王立輝

摘 要：概述了影響汽車罐車安全運(yùn)行因素：防波板數(shù)量、防波板布置形式，最后對防波板影響汽車罐車安全運(yùn)行研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：汽車罐車;防波板;安全穩(wěn)定性;防波板數(shù)量;防波板布置形式

引言

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，汽車罐車在危險(xiǎn)品運(yùn)輸過程中扮演著愈發(fā)重要的角色，但汽車罐車側(cè)翻事故時(shí)有發(fā)生。工程實(shí)際中，常采取加裝防波板消除罐車側(cè)翻不利影響，防波板防波效果受防波板數(shù)量、防波板布置方式等因素影響。本文對防波板防波效果各影響因素進(jìn)行了評述，并就如何提高防波效果進(jìn)行了展望，以期為后續(xù)開展相關(guān)研究提供借鑒。

1 防波板數(shù)量N

防波板的設(shè)置能有效降低罐體軸線方向受力峰值大小，一般地，設(shè)置防波板并不是將罐體受到的沖擊力轉(zhuǎn)移到防波板上，而是通過改變罐體內(nèi)部介質(zhì)晃動方式，減少罐體軸向受力。在我國，防波板數(shù)量的設(shè)置與罐體的容積大小緊密相關(guān)，設(shè)計(jì)人員通常參照GB/T19905—2005《液化氣體運(yùn)輸車》進(jìn)行設(shè)計(jì)。

萬里平[1]研究了防波板數(shù)量對罐體所受沖擊力峰值的影響。研究表明，設(shè)置一塊防波板即可有效降低罐體所受沖擊力峰值大小，且隨著防波板數(shù)量N的增加，罐體所受沖擊力峰值呈緩慢減小趨勢，減少幅度不大，但所受峰值應(yīng)力時(shí)間逐漸提前，沖擊力出現(xiàn)峰值次數(shù)增多。實(shí)際上，隨著N的增加，防波空間必然減少，一方面提高了液體在狹小空間內(nèi)晃動次數(shù)，另一方面也減小了罐體受到?jīng)_擊力峰值大小。液罐內(nèi)充液比與防波板位置不同，防波效果隨N的變化趨勢不同。王鶴鶴[2]認(rèn)為，隨著防波板數(shù)量增加，同一個(gè)沖擊周期內(nèi)液體沖擊次數(shù)會增加，且沖擊力衰減速率增大，降低液體沖擊頻率，當(dāng)充液比較小時(shí)，此時(shí)液面往往不能漫住防波板，防波板數(shù)量增加反而增大了首次沖擊力峰值。尚成文[3]認(rèn)為，防波板安裝位置與充液比不同時(shí)，防波板在液體中的深度必然不同，防波效果也會發(fā)生變化。

目前，防波板數(shù)量對罐車安全性影響主要集中在罐車縱向研究，對罐車轉(zhuǎn)彎過程中橫向受力研究較少。趙樹恩[4]等人運(yùn)用VOF方法，研究了防波板數(shù)量對液體橫向晃動動力學(xué)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)置縱向防波板能有效降低液體對罐體橫向晃動沖擊，但設(shè)置1塊防波板比設(shè)置2塊防波板能夠更好地抑制液體橫向晃動，且設(shè)置2塊防波板使罐體較大壓強(qiáng)區(qū)域增大，提高了最大壓強(qiáng)值，以上說明縱向防波板防波效果并不隨N的增大而增大，而這與橫向防波板差別巨大。

總的來說，隨著防波板數(shù)量的增多，防波效果更為良好，但不可忽視的是，防波板越多，罐車的空載質(zhì)量越大，可裝貨量減少，從而減少了罐車運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在我國，罐車常用的防波板材料為鋼材，每塊板質(zhì)量約為幾十乃至上百斤，部分罐車采用質(zhì)量更輕的鋁合金，但是在筆者長期檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于鋁合金防波板經(jīng)常發(fā)生撕裂的情況，運(yùn)用較少，故通過優(yōu)化罐車防波板數(shù)量來增加罐車運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，成為當(dāng)前亟需解決的問題。

