淺談鋁合金材料在粉罐半掛車上的應(yīng)用

朱學(xué)平

輕量化是當(dāng)今粉罐半掛車技術(shù)發(fā)展的主題，隨著國(guó)內(nèi)治超、治限力度的加大，鋁合金散裝水泥運(yùn)輸半掛車在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)嶄露頭角。從罐車用鋁合金材料介紹、鋁合金材料在粉罐半掛車上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)、歐洲鋁合金粉罐半掛車的發(fā)展、國(guó)內(nèi)鋁合金粉罐半掛車發(fā)展影響因素以及今后發(fā)展趨勢(shì)等方面對(duì)鋁合金材料在粉罐半掛車上的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

隨著現(xiàn)代物流運(yùn)輸車治超、治限、安全和環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，“輕量化”技術(shù)已成為現(xiàn)階段專用汽車行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。尤其是2016年9月21日《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》（交通運(yùn)輸部令2016年第62號(hào)）政策實(shí)施以來，國(guó)內(nèi)各個(gè)市場(chǎng)隨之掀起了對(duì)小立方輕量化粉罐半掛車需求的高潮，然而高強(qiáng)度鋼材料的粉罐半掛車已是日前輕量化技術(shù)的瓶頸。而鋁合金材料具有密度小、強(qiáng)度高以及耐腐蝕等特點(diǎn)，鋁合金已成為粉罐半掛車輕量化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)選材料，主結(jié)構(gòu)（罐體、車架）材料為鋁合金的散裝水泥運(yùn)輸半掛車（圖1）在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上適勢(shì)而生、嶄露頭角。

罐車用鋁合金材料簡(jiǎn)介

粉罐半掛車的結(jié)構(gòu)鋁合金化的發(fā)展得益于國(guó)內(nèi)鋁合金材料基礎(chǔ)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的日趨成熟，下面對(duì)鋁合金材料做簡(jiǎn)要介紹。

1XXX系為純鋁;2XXX為Al-Cu系合金，主要合金元素為銅;3XXX為Al-Mn系合金，主要合金元素為錳;4XXX為Al-Si系合金，主要合金元素為硅;5XXX為Al-Mg系合金，主要合金元素為鎂;6XXX為Al-Mg2Si系合金，主要合金元素為鎂和硅;7XXX為Al-Zn系合金，主要合金元素為鋅。其中Al-Mn系、Al-Mg系、Al-Mg2Si系合金為鋁合金粉罐半掛車常用材料，粉罐半接車常用鋁合金材料的化學(xué)成分如表l所示。

Al-Si系合金應(yīng)用最廣泛的為3003材料，由于其較Al-Mg系合金強(qiáng)度低及3003材料的市場(chǎng)價(jià)格低，通常作為工具箱門板、底板、罐頂走道等非重要強(qiáng)度件應(yīng)用。

Al-Mg系合金通常作為罐體材料被廣泛應(yīng)用，其中5083是最為普遍的鋁鎂合金，具有良好的焊接性能、抗腐蝕性能及加工性能，中等強(qiáng)度（表2所示），是較為常用的罐體材料。5454鋁合金板是一種適合在高溫條件下使用的鋁鎂合金，在高溫下具有較好的強(qiáng)度和耐腐蝕性。表3為厚度為3～6mm鋁合金5083（O/H111）、5454（O/H111）板不同溫度下的許用應(yīng)力，從表3可以看出，長(zhǎng)期使用溫度135℃以上時(shí)，5454（O/Hlll）比5083 （O/Hlll）鋁鎂合金具有更好的強(qiáng)度。5182是油罐車專用鋁合金板，是近年來為罐車儲(chǔ)存和危險(xiǎn)品運(yùn)輸研發(fā)的符合ADR（危險(xiǎn)貨物國(guó)際道路運(yùn)輸歐洲公約）[6]要求的新型高鎂合金。在計(jì)算殼體最小厚度值時(shí)ADR用“抗拉強(qiáng)度×延伸率”來描述簡(jiǎn)體材料的力學(xué)性能.5182 （O/Hlll）相應(yīng)的延伸率較5083 （O/Hlll）、5454（O/Hlll）高。

Al-Mg2Si合金通常作為擠壓鋁型材應(yīng)用在粉罐半掛車上的管道、防護(hù)、大梁等結(jié)構(gòu)件，其中應(yīng)用最廣泛的為6061、6063材料。表4 為室溫下8～16mm厚6061鋁合金擠壓型材力學(xué)性能，可以看出，同種熱處理狀態(tài)下.6061較6063力學(xué)性能好些;同時(shí)由于硅、錳含量增加，焊接性能降低，因6063較6061具有較好的焊接性能。

