洗扫车箱体外罩轻量化研究

喻其银 严国祥 刘 洋 文 /图

改革开放40 年来，随着国民经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，城市规模的不断扩大，农村住房也在不断的城镇化、而且逐渐走向集中生活区域。近年来对生态环境持续优化的要求越来越迫切，应运而生的洗扫车需求量自然就越来越大、越来越多样化。固有的生态环境被破坏，伴随着雾霾天气对人类危害程度的严重性，各种车辆尾气排放量的要求自然也就逐步提高，也成为治理雾霾、优化环境的其中指标之一。

作为清理、改善环境的洗扫车(近年来由扫路车发展而来，编者注)，虽然能很好地清洁我们生存的环境，但目前市场上使用的车辆，由于过去发展的种种原因，仍存在着尚待优化的环节：第一，为了节能减排，整个车辆的设计必须尽可能的轻量化，这已成为所有洗扫车生产厂家的攻关项目；第二，因为洗扫车所清理的道路垃圾都是不可预见的，各种各样的垃圾、废物都可能存在，这就对车体的耐腐蚀、耐酸碱提出了较高的要求。

国内洗扫车现状：目前市场上使用的洗扫车，基本上都是采用传统的钢质材料制造；车体相对过重、耐腐蚀能力比较弱、运行油耗比较高，是市场反馈相对集中的问题。

1 以洗扫车箱体外罩为研究对象

我们针对目前洗扫车存在的上述问题，以16 t 级洗扫车的箱体外罩为研究对象，寻找一种新型材料，进行箱体外罩的轻量化可行性研究；通过分析结构特性及其使用功能的可行性，优选了一种用铝合金材料制作的洗扫车箱体外罩，以代替传统的洗扫车钢质箱体外罩，可有效地解决市场反馈的产品问题，更好地满足市场对节能、环境适应性、降低成本等诸多方面的需求，提高了洗扫车的综合性能。供行业参考。

2 钢质箱体外罩结构及制造工艺

(1)箱体外罩的主体结构：分为前部外罩和后部外罩。前部外罩不与垃圾及水接触，即不会被腐蚀，生产厂家为了降低成本，一般采用普通的碳钢材料Q235；后部外罩主要是在作业时常与垃圾、水等混合垃圾接触，始终处于被腐蚀状态。如图1 所示。

(2)结构组成及生产工艺特点：洗扫车箱体前罩由前上顶板、左右前侧板、前围板4 个主要金属结构件焊接而成，如图2 所示；主要制作过程是下料、折弯或者罗拉、工装定位组合焊接。箱体后罩由后上顶板、左右后上侧板、左右后下侧板5 个金属结构件焊接而成，制作过程(工艺程序)与箱体前罩一样。之后，箱体前罩与箱体后罩对接组焊，完成整个箱体外罩的制作。

(3)存在问题：a.属于薄板结构件

图2 钢制箱体外罩组成图

范畴，焊接容易变形，焊后校正比较麻烦；b.工人焊接工作量大，造成工人作业劳动强度过大，工作效率相对低下；c.钢制结构件，重量相对过大；d.钢制件不允许成品金属裸露，必须表面防护处理。因此，有的采用不锈钢材料06Cr18Ni11Ti 来代替，但这种材料仍存在自质量大和价格高等问题。

3 箱体外罩优化分析

鉴于钢质箱体外罩存在的一些不利使用的因素，而且为了解决焊接工作量过大、结构件容易变形的问题，我们曾试探性地考虑改用铆接的连接形式；关于自质量过大，则考虑选用一种新型轻质耐酸碱腐蚀材料。目前铝镁合金材料的性能完全可以用作该结构件；因其是外罩结构，强度亦完全可以满足需要；铝镁合金(下简称“铝合金”)还有一个显著的特点，就是耐腐蚀能力比较好，而且不用做表面涂装处理。

