張子文，張 蕊 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402）

0 引 言

我國(guó)對(duì)化工危險(xiǎn)品的運(yùn)輸，多使用傳統(tǒng)液壓車或大型汽車進(jìn)行運(yùn)輸活動(dòng)。由于傳統(tǒng)液壓車雖然能夠完成對(duì)化工危險(xiǎn)品的運(yùn)輸，但運(yùn)輸過程中，化工危險(xiǎn)品極易發(fā)生爆炸現(xiàn)象，降低化工運(yùn)輸?shù)陌踩阅?，?yán)重限制了我國(guó)化工產(chǎn)品運(yùn)輸行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[1]，為此化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸設(shè)備需要進(jìn)行改進(jìn)研究。以液壓車為改進(jìn)代表，針對(duì)傳統(tǒng)液壓車性能的不足，對(duì)其各個(gè)執(zhí)行部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過設(shè)置液壓車運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)，調(diào)節(jié)液壓車廂的溫度保持在合理范圍內(nèi)，并對(duì)液壓車的泵源回路、高壓回路和油箱回路的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低液壓車運(yùn)行過程中的風(fēng)險(xiǎn)程度。通過實(shí)驗(yàn)論證分析的方式，確定本文改進(jìn)的液壓車的有效性，在進(jìn)行對(duì)化工危險(xiǎn)品的運(yùn)輸時(shí)，能夠解決傳統(tǒng)液壓車的一系列難題，降低運(yùn)輸過程中的危險(xiǎn)程度，從而保證化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸?shù)陌踩阅堋?/p>

1 化工危險(xiǎn)品物流液壓車改進(jìn)設(shè)計(jì)

化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸設(shè)備的改進(jìn)，以液壓車為改進(jìn)重點(diǎn)，對(duì)其執(zhí)行部件進(jìn)行該機(jī)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)運(yùn)輸設(shè)備由于額定功率過低[2]，導(dǎo)致其運(yùn)輸速度和負(fù)載能力不能達(dá)到理想狀態(tài)，因此，改進(jìn)時(shí)要注意提高其功率輸出，還要對(duì)泵源、高壓輸出回路及油箱回路進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，保持液壓車的啟動(dòng)頻率和換向功率的穩(wěn)定性，各個(gè)執(zhí)行部件可獨(dú)立運(yùn)作。在不考慮其他執(zhí)行部件控制性能的前提下，液壓車改進(jìn)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液壓車改進(jìn)結(jié)構(gòu)

2 化工危險(xiǎn)品液壓車存儲(chǔ)部件改進(jìn)

控制液壓車各個(gè)執(zhí)行部件的總體結(jié)構(gòu)由牽引底盤、牽引桿、框架和環(huán)控設(shè)備組成，設(shè)計(jì)其外形尺寸長(zhǎng)為1 600mm，寬為1 000mm，高為1 080mm；整裝質(zhì)量為1 050kg。

設(shè)置液壓車恒定功率為2 000MPa[3]，額定工作壓力為28MPa，檢測(cè)過程中的最高工作壓力可達(dá)35MPa，對(duì)液壓車額定電壓的改進(jìn)，有利于保持液壓車處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，減少化工危險(xiǎn)品發(fā)生易燃易爆的現(xiàn)象，運(yùn)輸過程中的壓力電液比例可隨著運(yùn)行狀態(tài)的變化而調(diào)整，車身設(shè)置帶有數(shù)字信號(hào)的放大器，以便隨時(shí)觀察運(yùn)行狀態(tài)下的車身電壓的變化。液壓車控制系統(tǒng)的安全壓力設(shè)定為31.5MPa，并在0～36MPa之間進(jìn)行隨時(shí)調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)運(yùn)行功率進(jìn)行計(jì)算：

設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)下的輸出回路電壓為20MPa，每個(gè)線路的輸出流量可達(dá)到60L/min，液壓車的輸出回路運(yùn)行功率表示為：

