商用车中的铝挤压型材的新应用

【汽车材料网】商用车与乘用车有一个关键的区别。商用车是一种工作工具，因此在设计和制造时考虑到一定的应用，这通常被称为工作周期。商用车的维护是必要的，但修理车辆的停机时间是非常不利的。在许多情况下，车队会对车辆进行一年的测试，然后才能确信该产品已为其车队做好准备。因此，商用车的材料选择必须将耐用性和维护作为考虑因素。铝挤压是一项成熟的技术，因为它们在各种商用车辆上非常受欢迎——从拖车到送货货车和多用途车辆。使用铝挤压件的车辆的多样性验证了挤压件在轻量化、耐腐蚀、维护、易于集成和结构效率方面的价值主张。

例如Knapheide（克纳菲德公司），这是一家制造定制卡车车身的公司。该公司最近发布了适用于多款车辆的新型铝制通用车身，公司宣称“所使用的轻质铝材经久耐用且耐腐蚀，同时与钢材相比，车身重量平均减轻了35%[1-2]。”

一、商用车挤压件

1.1半挂卡车和拖车

8级半挂卡车也称为拖拉机，源自拉丁词trahere，意思是“拉”。与轿车、SUV和轻型卡车的一般汽车市场相比，8级半挂卡车每年的销量相形见绌。例如，仅丰田RAV4车型在2022年的销量（399,941辆）就高于整个8级卡车市场，后者共售出309,615 辆牵引车[3-4]。

与汽车市场的另一个区别是所用材料信息的可用性。汽车通常被Benchmarking公司拆解，以分析所使用的内部组件和材料，并且这些信息是公开的。另一方面，没有一家知名公司在商业卡车运输领域进行同类Benchmark分析，即使有，也不会公布数据。商用卡OEM非常谨慎地分享其卡车的材料构成。众所周知，8级半挂卡车中有一些挤压件，例如小的安装支架，但这些部件并不常见。商用卡车上最突出的突出部分是eCascadia电动牵引车上的侧面保护梁（图1）。福莱纳(Freightliner）有可能受到启发，在其电动8级半挂卡车上使用挤压型材，这是基于汽车行业使用挤压型摇杆（rockers）来实现车辆碰撞安全和电池保护。

与牵引车相反，商用拖车OEM非常愿意共享拖车的材料清单。在各种拖车设计中，无论是封闭式还是平板式，挤压件随处可见。拖车的前部倾向于使用挤压件作为角梁，而侧壁通常采用标准的柱板结构制造。其他使用挤压件的区域包括地板、侧面耐磨带、地板下方的横梁、起落架以及门和铰链。如果有坡道，挤压材料可以减轻坡道的重量以便于操作，并且还可以将防滑抓握功能纳入其外形设计以防止发生事故。

在技术和维护委员会(Technology and Maintenance Council)的2023年运输技术会议和展览会上，拖车制造商接受了有关挤压件使用情况的调查。大多数OEM都将轻量化视为主要价值。例如地板下方的横梁、重量敏感的冷藏拖车（称为“冷藏车”），其中横梁是挤压铝。对于通常对重量不敏感的典型干货车，横梁是冲压钢。对于包含许多横梁的拖车，铝和钢之间的差异是巨大的，但成本也是如此。

冷藏拖车结构需要典型的结构和耐久性标准。但是，它对热管理、霉菌和水分也有要求。因此，通常选择铝代替木地板（图2），因为它不会发霉或吸收水分，而且更容易清洁。

在封闭的拖车内，通常有负载固定系统，例如来自Ancra Cargo的系统[6-7]，在滑动机构和横梁上使用挤压件。在这种情况下，挤压件能够提供特定的几何形状，使用户可以轻松调整固定装置的位置。此外，铝的低密度最大限度地减少了重量损失。

平板拖车也使用大量挤压件——Extreme Trailers, LLC制造的拖车就是如此（图3）。整个平板拖车都使用挤压件，包括一个大而坚固的挤压梁（由Pennex Aluminum生产），位于平台中心以支撑负载。Extreme Trailers对全铝制拖车价值主张毫不避讳，称该拖车“重量减轻了1,800 磅，强度提高了50%，以获得极高的利润[8]。

