液罐车液体晃动模拟试验装置设计(附件)
随着国家的迅速强大，国民经济发展的需求越来越大，对燃料等液体状货物的需求力不断扩大。而液罐车也越来越成为公路运输液体状货物的主体，它不仅在运输效率上有优势，而且综合运输成本较低。由于市场的需求，液罐车在实际生产中的地位越来越重要。液罐车罐体内装的是液状货物，液体的晃动使罐体及液体的质量占整车绝大部分比重。更加需要注意的是，罐内液体质量、质心位置还随液体充液量的变化而变化。本论文用液压缸来代替罐体的晃动并使用伺服阀来控制液体的流量和方向，主要是设计罐车液体模拟晃动装置，方便后续对罐车的研究更为方便。 关键词 液罐车,液体晃动模拟装置,元器件的选型
目 录
1 绪论 1
1.1 国内外发展现状 1
1.2 本文研究内容 2
2 罐车模拟试验装置方案 2
2.1 试验装置方案设计 2
2.2 液体晃动等效模型 4
3 液体晃动模拟试验装置元器件的选择 5
3.1 垂直缸的选取及介绍 5
3.2 水平缸的选取及介绍 9
3.3 伺服阀的选取及介绍 11
3.4 传感器的选取及介绍 14
结 论 15
致 谢 16
参考文献 17
1 绪论
近年来，我国的危化品运输工业发展飞快，在社会整个经济结构中的比重越来越大。危化品通过液罐车的运输量越来越大，所以也伴随着危化品事故多发[1]。目前大多数研究还只停留在现实中的液体晃动的研究，对于现实中的这种研究还是很难落实到实处的。此外，国内外对于这模拟液体晃动的装置的设计真的是少之又少。为了促进我们了解罐体在转向行驶过程中，罐内液体的晃动以及质心位置随车身运动状态的变化情况，从而在一定程度上，提高罐车行驶过程中的侧倾稳定性，并减少车辆侧翻等事故的发生。
图1 液罐车
1.1 国内外发展现状
国内外各大高校在罐车晃动中的研究占据了很大的市场。关于液体的晃动装置已经形成了比较完备的体系，在液体晃动等效模型上也投入了大量研究。
同济大学针对罐体内液体的横向晃动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
问题，根据势流理论，采用有限元的方法列出液体晃动的控制方程并进行了求解；在等效原则的基础之上，建立了罐体内液体晃动的弹簧质量阻尼等效力学模型。通过运用等效模型，具体分析出充液比的值对液体晃动特征频率和等效模型参数的变化的影响，并得出罐体横向作用力和力矩随充液比和侧向加速度的变化[2]。
国外Khalili M等采用了有限元体积法用于跟踪容器中的流体，该法针对不同的流体高度，不同的路面曲线和液体特性的物理条件进行了测试，可以有效地解决不同流体和各种物理在几何条件下的晃动问题。针对不同的液罐车罐体，计算了液体含有量和罐体的圆柱形容器内液体晃动[3]。
吉林大学也是建立相似模型，但是是通过流体仿真软件来建立的，分析出罐内液体在汽车运动过程中，会对罐车壁产生怎样的冲击作用。根据等效原则，建立罐内液体的等效机械模型，结合阻尼弹簧质量模型的动力学特性建立罐内液体的等效模型特性，利用时域辨识法对模型的参数进行了辨识。最后运用计算机软件MATLAB分析罐壁侧向力和力矩在等效系统模型中的变化[4]。
在罐式车取得一定成果的同时，我们也看到了罐式车一些亟待解决的问题，具体来说有：技术水平落后、产品结构失衡、高端产品缺乏自主开发的能力，除此之外，我国的罐式汽车关键部位无法完成自主生产，相对于国外的发展已经落后了，在国际竞争中处于被动地位。
国内外对于罐车的研究多数是针对罐车整体装置以及罐内液体晃动的研究，这些研究主要是为了提高行驶过程中的稳定性。尽管如此，这些研究也为罐车模拟装置提供了一些参考。本文通过设计模拟试验装置，来减少在道路测试中的一些不方便，使罐车的研究更加透彻。
