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浅谈汽车起重机采用先进高强钢的趋势 

点击数: 更新时间:2014-12-16 15:32:54

 

前言 

高强度结构钢板,是推动我国经济建设、社会发展和资源节约型和谐社会构筑的一类极为重要的物质基础和工业原材料,当今经济、技术、信息全球化,国际市场竞争愈演愈烈,环保压力激增,高强度结构钢板在国民经济发展中所处地位越来越突出。随着经济的发展,汽车起重机的应用也越来越广泛,如货物的搬运、小型楼房的建设以及交通运输线路的建设等场所都会发现汽车起重机的身影。随着汽车起重机市场的不断扩大,也带起了一批大大小小的汽车起重机生产企业,同时也加大了每个企业在市场上的竞争压力,如何增加车辆的卖点已是每个生产厂家在设计车型首要考虑的问题之一,例如车辆的轻量化、臂体的举升高度等优点。就这两点而言,先进高强钢的运用将是它们的切入点。 

先进高强钢的定义 

先进高强度钢,也称为高级高强度钢,其英文缩写为AHSSAdvanced High Strength Steel)。国际钢铁协会( IISI) 先进高强钢应用指南第三版中将高强钢分为传统高强钢(Conventional HSS) 和先进高强钢(AHSS) 。传统高强钢主要包括碳锰(C -Mn) 钢、烘烤硬化(BH) 钢、高强度无间隙原子(HSS -IF) 钢和高强度低合金(HSLA) 钢;AHSS 主要包括双相(DP) 钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相(CP) 钢、热成形(HF) 钢和孪晶诱导塑性(TWIP) 钢;先进高强钢(AHSS)的强度在500MPa1500MPa之间,其强度和塑性配合优于普通高强钢,并同时具有高强度和较好的成形性,特别是加工硬化指数高,具有很好吸能性,在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用,已经广泛应用于汽车工业,主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件。 

先进高强钢的运用现状 

汽车工业的发展、 汽车产量和汽车保有量的增加在给人们出行带来方便的同时也产生了油耗、 安全和环保 3 大问题。尤其自 2000年以来中国汽车工业迅猛发展,使以上安全环保问题日益突出为保证汽车工业的健康发展各国制定了相应的法规,而各国汽车工业认为满足各项严格的法规要求极为有效的手段是采用高强度轻量化材料。另外多家大型国外汽车厂商已在我国广东省组建合资企业,并设立多条整车生产线为零部件配套市场提供了很大的发展空间但大部分关键零部件仍然依赖进口; 同时随着能源的日益紧张,新一代节能环保型汽车需求日益增强必须利用先进制造技术,开发新一代的、 具有自主知识产权的关键汽车零部件,以提高汽车关键零部件制造水平和整车配套能力,进而提升我国汽车产业的竞争力。针对以上需求先进高强钢以其绝对的优势胜出其最大的优势就是提高材料的强度在所要求的性能不变或略有提高的前提下减薄板材构件的厚度因而降低构件的质量。目前国内传统高强钢的品种和质量与国外的差距不大相应的国家标准已由宝钢负责制定完成。但是先进高强钢( AHSS) 与欧美等发达国家和地区还有差距使用的标准也主要是这些国家和地区制定的标准。近几年我国汽车工业的发展非常迅猛整体技术水平有了很大的提高, AHSS的应用也大幅度增加有利地促进了国内AHSS的开发和生产。目前宝钢、 鞍钢、 武钢等主要钢铁企业都在积极开发AHSS。其中宝钢的 AHSS 已形成了一定的批量生产能力,并负责制定了冷轧 DP 钢国家标准。国内的宝钢钢铁厂实施了一个汽车轻量化的研究项目,它包括超轻车身( U LSAB) 超轻覆盖件( ULSA C) 超轻悬挂件(U LSAS) 和超轻概念车项目( ULSABAV C) , 后者包括一个 2门掀背轿车和一个 4门中级轿车的设计。钢板强度提高板厚就可以减薄从而有效减轻车重使用高强度钢板代替原用钢板后车身板厚可由 1. 0~ 1. 2mm 减为 0. 7~0. 8mm, 从而减轻车重达15% ~ 20%, ULSA B ULSA C使用了大量高强钢分别减重 25% 30%UL SAB AVC 概念车则达到了五星级的碰撞标准且成本低适于家庭购买。 