式中，W1代表液壓車運(yùn)行狀態(tài)下的功率；P代表回路的輸出功率；Q代表每個(gè)線路的輸出功率。

設(shè)置油箱回路的運(yùn)行電壓為22MPa，每條線路的輸出流量為70L/min[4]，則液壓車油箱回路的運(yùn)行功率為：

根據(jù)對(duì)式（1）與式（2）的分析計(jì)算，那么改進(jìn)后的液壓車的恒定功率就可以設(shè)定為2 000r/min；額定轉(zhuǎn)速設(shè)定為2 200r/min；最大輸出流量設(shè)定為70mL/min；各回路的輸出壓力設(shè)置為2MPa。

采用三相式靜音變頻電動(dòng)機(jī)作為液壓車油泵的專用發(fā)電機(jī)，通過變頻器進(jìn)行自動(dòng)變頻控制，完成對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，進(jìn)而為油泵提供充足的電力供其運(yùn)行，改進(jìn)后的變頻式發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)勢(shì)在于，在運(yùn)輸化工危險(xiǎn)品過程中，可以根據(jù)周圍環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)油泵電力，避免因發(fā)電造成的熱量過高導(dǎo)致化工產(chǎn)品出現(xiàn)易燃易爆現(xiàn)象。液壓車在運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)的工作電壓三相均為380VAC，運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速為2 400r/min，運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為80Hz。

液壓車的輪胎采用實(shí)心輪胎，運(yùn)行過程中的速度可達(dá)25km/h，時(shí)速運(yùn)行下可承載1 569kg的重量，適合在任何高負(fù)載的條件下使用[5]，在運(yùn)輸化工產(chǎn)品時(shí)，不必?fù)?dān)心因化工產(chǎn)品重量過高而導(dǎo)致輪胎損壞。實(shí)心輪胎有極高的耐刺穿性，路面有破壞性障礙物時(shí)都可以有效阻擋，進(jìn)一步提高化工危險(xiǎn)品運(yùn)輸效率。

暖風(fēng)機(jī)由電加熱管和低噪聲鼓風(fēng)機(jī)及溫控系統(tǒng)組成，分為自然風(fēng)、全功率加熱和半功率加熱三檔設(shè)置，能根據(jù)周圍環(huán)境溫度的變化調(diào)節(jié)風(fēng)力及風(fēng)向，保證液壓車廂內(nèi)的溫度不高于化工產(chǎn)品的爆炸點(diǎn)，隨時(shí)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，將車廂溫度保持在20℃～40℃范圍內(nèi)，有利于化工產(chǎn)品的保存和運(yùn)輸，暖風(fēng)機(jī)還具有超溫自動(dòng)斷電的安全保護(hù)功能，進(jìn)一步提高化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸?shù)陌踩阅堋?/p>

在改進(jìn)化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸設(shè)備過程中，采用氣囊式蓄能器。氣囊式蓄能器體積小、重量輕，但容積大，可以儲(chǔ)存十分充足的能量[6]；且氣囊式的蓄能器在液壓車運(yùn)輸過程中的慣性小、反應(yīng)靈敏，能夠很好的進(jìn)行對(duì)液壓車能量的控制。只設(shè)置一個(gè)充氣閥口，保證氣囊的密封性，在一次完全的充放氣活動(dòng)內(nèi)，能長(zhǎng)時(shí)間地保存能量，且充氣過程方便，只需對(duì)準(zhǔn)充氣閥口，打開開關(guān)，便可自動(dòng)進(jìn)行充放電作業(yè)，適用于對(duì)液壓車的能量貯存和吸收。

散熱器采用鋁制板材為基礎(chǔ)材料，下部設(shè)置一個(gè)風(fēng)機(jī)，提升散熱器的散熱能力。主要參數(shù)如下：換熱量為24KW；運(yùn)行狀態(tài)下的恒定壓力為3.0MPa；待機(jī)狀態(tài)下的恒定壓力為4.5MPa；風(fēng)機(jī)的恒定電壓為220V；運(yùn)行功率為750W。

