浅析铝合金罐车在成品油运输的应用价值
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[摘要]随着全球气候变暖和能源问题的日益突出，各国政府均要求汽车制造企业降低产品能耗、减少污染、提高燃料的经济性。而要改善汽车的上述性能，关键是减轻汽车本身的质量。铝合金材料以其优异的金属特性，较低的密度，成为轻量化的首选材料。铝合金油罐在成品油运输车辆上应用正是商用车轻量化的主要方式和方法之一。
[关键词]铝合金罐车；轻量化；应用价值；经济安全
[DOI]1013939/jcnkizgsc201910059
《超限运输车辆行驶公路管理规定》 对车辆车货总重有着明确要求，在车辆总质量不变的情况下，确保车辆安全环保性，增加车辆载质量，提高经济效益，主要措施就是减轻车辆自重，实现轻量化，这也是我国载货汽车（尤其金属材料使用占比较高的罐式运输车）制造行业发展的趋势。
1铝合材料在汽车制造的应用状况
经数据研究，发达国家铝消费量的18%应用于汽车工业，平均每辆汽车用铝140 kg，并正以每年20%～30%的速度递增。世界各国都在积极推进车身、车体主要部件的铝材化。铝合金材料用于载重货运车辆上也已超过80年的历史，1950年第一台铝罐车问世，到20世纪60年代铝材开始在车辆上大规模应用。目前铝合金材料广泛应用于欧美运输行业 ，特别是载重和专用汽车。在罐车市场除了極少数运输特殊化学物品之外，欧美几乎所有罐体都是铝合金制造的，市场占有率高达90%以上。
随着中国汽车工业与世界的接轨，中国已成为重要的汽车生产消费国，但我国目前汽车的铝化率还比较低。因此我国的汽车工业必须瞄准国际先进水平，对汽车用铝合金的性能和生产工艺进行更深入的研究开发。
2铝合金金属特性及主要材料型号
与汽车用钢铁材料相比，铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、弹性好、抗冲击性能好和相当高的再回收率、再生率等一系列优良特征，因此受到了人们的普遍关注。铝合金的密度低，只有27g/cm3，铝的密度只有钢或铁的1/3，用在汽车上能够有效降低车辆自身重量。
目前，用于汽车车身板的铝合金主要有2000系、5000系和6000系合金。
2000系合金属于Al-Cu-Mg系，是一种热处理可强化的铝合金，其具有优良的锻造性、较高的强度和良好的焊接性能，强化相为CuMgAl2和CuAl2。
5000系合金中Mg是主要的合金元素，固溶于铝基体中，形成固溶强化效应，是一种热处理不可强化的铝合金。
6000系合金中主要的合金元素是Mg和Si，并形成Mg2Si相，属于热处理可强化铝合金。Al-Mg-Si合金具有较高的强度、较好的塑性和优良的耐腐蚀性。与钢板相比，6000系-T4态板材的屈服强度和抗拉强度相近，硬化系数n值甚至超过钢板。这种复杂断面形状的铝合金型材，不仅具有质量轻、强度高和抗冲击性好等特点，而且具有很好的挤压成形性能，容易制作，所以在汽车上将得到广泛应用。
3铝合金罐车（半挂车为例）结构特点
铝合金半挂罐车一般有罐体、车架、车桥、空气悬挂、管路系统、电气系统、支撑装置、辅助制动系统（ABS）、安全附件等部分组成。单体罐车还需配备危险品专用底盘。各安全附件如侧防护栏、尾防护栏、罐顶活动防护栏、罐顶围框、管路箱、附件箱、挡泥板、灭火器箱等均采用铝合金材料。
