長(zhǎng)管拖車瓶體轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象及解決方法分析

李書(shū)磊 路玉芝 郭八一

本文針對(duì)長(zhǎng)管拖車及氣瓶集裝箱等相應(yīng)產(chǎn)品的瓶體轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出了幾種解決方法和建議，并對(duì)其進(jìn)行了比較，以方便用戶選擇更適合自己使用情況的解決辦法。

隨著不可再生的原油資源的日益消耗和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，天然氣、氫氣等潔凈能源的開(kāi)發(fā)和使用被納入到關(guān)乎國(guó)家公共安全的議事日程，隨之帶動(dòng)了相關(guān)特種設(shè)備的長(zhǎng)足發(fā)展，其中長(zhǎng)管拖車(即長(zhǎng)管半掛車——編者注，下同)作為一種運(yùn)輸潔凈氣體的特種設(shè)備，憑借其運(yùn)輸?shù)撵`活性和裝卸的方便性及使用壓力高等特點(diǎn)，越來(lái)越被大眾所接受。我國(guó)生產(chǎn)的長(zhǎng)管拖車由于其發(fā)展初期主要依據(jù)國(guó)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在其實(shí)際的使用和定期檢驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了各種各樣問(wèn)題，其中鋼瓶產(chǎn)生周向旋轉(zhuǎn)便是一種比較嚴(yán)重的問(wèn)題。鋼瓶的旋轉(zhuǎn)會(huì)造成其連接管路松動(dòng)，容易發(fā)生密封氣體的泄漏而造成危險(xiǎn)事故隱患，即使發(fā)現(xiàn)及時(shí)也須將裝載的介質(zhì)全部放空后重新緊固管路連接。這既造成了浪費(fèi)，又不能從根本上解決問(wèn)題。為此，本文針對(duì)鋼瓶產(chǎn)生周向旋轉(zhuǎn)這一問(wèn)題進(jìn)行原因分析，并提出解決該問(wèn)題的建議和方法。

1 轉(zhuǎn)動(dòng)原因

1.1 鋼瓶質(zhì)心位置發(fā)生偏移

隨著大容積無(wú)縫鋼瓶生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展，在追求大容積的市場(chǎng)作用下，鋼瓶長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，最長(zhǎng)的已經(jīng)超過(guò)10 m。依據(jù)文獻(xiàn)[1]的要求，最小單根容積≥1 000 L，按照直徑559 mm使用壓力為20 MPa，常用型鋼瓶換算成對(duì)應(yīng)的最小長(zhǎng)度應(yīng)≥5 400 mm。然而，在實(shí)際制造過(guò)程中卻無(wú)法達(dá)到理想形態(tài)，因?yàn)殇摴茉牧系暮穸确植疾痪?，便存在著一定的不直度，再到后續(xù)的熱處理，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生形變。這些均會(huì)使鋼瓶質(zhì)心不能處在鋼瓶的中軸線處，若在組裝過(guò)程中不加以控制，還會(huì)使質(zhì)心位置不在中軸線下方。這導(dǎo)致在道路運(yùn)輸中，鋼瓶除了一直承受自質(zhì)量產(chǎn)生的周向力矩外，還會(huì)因路程遠(yuǎn)、路況較差，尤其是在轉(zhuǎn)彎時(shí)長(zhǎng)管拖車整體產(chǎn)生很大向心力的影響而造成鋼瓶旋轉(zhuǎn)，這些是鋼瓶質(zhì)心位置發(fā)生偏移的主要原因。

1.2 舊的安裝方式

鋼瓶與框架的連接一般是通過(guò)安裝法蘭與鋼瓶的外螺紋連接，法蘭再與框架進(jìn)行螺栓固定。若無(wú)防旋轉(zhuǎn)措施，螺紋連接很容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致泄漏情況發(fā)生。文獻(xiàn)[2]中提到通常的防旋轉(zhuǎn)措施是在鋼瓶的兩端加裝防旋轉(zhuǎn)螺釘，防旋轉(zhuǎn)螺釘?shù)陌惭b應(yīng)優(yōu)先考慮安裝在鋼瓶與管路連接端；而法蘭和外部框架是螺栓連接，故不存在旋轉(zhuǎn)的可能性，先前的安裝方式(如圖1)，螺釘安裝在法蘭與鋼瓶連接的螺紋處斜向安裝，可以有效阻止鋼瓶轉(zhuǎn)動(dòng)情況的發(fā)生。

