危化品罐车液体非线性晃动试验装置设计(附件)
随着交通运输业的发展，罐车运输逐渐变成运输一些危化品，尤其是液态危化品的主要运输方式。随之而来的罐车运输过程中，由于罐内液体晃动而引发的液罐车事故也屡见不鲜，因此，研究危化品罐车内液体晃动尤其是非线性晃动对液罐车行驶稳定性造成的影响从而提高液罐车行驶安全性势在必行。本课题以液罐车为研究对象，开展对罐内液体的非线性晃动的研究。首先根据等比缩小的原则，确定研究的充液罐体。选取相关仪器，搭建实验平台，模拟液罐车现实中行驶的情况，使用传感器，工业摄像机等采集相关数据。通过对液面波动情况结合采集到的数据运用科学的数据软件进行对比和分析，绘制曲线图，达到对罐车内液体非线性晃动情况进行分析的目的。关键词 罐车，液体非线性晃动，试验装置
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文研究内容 5
2 总体设计方案 5
2.1 总体方案 5
2.2 系统功能 7
3 晃动试验台设计 8
3.1 ProE简介 8
3.2 结构设计 9
3.3 硬件选型 9
4 数据采集系统 15
4.1 硬件连接 15
4.2 软件调试 16
5 试验与结果分析 16
5.1 充液比以及固有频率的确定 16
5.2 实验过程 17
5.3 数据分析 19
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31 1 绪论
罐车是指车体为罐体形状的用来运输各种液体、粉末状的货物或者液化气体的一系列不容易用传统运输方式运输的货物等。这些货物包括柴油、汽油、粘油、原油、植物油、酒精、水、酸性液体、碱性液体、水泥氧化铅粉、液态氨气等。而其中许多货物都属于危化品种类，罐车内液体的非线性晃动情况影响了罐车的行驶稳定性和安全性。本实验旨在研究这类罐车在行驶过程中罐内的液体非线性晃动的情况。
1.1 选题背景及意义
十一届三中全会提出的改革开放以后我国在各个领域取得了重大成就，在现在的经济转型 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
中，我们仍要保证经济的中高速发展，尤其是运输业的成就更是可圈可点，许多货物都依靠公路运输，公路运输业因此成为了最重要的货物运输方式之一。而许多货物由于其性质不稳定，易燃易爆等特征，比如柴油、汽油、粘油、原油、植物油、酒精、水、酸性液体、碱性液体、水泥氧化铅粉、液态氨气等危化品，并不易于使用传统的运输方式进行公路运输。罐车如图11，由于其特殊结构，承担了绝大部分的危化品运输任务。在当下的公路运输中，罐车扮演者重要的角色，罐车与货车数量的比值约为19%，由于罐车运载量大，运输成本小，因而其在危化品运输领域的地位还将逐步提升。
目前在货运车辆发生的车祸中，由于运输危化品而导致二次事故占事故总数比重约为73%，其中85%的危化品运输方式是液罐车。
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图11 罐车
根据相关文献的查阅，国内外有很多专家从这些液罐车事故的发生、数量、原因等方面进行了分类归纳和分析，根据他们的研究成果，我们对江苏省2017年全年的罐车车祸情况进行了分析，全年一共发生车祸826起，造成了巨大的财产损失以及人员伤亡，根据近因原则，近因为交通事故的占绝大多数，其余的则为非交通事故引起的事故。而且进一步分析发现下坡，转弯口、城市路口以及隧道匝道这些路段是事故的常发地点。液罐车未满载时，罐内货物具有一定的流动性，在转弯时如图12，液罐车高速情况下会产生相当大的离心力，同时罐内液体也会冲击罐壁，会使液罐车有向外倾斜的可能。在路面湿滑和雨雪天气，则更容易发生侧滑甚至翻车。
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图12 高速行驶的罐车
