一種易燃液體罐式運(yùn)輸車罐體的設(shè)計(jì)

殷大根，李鴻，茍海成，馮鵬

（陜汽淮南專用汽車有限公司，安徽 淮南 232000）

1 緒論

隨著細(xì)分行業(yè)的發(fā)展，運(yùn)輸行業(yè)對專用車的要求越來越細(xì)，易燃液體罐式運(yùn)輸車是危險(xiǎn)品運(yùn)輸汽車的一種，專門用來汽油、柴油等易燃液體的運(yùn)輸，介于危險(xiǎn)品運(yùn)輸市場的特殊性，易燃液體運(yùn)輸車對車輛的安全性、可靠性等各方面性能都有嚴(yán)格的要求。罐體是罐車的核心部件，為確保罐式車在運(yùn)輸過程中的安全，在罐車設(shè)計(jì)中需要根據(jù)運(yùn)輸介質(zhì)對罐體裝載容積、外形尺寸、罐體截進(jìn)行確定，同時(shí)對設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行計(jì)算校核，最后對確定的罐體的進(jìn)行強(qiáng)度校核[1-3]。

1.1 罐體設(shè)計(jì)的條件確定

（1）選用陜汽三軸二類底盤，型號為 SX5256GYYM J469，驅(qū)動(dòng)形式6×2，最大總質(zhì)量為25000，底盤的整備質(zhì)量為7150kg，雙前軸最大載荷7500kg+7500kg，后軸最大載荷11500kg可利用長度7400mm，軸距1800mm+4600mm。

（2）根據(jù)市場調(diào)研需求，確定該車輛運(yùn)輸介質(zhì)為汽油。汽油的物化特性如下：易燃（在空氣中爆炸極限1.3%-6.0%）、熔點(diǎn)＜-60℃，沸點(diǎn)70℃-200℃、飽和蒸汽壓：0.00732MPa（50℃時(shí)）、密度：0.7×103kg/m3

（3）根據(jù)市場調(diào)研情況，確定罐體材質(zhì)都選擇為 304不銹鋼（國際牌號06Cr19Ni10）（抗拉強(qiáng)度極限值屈服強(qiáng)度，斷后延伸率，50℃時(shí)的許用應(yīng)力

1.2 罐體容積的設(shè)計(jì)計(jì)算及其截面確定

根據(jù)底盤車架的可利用長度，罐體長度設(shè)計(jì)為7400mm，經(jīng)與同類型罐體的比較，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步測算，可計(jì)算出罐體總質(zhì)量約為m1=4050kg。

額定載質(zhì)量：

根據(jù)汽車新產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)技術(shù)工作組【080222-1】號通知的要求[4]

式中：

V1——是罐體外形理論計(jì)算容積

V2——是有效容積

由以上公式帶入V（額定載容積），可得出：

根據(jù)底盤可利用長度，初步設(shè)計(jì)罐體外形如圖 1所示：

圖1 罐體外形示意圖

根據(jù)外形示意圖計(jì)算容積為：

通過CAD模擬設(shè)計(jì)得出截面如圖 2所示：

圖2 罐體截面圖

1.3 罐體設(shè)計(jì)壓力和計(jì)算壓力確定

根據(jù) GB 18564.1—2006中對罐體設(shè)計(jì)壓力和計(jì)算壓力選取的規(guī)定：

（1）罐體的設(shè)計(jì)壓力取下列工況的較大值：

a）設(shè)計(jì)溫度時(shí)應(yīng)考慮介質(zhì)的封罐壓力和飽和蒸汽壓之和；

b）充裝、卸料時(shí)的操作壓力。

（2）罐體的計(jì)算壓力應(yīng)取下列情況的最大值：

a）設(shè)計(jì)溫度時(shí)介質(zhì)的飽和蒸汽壓與封罐壓力，其等效壓力應(yīng)不小于0.035MPa；

b）盛裝50℃時(shí)飽和蒸汽壓不超過0.01MPa的介質(zhì)，其計(jì)算壓力應(yīng)按下列原則確定：

——采用重力卸料的，應(yīng)取罐體底部裝運(yùn)介質(zhì)的1.8倍靜態(tài)壓力或兩倍靜態(tài)水 壓力的較大值；

——采用壓力充裝或壓力卸料的，應(yīng)取充裝壓力或卸料壓力較大值的1.5倍。

d）附錄 A中罐體設(shè)計(jì)代碼第二部分已給定最小計(jì)算壓力的數(shù)值時(shí)，其計(jì)算壓力應(yīng)下列原則確定：

對裝運(yùn) 50℃時(shí)飽和蒸汽壓超過 0.011MPa，但不高于0.075MPa的介質(zhì)，計(jì)算壓力應(yīng)取充裝或卸料壓力大值的1.31倍，且取其與0.15MPa的較大值；

