乳膠基質運輸車儲存罐體及輸送系統設計分析

吳桂華

（深圳市金奧博科技股份有限公司， 廣東 深圳 518052）

引言

乳膠基質對于生產制作現場混裝炸藥具有重要的作用，乳膠基質的制作需要依靠大規模的集中制備才能夠實現，因而在實際生產現場混裝炸藥時，需要將乳膠基質遠程運輸到混裝炸藥的生產現場。而由于乳膠基質具有一定的危險性，保證乳膠基質的遠程運輸安全是非常重要的。對乳膠基質運輸車儲存罐體輸送系統設計進行分析，能夠為提高運輸車的工作效率和質量提供一定技術改進和系統設計思路。

1 乳膠基質運輸車儲存罐體設計

1.1 乳膠基質儲存罐體的選材

在考慮乳膠基質儲存罐體選材的過程中，首先需要考慮乳膠基質的性質。由于乳膠基質是用于制作現場混裝炸藥的基本材料，以現場混裝炸藥的生產標準為依據，乳膠基質需要滿足以下幾個方面的要求：

1）乳膠基質本身需要超過三個月的儲存期限，才能夠用于遠程運輸，以確保乳膠基質的穩定性。

2）基于民爆行業的發展，現階段對于現場混裝炸藥的生產需求也越來越高，對于乳膠基質的運輸既要滿足大容量的空間運輸需求，又要保證整個運輸過程的安全。在整個運輸過程中，要保證罐體的環境條件和運輸穩定性，避免罐體內的乳膠基質出現雷管、摩擦等情況，影響到乳膠基質的安全性。

3）乳膠基質能夠在常溫下呈現出較低的黏度，才符合炸藥的生產標準。

對于遠程運輸來說，乳膠基質本身的穩定性會對運輸安全產生重要的影響，乳膠基質的穩定性受工藝、配方、乳膠基質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儲存罐體的材料時，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，抗拉強度為275～350 MPa，屈服強度超過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，在運輸中也能夠大大提高整車的燃油經濟性。盡管與不銹鋼材料相比，鋁合金的腐蝕性要差一些，但鋁合金在應用后能夠通過生成致密氧化膜，防止罐體發生進一步的氧化，因而更能夠滿足乳膠基質儲存罐體的設計和應用要求。考慮到包括乳膠基質在內的各種需要遠程運輸材料可能具有的腐蝕性和危險性，應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罐體制作和維護方面消耗的成本，延長運輸車的使用壽命。

1.2 乳膠罐體結構設計

在對儲存罐壁厚進行計算的過程中，還需要考慮到乳膠基質本身在運輸過程中也會產生動載荷，在確定整個罐體的安全系統等級為2 之后，可以將5083O的鋁合金板厚度設置為6 mm。與此同時，在設計制作罐體的過程中，為了能夠增加罐體的強度質量，可以在儲存罐的前后罐壁上應用加強骨架，減少乳膠基質本身的動載以及運輸車輛在起步和剎車時對罐體質量造成的影響。

1.3 罐體防波板結構

防波板是罐體結構設計中的重要內容，考慮到基質性質以及運輸量大小等方面的不同，對于防波板的設計安裝方式也存在一定的差異。當前能夠應用于液罐車防波板設計的安裝方法，以橫向、縱向和水平三種方法為主。對于乳膠基質的運輸車輛來說，不僅車輛自身在啟動和剎車時產生的慣性會影響到罐體內乳膠基質的穩定性，乳膠基質自身產生的沖擊力，也會影響到乳膠基質整體的運行安全。在運輸車罐體內部安裝防波板，能夠減少在發生這種情況時乳膠基質對運輸車輛前后罐壁產生的沖擊壓力，保障運輸安全[4]。由于沖擊壓力對乳膠基質的運輸安全產生影響，對于罐壁結構的強度設計要求也要比一般的液罐車更高。考慮到乳膠基質傳導給防波板的沖擊力，并且能夠在安裝防波板的前提下，保障罐體內三個部分的乳膠基質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，也能夠維持乳膠基質的液面平衡。為了能夠讓防波板更好地達到保障運輸安全的作用，在選擇安裝防波板之前，要對防波板在罐體實際運輸過程中可能產生的應力情況進行分析。