1.2本文研究内容
根据弹簧—质量模型[5]，本文将用水平缸模拟液体晃动缸，并用液压缸模拟车辆静载荷缸，并结合液体晃动方程，设计液罐车液体晃动模拟试验装置方案，根据设计方案进行缸、泵、阀的选型。在此基础上，用AutoCAD绘制罐车液体晃动模拟试验装置的原理图并叙述其工作原理。
2 罐车模拟试验装置方案
2.1 模拟试验装置的方案设计
液罐车液体晃动模拟试验装置主要由传感器、模拟车辆静载荷缸、伺服阀、泵、模拟液体晃动缸等部分组成。
上半部分由方向盘转角传感器、数据采集卡、驱动电路以及主机组成，这部分统一组成起始元件部分。其传动路线是由我们人为的给方向盘转角传感器输入一个信号，传感器接收到信号传输给数据采集卡，数据采集卡一部分传输给主机，方便后续接收到信号，一部分传给下半部分，另一部分传给驱动电路，驱动电路接收到信号再传给下半部分。下半部分是液体晃动模拟试验装置的主要部分[6]。
下半部分主要是由模拟液体晃动缸、伺服阀、模拟车辆静载荷缸以及压力传感器组成。模拟液体晃动缸用水平液压缸代替，水平缸下方固定，左右两端的活塞杆用弹簧与外侧缸筒内壁连接。水平缸的左右两侧缸与伺服阀的上部连接，伺服阀左侧与数据采集卡连接，数据采集卡接收到信号传给伺服阀，伺服阀接收到信号控制模拟液体晃动缸的晃动。伺服阀下方一个接口与油箱连接，另一个与液压泵连接。液压泵是给伺服阀及三位四通电磁阀泵油。三位四通电磁阀是用来控制单活塞液压缸，单活塞液压缸竖直放置，上方固定，下方与缸筒连接。
在左右两侧车轮安装压力传感器，压力传感器主要是用来监测车轮车胎的压力，在罐车发生转向时，罐体发生倾斜，从而使左右两侧车胎压力发生变化，并将接收到的信号传给数据采集板，然后传给主机，进行数据分析。左右两侧车轮还与驱动电路连接，主要是用来接收方向盘转角传感器传给数据采集板，从而驱动车轮[7]。
罐车液体晃动模拟试验装置是用水平缸来代替，水平缸用来模拟液体晃动，水平缸下端的伺服阀与数据采集板连接并接受数据采集板的数据，从而模拟液体晃动。
目 录
1 绪论 1
1.1 国内外发展现状 1
1.2 本文研究内容 2
2 罐车模拟试验装置方案 2
2.1 试验装置方案设计 2
2.2 液体晃动等效模型 4
3 液体晃动模拟试验装置元器件的选择 5
3.1 垂直缸的选取及介绍 5
3.2 水平缸的选取及介绍 9
3.3 伺服阀的选取及介绍 11
3.4 传感器的选取及介绍 14
结 论 15
致 谢 16
参考文献 17
1 绪论
近年来，我国的危化品运输工业发展飞快，在社会整个经济结构中的比重越来越大。危化品通过液罐车的运输量越来越大，所以也伴随着危化品事故多发[1]。目前大多数研究还只停留在现实中的液体晃动的研究，对于现实中的这种研究还是很难落实到实处的。此外，国内外对于这模拟液体晃动的装置的设计真的是少之又少。为了促进我们了解罐体在转向行驶过程中，罐内液体的晃动以及质心位置随车身运动状态的变化情况，从而在一定程度上，提高罐车行驶过程中的侧倾稳定性，并减少车辆侧翻等事故的发生。
图1 液罐车
1.1 国内外发展现状
国内外各大高校在罐车晃动中的研究占据了很大的市场。关于液体的晃动装置已经形成了比较完备的体系，在液体晃动等效模型上也投入了大量研究。
同济大学针对罐体内液体的横向晃动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