2 防波板布置方式

罐車運(yùn)行過程中，防波板布置方式?jīng)Q定了液體對防波板沖擊的作用點(diǎn)與作用面積，也間接改變著液體流動的變換方向頻率。

研究表明，不同充液比下防波板布置方式的防波效果不同[5-6]。丁昌[5]針對防波板在全下布置、全上布置、上下交錯(cuò)、左右交錯(cuò)四種布置形式防波效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，當(dāng)K值較小時(shí)防波板左右交錯(cuò)和全下布置防波效果最好，防波板上下交錯(cuò)和全上布置防波效果差;當(dāng)K值增大時(shí)，防波板左右交錯(cuò)防波效果會變差，不同充液率下，防波板全下布置效果均為良好。高炳軍[7]利用FLUENT軟件模擬了罐車制動時(shí)液體晃動情況。模擬結(jié)果顯示，防波效果往往取決于防波板能否有效將罐體分割成獨(dú)立腔室，當(dāng)K>0.7時(shí)，靠頂部安裝防波板防波效果好，當(dāng)K較小時(shí)，應(yīng)將防波板布置在足夠靠近底端。王鶴鶴[2]認(rèn)為，當(dāng)防波板面積占橫斷面積較大（46%）時(shí)，防波板完全置于罐體頂部，罐內(nèi)液體晃動頻率是其他工況下晃動頻率2倍，不但起不到防波的作用，反而加劇了沖擊;當(dāng)防波板面積占橫斷面積為20%、充液比K為0.5時(shí)，防波板置于罐體底部時(shí)防波效果最好，這證明液面下防波板的面積大小決定著防波效果。當(dāng)三塊板呈60°交叉布置時(shí)，防波效果強(qiáng)于三塊板均勻布置，源于該種布置影響了攔截液體沖擊的有效面積和液體流動的變換方向頻率，降低了液體的沖擊強(qiáng)度。

目前，針對防波板布置方式的研究較少，但綜合現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，防波板布置較低時(shí)，對罐體軸向受力均會有良好的改善。

3 展望

罐車作為移動式壓力容器，運(yùn)輸介質(zhì)危險(xiǎn)，一旦發(fā)生事故，就會造成嚴(yán)重的人身與財(cái)產(chǎn)安全。在罐車的實(shí)際運(yùn)行過程中，安裝防波板能有效減弱罐內(nèi)液體的晃動，從而起到預(yù)防罐車撞擊與側(cè)翻的發(fā)生。作為研究防波板防波效果的重要手段，運(yùn)用FLUENT模擬罐內(nèi)液體的晃動正在得到各國研究人員的重視，但在當(dāng)前，限于技術(shù)手段的阻礙，當(dāng)前研究防波板防波效果主要集中于數(shù)值模擬，而缺乏一定的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如何開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究工作，應(yīng)該成為將來研究的重要突破方向。

參考文獻(xiàn)

[1]萬里平.液化氣體運(yùn)輸罐車強(qiáng)度分析與防波板設(shè)計(jì)[D].北京：北京化工大學(xué)，2011.

[2]王鶴鶴.液罐車防波板設(shè)置對液體沖擊的影響[D].長春：吉林大學(xué)，2014.

[3]尚成文.液體運(yùn)輸車內(nèi)防波板結(jié)構(gòu)與性能分析[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2012.

[4]趙樹恩，趙靈璧.汽車罐車橫向運(yùn)動液體晃動動力學(xué)特性模擬[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，2014，35（11）：1259-1270.

[5]丁昌，付延唐，吳學(xué)紅，等.縱向激勵(lì)下防波板組合形式對罐箱液體晃動的影響[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2017，10.13705/j.issn.1671-6833.2017.01.012.

[6]陳志偉.移動式壓力容器介質(zhì)晃動數(shù)值模擬及防波板裝置研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[7]高炳軍，尚成文.防波板位置對罐車制動時(shí)防波效果的影響[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，41（3）：46-49.