鋁合金材料在粉罐半掛車上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1.整備質(zhì)量降低

鋁合金的密度儀約足鋼材的l/3，鋁合金材料應(yīng)用在粉罐半掛車上，可極大地降低粉罐半掛車的整備質(zhì)量。以某38m3臥式粉罐半掛車為例，主結(jié)構(gòu)（罐體、車架）及附件為高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)的粉罐半掛車整備質(zhì)量約6.15～6.5t，而主結(jié)構(gòu)（罐體、車架）及附件為鋁合金結(jié)構(gòu)的粉罐半掛車整備質(zhì)量約5.Ot;38m3鋁合金結(jié)構(gòu)可較高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)的臥式粉罐半掛車整備質(zhì)量輕1.2～1.5t。

2.經(jīng)濟(jì)效益高

根據(jù)GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》[8]規(guī)定，六軸半掛車列車的最大總重不得超過49t。為了取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，車輛進(jìn)行輕量化增加有效裝載量尤為重要。據(jù)調(diào)研用戶，江蘇地區(qū)施某反饋每百公里每噸水泥運(yùn)輸費(fèi)用約50元，每多拉1t水泥每天可多掙約100元;湖南地區(qū)用戶張某反饋每百公里每噸水泥運(yùn)輸費(fèi)約40元，每多拉It水泥每天可多掙約140元。按每年運(yùn)營(yíng)300天計(jì)算（較忙年度），在鋁合金粉罐半掛車自重減輕1.5t的情況下，每年可多掙4.5～6.3萬元。

3.節(jié)能減排

根據(jù)歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)有關(guān)的研究報(bào)告，車輛自重每減輕lOOkg，百公里油耗可降低0.6L，每節(jié)約1L燃油可減少CO，排放2.3kg[9-10]。如果一輛鋁合金臥式粉罐半掛車，減重1.5t，年行駛12萬km，按一半的空載里程計(jì)算，每年可節(jié)省燃油5400L，可減少CO2排放量14.42t。

4.耐腐蝕

鋁合金與空氣接觸，表面會(huì)自然形成氧化膜，具有較好的耐腐蝕性，因此粉罐半掛車的鋁合金結(jié)構(gòu)件可不做表面防銹油漆涂層。鋁合金結(jié)構(gòu)的粉罐半掛車在降低工廠油漆涂層成本的同時(shí)，也降低了油漆噴涂對(duì)操作員工身體的傷害及對(duì)環(huán)境的污染。

5.回收價(jià)值高

由于鋁合金具有較高的耐腐蝕性，在車輛達(dá)到強(qiáng)制報(bào)廢年限時(shí)，車體尚沒有較大的損傷，且鋁合金較高強(qiáng)度鋼的回收價(jià)值高。據(jù)查相關(guān)數(shù)據(jù)，日前廢鋁價(jià)格約1.1萬元/t，廢鐵價(jià)格約為0.19萬元/t。若一臺(tái)鋁合金粉罐半掛車使用2t鋁合金材料，鋁合金材料的回收價(jià)格為2.2萬元;同等容積的高強(qiáng)度鋼粉罐半掛車使用3.5t高強(qiáng)度鋼，鋼材的回收價(jià)格為0.665萬元（同時(shí)鋼材的耐腐蝕性能差，高強(qiáng)度鋼材的回收價(jià)格要低于此值）。因此鋁合金較碳鋼粉罐半掛車回收價(jià)格高15350元（實(shí)際差值更高）。歐洲鋁合金粉罐半掛車的發(fā)展

日前歐洲粉罐車多為立式（圖2）、舉升式（圖3）粉罐半掛車，這與其所運(yùn)物料有關(guān)，歐洲因少有大規(guī)?；ɑ顒?dòng)，水泥、煤灰等建材用量極少，主要以運(yùn)輸化工顆粒、食品、飼料為主。歐洲粉罐車在新材料應(yīng)用上走在了世界前沿，罐體、車架基本上全足鋁合金材質(zhì)，在側(cè)后防護(hù)、罐頂走道、儲(chǔ)氣筒、支腿、工具箱、懸架等附件上也都大量應(yīng)用鋁合金材料，其中較為優(yōu)秀的企業(yè)為德國(guó)的SPITZER、FFB公司，以及奧地利的MELMER和意大利的OME公司等。

