商用车中的铝挤压型材的新应用

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：

1.“Knapheide introduces aluminum utility bodies for multiple applications,” Trailer Body Builders, February 2023, p. 44.

2.Knapheide website.

3.Wayland, Michael, “Tesla breaks into America’s bestselling cars list for 2022, but trucks still dominate,” CNBC, January 7, 2023.

4.Lovrak, Tess, “Class 8 truck sales top 309k in 2022,” Fleet Equipment Magazine, February 7, 2023.

5.“The Truck/Trailer Solution,” Aluminum Extruders Council.

6.“Low Profile Vers-A-Deck Decking/Shoring Beam,” Ancra Cargo.

7.In person conversation with Ancra Cargo at TMC 2023, which provided the author with informed on use of aluminum extrusions.

8.Extreme Trailers website.

9.“Smooth-Sided Landscape Bodies,” DuraMag.

10.“Proven: The Toughest Dump Body in its class in America!” (video), DuraMag.

11.“Stellar introduces aluminum crane for mechanics trucks,” Trailer Body Builders, March 6, 2019.

12.“Battery Box: Success Stories,” Aluminum Extruders Council.

13.“Confidence Report: Lightweighting 2021,” NACFE, February 2021.

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