4 铝合金箱体外罩

(1)结构特点：铝合金箱体外罩相对于钢制箱体外罩，其最终成型效果是一致的，但结构、材料及其组合方式是有区别的；铝合金箱体全部采用铝镁合金材料，外罩在纵向方向不用分为前后2部分(前罩、后罩)，而是一体式结构(主要是指顶板部分)。如图3 所示。

(2)工艺特点：铝合金箱体外壳的零部件分解如图4 所示，顶板采用整体设计，侧板前、后部分为焊接式组合，顶板与侧板采用铆接加粘胶的形式进行组合联接。

5 2 种箱体外罩的优、缺点对比

以16 t 级洗扫车的箱体外罩为例，进行对比分析：

5.1 减重效果对比

按照市场上通用的钢结构产品计算，外罩主体采用3 mm 厚钢板，计算出自质量为：763 kg；使用铝镁合金材料优后，根据使用部位的区别，分别采用4 mm、3 mm 厚度的铝镁合金组合使用，计算出外罩自质量为：262 kg。

比较两者自质量，后者整体减重501 kg，减重效果非常明显。

5.2 内外表面处理对比

图3 铝合金箱体外罩为一体式

图4 铝合金箱体外罩部件组成图

钢制结构外罩，因其在自然状态下容易与空气中的氧气、水分起化学反应而锈蚀，所以表面必须做防锈喷涂处理；铝镁合金结构外罩，因其表面有一层致密的氧化膜，不仅能耐酸碱腐蚀，而且也不会与空气中的氧气、水分发生氧化反应而锈蚀。

此外，铝镁合金外观精致、漂亮，没有特殊要求的话，可以不用做外表面处理。

5.3 工人劳动强度对比

钢制箱体外罩拼接焊缝比较多，而且是2 种材料的组合焊接，焊接工作量很大，焊接过程因其热容量大，板材厚度只有3 mm，属于薄板拼焊，容易产生板材热变形，矫正麻烦，消耗人工工时较多，影响生产效率；而铝镁合金外罩主体使用铆接+密封胶的形式联接，外观效果好，成型容易控制，生产工时发生相对较少，生产作业效率大大提高。

5.4 综合成本对比

下面只做材料成本的对比分析：

5.4.1 钢制结构成本

通过计算：耗用06Cr18Ni11Ti 不锈钢材料536 kg，耗用Q235 碳钢材料227 kg。

按照目前市场价格：06Cr18Ni11Ti不锈钢材料15元/kg，Q235碳钢材料4.4元/kg。

那么钢制结构的材料总成本为：536×15+227×4.4=9 038.8 元。

5.4.2 铝镁合金结构成本

通过计算：耗用铝镁合金材料262 kg；按照目前市场价格：铝镁合金材料21元/kg(依照实时价格计算)。

那么铝制结构壳体的材料总成本为：262×21=5 502 元。

5.4.3 材料成本对比

二者原材料价格成本差异：9 038.8-5 502=3 536.8 元，即：通过计算比较，采用铝镁合金材料代替钢制结构以后，仅材料成本可降低3 536.8 元。

也就是说，采用新材料结构以后，在满足其正常使用情况的前提下，不仅自质量减轻501 kg，而且材料成本也相应降低了3 536.8 元，可见此优化效果是非常明显的。

6 结语

本文是以16 t 级洗扫车的箱体外罩为研究对象进行分析论证，提出了以一种新的材料来替代目前市场上传统材料与结构的箱体外罩，作为一种新的解决方案。通过研究分析得出结论，优势是很明显的，主要体现在：(1)在满足使用功能的前提下，箱体外罩自质量减轻约2/3，节约了作业能耗，特别是对于电动洗扫车更为有益，更加有效地提高了其有效续航里程；(2)材料成本节约1/3 以上；(3)结构工艺优化，减少焊接量，改善了工人的作业环境，提高了工作效率。

(注：本文作者单位，辽宁忠旺集团北京产品设计与应用研究所)