針對(duì)其自質(zhì)量產(chǎn)生的周向力矩問(wèn)題，文獻(xiàn)[2]中提到制作時(shí)應(yīng)盡量保證鋼管的壁厚均勻，熱處理后還要進(jìn)行校直處理，盡可能保證質(zhì)心處于中軸線，組裝前進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，并做好相應(yīng)的標(biāo)記，保證組裝時(shí)質(zhì)心在中軸線下方，以減少自質(zhì)量產(chǎn)生的力矩影響。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，上述問(wèn)題已經(jīng)得以有效地預(yù)防，并作出了新的改進(jìn)。

2 新的改進(jìn)方法

2.1 防旋轉(zhuǎn)銷釘?shù)慕鉀Q辦法

變更原工藝過(guò)程，將原來(lái)的傾斜打孔變更為水平開(kāi)孔，設(shè)計(jì)專用工裝進(jìn)行輔助作業(yè)，由原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)手工開(kāi)孔轉(zhuǎn)換為專用設(shè)備定位開(kāi)孔，并采用配套鉆頭，以降低其作業(yè)難度(見(jiàn)圖2)。水平開(kāi)孔可增大法蘭與鋼瓶連接處的接觸面積，為防止螺釘脫落在法蘭一側(cè)，可進(jìn)行點(diǎn)焊處理，由于鋼瓶裝載高壓氣體，不允許鋼瓶存在焊接結(jié)構(gòu)；因此，為了避免焊接時(shí)對(duì)鋼瓶螺紋的熱量影響，建議選用熱量集中且影響范圍小的氬弧焊進(jìn)行焊接固定，且焊接固定點(diǎn)位于法蘭一側(cè)。

與斜向開(kāi)孔相比，此方法降低了操作難度，加強(qiáng)了操控性和易檢查性，接觸面積也增大，通過(guò)實(shí)際運(yùn)用情況的觀察，實(shí)施效果非常好。但同時(shí)也有不足之處：一是鉆孔的深度被加大，由于材料硬度較大，使鉆孔強(qiáng)度增大；二是防旋轉(zhuǎn)螺釘?shù)暮附訂?wèn)題，由于可施焊的面積較少，又需要避開(kāi)鋼瓶螺紋部分，進(jìn)一步減少了焊接面積，焊接時(shí)很可能被焊接到鋼瓶上，焊接完畢后表面又噴涂油漆以及涂密封膠做防腐處理，不宜檢查確認(rèn)，等到年限大檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼瓶存在焊接現(xiàn)象會(huì)強(qiáng)制性報(bào)廢。

針對(duì)上述問(wèn)題，解決焊接接觸一種簡(jiǎn)單有效的方法便是適當(dāng)加大端塞外徑，替代原來(lái)的焊接結(jié)構(gòu)，使外徑能夠蓋住安裝的防旋轉(zhuǎn)銷釘，從而起到阻擋銷釘?shù)淖饔?，避免出現(xiàn)焊接到鋼瓶的現(xiàn)象。此方法取消了焊接固定，便不再存在鋼瓶會(huì)有焊接點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，但端塞質(zhì)量增加，會(huì)增加整備質(zhì)量。

2.2 另一種瓶端固定方法

總結(jié)上述各種情況的優(yōu)缺點(diǎn)，還可采用一種綜合上述固定連接的結(jié)構(gòu)，便于在施工中減少鉆孔深度，也無(wú)須增加端塞的外徑，便可避免焊接施焊到鋼瓶上。如圖3所示是在法蘭上開(kāi)固定銷槽，用與法蘭相同材質(zhì)的銷子進(jìn)行固定，邊緣位置焊接固定，在與鋼瓶具有一定距離時(shí)便停止焊接，以避免出現(xiàn)焊接接觸鋼瓶，也易于檢查。此方法操作性強(qiáng)，固定后鋼瓶如果產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)趨向時(shí)，所產(chǎn)生的阻擋力方向與接觸點(diǎn)方向相反，故能起到良好的防旋轉(zhuǎn)效果。此外，鋼瓶安裝位置的不同，導(dǎo)致質(zhì)心偏移和轉(zhuǎn)彎形成的剪切力不同，故可針對(duì)不同的鋼瓶位置，校核其在一定的偏心情況下固定銷所受剪應(yīng)力的大小，從而確定不同位置鋼瓶布置固定銷的數(shù)量和直徑，以滿足剪應(yīng)力的要求，防止固定銷失效。