SPITZER公司成立于1872年，是一家家族企業(yè)，由Johann Spitzer創(chuàng)立，早年主要從事農(nóng)產(chǎn)品的制造和銷售，于1950年開發(fā)和制造第一輛用于運(yùn)輸水泥和蘇打的粉罐車。長(zhǎng)期以來，該公司一直被視為鋁合金粉罐車生產(chǎn)的先驅(qū)，自20世紀(jì)60年代末以來，SPITZER公司一直專注于粉罐車的生產(chǎn)。

FFB公司成立于19 75年，由Otto Feldbinder和jand-dirk Beckmann創(chuàng)立，主要生產(chǎn)粉罐車和液罐車，其鋁合金立式粉罐半掛車的罐體結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)影響較為深遠(yuǎn)。

鋁合金材料在粉罐半掛車上的應(yīng)用

粉罐半掛車是粉粒物料運(yùn)輸半掛車的簡(jiǎn)稱，按罐體結(jié)構(gòu)的不同，可分為臥式（圖6）、立式（圖7）、舉升式（圖8）三種類型。日前，我國(guó)粉罐半掛車以臥式結(jié)構(gòu)為主，承擔(dān)著水泥、粉煤灰等常規(guī)散裝物料的運(yùn)輸，占據(jù)著絕對(duì)的市場(chǎng)份額。預(yù)測(cè)在未來的一段時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)鋁合金臥式粉罐半掛車將占據(jù)大多數(shù)的份額。

1.罐體

從表3可知，在135℃的溫度范圍內(nèi)，5083（O/H111）的力學(xué)性能優(yōu)于5454 （O/Hlll）的力學(xué)性能;同時(shí)根據(jù)《水泥質(zhì)量管理規(guī)定》，出磨水泥溫度不得大于135℃，因此在運(yùn)輸?shù)纳⒀b物料溫度不高于135℃的情況下，如水泥等，鋁合金粉罐半掛車的罐體材料宜選用5083 （O/Hlll）材料。另外5083（O/Hlll）材料作為粉罐車罐體材料在歐洲粉罐車上有著充分的市場(chǎng)實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.車架

車架宜多采用擠壓鋁型材，如6061材質(zhì)的L型梁、T型梁、三角型梁等翼板型材。對(duì)于非規(guī)則形狀的局部腹板及其他結(jié)構(gòu)件可選用5083或5182等材料。

3.附件

在附件如管道、側(cè)防護(hù)、后防護(hù)、罐頂走道等方面亦可采用鋁合金材料：同時(shí)經(jīng)過幾年的發(fā)展，鋁合金附件結(jié)構(gòu)在鋼鋁混合結(jié)構(gòu)（罐體、車架為高強(qiáng)度鋼，部分附件及配套件為鋁合金）的粉罐半掛車上得到了充分的發(fā)展。

4.配套件

鋁合金輪輞、支腿、儲(chǔ)氣筒、擋泥板作為半掛車的通用鋁合金配套件在各型半掛車上得到了長(zhǎng)足的發(fā)展;鋁合金人孔蓋、出料蝶閥、止回閥、安全閥等是粉罐半掛車的專用配套件，在此行業(yè)做的較久的廠家為sureseal等國(guó)外企業(yè)，國(guó)內(nèi)一些廠家如揚(yáng)州北方、黃巖通達(dá)、延邊渤海等企業(yè)亦對(duì)鋁合金粉罐半掛車專用配套件進(jìn)行了研究和開發(fā)。

國(guó)內(nèi)鋁合金粉罐半掛車發(fā)展的影響因素

鋁合金粉罐半掛車的發(fā)展在我國(guó)尚處于起步階段。鋁合金粉罐半掛車在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普及，但在我國(guó)鋁合金粉罐半掛車之所以產(chǎn)銷量小，發(fā)展緩慢，制約的主要因素有以下幾個(gè)方面。

1.限載、治超政策的影響

前些年，粉罐車在向粗放式方向發(fā)展，如GB 1589-2004《道路軍輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》制定的六軸列車最大總質(zhì)量不得超過49t，國(guó)內(nèi)超載、超限時(shí)有發(fā)生。隨后，GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》同樣制定了六軸列車最大總質(zhì)量不得超過49t。2016年9月21日交通運(yùn)輸部發(fā)布了《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》（交通運(yùn)輸部令2016年第62號(hào)）與標(biāo)準(zhǔn)GB 1589-2016基本保持一致，六軸列車最大總質(zhì)量不得超過49t。執(zhí)法逐漸嚴(yán)格，治超、限載的臨管力度加大，粉罐車在向輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化方向發(fā)展，輕量化鋁合金粉罐半掛車在此情況下也應(yīng)運(yùn)而生、嶄露頭角。