起重机的轻量化 

说到起重机,首先给人们的感觉就是笨重、行动不灵活。虽然这两个缺点对起重机的使用性能并不能造成多大的影响,但在某些方面还是加大了负担,如油耗、安全等。起重机在行驶过程中就像一个装满货物的货车,始终处于满载状态。实验证明,车重和油耗是成正比的,这无形中就加大了起重机燃油的消耗。据不完全统计,车重每下降10%,油耗也会相应下降若干个百分点。车辆过重也降低了车辆在行驶过程中的安全性,尤其是在湿滑的路面上。随着车辆重量的增加,其在路面上的行驶惯性也相应的增大,同时也就加大了车辆的刹车距离,这在湿滑的路面上表现的尤为突出,从而降低了车辆的安全性,对人身的财产安全造成了一定的威胁。如何降低车辆的自重,已是当今社会上各个车辆生产企业所面临的共性问题,起重机也不会幸免。因此下面以汽车起重机起重臂为例来说明起重机中如何减轻重量。 

汽车起重机的起重臂结构多是箱型伸缩式,它的截面主要有上弯板和下弯板焊接而成,根据各处受力情况的不同,会在受力大的位置设计一些加强板,以增加弯板的抗屈曲能力,这一部分钢板占有起重臂80%的重量。剩下的20%的重量是其它的结构,这些结构则是根据起重臂伸缩的需要而设计的一些辅助装置,零件比较琐碎。由此可知,对起重臂的重量起到决定性的是上弯板、下弯板和加强板材料的选择。在起重臂截面相同且满足臂体的抗屈曲能力的前提下选择高强钢,钢板的强度提高,并且综合性能都有很大改善,板厚就可以相应的减薄,从而有效减轻起重臂的重量。使用高强度钢板代替原用钢板后,起重臂截面钢板厚度可由原来的减少1~2mm,从而可以减轻起重臂重量达15%20%,有效的减轻了汽车起重机的整车重量。 

由此可知,对于整车而言,合理的选择先进高强钢,将其运用到整车的设计上,可以有效的实现汽车起重机的轻量化。 

臂体的举升高度 

随着社会经济的快速发展,汽车起重机的应用也越来越广泛,汽车起重机生产厂家也像雨后春笋般得到快速发展。生产厂家的增多,首先带来的突出问题就是市场竞争的加剧。一个企业要想在社会上站稳脚步,市场的占有量将起到决定性的作用。所以,如何抢占市场的先机,将是各汽车起重机生产厂家首要考虑的问题。面对这个问题,各厂家首先应从各自生产的车型上找突破口。例如同一种吨位的车型在某一方面优于其它厂家,有了自己独特的卖点,这在市场上将大大优胜于其它的竞争者。对于汽车起重机,能突出自己优势的地方很多,起重臂的举升高度也是其中之一。 

同一种吨位的起重机,它的全伸臂越长,工作范围也就越大,它也就越受消费者的青睐。

如何增加起重臂的长度,材料的选择将取得很大的作用。正如我们上文所提到的,先进高强钢在臂体上的运用,将解决这一问题。 

经过市场调查,就小吨位汽车起重机而言,不管臂体钢板采用的是普通钢板还是传统高强钢,臂体的长度都已经达到它们的设计极限。如果继续增加,首先它的安全性能将会降低,其次就是它的重量将会超出。无法满足国家标准对汽车起重机的设计要求,面对这些问题的限制,对于设计者而言,材料的合理选择将是一个比较大的方向。由上文可知,先进高强钢的强度在500MPa1500MPa之间,且综合性能优于普通高强钢。在汽车起重机的安全性能、重量以及外形尺寸等都符合国家标准时合理的选择先进高强钢来对起重臂的机构进行设计,使起重臂的全伸长度增加将不再是难题。 

结束语 

本文简单的分析了汽车起重机在采用先进高强钢时带来的优势。虽然国内现阶段先进高强钢在起重机设计中几乎很少应用,但是对于汽车起重机以后的发展方向,我个人认为先进高强钢在起重机设计中的应用将会是一个大的趋势。 

参考文献 

[1]马鸣图,先进汽车用钢化学工业出版社出版,2008 [2]张质文,起重机设计手册.北京:中国铁道出版社,1997 

[3]李扬,刘汉武,杜云慧,张鹏,汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向

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