對裝運(yùn) 50℃時(shí)飽和蒸汽壓大于 0.0751MPa-，但不低于0.1MPa的介質(zhì)，計(jì)算壓力應(yīng)取充裝或卸料壓力較大值的1.31倍，且取其與0.41MPa的較大值。

（1）罐體設(shè)計(jì)壓力的確定計(jì)算如下

P—卸料時(shí)工作壓力

根據(jù) GB 18564.1-2006中5.4.17.2中規(guī)定罐體設(shè)計(jì)壓力不低于0.036MPa；

綜上所述，即設(shè)計(jì)壓力為：

（2）罐體計(jì)算壓力的確定計(jì)算如下：

P3--載荷產(chǎn)生的等效壓力之和

1.4 罐體厚度選擇計(jì)算及其強(qiáng)度校核計(jì)算

（1）罐體設(shè)計(jì)計(jì)算溫度確定

根據(jù)GB 18564.1—2006中5.4.5，設(shè)計(jì)溫度選取50℃。

（2）當(dāng)量直徑的確定：為了方便計(jì)算把不規(guī)則的罐體截面積轉(zhuǎn)換成等面積的圓形時(shí)的圓的直徑。

（3）罐體材質(zhì)：筒體與封頭的材質(zhì)都選擇為304不銹鋼（國際牌號06Cr19Ni10）（抗拉強(qiáng)度極限值，屈服強(qiáng)度，斷后延伸率，50℃時(shí)的許用應(yīng)力

（4）焊接接頭系數(shù)：焊接接頭系數(shù)是指對接焊接接頭區(qū)域的強(qiáng)度與母材強(qiáng)度的比值。用來反映由于焊接缺陷、焊接材料和焊接殘余應(yīng)力等因素導(dǎo)致的焊接接頭強(qiáng)度被降低的程度，是綜合反映焊接接頭力學(xué)性能的一種方式（取φ=0.85）。

（5）罐體厚度計(jì)算如下：

表1 罐體厚度計(jì)算

表中：C1——腐蝕欲量（取0.3mm）

C20——筒體加工減薄量（取0mm）

C2——封頭加工減薄量（取0.3mm）

C3——鋼材負(fù)偏差（取0.3mm）

結(jié)論：罐體采用304不銹鋼T4的材料制作，符合強(qiáng)度要求。

（6）開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

（7）罐體組合截面模量校核

按照空心圓柱體截面模量的計(jì)算方法，罐體的截面模量為：

根據(jù)國標(biāo) GB 18564.1—2006中規(guī)定罐體的組合截面模量不低于104mm3，在本罐體的截面設(shè)計(jì)模型的計(jì)算中沒有考慮車架、防波板、罐體外部支撐等輔助支撐對罐體的加強(qiáng)作用，因此組合截面模量遠(yuǎn)高于2.68×107mm3，因此滿足國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.5 本章小結(jié)

本章根據(jù)第二章選定的二類底盤基本數(shù)據(jù)及其市場調(diào)研需求，對罐體的容積和外形尺寸進(jìn)行了計(jì)算，得出罐體設(shè)計(jì)截面的 S=3.336m2，并對罐體截面進(jìn)行確定，通過對罐體設(shè)計(jì)壓力計(jì)算理論設(shè)計(jì)壓力 P=0.036MPa，再結(jié)合罐體實(shí)際計(jì)算罐體實(shí)際壓力得出，實(shí)際壓力大于理論設(shè)計(jì)壓力P=0.036MPa，可滿足壓力要求；同時(shí)結(jié)合罐體當(dāng)量直徑、罐體材質(zhì)、焊接接頭系數(shù)、罐體厚度、開孔補(bǔ)強(qiáng)以及罐體組合截面模量校核幾個(gè)方面對罐體強(qiáng)度進(jìn)行分析均可滿足設(shè)計(jì)要求。