Проектирование и конечно-элементный анализ корпуса цистерны прицепа для цемента

1. Конструкция резервуара

Цистерна цементного прицепа состоит из передней головки, задней головки и многосекционного сращивания цистерн.

На рисунке 4, например, резервуар "двойного бака" имеет угол 13° или 14°, в основном для того, чтобы соответствовать углу, необходимому для достижения материалом состояния псевдоожижения. Среди них резервуар 1 и резервуар 5 и конец головки стыка, сечение резервуара круглое, чтобы облегчить стык между головкой и резервуаром; поскольку переднее и заднее направление резервуара имеет определенный наклон и ширина резервуара не должна превышать 2,5 м, что делает остальную часть корпуса резервуара между поперечным сечением дизайн длинного круглого сечения, то есть сечение корпуса резервуара состоит из четырех сегментов дуги, верхняя и нижняя часть сечения является эквидистантной дугой, а две стороны сечения является центральной дугой. Боковые дуги, как правило, касательны к верхней и нижней дугам.

Ограниченное шириной традиционного метода проектирования резервуаров, пространство по обе стороны верхней дуги резервуара используется не полностью, поэтому при той же длине изменяется существующая форма поперечного сечения резервуара, но все же можно увеличить достаточный объем резервуара.

В настоящее время поперечное сечение цистерн отечественных автоцистерн для перевозки нефтепродуктов имеет прямоугольную структуру; при одинаковых условиях ширины и высоты площадь поперечного сечения цистерны намного больше, чем у цементного прицепа. Площадь поперечного сечения может быть увеличена на 0,35 м2 соответственно (рис. 6), а объем цистерны новой конструкции может достигать около 50 м3 для модели 47 м3 с двумя контейнерами, например.

2. Введение структуры полуприцепа-цистерны для порошка

Возьмем в качестве примера полуприцеп-цистерну для порошка с двойным бункером (тип W), объем 50 м3, общая масса около 9250 кг, рабочее давление цистерны для порошка 0,2 МПа, пластина корпуса цистерны - 4 мм стальной лист T610L, для высокопрочной стали T610L предел текучести материала ≥500 МПа.

Прочность на разрыв 550МПа ~ 700МПа, удлинение ≥ 18%. Полуприцеп-цистерна для порошка состоит в основном из корпуса цистерны в сборе, рамы в сборе и механизма передвижения и т.д., где корпус цистерны в сборе содержит корпус цистерны, систему флюидизации, усиливающее устройство и т.д. Нижняя часть корпуса цистерны приварена к раме и поддерживается несколькими поперечными балками рамы и левой и подходящей продольными балками. Система флюидизации установлена внутри резервуара, а пластины скольжения в системе флюидизации приварены с обеих сторон нижней части резервуара. На нижней части пластины скольжения приварено много опорных пластин, поэтому деформация резервуара в нижней и верхней части пластины скольжения невелика.

3. упрощение модели анализа методом конечных элементов

Корпус цистерны подвергается локальному напряжению в основном в нескольких рабочих условиях, таких как быстрое торможение, быстрый поворот и разгрузка, среди которых корпус цистерны подвергается наиболее высокому значению напряжения при разгрузке под давлением, поэтому только корпус цистерны в рабочем состоянии разгрузки должен быть проанализирован статически, а внутреннее усиление корпуса цистерны оптимизировано посредством статического анализа.

Предполагая, что сварка между корпусом и корпусом резервуара надежна для передачи силы и момента, можно игнорировать влияние производственных факторов, таких как остаточные напряжения в процессе изготовления и технологические факторы, которые оказывают незначительное влияние на общую конструкцию (например, небольшие закругленные углы, фаски и сварные швы и т.д.), а также сжатый воздух, выходящий из воздушного компрессора через зону псевдоожижения в состоянии разгрузки. Учитывая симметричное расположение резервуара, была смоделирована и проанализирована только 1/2 часть верхнего резервуара системы псевдоожижения, чтобы быстрее и нагляднее увидеть напряжение и деформацию резервуара.

4. Анализ методом конечных элементов усиленной модели резервуара

(1) Анализ модели, когда устройство усиления не установлено

Когда внутри резервуара не установлено усиливающее устройство, анализ сил проводится на 1/2 резервуара. Облака анализа (рис. 8 и рис. 9) показывают, что максимальное напряжение на резервуаре составляет 580,5 МПа, которое расположено на верхней боковой дуге резервуара; остальные напряжения распределены по верхней и боковой части резервуара, максимальное напряжение на верхней части резервуара составляет 310,4 МПа, а максимальное давление на боковой части резервуара составляет 536,3 МПа. Максимальная деформация бака составляет 96,1 мм, расположенная в верхней части средней части бака, максимальная деформация верхней боковой дуги бака составляет 60,5 мм, а максимальная деформация боковой части бака составляет 59 мм. Уменьшите величину деформации бака.

(2) Анализ модели при добавлении армирующего устройства

В середине резервуара в переднем и заднем бункерах добавлены два комплекта усиливающих устройств с поперечной арматурой.

Усиливающее устройство состоит из накладки усиливающей пластины, усиливающей пластины и поперечной скобы, приваренной к усиливающей пластине. Арматурная плита имеет форму кольца и выступает посередине для облегчения сварки поперечной арматуры, толщина которой составляет 6 мм, толщина накладки арматурной плиты составляет 4 мм, а поперечная арматура представляет собой складную швеллерную стальную конструкцию 60×40, толщина которой составляет 5 мм.

Кроме того, на переднем складе и после склада резервуар сваривают встык, а на переднем складе резервуар и головку встык.

Арматурное устройство состоит из арматурной пластины и накладки, из которых арматурная пластина представляет собой кольцевую структуру, толщина арматурной пластины составляет 6 мм, а толщина накладки арматурной пластины составляет 4 мм.

Анализируя облако, можно сделать вывод, что максимальное напряжение на резервуаре снижается до 499 МПа, которое находится на конце усиливающей пластины в кольцеобразном усиливающем устройстве на стыковом сварном шве переднего и заднего бункеров; остальное распределяется по верхней части резервуара и верхней боковой дуге, и максимальное напряжение на полном резервуаре составляет 240,8 МПа, а максимальный упор на верхней боковой дуге - 357 МПа. Максимальная деформация бака уменьшается до 23,3 мм. В верхней части средней секции бака максимальная деформация на верхней боковой дуге составила 12,5 мм, а максимальная деформация боковой части бака - 15,1 мм.

Благодаря анализу методом конечных элементов структуры новой цистерны цементного прицепа и рациональному расположению и оптимизации внутреннего усиливающего устройства, величина напряжения/деформации цистерны уменьшилась на 81,5 МПа/72,8 мм по сравнению с тем, что было до добавления усиливающего устройства. T610L материала прочность на растяжение и диапазон удлинения, так что дизайн новой цистерны цементного прицепа является целесообразным, он может удовлетворить цементного прицепа в соответствии с предпосылкой правил, достаточный объем цементного прицепа увеличился примерно на 3 м3, но и для удовлетворения порошка полуприцепа цистерны требования дизайна каждого типа, чтобы удовлетворить рынок персонализированных Он также может завершить требования дизайна для каждого вида порошка полуприцепа цистерны и удовлетворить индивидуальные потребности рынка.