回鳳娜++王忠連++李永哲++金鋒

20英尺罐式集裝箱（以下簡稱“罐箱”）是國際航運市場常見的儲運設(shè)備，其市場需求大，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)計須滿足：（1）ISO 1496-3/Amd.1- 2006《系列1集裝箱技術(shù)要求和試驗方法第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）動態(tài)試驗）》；（2）加拿大CSA B625《運送危險品的可移動罐式集裝箱》；（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)要求罐箱在投入儲運前必須通過多項試驗；因此，20英尺罐箱在批量生產(chǎn)前，需要制造1個試驗箱以完成國際標(biāo)準(zhǔn)要求的各項試驗，并得到船級社的認可。鐵路沖擊試驗用于檢驗罐箱能否承受鐵路沖擊工況，其費用較高且周期較長。通過鐵路沖擊試驗是罐箱設(shè)計中的重點和難點。試驗箱通過鐵路沖擊試驗后，未來設(shè)計并制造相似結(jié)構(gòu)且強度高于此試驗箱的20英尺罐箱可以免除鐵路沖擊試驗，從而為設(shè)計及批量生產(chǎn)新產(chǎn)品節(jié)省大量的精力和物力；因此，在設(shè)計用于鐵路沖擊試驗的試驗箱時，需要使其結(jié)構(gòu)盡可能簡單，強度盡可能低，質(zhì)量盡可能輕，以便減免后續(xù)新產(chǎn)品的試驗過程，縮短罐箱生產(chǎn)周期。

1 用于鐵路沖擊試驗的20英尺罐箱設(shè)計

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)計要求

罐體壁厚是罐體設(shè)計的主要參數(shù)，合理的壁厚能夠確保罐體通過鐵路沖擊試驗；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的壁厚范圍?？傊摅w壁厚既要使罐箱達到通過鐵路沖擊試驗的基本強度，又要使罐箱達到國際標(biāo)準(zhǔn)要求的最低配置強度。在設(shè)計罐體最小壁厚時，需要了解后續(xù)20英尺罐箱產(chǎn)品的壁厚設(shè)計參數(shù)范圍，從而為選定試驗箱的壁厚提供方向和參考。

（1）若罐箱內(nèi)裝物料為危險品，則依據(jù)《國際海運危險貨物規(guī)則》（以下簡稱《國際危規(guī)》）設(shè)計并計算罐體最小壁厚，并參考《國際危規(guī)》中最低試驗壓力和設(shè)計壓力，依據(jù)《壓力容器建造規(guī)則》校核罐體壁厚。

（2）若罐箱內(nèi)裝物料為非危險品，且罐箱為壓力容器，則根據(jù)實際設(shè)計工況，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)計并計算罐體最小壁厚；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)計要求。

綜上所述，預(yù)估后續(xù)罐箱產(chǎn)品的壁厚設(shè)計范圍，對選定最低強度配置的壁厚值和通過鐵路沖擊試驗有積極的參考價值。

1.2 罐體框架設(shè)計要求

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)加強梁、端加強梁等基本結(jié)構(gòu)組成。通過優(yōu)選罐體壁厚、加強梁數(shù)量以及各梁橫截面積，使罐箱既能夠滿足鐵路沖擊試驗的要求，又能夠達到國際標(biāo)準(zhǔn)要求的最低配置強度。

1.3 罐箱容積設(shè)計

根據(jù)加拿大CSA B625標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗箱通過鐵路沖擊試驗后，容積為試驗箱容積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。例如，試驗箱的設(shè)計容積為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。

1.4 計算機輔助工程數(shù)值模擬

在鐵路沖擊試驗前，須先對試驗箱進行計算機輔助工程（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的嚴苛工況。通過CAE數(shù)值模擬可以分析整個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，是否可以通過調(diào)整罐體壁厚、加強梁的數(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)值模擬為分析試驗箱能否通過鐵路沖擊試驗提供非常重要的理論參考。

2 20英尺罐箱鐵路沖擊試驗

鐵路沖擊試驗用于檢驗罐箱能否承受鐵路沖擊工況。國際上能夠進行20英尺罐箱鐵路沖擊試驗的機構(gòu)有德國TUV實驗室、我國北車齊軌試驗研究室等，上述機構(gòu)均取得相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)制定機構(gòu)的授權(quán)。

2.1 試驗?zāi)康?/p>

檢驗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，試驗箱2個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）鐵路沖擊試驗前后試驗箱側(cè)面、端面的對角線長度差應(yīng)滿足ISO 668附錄A表A.1的要求；（3）試驗箱的主要結(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 試驗準(zhǔn)備

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

2.3 試驗過程

在鐵路沖擊試驗過程中，必須按標(biāo)準(zhǔn)要求采集數(shù)據(jù)。試驗時，由于罐體內(nèi)裝物料與實際內(nèi)裝物料的密度存在差別，需要根據(jù)試驗箱的試驗總重與設(shè)計總重對試驗箱的相關(guān)參數(shù)進行校正。若出現(xiàn)以下情況，則立即停止試驗：（1）試驗箱出現(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，試驗箱2個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 試驗結(jié)果

在不同的沖擊速度下進行試驗箱的鐵路沖擊試驗，若滿足以下3個條件，則表示通過鐵路沖擊試驗：（1）在沖擊速度為/h時，在3～頻段下，試驗箱2個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）