化工危險(xiǎn)品的運(yùn)輸設(shè)備的改進(jìn)不同于其他運(yùn)輸設(shè)備，還要專門設(shè)置一個(gè)固體污染度在線檢測(cè)儀，采用在線式顆粒計(jì)數(shù)器作為污染度檢測(cè)儀的核心部件，并事先設(shè)置等油液標(biāo)準(zhǔn)，一旦液壓車廂內(nèi)的化工危險(xiǎn)品出現(xiàn)泄漏、損壞等現(xiàn)象，檢測(cè)儀便可自動(dòng)報(bào)警并給出相應(yīng)的污染等級(jí)；實(shí)時(shí)檢測(cè)的污染數(shù)據(jù)傳送至液壓車的控制系統(tǒng)，以便技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握液壓車廂內(nèi)化工危險(xiǎn)品的污染程度并采取應(yīng)對(duì)措施，減少化工危險(xiǎn)品的損壞，提高運(yùn)輸過程中的安全性。

3 化工危險(xiǎn)品液壓車穩(wěn)定性能參數(shù)改進(jìn)

液壓車的性能參數(shù)設(shè)置過程中，由于傳統(tǒng)運(yùn)輸設(shè)備不適應(yīng)現(xiàn)代化工產(chǎn)品的運(yùn)輸，因此要加強(qiáng)對(duì)壓力、流量和污染度等級(jí)的分析與研究，并結(jié)合化工產(chǎn)品的特點(diǎn)，對(duì)這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

液壓車的壓力改進(jìn)以運(yùn)輸狀態(tài)下的輸出壓力等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，確定高壓狀態(tài)下的輸出壓力為28MPa，則改進(jìn)后的液壓車的高壓元件等級(jí)就要最低設(shè)置為31.5MPa；液壓車的回油壓力為0.6MPa，因此可確定液壓車元件及附件的回油壓力最低設(shè)置為1.6MPa。

液壓車的流量改進(jìn)重點(diǎn)在于保證各個(gè)回路同時(shí)輸出流量要低于液壓車實(shí)際所需的最大運(yùn)行流量，按照液壓車回路的輸出流量70L/min計(jì)算，則改進(jìn)后的液壓車的最大輸出應(yīng)設(shè)置為140L/min，各個(gè)液壓車的元件及其附件流量應(yīng)最高設(shè)置為140L/min。

液壓車的污染度等級(jí)改進(jìn)以固體污染度在線檢測(cè)儀為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置的檢測(cè)儀的最高污染程度為56MPa，則當(dāng)液壓車廂內(nèi)的混合污染濃度達(dá)到56MPa時(shí)，便可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并確定污染源的成分，縮短技術(shù)人員進(jìn)行檢測(cè)的范圍，提高運(yùn)輸過程中的安全性能。

4 化工危險(xiǎn)品液壓車回路優(yōu)化

液壓車的回路設(shè)計(jì)間主要包括對(duì)泵源回路、高壓回路和油箱回路的設(shè)計(jì)，各個(gè)回路相互并聯(lián)，共同合作完成對(duì)液壓車的啟動(dòng)。液壓車的回路設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

泵源回路主要改進(jìn)方向在于對(duì)主泵和輔泵的設(shè)計(jì)，主泵源恒定電壓設(shè)置為28MPa，輸出流量為140L/min；設(shè)置單向閥用于對(duì)泵源回路的壓力控制，防止出現(xiàn)因回路壓力過高造成的泵源回路線路損壞。設(shè)置電磁卸荷閥用于對(duì)泵源回路的卸荷，保證各泵源回路運(yùn)行狀態(tài)下的流量輸出。

