20英尺罐式集装箱铁路冲击试验

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20英尺罐式集装箱（以下简称“罐箱”）是国际航运市场常见的储运设备，其市场需求大，应用范围广，衍生产品种类繁多，如20英尺近海罐箱、20英尺水泥罐箱以及内装指定物料的其他20英尺罐箱等。20英尺罐箱的设计须满足：（1）ISO 1496-3/Amd.1- 2006《系列1集装箱技术要求和试验方法第3部分：液体、气体和加压干散货罐式集装箱（修订1：外部约束（纵向）动态试验）》；（2）加拿大CSA B625《运送危险品的可移动罐式集装箱》；（3）ISO 668《系列1集装箱的分类、尺寸和额定质量》。国际标准要求罐箱在投入储运前必须通过多项试验；因此，20英尺罐箱在批量生产前，需要制造1个试验箱以完成国际标准要求的各项试验，并得到船级社的认可。铁路冲击试验用于检验罐箱能否承受铁路冲击工况，其费用较高且周期较长。通过铁路冲击试验是罐箱设计中的重点和难点。试验箱通过铁路冲击试验后，未来设计并制造相似结构且强度高于此试验箱的20英尺罐箱可以免除铁路冲击试验，从而为设计及批量生产新产品节省大量的精力和物力；因此，在设计用于铁路冲击试验的试验箱时，需要使其结构尽可能简单，强度尽可能低，质量尽可能轻，以便减免后续新产品的试验过程，缩短罐箱生产周期。

1 用于铁路冲击试验的20英尺罐箱设计

要求

罐箱由罐体和罐体框架组成，两者通过裙圈焊接在一起。

1.1 罐体设计要求

罐体壁厚是罐体设计的主要参数，合理的壁厚能够确保罐体通过铁路冲击试验；但是罐体壁厚不宜过大，以免缩小后续罐箱免除铁路冲击试验的壁厚范围。总之，罐体壁厚既要使罐箱达到通过铁路冲击试验的基本强度，又要使罐箱达到国际标准要求的最低配置强度。在设计罐体最小壁厚时，需要了解后续20英尺罐箱产品的壁厚设计参数范围，从而为选定试验箱的壁厚提供方向和参考。

（1）若罐箱内装物料为危险品，则依据《国际海运危险货物规则》（以下简称《国际危规》）设计并计算罐体最小壁厚，并参考《国际危规》中最低试验压力和设计压力，依据《压力容器建造规则》校核罐体壁厚。

（2）若罐箱内装物料为非危险品，且罐箱为压力容器，则根据实际设计工况，依据《压力容器建造规则》或其他压力容器标准设计并计算罐体最小壁厚；若罐箱为常压容器，则须满足相关常压容器标准的设计要求。

综上所述，预估后续罐箱产品的壁厚设计范围，对选定最低强度配置的壁厚值和通过铁路冲击试验有积极的参考价值。

1.2 罐体框架设计要求

罐体框架由角件、立柱、底侧梁、底端梁、顶侧梁、顶端梁、侧加强梁、端加强梁等基本结构组成。通过优选罐体壁厚、加强梁数量以及各梁横截面积，使罐箱既能够满足铁路冲击试验的要求，又能够达到国际标准要求的最低配置强度。

1.3 罐箱容积设计

根据加拿大CSA B625标准要求，试验箱通过铁路冲击试验后，容积为试验箱容积0.9～1.2倍的后续20英尺罐箱产品可以免除铁路冲击试验。例如，试验箱的设计容积为21 L，那么容积为18.9～25.2 L的20英尺罐箱可以免除铁路冲击试验。

1.4 计算机辅助工程数值模拟

在铁路冲击试验前，须先对试验箱进行计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）数值模拟理论分析，判断其罐体结构能否通过铁路冲击试验的严苛工况。通过CAE数值模拟可以分析整个罐体处在铁路冲击工况下的最大应力载荷的分布位置，罐体是否有损坏风险，是否可以通过调整罐体壁厚、加强梁的数量、各梁的横截面积等来减小罐体承受的应力载荷等。CAE数值模拟为分析试验箱能否通过铁路冲击试验提供非常重要的理论参考。

2 20英尺罐箱铁路冲击试验

铁路冲击试验用于检验罐箱能否承受铁路冲击工况。国际上能够进行20英尺罐箱铁路冲击试验的机构有德国TUV实验室、我国北车齐轨试验研究室等，上述机构均取得相关国际标准制定机构的授权。

2.1 试验目的

检验20英尺罐箱能否承受铁路冲击工况，应符合以下相关规定：（1）在3～频段下，试验箱2个底角配件的冲击响应谱曲线均应超过标准规定的最小冲击响应谱曲线；（2）铁路沖击试验前后试验箱侧面、端面的对角线长度差应满足ISO 668附录A表A.1的要求；（3）试验箱的主要结构和承载部位不应出现屈服变形、焊缝开裂、泄漏等不适用的损坏。

2.2 试验准备

试验准备包括：（1）试验箱的基本检查，确保无影响试验结果的缺陷；（2）无干扰的试验场地以及适宜的试验环境；（3）数据采集设备、模拟冲击设备和配重设备等试验设备。

2.3 试验过程

在铁路冲击试验过程中，必须按标准要求采集数据。试验时，由于罐体内装物料与实际内装物料的密度存在差别，需要根据试验箱的试验总重与设计总重对试验箱的相关参数进行校正。若出现以下情况，则立即停止试验：（1）试验箱出现明显的屈服变形、焊缝开裂或其他结构损坏；（2）在3～频段下，试验箱2个底角配件的冲击响应谱曲线均小于标准规定的最小冲击响应谱曲线。

2.4 试验结果

在不同的冲击速度下进行试验箱的铁路冲击试验，若满足以下3个条件，则表示通过铁路冲击试验：（1）在冲击速度为/h时，在3～频段下，试验箱2个底角配件的冲击响应谱曲线均超过标准规定的最小冲击响应谱曲线；（2）罐体侧面、端面对角线长度差值符合ISO 668附录A表A.1的要求；（3）经目视检查，试验箱未出现泄漏等不适用的损坏。

（编辑：许玲 收稿日期：2017-04-07）