淺析鋁合金罐車在成品油運輸的應用價值

[摘要]隨著全球氣候變暖和能源問題的日益突出，各國政府均要求汽車制造企業降低產品能耗、減少污染、提高燃料的經濟性。而要改善汽車的上述性能，關鍵是減輕汽車本身的質量。鋁合金材料以其優異的金屬特性，較低的密度，成為輕量化的首選材料。鋁合金油罐在成品油運輸車輛上應用正是商用車輕量化的主要方式和方法之一。

[關鍵詞]鋁合金罐車；輕量化；應用價值；經濟安全

[DOI]1013939/jcnkizgsc201910059

《超限運輸車輛行駛公路管理規定》 對車輛車貨總重有著明確要求，在車輛總質量不變的情況下，確保車輛安全環保性，增加車輛載質量，提高經濟效益，主要措施就是減輕車輛自重，實現輕量化，這也是我國載貨汽車（尤其金屬材料使用占比較高的罐式運輸車）制造行業發展的趨勢。

1鋁合材料在汽車制造的應用狀況

經數據研究，發達國家鋁消費量的18%應用于汽車工業，平均每輛汽車用鋁140 kg，并正以每年20%～30%的速度遞增。世界各國都在積極推進車身、車體主要部件的鋁材化。鋁合金材料用于載重貨運車輛上也已超過80年的歷史，1950年第一臺鋁罐車問世，到20世紀60年代鋁材開始在車輛上大規模應用。目前鋁合金材料廣泛應用于歐美運輸行業 ，特別是載重和專用汽車。在罐車市場除了極少數運輸特殊化學物品之外，歐美幾乎所有罐體都是鋁合金制造的，市場占有率高達90%以上。

隨著中國汽車工業與世界的接軌，中國已成為重要的汽車生產消費國，但我國目前汽車的鋁化率還比較低。因此我國的汽車工業必須瞄準國際先進水平，對汽車用鋁合金的性能和生產工藝進行更深入的研究開發。

2鋁合金金屬特性及主要材料型號

與汽車用鋼鐵材料相比，鋁合金具有密度小、比強度和比剛度較高、彈性好、抗沖擊性能好和相當高的再回收率、再生率等一系列優良特征，因此受到了人們的普遍關注。鋁合金的密度低，只有27g/cm3，鋁的密度只有鋼或鐵的1/3，用在汽車上能夠有效降低車輛自身重量。

目前，用于汽車車身板的鋁合金主要有2000系、5000系和6000系合金。

2000系合金屬于Al-Cu-Mg系，是一種熱處理可強化的鋁合金，其具有優良的鍛造性、較高的強度和良好的焊接性能，強化相為CuMgAl2和CuAl2。

5000系合金中Mg是主要的合金元素，固溶于鋁基體中，形成固溶強化效應，是一種熱處理不可強化的鋁合金。

6000系合金中主要的合金元素是Mg和Si，并形成Mg2Si相，屬于熱處理可強化鋁合金。Al-Mg-Si合金具有較高的強度、較好的塑性和優良的耐腐蝕性。與鋼板相比，6000系-T4態板材的屈服強度和抗拉強度相近，硬化系數n值甚至超過鋼板。這種復雜斷面形狀的鋁合金型材，不僅具有質量輕、強度高和抗沖擊性好等特點，而且具有很好的擠壓成形性能，容易制作，所以在汽車上將得到廣泛應用。

3鋁合金罐車（半掛車為例）結構特點

鋁合金半掛罐車一般有罐體、車架、車橋、空氣懸掛、管路系統、電氣系統、支撐裝置、輔助制動系統（ABS）、安全附件等部分組成。單體罐車還需配備危險品專用底盤。各安全附件如側防護欄、尾防護欄、罐頂活動防護欄、罐頂圍框、管路箱、附件箱、擋泥板、滅火器箱等均采用鋁合金材料。

罐體設計上遵循GB 185641的規定執行。罐體采用近圓形截面。由罐體、封頭、隔板、防波板等部件組成。罐體厚度6mm，封頭、隔板7mm，防波板6mm。罐體頂部安裝鋁合金人孔及孔身，防波板上設直徑500mm的過人孔。方便上下罐檢修及觀察罐內裝液情況。罐體采用有限元軟件Ansys進行應力分析計算。結構受力點分布更合理，性能更可靠。封頭、隔板、防波板均采用淺碟形結構，抗沖擊效果更好，使用水壓漲型機成型。

