【摘要】國內生產制造的液化氣罐車結構多為單車固定式，因其受底盤承載能力的限制，其裝載量僅能達到10t。隨著近年來液化石油氣儲運量、需求量的迅猛增加，特別是運輸道路質量的提高，小噸位的罐車就顯得運輸能力低，運輸成本高，為此市場上對汽車罐車的單車運輸噸位要求越來越大。文章介紹了液化石油氣罐半掛車的結構特點及設計方案，通過對罐體的應力計算、強度校核和對整車的軸荷、行駛穩定性、牽引性能、爬坡能力等的計算，及對樣車進行的運行試驗，證明該車結構設計合理的趨勢。通過深入調查分析，把握液化石油氣半掛車設計新趨勢，具體分析該產品所在的細分市場，對液化石油氣罐半掛車行業總體市場的供求趨勢及行業前景做出判斷。
　　【關鍵詞】液化石油氣半掛車；設計；危運車輛；安全性能
　　自從國家頒布、實施《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB1589—2004）標準后，演繹了一場以降低液化氣體半掛車總質量、爭取罐車罐體容積最大化、提高半掛車單載最大充裝量、滿足客戶千方百計降低每噸/公里運行成本的心態和需求為設計指導思想的革命。這種設計新趨勢，到底對危險物品運輸車輛行駛安全性能的影響如何，筆者本人從一個從事三十年三類壓力容器和液化氣體汽車罐車設計與制造、以及燃氣企業安全技術管理經驗的工程技術人員的角度，淺談一下個人看法和見解。
　　一、 最新設計的液化石油氣半掛車特點
　　當國內25噸系列液化石油氣半掛車滿載總質量由46噸多降低到國家限制的最大40噸時、以往設計的半掛車最大充裝量由24.6噸降低到22.3噸，單載運輸能力明顯減少10%左右，意味運輸企業成本相應提高了10%左右。
　　半掛車制造企業為了提升自身的市場競爭能力，圍繞如何在嚴格遵守現行GB1589標準的基礎上，優化設計，降低半掛車整備質量、爭取罐車罐體容積最大化而費盡了心思；對液化石油氣半掛車進行了結構性技術改造，主要包括：
　　1．罐體與車梁之間的連接，由以往整體式長條V型支座、改用只保證與行走機構部分連接的短V型支座；再逐步轉化為取消V型支座、采用行走機構的車梁與支座一體化的反T型與鞍座組合結構的連接方式；
　　2．罐體采用半球形封頭代替橢圓封頭；
　　3．個別廠家放棄了具有提高罐體剛性、防止罐體變形的X形防沖板結構，回復以往的雙層弧形防沖板結構；
　　4．減少罐體內部加強圈數量或放棄設置排污口；
　　5．放棄在支腿位置設置輔助支墩；
　　6．采用緊急切斷閥與裝卸球閥一體化結構；
　　7．繼續延用以往成功經驗，根據罐體計算最小壁厚、選用篩選板作筒體等。
　　二、新設計思路的安全性分析
　　事實上，上述罐車制造廠家所采用的技術改造舉措，是可以滿足用戶半掛車單載最大充裝量達到23.6噸理想要求。但任何事物都必須一分為二看待，作為易燃易爆危險物品的運輸車輛，液化石油氣半掛車制造質量的關鍵是必須保證其設計的合理性、行駛的穩定性和安全可靠性。以下幾個在半掛車使用過程發現的、以及因交通事故而導致的產品質量和缺陷問題，應引起各罐車制造廠家高度重視，并在壓力容器產品質量保證體系運行過程加以控制：
　　1、過去三十多年，中國液化氣體汽車罐車的制造一直采用V型支座+連接卡座+高強度螺栓組合結構、解決罐體與車輛底盤（或行走機構）之間的連接固定方式問題。
　　為了降低半掛車的整備質量，目前國內銷量較大的幾家半掛車制造企業相繼設計和采用行走機構的車梁與罐體支座一體化的反T型與鞍座組合結構的連接方式。罐車廠家只需要將罐體吊上制造商所提供的行走機構車架上，通過組裝、校正、焊接后，罐體與車輛行走機構之間的連接固定工序就基本完成。根據本人對近十輛同類結構的液化石油氣半掛車的產品質量跟蹤，以下幾個設計和制造關鍵控制點被生產廠質量保證體系所忽視：