罐车发生事故的一个重大原因是侧翻图13，因为其内部运载的是液体货物，液体由于形态不固定，性质不稳定，对液罐车的冲击将很大程度上影响液罐车的侧向稳定性。液罐车在路上行驶时，由于颠簸、转弯、急停等各种导致液罐车不能平稳行驶时，液罐车内的液体都与罐壁会发生流固耦合作用，液罐车内的液体对罐壁造成冲击，导致罐车行驶不稳定，可能导致侧滑或者翻车。所以，为了保障道路运输的井然有序和交通环境的安全，减少不必要的人员伤亡和财产损失，对液罐车的侧向稳定性研究是重中之重。
当大型液罐车在行驶中，罐内液体会受到外激励时(如：转向、急刹等），汽车会产生一个初始冲量，从而使得罐内液体获得比较大的动量，这时液体可能会出现比较强的非线性晃动。像出现碎波现象时，液罐车的质心位置发生剧烈变化，惯性力会显著增大，虽然这种现象持续时间短，但危害程度确是超过持续时间更长的微幅晃动。液罐车在将要失稳时，液体晃动情况是非常剧烈的，所以对晃动的非线性特性研究是非常有必要的，这对控制液罐车以及其他大型货车的稳定性、操纵性和安全性有着重大影响。
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图13 罐车侧翻
因此，对于液罐车交通事故如图14，的诱因分析中，我们可以知道，液罐车车内液体的非线性晃动是导致其发生各类交通事故的主要原因。当罐内液体的晃动呈现非线性时，罐内液体对罐壁的冲击造成罐体整体极不稳定，所以本论文将对此进行分析论证。论文研究意义在于如下几个方面：（1）通过搭建试验台，模拟罐车在公路上行驶的情况，研究罐内的液体非线性晃动的情况；（2）根据得出的结论，请有关部门联动进行宣传，希望能够引起社会各界的重视，尤其是罐车驾驶员，科学地避免危险情况的发生，降低事故发生率；（3）促进罐车以及相关类型存储运输车辆的发展，提高运输车辆的安全性；（4）对危化品罐车液体非线性晃动的研究一方面能降低事故发生率，另一方面从经济角度可以减少经济损失以及人员伤亡，从环境角度降低危化品罐车事故对环境造成的影响，一举多得，具有举足轻重的社会意义。
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图14 罐车发生交通事故
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外学者研究对受到外激励的液体的晃动问题对于国内较早，取得了较为丰硕的研究成果，如：
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文研究内容 5
2 总体设计方案 5
2.1 总体方案 5
2.2 系统功能 7
3 晃动试验台设计 8
3.1 ProE简介 8
3.2 结构设计 9
3.3 硬件选型 9
4 数据采集系统 15
4.1 硬件连接 15
4.2 软件调试 16
5 试验与结果分析 16
5.1 充液比以及固有频率的确定 16
5.2 实验过程 17
5.3 数据分析 19
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31 1 绪论
罐车是指车体为罐体形状的用来运输各种液体、粉末状的货物或者液化气体的一系列不容易用传统运输方式运输的货物等。这些货物包括柴油、汽油、粘油、原油、植物油、酒精、水、酸性液体、碱性液体、水泥氧化铅粉、液态氨气等。而其中许多货物都属于危化品种类，罐车内液体的非线性晃动情况影响了罐车的行驶稳定性和安全性。本实验旨在研究这类罐车在行驶过程中罐内的液体非线性晃动的情况。
1.1 选题背景及意义
十一届三中全会提出的改革开放以后我国在各个领域取得了重大成就，在现在的经济转型 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