1.2货车

从汽车设计到商用车的延续是电动送货卡车的多空心摇杆结构。挤压摇杆现在在轻型电动汽车上很常见，作为一个单独的部件，或者作为电池盒的环境[12]。图4显示了电动送货车上使用的挤压摇杆的一部分。摇杆结构对于吸收碰撞能量以保护乘客舱至关重要，在电动汽车中，它也用于保护电池系统。

Shyft Group 生产 Blue Arc，这是一款采用轻型铝和复合材料车身的电动送货车，该车辆还包括货物区域的铝蜂窝架。令人惊讶的是，Shyft只是少数将轻量化作为公司倡议的电动货车制造商其中之一。

1.3多用途和工作用卡车（Utility and Work Trucks）

工作卡车（Work Trucks）展是一个值得参加的有趣活动，因为展示了如此多的工作实用程序和工作卡车，突出了定制每一个以满足用户需求的各种方式。大多数工作卡车床（work truck beds）都配有装满工具和材料的抽屉和围栏，所有这些都是为了满足工作的特定要求而设计的。挤压件非常适合这些系统，因为它们重量轻、耐用、不生锈，最重要的是易于定制，具有严格的几何公差。

轻量化也是工作卡车挤压件的一个关键属性。DuraMag®隶属于Shyft Group，拥有一系列草坪护理卡车，在角柱和地板等结构上采用6000系列挤压件。这些卡车的重量比钢床设计轻45%[9]。虽然人们可能认为铝制翻斗床（aluminum dump bed）的耐用性不如钢，但DuraMag证明了这一点。该公司已经证明，沙子、砾石甚至大石块都可以从末端装载机掉落到卡车中，而不会损坏卡车底板[10]。

卡车车身并不是工作卡车市场上唯一利用挤压件的产品。Stellar推出了一种挤压铝制起重机，重量比钢铁产品轻30%。轻型加长动臂有两个好处：增加车辆的有效载荷和在操作期间移动动臂所需的能量更少[11]。当然，铝的耐腐蚀性也意味着更少的维护和长期耐用性。

二、商业卡车运输中的材料选择

地面运输、卡车和汽车中的大多数结构挤压产品都使用6000系列合金。在商用车中，大多数产品突出使用6061-T6，因为它具有全面的性能，易于制造和焊接，以及一般的腐蚀性能。6063合金具有更好的腐蚀性能，6005A具有更好的挤压性能。然而，在与许多商用拖车工程师交谈后，很明显6061 是首选。这可能是由于其商业可用性，这是一个主要考虑因素，因为拖车市场的成本竞争非常激烈。

从车架纵梁到车身结构，卡车运输中有许多关于高级高强度钢用于各种部件的参考资料。大多数车架纵梁为120 ksi（827 Mpa），但现在可提供160 ksi（1,100 Mpa）的纵梁。另一方面，没有已知的7000 系列铝板或挤压件用于提供类似的高强度，同时减轻额外的重量。原因可能是7000 系列铝的成本和价值，以及供应有限。

燃油效率本身并不是商业车OEM 专注于轻量化的激励因素。将燃油减少1% 需要减轻约2,000 磅（907千克）的重量。由于在燃油经济性方面的优势如此之小，轻量化举措的动机是每次旅行能够携带更多货物。北美货运效率委员会发布的关于8 级半挂车和拖车轻量化的客观研究更深入地探讨了这一概念[13]。

总结

展望未来，卡车运输市场正在寻求替代推进解决方案，以减少甚至完全避免柴油燃料的使用。电气化活动如火如荼，但由于充电水平高且基础设施不存在，因此面临重大障碍。电动8 级半挂车比柴油拖拉机重约5,000 磅（2,268千克）。

即使在拖车中，也有几种解决方案正在开发中，可以从拖车轴中获取能量，以储存和驱动制冷装置。这增加了拖车的重量，约为数百磅，这可能会刺激更多的轻量化努力。卡车运输市场将继续创新，就像负载稳定器和起重臂一样，铝挤压型材被证明是一种低风险、具有成本竞争力和耐用的材料，可以实现轻量化和性能目标。

参考文章：

来源：作者：Andrew Halonen，Mayflower Consulting LLC，汽车材料网翻译整理。