防波板對(duì)汽車罐車運(yùn)行過程中安全穩(wěn)定性影響概述

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(duì)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(duì)防波板防波效果各影響因素進(jìn)行了評(píng)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(dòng)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(duì)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(shì)，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(dòng)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(shì)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(huì)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(huì)發(fā)生變化。

目前，防波板數(shù)量對(duì)罐車安全性影響主要集中在罐車縱向研究，對(duì)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(duì)液體橫向晃動(dòng)動(dòng)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(duì)罐體橫向晃動(dòng)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(dòng)，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(duì)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(dòng)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(duì)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(huì)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(dòng)時(shí)液體晃動(dòng)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(dòng)頻率是其他工況下晃動(dòng)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(dòng)的變換方向頻率，降低了液體的沖擊強(qiáng)度。

目前，針對(duì)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(duì)罐體軸向受力均會(huì)有良好的改善。

3 展望

罐車作為移動(dòng)式壓力容器，運(yùn)輸介質(zhì)危險(xiǎn)，一旦發(fā)生事故，就會(huì)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(dòng)，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(dòng)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(duì)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(dòng)液體晃動(dòng)動(dòng)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(duì)罐箱液體晃動(dòng)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(dòng)式壓力容器介質(zhì)晃動(dòng)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(duì)罐車制動(dòng)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.