喻其銀 嚴國祥 劉 洋 文 /圖

改革開放40 年來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，城市規(guī)模的不斷擴大，農(nóng)村住房也在不斷的城鎮(zhèn)化、而且逐漸走向集中生活區(qū)域。近年來對生態(tài)環(huán)境持續(xù)優(yōu)化的要求越來越迫切，應(yīng)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(tài)環(huán)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(yōu)化環(huán)境的其中指標之一。

作為清理、改善環(huán)境的洗掃車(近年來由掃路車發(fā)展而來，編者注)，雖然能很好地清潔我們生存的環(huán)境，但目前市場上使用的車輛，由于過去發(fā)展的種種原因，仍存在著尚待優(yōu)化的環(huán)節(jié)：第一，為了節(jié)能減排，整個車輛的設(shè)計必須盡可能的輕量化，這已成為所有洗掃車生產(chǎn)廠家的攻關(guān)項目；第二，因為洗掃車所清理的道路垃圾都是不可預(yù)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(nèi)洗掃車現(xiàn)狀：目前市場上使用的洗掃車，基本上都是采用傳統(tǒng)的鋼質(zhì)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(jié)構(gòu)特性及其使用功能的可行性，優(yōu)選了一種用鋁合金材料制作的洗掃車箱體外罩，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的洗掃車鋼質(zhì)箱體外罩，可有效地解決市場反饋的產(chǎn)品問題，更好地滿足市場對節(jié)能、環(huán)境適應(yīng)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(yè)參考。

2 鋼質(zhì)箱體外罩結(jié)構(gòu)及制造工藝

(1)箱體外罩的主體結(jié)構(gòu)：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(chǎn)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(yè)時常與垃圾、水等混合垃圾接觸，始終處于被腐蝕狀態(tài)。如圖1 所示。

(2)結(jié)構(gòu)組成及生產(chǎn)工藝特點：洗掃車箱體前罩由前上頂板、左右前側(cè)板、前圍板4 個主要金屬結(jié)構(gòu)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(cè)板、左右后下側(cè)板5 個金屬結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yè)勞動強度過大，工作效率相對低下；c.鋼制結(jié)構(gòu)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(zhì)量大和價格高等問題。

3 箱體外罩優(yōu)化分析

鑒于鋼質(zhì)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(jié)構(gòu)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(guān)于自質(zhì)量過大，則考慮選用一種新型輕質(zhì)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(jié)構(gòu)件；因其是外罩結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、材料及其組合方式是有區(qū)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(jié)構(gòu)(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(shè)計，側(cè)板前、后部分為焊接式組合，頂板與側(cè)板采用鉚接加粘膠的形式進行組合聯(lián)接。

5 2 種箱體外罩的優(yōu)、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(jié)構(gòu)產(chǎn)品計算，外罩主體采用3 mm 厚鋼板，計算出自質(zhì)量為：763 kg；使用鋁鎂合金材料優(yōu)后，根據(jù)使用部位的區(qū)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(zhì)量為：262 kg。

比較兩者自質(zhì)量，后者整體減重501 kg，減重效果非常明顯。

5.2 內(nèi)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(jié)構(gòu)外罩，因其在自然狀態(tài)下容易與空氣中的氧氣、水分起化學反應(yīng)而銹蝕，所以表面必須做防銹噴涂處理；鋁鎂合金結(jié)構(gòu)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(fā)生氧化反應(yīng)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(chǎn)生板材熱變形，矯正麻煩，消耗人工工時較多，影響生產(chǎn)效率；而鋁鎂合金外罩主體使用鉚接+密封膠的形式聯(lián)接，外觀效果好，成型容易控制，生產(chǎn)工時發(fā)生相對較少，生產(chǎn)作業(yè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的材料總成本為：536×15+227×4.4=9 038.8 元。

5.4.2 鋁鎂合金結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)以后，僅材料成本可降低3 536.8 元。

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

6 結(jié)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(tǒng)材料與結(jié)構(gòu)的箱體外罩，作為一種新的解決方案。通過研究分析得出結(jié)論，優(yōu)勢是很明顯的，主要體現(xiàn)在：(1)在滿足使用功能的前提下，箱體外罩自質(zhì)量減輕約2/3，節(jié)約了作業(yè)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(xù)航里程；(2)材料成本節(jié)約1/3 以上；(3)結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化，減少焊接量，改善了工人的作業(yè)環(huán)境，提高了工作效率。

(注：本文作者單位，遼寧忠旺集團北京產(chǎn)品設(shè)計與應(yīng)用研究所)