　　（1）根據液化氣體罐車制造質量控制要求，為了保證車輛行駛穩定性，行業內將罐體與底盤（或行走機構）之間的中心偏移量控制在4毫米范圍內、罐體水平線兩端與車梁水平高低差控制在3毫米范圍內作為理想的質量參考指標。
　　事實上，如果制造廠家對罐體只是按GB150的圓度不大于1％和罐體直線度不大于1‰的最低成型控制要求時，在管口和牽引銷及其牽引銷座定位完成后，假定車架上的雙條形反T型與鞍座組合結構支座尺寸十分準確，當罐體與行走機構組裝時，由于罐體本身的制造質量誤差，必然導致罐體中心偏移量和牽引銷偏移量超標。
　　（2）以往所采用的長條V型支座的罐體與車梁連接結構，具有連續性均布受力載荷的優點。而采用車梁與支座一體化的反T型組合與鞍座結構的連接方式，必須注重通過增設多組內、外立式加強筋板、合理分解和分布支座的受力載荷問題；如果簡單地分布5~6條加強筋板，必然構成對半掛車行駛安全和穩定性威脅。
　　車梁與支座一體化的反T型與鞍座組合結構的連接方式屬于剛性連接結構；如何消除罐車在轉彎過程重力載荷產生的切向拉應力所構成的局部拉應力過度集中，避免上述墊板被拉裂的惡劣工況發生是廠家必須關注的技術課題。
　　（3）觀察分析其中一輛采用車梁與支座一體化的反T型與鞍座組合結構的行走機構的、發生翻車事故半掛車，發現其右邊三組軸彈簧鋼板支座與底梁之間的連接角焊縫幾乎完全開裂、整個行走機構基本失效。究其原因主要是構件選材單薄、焊接角焊縫質量差等因素所致；是否與降低行走機構重量有關，這方面應引起生產廠家的高度重視。
　　2、罐體采用球形封頭代替橢圓封頭已經成為汽車罐車制造企業在設計和制造液化石油氣半掛車的另一個特點。
　　事實上汽車罐車制造廠將液化石油氣半掛車罐體直徑定為2.45米、長度定為12.7米，已經將現行GB1589標準有關車輛外廓尺寸的要求利用到極限。從優化設計的角度分析，采用球形封頭代替橢圓封頭，的確可以將半掛車單載最大充裝量提升到23.5噸左右；而且該結構在國外亦十分普遍。根據最近幾年發生在廣州范圍內的6起22~25噸液化石油氣半掛車交通事故現場勘察的結果顯示：
　　（1）由于重載半掛車重心高，重力慣性大；在正常車速、平直路面狀態下發生翻車事故，皆因閃避迎面而來的車輛、人員或雜物所造成；而進入高速公路匝道轉彎路面發生的翻車事故、皆因車速過快（大于30公里/小時）所致。
　　（2）平直路面狀態下、罐體首先與地面撞擊的部位主要是罐體兩側水平分中線即90°或270°左右的封頭與筒體連接環焊縫區域；轉彎路面狀態、罐體首先與匝道上防護欄和混凝土建筑物撞擊的部位主要是罐體水平分中線上即45°~90°或270°~315°左右的前、后封頭與筒體連接環焊縫區域。
　　（3）沖擊力和慣性使罐體撞擊部位無一例外、均產生直徑約400毫米、深度約60毫米左右的不規則、鍋型或徑向V型內凹的嚴重損傷缺陷。
　　（4）而采用球形封頭罐體的、發生在彎道的半掛車翻車事故，其產生的損傷缺陷特征基本相同；且在90°或270°左右的前球形封頭與筒體連接環焊縫區域還形成一個約800毫米左右的平板式扁塌損傷缺陷。
　　（5）無論是采用材質為16MnR、16（或14）毫米板厚的橢圓封頭或10毫米板厚的球形封頭結構，由于經歷的事故案例半掛車內凹損傷部位均未受到尖銳性金屬物撞擊的考驗，故未導致罐體開裂和泄漏。比較之下、從抵御沖擊力的角度分析，兩種封頭結構的選擇，目前還未有明顯的優劣之分。
　　不過，該類半掛車一旦遭遇翻車事故，大多數的事故罐體由于表面刮傷和內凹缺陷修復費用太大，基本是逃脫不了整車報廢的命運。
　　3、輔助支墩是半掛車的附加安全屏障。在半掛車設計過程，大多數設計者認為采用兩個25噸以上的支腿完全可以滿足半掛車在空載或重載條件下，與牽引車連接或脫鉤、靜止擺放時等工況下總質量為40噸的承載重力和沖擊力要求。作為用戶，則基于以下兩個半掛車操作過程真實事故案例以及提高半掛車的安全行駛性等理由，而要求設計者考慮在兩支腿之間設置輔助支墩。
