乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車儲(chǔ)存罐體及輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

吳桂華

（深圳市金奧博科技股份有限公司， 廣東 深圳 518052）

引言

乳膠基質(zhì)對(duì)于生產(chǎn)制作現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥具有重要的作用，乳膠基質(zhì)的制作需要依靠大規(guī)模的集中制備才能夠?qū)崿F(xiàn)，因而在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥時(shí)，需要將乳膠基質(zhì)遠(yuǎn)程運(yùn)輸?shù)交煅b炸藥的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。而由于乳膠基質(zhì)具有一定的危險(xiǎn)性，保證乳膠基質(zhì)的遠(yuǎn)程運(yùn)輸安全是非常重要的。對(duì)乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車儲(chǔ)存罐體輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，能夠?yàn)樘岣哌\(yùn)輸車的工作效率和質(zhì)量提供一定技術(shù)改進(jìn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

1 乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車儲(chǔ)存罐體設(shè)計(jì)

1.1 乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐體的選材

在考慮乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐體選材的過程中，首先需要考慮乳膠基質(zhì)的性質(zhì)。由于乳膠基質(zhì)是用于制作現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的基本材料，以現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，乳膠基質(zhì)需要滿足以下幾個(gè)方面的要求：

1）乳膠基質(zhì)本身需要超過三個(gè)月的儲(chǔ)存期限，才能夠用于遠(yuǎn)程運(yùn)輸，以確保乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性。

2）基于民爆行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)階段對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的生產(chǎn)需求也越來越高，對(duì)于乳膠基質(zhì)的運(yùn)輸既要滿足大容量的空間運(yùn)輸需求，又要保證整個(gè)運(yùn)輸過程的安全。在整個(gè)運(yùn)輸過程中，要保證罐體的環(huán)境條件和運(yùn)輸穩(wěn)定性，避免罐體內(nèi)的乳膠基質(zhì)出現(xiàn)雷管、摩擦等情況，影響到乳膠基質(zhì)的安全性。

3）乳膠基質(zhì)能夠在常溫下呈現(xiàn)出較低的黏度，才符合炸藥的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于遠(yuǎn)程運(yùn)輸來說，乳膠基質(zhì)本身的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)運(yùn)輸安全產(chǎn)生重要的影響，乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性受工藝、配方、乳膠基質(zhì)粒子大小以及外相材料黏度等方面的影響[1-2]。因而在選擇用于制作乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐體的材料時(shí)，可以選用5083O 的鋁合金板作為加工制作的主要材料。5083O 的鋁合金板由鋁合金材料組成，密度為2.7 g/cm3，抗拉強(qiáng)度為275～350 MPa，屈服強(qiáng)度超過125 MPa，延伸率超過15%，具有良好的抗腐蝕性能。鋁合金密度較小，在運(yùn)輸中也能夠大大提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。盡管與不銹鋼材料相比，鋁合金的腐蝕性要差一些，但鋁合金在應(yīng)用后能夠通過生成致密氧化膜，防止罐體發(fā)生進(jìn)一步的氧化，因而更能夠滿足乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用要求?？紤]到包括乳膠基質(zhì)在內(nèi)的各種需要遠(yuǎn)程運(yùn)輸材料可能具有的腐蝕性和危險(xiǎn)性，應(yīng)用鋁合金材料還能夠以其良好的抗腐蝕性能和較低的維修成本來減輕在乳膠基質(zhì)罐體制作和維護(hù)方面消耗的成本，延長(zhǎng)運(yùn)輸車的使用壽命。

1.2 乳膠罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)儲(chǔ)存罐壁厚進(jìn)行計(jì)算的過程中，還需要考慮到乳膠基質(zhì)本身在運(yùn)輸過程中也會(huì)產(chǎn)生動(dòng)載荷，在確定整個(gè)罐體的安全系統(tǒng)等級(jí)為2 之后，可以將5083O的鋁合金板厚度設(shè)置為6 mm。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)制作罐體的過程中，為了能夠增加罐體的強(qiáng)度質(zhì)量，可以在儲(chǔ)存罐的前后罐壁上應(yīng)用加強(qiáng)骨架，減少乳膠基質(zhì)本身的動(dòng)載以及運(yùn)輸車輛在起步和剎車時(shí)對(duì)罐體質(zhì)量造成的影響。

1.3 罐體防波板結(jié)構(gòu)

