回鳳娜++王忠連++李永哲++金鋒

20英尺罐式集裝箱（以下簡(jiǎn)稱“罐箱”）是國際航運(yùn)市場(chǎng)常見的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，其市場(chǎng)需求大，應(yīng)用范圍廣，衍生產(chǎn)品種類繁多，如20英尺近海罐箱、20英尺水泥罐箱以及內(nèi)裝指定物料的其他20英尺罐箱等。20英尺罐箱的設(shè)計(jì)須滿足：（1）ISO 1496-3/Amd.1- 2006《系列1集裝箱技術(shù)要求和試驗(yàn)方法第3部分：液體、氣體和加壓干散貨罐式集裝箱（修訂1：外部約束（縱向）動(dòng)態(tài)試驗(yàn)）》；（2）加拿大CSA B625《運(yùn)送危險(xiǎn)品的可移動(dòng)罐式集裝箱》；（3）ISO 668《系列1集裝箱的分類、尺寸和額定質(zhì)量》。國際標(biāo)準(zhǔn)要求罐箱在投入儲(chǔ)運(yùn)前必須通過多項(xiàng)試驗(yàn)；因此，20英尺罐箱在批量生產(chǎn)前，需要制造1個(gè)試驗(yàn)箱以完成國際標(biāo)準(zhǔn)要求的各項(xiàng)試驗(yàn)，并得到船級(jí)社的認(rèn)可。鐵路沖擊試驗(yàn)用于檢驗(yàn)罐箱能否承受鐵路沖擊工況，其費(fèi)用較高且周期較長。通過鐵路沖擊試驗(yàn)是罐箱設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。試驗(yàn)箱通過鐵路沖擊試驗(yàn)后，未來設(shè)計(jì)并制造相似結(jié)構(gòu)且強(qiáng)度高于此試驗(yàn)箱的20英尺罐箱可以免除鐵路沖擊試驗(yàn)，從而為設(shè)計(jì)及批量生產(chǎn)新產(chǎn)品節(jié)省大量的精力和物力；因此，在設(shè)計(jì)用于鐵路沖擊試驗(yàn)的試驗(yàn)箱時(shí)，需要使其結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，強(qiáng)度盡可能低，質(zhì)量盡可能輕，以便減免后續(xù)新產(chǎn)品的試驗(yàn)過程，縮短罐箱生產(chǎn)周期。

1 用于鐵路沖擊試驗(yàn)的20英尺罐箱設(shè)計(jì)

要求

罐箱由罐體和罐體框架組成，兩者通過裙圈焊接在一起。

1.1 罐體設(shè)計(jì)要求

罐體壁厚是罐體設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，合理的壁厚能夠確保罐體通過鐵路沖擊試驗(yàn)；但是罐體壁厚不宜過大，以免縮小后續(xù)罐箱免除鐵路沖擊試驗(yàn)的壁厚范圍?？傊?，罐體壁厚既要使罐箱達(dá)到通過鐵路沖擊試驗(yàn)的基本強(qiáng)度，又要使罐箱達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)要求的最低配置強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)罐體最小壁厚時(shí)，需要了解后續(xù)20英尺罐箱產(chǎn)品的壁厚設(shè)計(jì)參數(shù)范圍，從而為選定試驗(yàn)箱的壁厚提供方向和參考。

（1）若罐箱內(nèi)裝物料為危險(xiǎn)品，則依據(jù)《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《國際危規(guī)》）設(shè)計(jì)并計(jì)算罐體最小壁厚，并參考《國際危規(guī)》中最低試驗(yàn)壓力和設(shè)計(jì)壓力，依據(jù)《壓力容器建造規(guī)則》校核罐體壁厚。

（2）若罐箱內(nèi)裝物料為非危險(xiǎn)品，且罐箱為壓力容器，則根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)工況，依據(jù)《壓力容器建造規(guī)則》或其他壓力容器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并計(jì)算罐體最小壁厚；若罐箱為常壓容器，則須滿足相關(guān)常壓容器標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，預(yù)估后續(xù)罐箱產(chǎn)品的壁厚設(shè)計(jì)范圍，對(duì)選定最低強(qiáng)度配置的壁厚值和通過鐵路沖擊試驗(yàn)有積極的參考價(jià)值。

1.2 罐體框架設(shè)計(jì)要求

罐體框架由角件、立柱、底側(cè)梁、底端梁、頂側(cè)梁、頂端梁、側(cè)加強(qiáng)梁、端加強(qiáng)梁等基本結(jié)構(gòu)組成。通過優(yōu)選罐體壁厚、加強(qiáng)梁數(shù)量以及各梁橫截面積，使罐箱既能夠滿足鐵路沖擊試驗(yàn)的要求，又能夠達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)要求的最低配置強(qiáng)度。