问题，根据势流理论，采用有限元的方法列出液体晃动的控制方程并进行了求解；在等效原则的基础之上，建立了罐体内液体晃动的弹簧质量阻尼等效力学模型。通过运用等效模型，具体分析出充液比的值对液体晃动特征频率和等效模型参数的变化的影响，并得出罐体横向作用力和力矩随充液比和侧向加速度的变化[2]。
国外Khalili M等采用了有限元体积法用于跟踪容器中的流体，该法针对不同的流体高度，不同的路面曲线和液体特性的物理条件进行了测试，可以有效地解决不同流体和各种物理在几何条件下的晃动问题。针对不同的液罐车罐体，计算了液体含有量和罐体的圆柱形容器内液体晃动[3]。
吉林大学也是建立相似模型，但是是通过流体仿真软件来建立的，分析出罐内液体在汽车运动过程中，会对罐车壁产生怎样的冲击作用。根据等效原则，建立罐内液体的等效机械模型，结合阻尼弹簧质量模型的动力学特性建立罐内液体的等效模型特性，利用时域辨识法对模型的参数进行了辨识。最后运用计算机软件MATLAB分析罐壁侧向力和力矩在等效系统模型中的变化[4]。
在罐式车取得一定成果的同时，我们也看到了罐式车一些亟待解决的问题，具体来说有：技术水平落后、产品结构失衡、高端产品缺乏自主开发的能力，除此之外，我国的罐式汽车关键部位无法完成自主生产，相对于国外的发展已经落后了，在国际竞争中处于被动地位。
国内外对于罐车的研究多数是针对罐车整体装置以及罐内液体晃动的研究，这些研究主要是为了提高行驶过程中的稳定性。尽管如此，这些研究也为罐车模拟装置提供了一些参考。本文通过设计模拟试验装置，来减少在道路测试中的一些不方便，使罐车的研究更加透彻。
1.2本文研究内容
根据弹簧—质量模型[5]，本文将用水平缸模拟液体晃动缸，并用液压缸模拟车辆静载荷缸，并结合液体晃动方程，设计液罐车液体晃动模拟试验装置方案，根据设计方案进行缸、泵、阀的选型。在此基础上，用AutoCAD绘制罐车液体晃动模拟试验装置的原理图并叙述其工作原理。
2 罐车模拟试验装置方案
2.1 模拟试验装置的方案设计
液罐车液体晃动模拟试验装置主要由传感器、模拟车辆静载荷缸、伺服阀、泵、模拟液体晃动缸等部分组成。
上半部分由方向盘转角传感器、数据采集卡、驱动电路以及主机组成，这部分统一组成起始元件部分。其传动路线是由我们人为的给方向盘转角传感器输入一个信号，传感器接收到信号传输给数据采集卡，数据采集卡一部分传输给主机，方便后续接收到信号，一部分传给下半部分，另一部分传给驱动电路，驱动电路接收到信号再传给下半部分。下半部分是液体晃动模拟试验装置的主要部分[6]。
下半部分主要是由模拟液体晃动缸、伺服阀、模拟车辆静载荷缸以及压力传感器组成。模拟液体晃动缸用水平液压缸代替，水平缸下方固定，左右两端的活塞杆用弹簧与外侧缸筒内壁连接。水平缸的左右两侧缸与伺服阀的上部连接，伺服阀左侧与数据采集卡连接，数据采集卡接收到信号传给伺服阀，伺服阀接收到信号控制模拟液体晃动缸的晃动。伺服阀下方一个接口与油箱连接，另一个与液压泵连接。液压泵是给伺服阀及三位四通电磁阀泵油。三位四通电磁阀是用来控制单活塞液压缸，单活塞液压缸竖直放置，上方固定，下方与缸筒连接。
在左右两侧车轮安装压力传感器，压力传感器主要是用来监测车轮车胎的压力，在罐车发生转向时，罐体发生倾斜，从而使左右两侧车胎压力发生变化，并将接收到的信号传给数据采集板，然后传给主机，进行数据分析。左右两侧车轮还与驱动电路连接，主要是用来接收方向盘转角传感器传给数据采集板，从而驱动车轮[7]。
罐车液体晃动模拟试验装置是用水平缸来代替，水平缸用来模拟液体晃动，水平缸下端的伺服阀与数据采集板连接并接受数据采集板的数据，从而模拟液体晃动。
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