防波板是罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，考慮到基質(zhì)性質(zhì)以及運(yùn)輸量大小等方面的不同，對(duì)于防波板的設(shè)計(jì)安裝方式也存在一定的差異。當(dāng)前能夠應(yīng)用于液罐車防波板設(shè)計(jì)的安裝方法，以橫向、縱向和水平三種方法為主。對(duì)于乳膠基質(zhì)的運(yùn)輸車輛來說，不僅車輛自身在啟動(dòng)和剎車時(shí)產(chǎn)生的慣性會(huì)影響到罐體內(nèi)乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性，乳膠基質(zhì)自身產(chǎn)生的沖擊力，也會(huì)影響到乳膠基質(zhì)整體的運(yùn)行安全。在運(yùn)輸車罐體內(nèi)部安裝防波板，能夠減少在發(fā)生這種情況時(shí)乳膠基質(zhì)對(duì)運(yùn)輸車輛前后罐壁產(chǎn)生的沖擊壓力，保障運(yùn)輸安全[4]。由于沖擊壓力對(duì)乳膠基質(zhì)的運(yùn)輸安全產(chǎn)生影響，對(duì)于罐壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求也要比一般的液罐車更高?？紤]到乳膠基質(zhì)傳導(dǎo)給防波板的沖擊力，并且能夠在安裝防波板的前提下，保障罐體內(nèi)三個(gè)部分的乳膠基質(zhì)能夠始終保持液面平衡，因此，要在防波板上留有一定的透孔，在減弱沖擊力的同時(shí)，也能夠維持乳膠基質(zhì)的液面平衡。為了能夠讓防波板更好地達(dá)到保障運(yùn)輸安全的作用，在選擇安裝防波板之前，要對(duì)防波板在罐體實(shí)際運(yùn)輸過程中可能產(chǎn)生的應(yīng)力情況進(jìn)行分析。

在這個(gè)分析的過程中，考慮到防波板的實(shí)際應(yīng)用情況，將分析的前提條件設(shè)置為防波板本身雖然是由小條形帶構(gòu)成，但相互之間不會(huì)受力。依據(jù)物理力學(xué)知識(shí)，在對(duì)防波板受到的沖擊力情況進(jìn)行分析時(shí)，事先確定的量主要包括防波板條形帶的厚度δ、長(zhǎng)度L、高度dh，防波板的間隔距離b，防波板條形帶變形前后的夾角γ、罐體處于彎曲狀態(tài)時(shí)的伸長(zhǎng)量△b，板材的彈性模量G，乳膠基質(zhì)密度ρ 以及罐體緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大加速度a 等。在明確這些信息之后，結(jié)合牛頓定律，依據(jù)防波板條形帶受到的最大沖擊力F1=Ldh×bρa(bǔ)，條帶與罐體鏈接部位F1=2F2sinγ，整理得到F2=Ldh×bpa/2sinγ，再依據(jù)材料力學(xué)原理F2=σs=σdhδ，得到許用應(yīng)力σ=Lbpa/2δsinγ。依據(jù)這些公式可以對(duì)防波板應(yīng)力與儲(chǔ)存物料密度、車輛加速度、防波板的彈性模量和厚度等方面之間的關(guān)系進(jìn)行分析。

結(jié)合運(yùn)輸車罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于防波板的設(shè)計(jì)，也需要能夠符合運(yùn)輸車罐體的結(jié)構(gòu)要求。乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車罐體中的防波板包括中間方波和導(dǎo)流板兩種類型，需要采用交錯(cuò)的兩個(gè)圓孔進(jìn)行通透，并在罐體的下部安裝螺旋輸送機(jī)來滿足對(duì)防波板的控制要求。

1.4 罐體與底盤的連接結(jié)構(gòu)

對(duì)于能夠用于基質(zhì)運(yùn)輸?shù)能囕v來說，底盤與罐體之間連接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，會(huì)直接影響到基質(zhì)運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量和效率。結(jié)合目前我國(guó)能夠應(yīng)用于基質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓捃噥砜矗摅w與底盤的連接結(jié)構(gòu)一般分為罐角式、底架式和混合式三種。罐角式盡管能夠滿足減輕罐體自身重量的要求，但由于整個(gè)罐體需要承受的應(yīng)力比較集中，一定程度上增加了罐體在實(shí)際運(yùn)輸中的危險(xiǎn)性。底架式需要將二次底架總成與罐體以焊接的方式連接之后，再將其與車輛底盤進(jìn)行連接，這樣雖然能夠讓罐體的受力均勻，但很容易增加罐車自身的重量?；旌鲜绞悄軌?qū)煞N連接方式混合起來進(jìn)行應(yīng)用的方法，能夠有效彌補(bǔ)兩種連接方式在實(shí)際應(yīng)用中存在的缺陷和不足。因此，在對(duì)罐體與底盤的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用混合式的連接結(jié)構(gòu)。在將罐體上的底架借助連接角板連接之后，還要在罐角結(jié)構(gòu)當(dāng)中通過加設(shè)螺旋彈簧的方式進(jìn)行進(jìn)一步的連接，提高整個(gè)連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這樣不僅能夠及時(shí)消除由于車架變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，還能夠有效改善罐體整體的受力狀況。