在這個分析的過程中，考慮到防波板的實際應用情況，將分析的前提條件設置為防波板本身雖然是由小條形帶構成，但相互之間不會受力。依據物理力學知識，在對防波板受到的沖擊力情況進行分析時，事先確定的量主要包括防波板條形帶的厚度δ、長度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、罐體處于彎曲狀態時的伸長量△b，板材的彈性模量G，乳膠基質密度ρ 以及罐體緊急制動時產生的最大加速度a 等。在明確這些信息之后，結合牛頓定律，依據防波板條形帶受到的最大沖擊力F1=Ldh×bρa，條帶與罐體鏈接部位F1=2F2sinγ，整理得到F2=Ldh×bpa/2sinγ，再依據材料力學原理F2=σs=σdhδ，得到許用應力σ=Lbpa/2δsinγ。依據這些公式可以對防波板應力與儲存物料密度、車輛加速度、防波板的彈性模量和厚度等方面之間的關系進行分析。

結合運輸車罐體的結構設計要求，對于防波板的設計，也需要能夠符合運輸車罐體的結構要求。乳膠基質運輸車罐體中的防波板包括中間方波和導流板兩種類型，需要采用交錯的兩個圓孔進行通透，并在罐體的下部安裝螺旋輸送機來滿足對防波板的控制要求。

1.4 罐體與底盤的連接結構

對于能夠用于基質運輸的車輛來說，底盤與罐體之間連接結構的質量，會直接影響到基質運輸的質量和效率。結合目前我國能夠應用于基質運輸的罐車來看，罐體與底盤的連接結構一般分為罐角式、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，但由于整個罐體需要承受的應力比較集中，一定程度上增加了罐體在實際運輸中的危險性。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。混合式是能夠將兩種連接方式混合起來進行應用的方法，能夠有效彌補兩種連接方式在實際應用中存在的缺陷和不足。因此，在對罐體與底盤的連接結構進行設計時，采用混合式的連接結構。在將罐體上的底架借助連接角板連接之后，還要在罐角結構當中通過加設螺旋彈簧的方式進行進一步的連接，提高整個連接結構的穩定性。這樣不僅能夠及時消除由于車架變形而產生的附加應力，還能夠有效改善罐體整體的受力狀況。

2 乳膠基質輸送系統設計

在確保乳膠基質的運輸罐體能夠符合乳膠基質的遠程運輸要求之后，還需要對與之相對應的乳膠基質輸送系統進行優化設計。考慮到乳膠基質本身的性質，在對輸送系統進行設計時，首先，要確保用于遠程運輸的乳膠基質自身的產品質量。通過對現有乳膠基質生產技術以及敏化技術、現場混裝技術的優化調整，讓乳膠基質在輸送的過程中盡可能地保持穩定。在乳膠基質的產品質量符合工藝要求的基礎上，以降低乳膠基質黏度為主要目標，對生產技術進行改善，用以減少乳膠基質在運輸過程中由于黏度過高，導致出現較大阻力，影響運輸和生產效率。其次，要結合乳膠基質專用運輸車輛的具體型號和相關要求來確定。考慮到當前我國用于乳膠基質運輸的車輛類型，輸送系統包括底部輸送螺旋、基質泵和計量裝置三個最主要的裝置。圍繞著這三個裝置，物料輸送系統才能夠正常運行。物料輸送系統一般以全液壓驅動的方式運行，由液壓馬達驅動物料將其輸送到設備中。液壓馬達在實際的應用中，一般采用高壓液壓油，由變量主油泵供給，而主油泵的動力又來源于汽車的發動機，因此，最終需要應用取力器對其進行變速驅動。

在前面對乳膠基質罐體結構的設計中，由于應用的是倒三角的結構，乳膠基質在重力的影響下，能夠直接在罐體底部，借助輸送螺旋機將乳膠基質輸送到出料口。考慮到出料口處的基質泵沒有及時將乳膠基質輸送出去的情況，在對輸送系統進行設計時，設置一個能夠實現乳膠基質回流的裝置，即在乳膠基質沒有被輸送出去，待后罐體中的乳膠基質透過防波板的透孔之后，乳膠基質可以再回流到中部罐體當中，而中部罐體中的乳膠基質也能夠借助防波板的透孔回流到前部罐體當中，以此來解決罐體內后部罐體乳膠基質堆積過多的問題。

通過加裝防波板來保證輸送系統中乳膠基質的穩定性，并對乳膠基質運輸車輛整車優化設計，讓車輛的荷載量等設計能夠符合相關規定要求。此外，還要對乳膠基質本身的生產技術不斷調整和改善，才能夠更好地提高運輸過程的質量安全。

3 結語

做好乳膠基質運輸車儲存罐體及輸送系統的設計，對提高運輸車的工作效率和質量具有重要的作用。基于現場混裝炸藥的生產和發展要求，考慮到我國與發達國家之間在炸藥生產方面存在的差距，需要重視以乳膠基質為主的乳化炸藥技術的改進和優化，在保證運輸安全的同時，提高乳膠基質以及現場混裝炸藥的應用效率。