此方法易于檢查和更換固定銷，可針對(duì)不同位置安裝數(shù)量不等的固定銷，有的鋼瓶?jī)H安裝一個(gè)即可起到防旋轉(zhuǎn)的作用，并因鋼瓶和法蘭的連接處鉆孔深度減小而易于操作。此外，焊接距離鋼瓶較遠(yuǎn)，增加了可控性，避免了焊接到鋼瓶上的情況發(fā)生，端塞外徑可適當(dāng)減小，從而減少了整備質(zhì)量和加工難度。

3 其他輔助方法

3.1 下側(cè)鋼瓶與框架之間加裝固定鋼帶

最下側(cè)與底梁接觸的鋼瓶如圖4所示，用鋼帶環(huán)繞鋼瓶，將其與底梁進(jìn)行螺栓固定，增加接觸面積和作用力。鋼帶內(nèi)側(cè)加裝一些非金屬材料，如橡膠等襯墊，防止金屬直接與鋼瓶接觸造成鐵離子污染，文獻(xiàn)[1]中要求汽車罐車、罐式集裝箱、長(zhǎng)管拖車和管束式集裝箱等需要進(jìn)行慣性力載荷試驗(yàn)，其中在運(yùn)動(dòng)方向要能承受2倍最大質(zhì)量的慣性力要求是最難達(dá)到的。因此，鋼帶整體繞過(guò)鋼瓶與底梁進(jìn)行螺栓固定，可起到固定鋼瓶的作用，相當(dāng)于在運(yùn)動(dòng)方向上摩擦起到緩沖作用，從而減少前后端支撐板所受的慣性力；而在周向上的摩擦力可起到防旋轉(zhuǎn)的作用。值得注意的是，由于鋼瓶本身的剛性遠(yuǎn)大于框架的剛性，采用固定鋼帶會(huì)造成鋼瓶與框架的相對(duì)變形，鋼帶連接在底梁上也會(huì)因運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸容易引起底梁連接處的疲勞損傷，從而對(duì)底梁產(chǎn)生破壞。因此，底梁在材質(zhì)的選用和厚度的選取等方面的要求要高于其他部位。運(yùn)動(dòng)方向的摩擦還會(huì)造成內(nèi)襯的脫落，也需要采取措施加強(qiáng)內(nèi)襯與鋼帶的固定。

3.2 鋼瓶之間加裝防旋轉(zhuǎn)裝置

在鋼瓶之間加裝防旋轉(zhuǎn)裝置塊(如圖5)，防旋轉(zhuǎn)裝置在選材上應(yīng)該采用彈塑性良好的非金屬材料，可安放在鋼瓶上下間隙之間，也可以安放在兩側(cè)間隙之間，以起到防旋轉(zhuǎn)作用；還可以使所有鋼瓶相互連接，避免上層鋼瓶懸空放置，這在行駛中對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的沖擊可以通過(guò)防旋轉(zhuǎn)裝置的摩擦傳遞到下側(cè)，從而減少對(duì)兩側(cè)支撐板的沖擊，由此也可減少前后支撐的自質(zhì)量和抗沖擊要求，也因此在整體上減輕了整備質(zhì)量。由于鋼瓶在熱處理過(guò)程中對(duì)直線度會(huì)產(chǎn)生影響，此方法對(duì)鋼瓶的直線度要求較高，在實(shí)際安裝過(guò)程中防旋轉(zhuǎn)裝置的位置需要根據(jù)實(shí)際鋼瓶的直線度調(diào)整，同時(shí)鋼瓶會(huì)增加一定的外載荷，故要求設(shè)計(jì)人員進(jìn)行綜合考慮，包括防旋轉(zhuǎn)裝置的具體形狀、大小、連接和安裝方法以及相應(yīng)材質(zhì)等問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

在上述方法的綜合應(yīng)用下，瓶體轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題基本上可得到預(yù)防和解決，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，長(zhǎng)管拖車的設(shè)計(jì)和工藝取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，正逐步向輕量化、大容積方向發(fā)展完善。

[1] TSG R0005-2011.移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2] 劉玉紅,常靜,衛(wèi)麗霞.長(zhǎng)管拖車瓶端螺紋磨損原因分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].專用汽車,2008(9)：59-60.