浅析水罐车结构设计要点

陈晶

摘 要：本文从水罐车的整体设计出发，介绍了各罐体及水罐车主要附件的设计要点，为水罐车的设计提供理论参考。

关键词：水罐车；结构；设计

水罐车的整体结构为封闭式，一般在其顶部设置有人孔、进液口、安全阀以及通风阀等附件。罐车下部还应设置有排液口和各种管路及阀门等，以满足用户的使用要求。为了保障车辆的运输安全，特别是防止发生碰撞或者侧翻等事故后导致各部件的损伤，进而发生罐体介质的泄露，在設置和安装附件时，必须保证罐顶各附件的安装位置要高于罐体顶部，那么在安装的同时还应配置防护附件。这样在发生侧翻事故时，罐体才不会被撞坏。同时，这些附加的防护配件必须具备较高的强度和刚度，才能保证罐体的运输安全（一般来说能够承受两倍的罐车在满载时的总重即可满足强度的要求）。

1 筒体

筒体是一个水罐车最主要的部分。它的制作工艺主要是使用卷板机进行卷制。它的直径根据水罐车的容积变化而变化，容积越大其直径也越大。但必须避免为了节约材料而一味增加罐体的直径。直径太大会导致罐体重心的增高，为水罐车的整体运行平稳性带来影响。所以为了保证水罐车的安全运输性能，应该适当减小罐车的重心高度（通常我们选择重心高度同水罐车的轮胎接地外宽的比值<0.9）。一般在进行水罐车的设计时应先选择好罐体的截面形状，这个的选择的依据为罐体的重心高度和空间利用率这两个方面。最为常用的截面形状为椭圆形和圆形，其余的还有菱形、椭方形、矩形等。一般运输特殊介质的液体时，最好选择圆形和椭圆形。这是因为水罐车在运行中，车体带来的振动会沿着罐体表面传播，圆形和椭圆形的罐体能够更好地让作用力均匀地分布筒体表面，水罐就不会因为发生应力集中而造成损害。有棱角的椭方形或矩形罐体很容易把罐体运动中的振动冲击变为应力，集中在其棱角部位而逐渐侵害罐体造成安全隐患，随着时间的推移很容易带来水罐的破坏。

2 隔板

在考虑水罐车的罐体装载量时，必须要为液体膨胀流出一定的余量（一般为3-10%即可）。这是为了不让罐体承受液体受热膨胀而产生的作用力，保证罐体运输安全性。水罐车在运动中，总会在各种因素的作用下导致罐体内介质的晃动。如果罐体空余量越大，这种冲击也越大，带来的动能也随之增加。也就是说水罐车的重心会在这种运动中不停的发生改变，那么水罐车的各轴荷也会不断改变，这给水罐车的运行安全性能带来了一定影响。隔板的设置很好地解决了这个问题。隔板的设置数量可以按照罐体的容积进行适当增加。隔板可以把罐体分割成多个小的空间，可以横向、纵向或水平安装。材料可以选取同筒体一致，但是其厚度不能低于筒体的二分之一。为了减少冲击，还可以在隔板表面进行开孔。开孔后的隔板，要注意其各隔板的重心不要布置在一条线上。如果各隔板的重心在一条线上，会削弱隔板对罐内液体的防冲击作用。

3 封头结构

水罐车的整体结构是由筒体与前后两个封头共同构成的。这种封头一般是经过压制或者旋边机旋制的，在进行加工的过程中封头的折边处会变薄，强度也相应会降低。

为了让加工后的封头强度满足水罐车的整体需要，通常我们选择封头的厚度要大于或等于筒体厚度的办法来保证封头强度。封头的常见形式有锥形封头、椭圆形封头、圆形封头、蝶形封头以及平板型封头。根据水罐车的性能要求，可以选择不同的封头，其中最为常用的是椭圆形封头和蝶形封头，它们以其受力均匀，重量轻的优点著称，在罐车的设计中使用的较多。

4 防波板

防波板也是水罐设计的重要部分，其作用也是很明显的。特别是罐内的液体粘度小，同时其液体充装量为罐体总容积的五分之一到五分之四之间时，罐体的内部必须加装防波板。隔板可以减少罐内液体的冲击力，防波板的安装不但可以进一步减少这种冲击作用，还能增加罐体的整体强度。防波板的安装有两种方式，分别为纵向安装和横向安装。纵向防波板的安装是沿着罐体的纵轴线方向进行的，它的作用就是为了防止液体在罐内的左右冲击。横向防波板的安装是沿着罐体的运动方向垂直布置的，它的作用就是为了防止液体在罐内的前后冲击。为了更好地发挥其作用，相邻的防波板围成的空间容积不得大于7.5m3，同时间距不得大于1.75m。同时防波板可以做成可拆卸的型式，也可以同筒体焊接在一起。

5 其它设计要点

针对水罐车的罐体设计，除了要满足以上几个附件的设计要求外，还应遵守以下原则：一是罐体的截面形状如果不是圆形的，同时罐体的材质为普通钢材，那么其当量直径（当量直径指的是除去圆形截面的罐体，一般采取和它有着同样截面积的圆形罐体的直径进行转换计算，这个计算出来的数值被称为当量直径）不超过1.8m时，其罐体的厚度就不得小于3mm。如果当量直径大于1.8m，那么其罐体的厚度就不得小于4mm。二是选取圆形作为罐体的截面形状，其罐壁厚度不能小于3mm。

6 结论

水罐车随着应用的广泛，其设计、制造也开始得到了很多重视。本文对于罐体各部分设计要点的总结，给水罐车设计提供了参考。认真细致地研究这些设计要点，才能制作出性能优良的水罐车，为国家的经济建设更好地服务，发挥出水罐车的积极作用。

参考文献：

[1]刘小民，许运宾.部分充液罐车动力学特性的数值模拟与分析[J].西安交通大学学报，2011，45（06）：116-123.

[2]乐增，江楠，杨卫国.防波板对罐车在制动时的安全稳定性的影响[J].压力容器，2012，29（04）：18-22+6.