20英尺罐式集裝箱鐵路沖擊試驗

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備，其市場需求大，應用范圍廣，衍生產品種類繁多，如20英尺近海罐箱、20英尺水泥罐箱以及內裝指定物料的其他20英尺罐箱等。20英尺罐箱的設計須滿足：（1）ISO 1496-3/Amd.1- 2006《系列1集裝箱技術要求和試驗方法第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、尺寸和額定質量》。國際標準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前，需要制造1個試驗箱以完成國際標準要求的各項試驗，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計中的重點和難點。試驗箱通過鐵路沖擊試驗后，未來設計并制造相似結構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，從而為設計及批量生產新產品節省大量的精力和物力；因此，在設計用于鐵路沖擊試驗的試驗箱時，需要使其結構盡可能簡單，強度盡可能低，質量盡可能輕，以便減免后續新產品的試驗過程，縮短罐箱生產周期。

1 用于鐵路沖擊試驗的20英尺罐箱設計

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 罐體設計要求

罐體壁厚是罐體設計的主要參數，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，以免縮小后續罐箱免除鐵路沖擊試驗的壁厚范圍。總之，罐體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準要求的最低配置強度。在設計罐體最小壁厚時，需要了解后續20英尺罐箱產品的壁厚設計參數范圍，從而為選定試驗箱的壁厚提供方向和參考。

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

（2）若罐箱內裝物料為非危險品，且罐箱為壓力容器，則根據實際設計工況，依據《壓力容器建造規則》或其他壓力容器標準設計并計算罐體最小壁厚；若罐箱為常壓容器，則須滿足相關常壓容器標準的設計要求。

綜上所述，預估后續罐箱產品的壁厚設計范圍，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 罐體框架設計要求

罐體框架由角件、立柱、底側梁、底端梁、頂側梁、頂端梁、側加強梁、端加強梁等基本結構組成。通過優選罐體壁厚、加強梁數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，又能夠達到國際標準要求的最低配置強度。

1.3 罐箱容積設計

根據加拿大CSA B625標準要求，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20英尺罐箱產品可以免除鐵路沖擊試驗。例如，試驗箱的設計容積為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）數值模擬理論分析，判斷其罐體結構能否通過鐵路沖擊試驗的嚴苛工況。通過CAE數值模擬可以分析整個罐體處在鐵路沖擊工況下的最大應力載荷的分布位置，罐體是否有損壞風險，是否可以通過調整罐體壁厚、加強梁的數量、各梁的橫截面積等來減小罐體承受的應力載荷等。CAE數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有德國TUV實驗室、我國北車齊軌試驗研究室等，上述機構均取得相關國際標準制定機構的授權。

2.1 試驗目的

檢驗20英尺罐箱能否承受鐵路沖擊工況，應符合以下相關規定：（1）在3～頻段下，試驗箱2個底角配件的沖擊響應譜曲線均應超過標準規定的最小沖擊響應譜曲線；（2）鐵路沖擊試驗前后試驗箱側面、端面的對角線長度差應滿足ISO 668附錄A表A.1的要求；（3）試驗箱的主要結構和承載部位不應出現屈服變形、焊縫開裂、泄漏等不適用的損壞。

2.2 試驗準備

試驗準備包括：（1）試驗箱的基本檢查，確保無影響試驗結果的缺陷；（2）無干擾的試驗場地以及適宜的試驗環境；（3）數據采集設備、模擬沖擊設備和配重設備等試驗設備。

2.3 試驗過程

在鐵路沖擊試驗過程中，必須按標準要求采集數據。試驗時，由于罐體內裝物料與實際內裝物料的密度存在差別，需要根據試驗箱的試驗總重與設計總重對試驗箱的相關參數進行校正。若出現以下情況，則立即停止試驗：（1）試驗箱出現明顯的屈服變形、焊縫開裂或其他結構損壞；（2）在3～頻段下，試驗箱2個底角配件的沖擊響應譜曲線均小于標準規定的最小沖擊響應譜曲線。

2.4 試驗結果

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譜曲線均超過標準規定的最小沖擊響應譜曲線；（2）罐體側面、端面對角線長度差值符合ISO 668附錄A表A.1的要求；（3）經目視檢查，試驗箱未出現泄漏等不適用的損壞。

（編輯：許玲 收稿日期：2017-04-07）