[摘要]隨著全球氣候變暖和能源問(wèn)題的日益突出，各國(guó)政府均要求汽車(chē)制造企業(yè)降低產(chǎn)品能耗、減少污染、提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。而要改善汽車(chē)的上述性能，關(guān)鍵是減輕汽車(chē)本身的質(zhì)量。鋁合金材料以其優(yōu)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(yùn)輸車(chē)輛上應(yīng)用正是商用車(chē)輕量化的主要方式和方法之一。

[關(guān)鍵詞]鋁合金罐車(chē)；輕量化；應(yīng)用價(jià)值；經(jīng)濟(jì)安全

[DOI]1013939/jcnkizgsc201910059

《超限運(yùn)輸車(chē)輛行駛公路管理規(guī)定》 對(duì)車(chē)輛車(chē)貨總重有著明確要求，在車(chē)輛總質(zhì)量不變的情況下，確保車(chē)輛安全環(huán)保性，增加車(chē)輛載質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，主要措施就是減輕車(chē)輛自重，實(shí)現(xiàn)輕量化，這也是我國(guó)載貨汽車(chē)（尤其金屬材料使用占比較高的罐式運(yùn)輸車(chē)）制造行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

1鋁合材料在汽車(chē)制造的應(yīng)用狀況

經(jīng)數(shù)據(jù)研究，發(fā)達(dá)國(guó)家鋁消費(fèi)量的18%應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，平均每輛汽車(chē)用鋁140 kg，并正以每年20%～30%的速度遞增。世界各國(guó)都在積極推進(jìn)車(chē)身、車(chē)體主要部件的鋁材化。鋁合金材料用于載重貨運(yùn)車(chē)輛上也已超過(guò)80年的歷史，1950年第一臺(tái)鋁罐車(chē)問(wèn)世，到20世紀(jì)60年代鋁材開(kāi)始在車(chē)輛上大規(guī)模應(yīng)用。目前鋁合金材料廣泛應(yīng)用于歐美運(yùn)輸行業(yè) ，特別是載重和專用汽車(chē)。在罐車(chē)市場(chǎng)除了極少數(shù)運(yùn)輸特殊化學(xué)物品之外，歐美幾乎所有罐體都是鋁合金制造的，市場(chǎng)占有率高達(dá)90%以上。

隨著中國(guó)汽車(chē)工業(yè)與世界的接軌，中國(guó)已成為重要的汽車(chē)生產(chǎn)消費(fèi)國(guó)，但我國(guó)目前汽車(chē)的鋁化率還比較低。因此我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，對(duì)汽車(chē)用鋁合金的性能和生產(chǎn)工藝進(jìn)行更深入的研究開(kāi)發(fā)。

2鋁合金金屬特性及主要材料型號(hào)

與汽車(chē)用鋼鐵材料相比，鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度較高、彈性好、抗沖擊性能好和相當(dāng)高的再回收率、再生率等一系列優(yōu)良特征，因此受到了人們的普遍關(guān)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(chē)上能夠有效降低車(chē)輛自身重量。

目前，用于汽車(chē)車(chē)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(qiáng)化的鋁合金，其具有優(yōu)良的鍛造性、較高的強(qiáng)度和良好的焊接性能，強(qiáng)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(qiáng)化效應(yīng)，是一種熱處理不可強(qiáng)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(qiáng)化鋁合金。Al-Mg-Si合金具有較高的強(qiáng)度、較好的塑性和優(yōu)良的耐腐蝕性。與鋼板相比，6000系-T4態(tài)板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相近，硬化系數(shù)n值甚至超過(guò)鋼板。這種復(fù)雜斷面形狀的鋁合金型材，不僅具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和抗沖擊性好等特點(diǎn)，而且具有很好的擠壓成形性能，容易制作，所以在汽車(chē)上將得到廣泛應(yīng)用。

3鋁合金罐車(chē)（半掛車(chē)為例）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋁合金半掛罐車(chē)一般有罐體、車(chē)架、車(chē)橋、空氣懸掛、管路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、支撐裝置、輔助制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、安全附件等部分組成。單體罐車(chē)還需配備危險(xiǎn)品專用底盤(pán)。各安全附件如側(cè)防護(hù)欄、尾防護(hù)欄、罐頂活動(dòng)防護(hù)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(shè)計(jì)上遵循GB 185641的規(guī)定執(zhí)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(shè)直徑500mm的過(guò)人孔。方便上下罐檢修及觀察罐內(nèi)裝液情況。罐體采用有限元軟件Ansys進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算。結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)分布更合理，性能更可靠。封頭、隔板、防波板均采用淺碟形結(jié)構(gòu)，抗沖擊效果更好，使用水壓漲型機(jī)成型。