1.3 罐箱容積設(shè)計(jì)

根據(jù)加拿大CSA B625標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)箱通過鐵路沖擊試驗(yàn)后，容積為試驗(yàn)箱容積0.9～1.2倍的后續(xù)20英尺罐箱產(chǎn)品可以免除鐵路沖擊試驗(yàn)。例如，試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)容積為21 L，那么容積為18.9～25.2 L的20英尺罐箱可以免除鐵路沖擊試驗(yàn)。

1.4 計(jì)算機(jī)輔助工程數(shù)值模擬

在鐵路沖擊試驗(yàn)前，須先對(duì)試驗(yàn)箱進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）數(shù)值模擬理論分析，判斷其罐體結(jié)構(gòu)能否通過鐵路沖擊試驗(yàn)的嚴(yán)苛工況。通過CAE數(shù)值模擬可以分析整個(gè)罐體處在鐵路沖擊工況下的最大應(yīng)力載荷的分布位置，罐體是否有損壞風(fēng)險(xiǎn)，是否可以通過調(diào)整罐體壁厚、加強(qiáng)梁的數(shù)量、各梁的橫截面積等來減小罐體承受的應(yīng)力載荷等。CAE數(shù)值模擬為分析試驗(yàn)箱能否通過鐵路沖擊試驗(yàn)提供非常重要的理論參考。

2 20英尺罐箱鐵路沖擊試驗(yàn)

鐵路沖擊試驗(yàn)用于檢驗(yàn)罐箱能否承受鐵路沖擊工況。國際上能夠進(jìn)行20英尺罐箱鐵路沖擊試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)有德國TUV實(shí)驗(yàn)室、我國北車齊軌試驗(yàn)研究室等，上述機(jī)構(gòu)均取得相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)的授權(quán)。

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

檢驗(yàn)20英尺罐箱能否承受鐵路沖擊工況，應(yīng)符合以下相關(guān)規(guī)定：（1）在3～頻段下，試驗(yàn)箱2個(gè)底角配件的沖擊響應(yīng)譜曲線均應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小沖擊響應(yīng)譜曲線；（2）鐵路沖擊試驗(yàn)前后試驗(yàn)箱側(cè)面、端面的對(duì)角線長度差應(yīng)滿足ISO 668附錄A表A.1的要求；（3）試驗(yàn)箱的主要結(jié)構(gòu)和承載部位不應(yīng)出現(xiàn)屈服變形、焊縫開裂、泄漏等不適用的損壞。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)準(zhǔn)備包括：（1）試驗(yàn)箱的基本檢查，確保無影響試驗(yàn)結(jié)果的缺陷；（2）無干擾的試驗(yàn)場(chǎng)地以及適宜的試驗(yàn)環(huán)境；（3）數(shù)據(jù)采集設(shè)備、模擬沖擊設(shè)備和配重設(shè)備等試驗(yàn)設(shè)備。

2.3 試驗(yàn)過程

在鐵路沖擊試驗(yàn)過程中，必須按標(biāo)準(zhǔn)要求采集數(shù)據(jù)。試驗(yàn)時(shí)，由于罐體內(nèi)裝物料與實(shí)際內(nèi)裝物料的密度存在差別，需要根據(jù)試驗(yàn)箱的試驗(yàn)總重與設(shè)計(jì)總重對(duì)試驗(yàn)箱的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行校正。若出現(xiàn)以下情況，則立即停止試驗(yàn)：（1）試驗(yàn)箱出現(xiàn)明顯的屈服變形、焊縫開裂或其他結(jié)構(gòu)損壞；（2）在3～頻段下，試驗(yàn)箱2個(gè)底角配件的沖擊響應(yīng)譜曲線均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小沖擊響應(yīng)譜曲線。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

在不同的沖擊速度下進(jìn)行試驗(yàn)箱的鐵路沖擊試驗(yàn)，若滿足以下3個(gè)條件，則表示通過鐵路沖擊試驗(yàn)：（1）在沖擊速度為/h時(shí)，在3～頻段下，試驗(yàn)箱2個(gè)底角配件的沖擊響應(yīng)譜曲線均超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小沖擊響應(yīng)譜曲線；（2）罐體側(cè)面、端面對(duì)角線長度差值符合ISO 668附錄A表A.1的要求；（3）經(jīng)目視檢查，試驗(yàn)箱未出現(xiàn)泄漏等不適用的損壞。

（編輯：許玲 收稿日期：2017-04-07）