罐体设计上遵循GB 185641的规定执行。罐体采用近圆形截面。由罐体、封头、隔板、防波板等部件组成。罐体厚度6mm，封头、隔板7mm，防波板6mm。罐体顶部安装铝合金人孔及孔身，防波板上设直径500mm的过人孔。方便上下罐检修及观察罐内装液情况。罐体采用有限元软件Ansys进行应力分析计算。结构受力点分布更合理，性能更可靠。封头、隔板、防波板均采用浅碟形结构，抗冲击效果更好，使用水压涨型机成型。
铝合金罐车常用铝合金包括5000系列镁铝合金和6000系列铝镁硅合金。5000系列镁铝合金主要作为罐体材料使用，6000系列铝镁硅合金常用作其他附件及车架使用。车架斜支撑、纵梁、横梁设计时充分考虑了行驶时各个部分的应力值不同，针对每个部位进行针对性设计，优化方案，在满足车辆各种路况的行驶要求的前题下，使整车更轻、受力更好。
铝合金罐车制造需要科学的工艺流程，合理的工艺安排、强大的设备加工能力，才能保证制造出高品质的产品。目前国内罐体封头、隔板、防波板全程冷加工，杜绝热成型过程中造成的合金烧损及材料组织结构变化，保证了封头足够的刚强度。罐体筒体纵向拼接，减少横向焊缝，单面焊双面成型，成型美观，质量可靠。卷板机数控成型，尺寸及外形精准，保证了罐体与隔板的配合间隙不大于周边1mm。焊接后各焊缝着色探伤检测，各焊缝100%探伤。罐体组对后外部焊缝采用自动焊接机焊接。车架、罐顶围框、斜支撑等采用TIG焊焊接。罐体上其他小部件外表面焊前阳极氧化处理。
4铝合金罐车的应用效果
41规模运营，设备投入成本显著下降
铝合金罐车单台车辆价格高于碳钢结构罐车，但实现规模效应后，设备总投入明显下降。以半罐车为例，铝合金半罐车比碳钢结构半罐价格高出10万元左右，铝合金半罐车载质量大约在33吨，碳钢结构半挂车载质量在26吨左右，铝合金罐车比碳钢结构罐车车辆载质量增加7吨。在总车吨不变的情况下，每4台铝合金半挂车载质量与5台碳钢结构半挂车相当。购买4台铝合金半挂车比购买4台碳钢结构半罐车费用增加40万，但总车吨不变的情况下，多购买1台碳钢结构半罐车（含牵引车），价格（含购置税等）在60万～65万元。费用节约显而易见。
42单车效益明显提升
铝合金罐车比碳钢结构罐车车辆载质量增加7吨，铝合金半罐车在运价、运距不变的情况下，单车实现收入明显高于碳钢结构罐车。主要变动成本油料消耗来看，车辆吨位增加与油耗增加无线性关系，实际测得吨位增加7吨油耗大约增加5%，但空车运行由于整备质量减少7吨，车辆全行程油耗增加可忽略。车辆修理费用长期来看铝合金罐体由于不需要后期防腐喷漆，维护成本降低。其他（轮胎费用、路桥费、人工成本）变化不大，营运成本有效降低，单车效益明显提升。
43设备自身安全、环保性能突出
铝合金油罐车由于上装重量较轻，所以整车重心低，不易翻车，增强了行驶安全性；铝合金材料导电性能好，静电不易积聚，减少了车辆闪爆事故发生的可能；铝合金具有很好的抗腐蚀能力，能够在其表面形成致密的氧化铝覆盖层，阻止大气和潮气的侵蚀。擦碰后表面会自动重新生成氧化膜，确保了车辆使用寿命；由于铝合金不会发生锈蚀现象，消除了油品底部由于含水，跟罐体发生反应污染油品的可能；铝合金的环保性能好，铝合金可循环利用，当用铝合金废料代替原始金属时，回收利用率可达到95%。
参考文献
[1]李艳乐，李亚伟，李晓蓉.成品油配送量预测问题研究[J].中国市场，2017（3）.
[2]康淑芝.中国石油天然气运输公司运营管理信息化建设研究[J].中国市场，2016（49）.
[作者简介]焦安鹏（1971— ），男，大学，工程师，现就职于中国石油运输有限公司北京华北分公司，研究方向：交通运输、工程机械管理。
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