圖2 液壓車回路設(shè)計(jì)流程

高壓回路的輸出流量范圍設(shè)置為0～140L/min，其蓄能器以單向主閥和雙向主閥共同調(diào)節(jié)，液壓車在負(fù)荷狀態(tài)下采取循環(huán)散熱裝置進(jìn)行散熱，保證各個(gè)回路間的散熱流暢。

油箱回路設(shè)置油箱最大容量為140L，并在油箱頂部設(shè)置空氣濾管、油標(biāo)、轉(zhuǎn)接接頭和液位報(bào)警開關(guān)等控制元件。當(dāng)油箱周圍的大氣環(huán)境中，出現(xiàn)過多雜質(zhì)，濾管就會(huì)自動(dòng)過濾空氣中的其他雜質(zhì)[7]，保證清潔的空氣流入油箱內(nèi)；當(dāng)油箱液位過低時(shí)，液位報(bào)警就會(huì)自動(dòng)打開并啟動(dòng)報(bào)警裝置，并使液壓車停止運(yùn)行；轉(zhuǎn)接接頭的作用在于提高油箱的油量運(yùn)輸，一旦出現(xiàn)接口堵塞現(xiàn)象時(shí)，另一端的接口便會(huì)直接開啟進(jìn)行油量運(yùn)輸。加油回路在運(yùn)行狀態(tài)下仍能保持對(duì)油箱回路的油量傳輸，油液從油箱出發(fā)，通過泵源進(jìn)行輔助加壓，將油液注入至液壓車的發(fā)動(dòng)機(jī)，完成液壓車的啟動(dòng)與運(yùn)行。

5 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證本文改進(jìn)的化工危險(xiǎn)品運(yùn)輸設(shè)備的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)驗(yàn)論證采用相同的環(huán)境變化的路段和地區(qū)，具有相同性質(zhì)和質(zhì)量的化工危險(xiǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸論證實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)液壓車進(jìn)行化工產(chǎn)品的運(yùn)輸作為實(shí)驗(yàn)論證對(duì)比，對(duì)兩種液壓車在運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。其實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果對(duì)比

根據(jù)表1數(shù)據(jù)的顯示可知，改進(jìn)后的液壓車在運(yùn)輸化工危險(xiǎn)品過程中其性能變化要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)液壓車的性能。兩種液壓車在運(yùn)行狀態(tài)下的壓力保持不變，改進(jìn)后的液壓車的流量可調(diào)范圍要比傳統(tǒng)液壓車的流量可調(diào)范圍低55L/min，相當(dāng)于降低了流量可控范圍的一半；且改進(jìn)后的液壓車各個(gè)執(zhí)行部件采用獨(dú)立設(shè)計(jì)，當(dāng)某一部件發(fā)生故障時(shí)不會(huì)引起其他部件的損壞；改進(jìn)后的液壓車的體積要低于傳統(tǒng)液壓車體積的10m3；重量也比傳統(tǒng)液壓車低5 532kg。因此可以分析出，本次改進(jìn)的液壓車具有極大優(yōu)勢(shì)，可以在運(yùn)輸過程中，減輕車身負(fù)擔(dān)，提高運(yùn)輸效率，并且通過各個(gè)回路的優(yōu)化提高化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸?shù)陌踩阅堋?/p>

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸設(shè)備的改進(jìn)方法進(jìn)行分析，以液壓車為改進(jìn)對(duì)象，對(duì)其執(zhí)行部件、性能參數(shù)及各個(gè)回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文改進(jìn)的液壓車具備極高的有效性，可以降低化工危險(xiǎn)品的易燃易爆現(xiàn)象，提高運(yùn)輸效率，從設(shè)備改進(jìn)入手進(jìn)一步解決了當(dāng)前化工危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)碾y題，希望本文的研究能夠?yàn)槲覈?guó)化工危險(xiǎn)品物流運(yùn)輸設(shè)備的發(fā)展提供理論依據(jù)和參考。