2.原材料成本高

鋁合金的材料價(jià)格高出碳鋼材料的數(shù)倍，如610L鋼的價(jià)格約4千多元每噸，而5083鋁合金的的價(jià)格在2萬多元每噸。同時(shí)鋁合金焊絲多采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)鋁合金焊絲，成本高，因此鋁合金粉罐半掛車，在鋁材、鋁焊絲等原材料方面成本高。

3.制造成本高

由于國(guó)內(nèi)鋁合金專用汽車發(fā)展處于初級(jí)階段，相應(yīng)制造設(shè)備及技術(shù)不成熟。企業(yè)發(fā)展鋁合金專用汽車需新購(gòu)置鋁合金粉罐半掛車制造設(shè)備，如單面焊雙面成型的拼板焊機(jī)、數(shù)控等離子或激光切割機(jī)、數(shù)控卷板機(jī)、罐體滾輪架，TIG焊自動(dòng)焊機(jī)、TIG、MIIG焊手工焊機(jī)以及鋁合金粉罐半掛車加工過程的工裝臺(tái)架等。同時(shí)鋁合金焊接人工成本高，瓴弧焊焊接人員的工時(shí)約是普通二保焊焊接人員工時(shí)成本的1.5倍。

4.維護(hù)困難

由于國(guó)內(nèi)鋁合金專用汽車普及率低，國(guó)內(nèi)各地缺乏鋁合金粉罐半掛車的氬弧焊機(jī)及柑應(yīng)的氬弧焊接人員，因此鋁合金粉罐半掛車在售后維護(hù)方面難度較大。

5.運(yùn)輸市場(chǎng)的不確定性

近幾年，隨著國(guó)家對(duì)超限超載車輛治理的不斷加強(qiáng)，超載現(xiàn)象已明顯好轉(zhuǎn)。但超載現(xiàn)象仍時(shí)常存在，如2018年中央電視臺(tái)綜合頻道曝光的某地執(zhí)法人員與客戶勾結(jié)，部分車輛仍然超限、超載運(yùn)輸。同時(shí)用戶對(duì)新材料、新產(chǎn)品的接受需要一個(gè)過程，對(duì)鋁合金粉罐半掛車的強(qiáng)度、承載能力和使用壽命尚存在疑問和顧慮。鋁合金粉罐半掛車的發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)鋁合金粉罐半掛車將深受上述因素的影響，同時(shí)鋁合金粉罐半掛車將向以下幾個(gè)方面發(fā)展。

1.鋁化率更高

在罐體、車架及主要附件進(jìn)行鋁合金結(jié)構(gòu)化后，配件的鋁合金結(jié)構(gòu)化也將不斷提高。如鋁合金懸架、鋁合金止回閥、安全閥等配套件更進(jìn)一步的應(yīng)用。

2.產(chǎn)品系列化

企業(yè)的鋁合金粉罐半掛車不再僅是單一的結(jié)構(gòu)車型，將向臥式、立式、舉升式粉罐半掛車的各容積系列方向發(fā)展。

3.輕量化

應(yīng)用鋁合金材料并不能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的輕量化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化還在于對(duì)產(chǎn)品輕量化技術(shù)的研究、探索，以達(dá)到在使用鋁合金材料情況下的最“輕量化”。

4.卸料性能更高

卸料性能一直是粉罐半掛車追求的性能指標(biāo)之一，粉罐半掛車在實(shí)現(xiàn)鋁合金結(jié)構(gòu)化后，卸料性能尤其剩余率將會(huì)有更高的要求和進(jìn)步。

5.標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化

提高產(chǎn)品零部件之間的通用性，實(shí)現(xiàn)小總成部件的模塊化設(shè)計(jì)、制造及裝配，降低整車制造的誤差，提高每個(gè)部件之間焊縫的精細(xì)化。對(duì)車輛進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，是縮短交貨周期的有效途徑。

結(jié)語

鋁合金粉罐半掛車在治超、限載等法規(guī)日趨嚴(yán)格的情況下應(yīng)運(yùn)而生，由于鋁合金粉罐半掛車具有運(yùn)營(yíng)效益高、節(jié)能減排等優(yōu)勢(shì)，鋁合金粉罐半掛車近兩年在國(guó)內(nèi)得到快速發(fā)展。歐洲專用車的發(fā)展指引著國(guó)內(nèi)專用車未來的發(fā)展方向，同時(shí)國(guó)內(nèi)鋁合金粉罐半掛車的發(fā)展受政策、鋁合金技術(shù)應(yīng)用等條件的制約。本文對(duì)鋁合金材料在粉罐半掛車上的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，指出了鋁合金粉罐半掛車未來可能的發(fā)展方向，對(duì)我國(guó)鋁合金粉罐半掛車的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

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