鋁合金罐車(chē)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(chē)架使用。車(chē)架斜支撐、縱梁、橫梁設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了行駛時(shí)各個(gè)部分的應(yīng)力值不同，針對(duì)每個(gè)部位進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案，在滿足車(chē)輛各種路況的行駛要求的前題下，使整車(chē)更輕、受力更好。

鋁合金罐車(chē)制造需要科學(xué)的工藝流程，合理的工藝安排、強(qiáng)大的設(shè)備加工能力，才能保證制造出高品質(zhì)的產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)罐體封頭、隔板、防波板全程冷加工，杜絕熱成型過(guò)程中造成的合金燒損及材料組織結(jié)構(gòu)變化，保證了封頭足夠的剛強(qiáng)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(zhì)量可靠。卷板機(jī)數(shù)控成型，尺寸及外形精準(zhǔn)，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(cè)，各焊縫100%探傷。罐體組對(duì)后外部焊縫采用自動(dòng)焊接機(jī)焊接。車(chē)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(yáng)極氧化處理。

4鋁合金罐車(chē)的應(yīng)用效果

41規(guī)模運(yùn)營(yíng)，設(shè)備投入成本顯著下降

鋁合金罐車(chē)單臺(tái)車(chē)輛價(jià)格高于碳鋼結(jié)構(gòu)罐車(chē)，但實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)后，設(shè)備總投入明顯下降。以半罐車(chē)為例，鋁合金半罐車(chē)比碳鋼結(jié)構(gòu)半罐價(jià)格高出10萬(wàn)元左右，鋁合金半罐車(chē)載質(zhì)量大約在33噸，碳鋼結(jié)構(gòu)半掛車(chē)載質(zhì)量在26噸左右，鋁合金罐車(chē)比碳鋼結(jié)構(gòu)罐車(chē)車(chē)輛載質(zhì)量增加7噸。在總車(chē)噸不變的情況下，每4臺(tái)鋁合金半掛車(chē)載質(zhì)量與5臺(tái)碳鋼結(jié)構(gòu)半掛車(chē)相當(dāng)。購(gòu)買(mǎi)4臺(tái)鋁合金半掛車(chē)比購(gòu)買(mǎi)4臺(tái)碳鋼結(jié)構(gòu)半罐車(chē)費(fèi)用增加40萬(wàn)，但總車(chē)噸不變的情況下，多購(gòu)買(mǎi)1臺(tái)碳鋼結(jié)構(gòu)半罐車(chē)（含牽引車(chē)），價(jià)格（含購(gòu)置稅等）在60萬(wàn)～65萬(wàn)元。費(fèi)用節(jié)約顯而易見(jiàn)。

42單車(chē)效益明顯提升

鋁合金罐車(chē)比碳鋼結(jié)構(gòu)罐車(chē)車(chē)輛載質(zhì)量增加7噸，鋁合金半罐車(chē)在運(yùn)價(jià)、運(yùn)距不變的情況下，單車(chē)實(shí)現(xiàn)收入明顯高于碳鋼結(jié)構(gòu)罐車(chē)。主要變動(dòng)成本油料消耗來(lái)看，車(chē)輛噸位增加與油耗增加無(wú)線性關(guān)系，實(shí)際測(cè)得噸位增加7噸油耗大約增加5%，但空車(chē)運(yùn)行由于整備質(zhì)量減少7噸，車(chē)輛全行程油耗增加可忽略。車(chē)輛修理費(fèi)用長(zhǎng)期來(lái)看鋁合金罐體由于不需要后期防腐噴漆，維護(hù)成本降低。其他（輪胎費(fèi)用、路橋費(fèi)、人工成本）變化不大，營(yíng)運(yùn)成本有效降低，單車(chē)效益明顯提升。

43設(shè)備自身安全、環(huán)保性能突出

鋁合金油罐車(chē)由于上裝重量較輕，所以整車(chē)重心低，不易翻車(chē)，增強(qiáng)了行駛安全性；鋁合金材料導(dǎo)電性能好，靜電不易積聚，減少了車(chē)輛閃爆事故發(fā)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(huì)自動(dòng)重新生成氧化膜，確保了車(chē)輛使用壽命；由于鋁合金不會(huì)發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，消除了油品底部由于含水，跟罐體發(fā)生反應(yīng)污染油品的可能；鋁合金的環(huán)保性能好，鋁合金可循環(huán)利用，當(dāng)用鋁合金廢料代替原始金屬時(shí)，回收利用率可達(dá)到95%。

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[作者簡(jiǎn)介]焦安鵬（1971— ），男，大學(xué)，工程師，現(xiàn)就職于中國(guó)石油運(yùn)輸有限公司北京華北分公司，研究方向：交通運(yùn)輸、工程機(jī)械管理。