鋁合金罐車常用鋁合金包括5000系列鎂鋁合金和6000系列鋁鎂硅合金。5000系列鎂鋁合金主要作為罐體材料使用，6000系列鋁鎂硅合金常用作其他附件及車架使用。車架斜支撐、縱梁、橫梁設計時充分考慮了行駛時各個部分的應力值不同，針對每個部位進行針對性設計，優化方案，在滿足車輛各種路況的行駛要求的前題下，使整車更輕、受力更好。

鋁合金罐車制造需要科學的工藝流程，合理的工藝安排、強大的設備加工能力，才能保證制造出高品質的產品。目前國內罐體封頭、隔板、防波板全程冷加工，杜絕熱成型過程中造成的合金燒損及材料組織結構變化，保證了封頭足夠的剛強度。罐體筒體縱向拼接，減少橫向焊縫，單面焊雙面成型，成型美觀，質量可靠。卷板機數控成型，尺寸及外形精準，保證了罐體與隔板的配合間隙不大于周邊1mm。焊接后各焊縫著色探傷檢測，各焊縫100%探傷。罐體組對后外部焊縫采用自動焊接機焊接。車架、罐頂圍框、斜支撐等采用TIG焊焊接。罐體上其他小部件外表面焊前陽極氧化處理。

4鋁合金罐車的應用效果

41規模運營，設備投入成本顯著下降

鋁合金罐車單臺車輛價格高于碳鋼結構罐車，但實現規模效應后，設備總投入明顯下降。以半罐車為例，鋁合金半罐車比碳鋼結構半罐價格高出10萬元左右，鋁合金半罐車載質量大約在33噸，碳鋼結構半掛車載質量在26噸左右，鋁合金罐車比碳鋼結構罐車車輛載質量增加7噸。在總車噸不變的情況下，每4臺鋁合金半掛車載質量與5臺碳鋼結構半掛車相當。購買4臺鋁合金半掛車比購買4臺碳鋼結構半罐車費用增加40萬，但總車噸不變的情況下，多購買1臺碳鋼結構半罐車（含牽引車），價格（含購置稅等）在60萬～65萬元。費用節約顯而易見。

42單車效益明顯提升

鋁合金罐車比碳鋼結構罐車車輛載質量增加7噸，鋁合金半罐車在運價、運距不變的情況下，單車實現收入明顯高于碳鋼結構罐車。主要變動成本油料消耗來看，車輛噸位增加與油耗增加無線性關系，實際測得噸位增加7噸油耗大約增加5%，但空車運行由于整備質量減少7噸，車輛全行程油耗增加可忽略。車輛修理費用長期來看鋁合金罐體由于不需要后期防腐噴漆，維護成本降低。其他（輪胎費用、路橋費、人工成本）變化不大，營運成本有效降低，單車效益明顯提升。

43設備自身安全、環保性能突出

鋁合金油罐車由于上裝重量較輕，所以整車重心低，不易翻車，增強了行駛安全性；鋁合金材料導電性能好，靜電不易積聚，減少了車輛閃爆事故發生的可能；鋁合金具有很好的抗腐蝕能力，能夠在其表面形成致密的氧化鋁覆蓋層，阻止大氣和潮氣的侵蝕。擦碰后表面會自動重新生成氧化膜，確保了車輛使用壽命；由于鋁合金不會發生銹蝕現象，消除了油品底部由于含水，跟罐體發生反應污染油品的可能；鋁合金的環保性能好，鋁合金可循環利用，當用鋁合金廢料代替原始金屬時，回收利用率可達到95%。

參考文獻

[1]李艷樂，李亞偉，李曉蓉.成品油配送量預測問題研究[J].中國市場，2017（3）.

[2]康淑芝.中國石油天然氣運輸公司運營管理信息化建設研究[J].中國市場，2016（49）.

[作者簡介]焦安鵬（1971— ），男，大學，工程師，現就職于中國石油運輸有限公司北京華北分公司，研究方向：交通運輸、工程機械管理。