2 乳膠基質(zhì)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在確保乳膠基質(zhì)的運(yùn)輸罐體能夠符合乳膠基質(zhì)的遠(yuǎn)程運(yùn)輸要求之后，還需要對(duì)與之相對(duì)應(yīng)的乳膠基質(zhì)輸送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。考慮到乳膠基質(zhì)本身的性質(zhì)，在對(duì)輸送系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要確保用于遠(yuǎn)程運(yùn)輸?shù)娜槟z基質(zhì)自身的產(chǎn)品質(zhì)量。通過對(duì)現(xiàn)有乳膠基質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)以及敏化技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)的優(yōu)化調(diào)整，讓乳膠基質(zhì)在輸送的過程中盡可能地保持穩(wěn)定。在乳膠基質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量符合工藝要求的基礎(chǔ)上，以降低乳膠基質(zhì)黏度為主要目標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改善，用以減少乳膠基質(zhì)在運(yùn)輸過程中由于黏度過高，導(dǎo)致出現(xiàn)較大阻力，影響運(yùn)輸和生產(chǎn)效率。其次，要結(jié)合乳膠基質(zhì)專用運(yùn)輸車輛的具體型號(hào)和相關(guān)要求來確定?？紤]到當(dāng)前我國(guó)用于乳膠基質(zhì)運(yùn)輸?shù)能囕v類型，輸送系統(tǒng)包括底部輸送螺旋、基質(zhì)泵和計(jì)量裝置三個(gè)最主要的裝置。圍繞著這三個(gè)裝置，物料輸送系統(tǒng)才能夠正常運(yùn)行。物料輸送系統(tǒng)一般以全液壓驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)物料將其輸送到設(shè)備中。液壓馬達(dá)在實(shí)際的應(yīng)用中，一般采用高壓液壓油，由變量主油泵供給，而主油泵的動(dòng)力又來源于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，最終需要應(yīng)用取力器對(duì)其進(jìn)行變速驅(qū)動(dòng)。

在前面對(duì)乳膠基質(zhì)罐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，由于應(yīng)用的是倒三角的結(jié)構(gòu)，乳膠基質(zhì)在重力的影響下，能夠直接在罐體底部，借助輸送螺旋機(jī)將乳膠基質(zhì)輸送到出料口?？紤]到出料口處的基質(zhì)泵沒有及時(shí)將乳膠基質(zhì)輸送出去的情況，在對(duì)輸送系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)乳膠基質(zhì)回流的裝置，即在乳膠基質(zhì)沒有被輸送出去，待后罐體中的乳膠基質(zhì)透過防波板的透孔之后，乳膠基質(zhì)可以再回流到中部罐體當(dāng)中，而中部罐體中的乳膠基質(zhì)也能夠借助防波板的透孔回流到前部罐體當(dāng)中，以此來解決罐體內(nèi)后部罐體乳膠基質(zhì)堆積過多的問題。

通過加裝防波板來保證輸送系統(tǒng)中乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性，并對(duì)乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車輛整車優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓車輛的荷載量等設(shè)計(jì)能夠符合相關(guān)規(guī)定要求。此外，還要對(duì)乳膠基質(zhì)本身的生產(chǎn)技術(shù)不斷調(diào)整和改善，才能夠更好地提高運(yùn)輸過程的質(zhì)量安全。

3 結(jié)語

做好乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車儲(chǔ)存罐體及輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)提高運(yùn)輸車的工作效率和質(zhì)量具有重要的作用?；诂F(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的生產(chǎn)和發(fā)展要求，考慮到我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間在炸藥生產(chǎn)方面存在的差距，需要重視以乳膠基質(zhì)為主的乳化炸藥技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，在保證運(yùn)輸安全的同時(shí)，提高乳膠基質(zhì)以及現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的應(yīng)用效率。