　　（1）案例一：在重載脫掛工況下，由于地面不平整，兩支腿受力不均勻、支腿內齒輪組突然失效、發生掃齒現象，罐體重力將8組支腿與車架之間的連接螺栓全部切向剪斷；最終導致半掛車前半部分突然坍塌。
　　（2）案例二：牽引車掛上液化石油氣半掛車后，因牽引車托盤上的保險銷未完全復位，半掛車行駛過程突然牽引銷脫離牽引車托盤，導致半掛車前半部分突然坍塌。
　　（3）所幸的是兩起發生事故的半掛車都有的輔助支墩幫忙，才避免了罐體因前封頭直接與地面撞擊而受損的惡性事故的發生。
　　4、上述提及事故案例中，其中一起是半掛車在高速公路引橋轉彎時因車速過快，混凝土護欄和燈桿將罐體護欄和左側閥門箱掃脫、直接翻落橋底；箱內一體化結構的氣液相緊急切斷閥與裝卸球閥因其中液相口在凸緣連接法蘭部位剪斷、氣相口凸緣連接螺栓部分斷裂、法蘭與組合件彎曲、兩管口泄漏導并起火；由于現場環境和開裂、泄漏部位結構復雜，最終因無法采取理想滅火堵漏措施、而采取罐體消防水降溫控制方式、讓罐內液化石油氣完全燒光為止。
　　三、幾點建議
　　1、為了提高液化氣體半掛車行駛過程的安全與穩定性，各生產廠在罐體制造質量保證方面必須加強以下幾個控制點的監督檢驗：
　　a、以目前采用旋壓封頭的成型質量和各制造廠工裝夾具的能力，設計和制造時廠家應將罐體最大與最小直徑差控制在0.5%范圍內，且盡量水平布置最大直徑，為優化整車組裝質量打下基礎；
　　b、在筒節成型時，應根據縱焊縫的分布要求，盡量避免筒節最大或最小直徑部位分布在支座墊板周邊范圍內，以免留下罐體與支座組裝時的罐體中心扁移過大的安全隱患；
　　c、為了保證罐體的直線度，對牽引銷托盤、氣液相管口凸緣等定位劃線以及焊接時，必須注意牽引銷的對中性和托盤平面與罐體中心的垂直度；采取有效的工藝措施防止焊接變形；另外在設計時，應適當拉開兩組氣液相凸緣之間的距離，避免焊接變形。
　　d、必須避免封頭、筒節之間組對、加強圈及防沖板組裝等過程出現強行組裝現象；合理分布加強圈、最大限度降低焊接變形對罐體圓度和直線度的影響。
　　2、對行走機構選擇車梁與支座一體化的反T型與鞍座組合結構的連接方式的廠家，設計者應充分考慮發生在罐體支座尾部、支座與罐體之間和車梁與懸掛系統之間等連接部位的各種應力工況，避免出現上述所提及的連接結構或連接焊縫等質量缺陷。
　　3、單個支腿選擇應不少于50噸。將輔助V型支墩設置在兩支腿之間，其離地面高度控制在約450~490毫米左右。
　　4、制造廠家在半掛車行走機構組裝時，必須同時保證三軸的平衡度；保證每軸每組剎車轂、支座等與行走機構中心線的對稱性和對中性。
　　5、罐車安全閥泄漏事故仍然是搶險最辣手的問題。根據罐車內裝式安全閥的特點，在不違反移動式壓力容器有關法規規定的前提下，考慮將安全閥采用內置、無外伸段、隱蔽式保護設計，以降低罐車事故安全風險。
　　6、將罐車排污口設計成緊急接駁口，內置單向閥和環形萬向節吸液管口裝置；一旦發生翻車事故，可以通過外部快速接駁、卸除罐內液化石油氣，降低現場搶險難度和風險。
　　7、各半掛車制造廠家應設定相應行走機構驗收條件，對罐體制造過程增加控制點，從產品質量控制的各個環節上把關；確保半掛車整車組裝的質量；為提高危運車輛行駛安全性能打下堅實的基礎。
　　四、結束語
　　總結三十年與液化氣體汽車罐車打交道的經驗，我十分理解國家現行GB1589標準對半掛車制造的限制。不竟目前國內有能力生產鞍載質量≥16噸、車輛總拖重量≥40噸的牽引車的廠家和可選擇的型號不多；而愿意投入資金、采用進口大馬力牽引車的企業亦極少。為了保證液化石油氣半掛車的行駛安全性能，無論制造廠家和用戶都應從設計、制造和使用三個環節上把好產品質量安全關，特別在保證危運車輛安全行駛性能方面狠下功夫；共同形造良好、優質的液化石油氣半掛車的安全使用環境。