而銹蝕，所以表面必須做防銹噴涂處理；鋁鎂合金結構外罩，因其表面有一層致密的氧化膜，不僅能耐酸堿腐蝕，而且也不會與空氣中的氧氣、水分發生氧化反應而銹蝕。

此外，鋁鎂合金外觀精致、漂亮，沒有特殊要求的話，可以不用做外表面處理。

5.3 工人勞動強度對比

鋼制箱體外罩拼接焊縫比較多，而且是2 種材料的組合焊接，焊接工作量很大，焊接過程因其熱容量大，板材厚度只有3 mm，屬于薄板拼焊，容易產生板材熱變形，矯正麻煩，消耗人工工時較多，影響生產效率；而鋁鎂合金外罩主體使用鉚接+密封膠的形式聯接，外觀效果好，成型容易控制，生產工時發生相對較少，生產作業效率大大提高。

5.4 綜合成本對比

下面只做材料成本的對比分析：

5.4.1 鋼制結構成本

通過計算：耗用06Cr18Ni11Ti 不銹鋼材料536 kg，耗用Q235 碳鋼材料227 kg。

按照目前市場價格：06Cr18Ni11Ti不銹鋼材料15元/kg，Q235碳鋼材料4.4元/kg。

那么鋼制結構的材料總成本為：536×15+227×4.4=9 038.8 元。

5.4.2 鋁鎂合金結構成本

通過計算：耗用鋁鎂合金材料262 kg；按照目前市場價格：鋁鎂合金材料21元/kg(依照實時價格計算)。

那么鋁制結構殼體的材料總成本為：262×21=5 502 元。

5.4.3 材料成本對比

二者原材料價格成本差異：9 038.8-5 502=3 536.8 元，即：通過計算比較，采用鋁鎂合金材料代替鋼制結構以后，僅材料成本可降低3 536.8 元。

也就是說，采用新材料結構以后，在滿足其正常使用情況的前提下，不僅自質量減輕501 kg，而且材料成本也相應降低了3 536.8 元，可見此優化效果是非常明顯的。

6 結語

本文是以16 t 級洗掃車的箱體外罩為研究對象進行分析論證，提出了以一種新的材料來替代目前市場上傳統材料與結構的箱體外罩，作為一種新的解決方案。通過研究分析得出結論，優勢是很明顯的，主要體現在：(1)在滿足使用功能的前提下，箱體外罩自質量減輕約2/3，節約了作業能耗，特別是對于電動洗掃車更為有益，更加有效地提高了其有效續航里程；(2)材料成本節約1/3 以上；(3)結構工藝優化，減少焊接量，改善了工人的作業環境，提高了工作效率。

(注：本文作者單位，遼寧忠旺集團北京產品設計與應用研究所)