中，我们仍要保证经济的中高速发展，尤其是运输业的成就更是可圈可点，许多货物都依靠公路运输，公路运输业因此成为了最重要的货物运输方式之一。而许多货物由于其性质不稳定，易燃易爆等特征，比如柴油、汽油、粘油、原油、植物油、酒精、水、酸性液体、碱性液体、水泥氧化铅粉、液态氨气等危化品，并不易于使用传统的运输方式进行公路运输。罐车如图11，由于其特殊结构，承担了绝大部分的危化品运输任务。在当下的公路运输中，罐车扮演者重要的角色，罐车与货车数量的比值约为19%，由于罐车运载量大，运输成本小，因而其在危化品运输领域的地位还将逐步提升。
目前在货运车辆发生的车祸中，由于运输危化品而导致二次事故占事故总数比重约为73%，其中85%的危化品运输方式是液罐车。
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图11 罐车
根据相关文献的查阅，国内外有很多专家从这些液罐车事故的发生、数量、原因等方面进行了分类归纳和分析，根据他们的研究成果，我们对江苏省2017年全年的罐车车祸情况进行了分析，全年一共发生车祸826起，造成了巨大的财产损失以及人员伤亡，根据近因原则，近因为交通事故的占绝大多数，其余的则为非交通事故引起的事故。而且进一步分析发现下坡，转弯口、城市路口以及隧道匝道这些路段是事故的常发地点。液罐车未满载时，罐内货物具有一定的流动性，在转弯时如图12，液罐车高速情况下会产生相当大的离心力，同时罐内液体也会冲击罐壁，会使液罐车有向外倾斜的可能。在路面湿滑和雨雪天气，则更容易发生侧滑甚至翻车。
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图12 高速行驶的罐车
罐车发生事故的一个重大原因是侧翻图13，因为其内部运载的是液体货物，液体由于形态不固定，性质不稳定，对液罐车的冲击将很大程度上影响液罐车的侧向稳定性。液罐车在路上行驶时，由于颠簸、转弯、急停等各种导致液罐车不能平稳行驶时，液罐车内的液体都与罐壁会发生流固耦合作用，液罐车内的液体对罐壁造成冲击，导致罐车行驶不稳定，可能导致侧滑或者翻车。所以，为了保障道路运输的井然有序和交通环境的安全，减少不必要的人员伤亡和财产损失，对液罐车的侧向稳定性研究是重中之重。
当大型液罐车在行驶中，罐内液体会受到外激励时(如：转向、急刹等），汽车会产生一个初始冲量，从而使得罐内液体获得比较大的动量，这时液体可能会出现比较强的非线性晃动。像出现碎波现象时，液罐车的质心位置发生剧烈变化，惯性力会显著增大，虽然这种现象持续时间短，但危害程度确是超过持续时间更长的微幅晃动。液罐车在将要失稳时，液体晃动情况是非常剧烈的，所以对晃动的非线性特性研究是非常有必要的，这对控制液罐车以及其他大型货车的稳定性、操纵性和安全性有着重大影响。
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图13 罐车侧翻
因此，对于液罐车交通事故如图14，的诱因分析中，我们可以知道，液罐车车内液体的非线性晃动是导致其发生各类交通事故的主要原因。当罐内液体的晃动呈现非线性时，罐内液体对罐壁的冲击造成罐体整体极不稳定，所以本论文将对此进行分析论证。论文研究意义在于如下几个方面：（1）通过搭建试验台，模拟罐车在公路上行驶的情况，研究罐内的液体非线性晃动的情况；（2）根据得出的结论，请有关部门联动进行宣传，希望能够引起社会各界的重视，尤其是罐车驾驶员，科学地避免危险情况的发生，降低事故发生率；（3）促进罐车以及相关类型存储运输车辆的发展，提高运输车辆的安全性；（4）对危化品罐车液体非线性晃动的研究一方面能降低事故发生率，另一方面从经济角度可以减少经济损失以及人员伤亡，从环境角度降低危化品罐车事故对环境造成的影响，一举多得，具有举足轻重的社会意义。
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图14 罐车发生交通事故
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外学者研究对受到外激励的液体的晃动问题对于国内较早，取得了较为丰硕的研究成果，如：
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