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流线型异形流体储纳容器结构设计

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2022-02-05 ID:544263
  • 流线型异形流体储纳容器结构设计
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  该储纳容器的结构设计,最初是针对小排量特种动力单元的紧凑安装空间做的适配方案,区别于常规方箱式储液结构,整体采用全曲面流线型壳体构型,核心是为了适配动力舱内弧形的安装边界,同时降低设备行进过程中内部液体的晃荡冲击。从实际应用场景来看,这类结构多用于空间局促的定制化动力设备、小型特种作业载具上,既要满足额定的储液容积要求,又要避让周边的管路、线束与结构件安装位,常规的规则方形箱体很难在有限的弧面空间内凑够所需容积,这种随形曲面的设计刚好能填充舱内的不规则冗余空间,把空间利用率提升近两成。

  设计过程中首先要考虑的是壳体的成型工艺性,整个外曲面的曲率变化做了连续过渡处理,没有出现锐角折边或者曲率突变的区域,不管是采用薄板冲压焊接还是滚塑成型,都能避免成型过程中出现应力集中或者壁厚不均的问题。壳体的壁厚根据不同位置的承压需求做了差异化设定,底部因为长期承受液体静压力,同时也是安装固定的主要受力区域,壁厚比上部曲面区域厚1.2毫米,上部的曲面因为要兼顾轻量化要求,在满足刚度的前提下做了等强度的壁厚优化,避免不必要的材料浪费。

  安装边界的设定上,整个容器的固定点位全部布置在底部曲率平缓的区域,三个安装支脚与壳体本体做了一体化的曲面过渡,没有额外焊接凸台,减少焊接变形的同时也降低了泄漏风险,支脚的安装孔位间距完全匹配对应动力舱的预装螺柱位置,安装时不需要额外做转接支架,直接对位紧固即可。容器的进出油口布置在曲面最高处的平缓区域,避免加注时出现液体飞溅,同时最高处的位置也能保证工作过程中空气可以完全排出,不会出现气阻影响液体供给,回油口则设置在侧面靠下的位置,管口做了斜切处理,对准壳体内部的导流曲面,回油时可以顺着曲面平缓流入腔体底部,避免高速回油冲击产生大量气泡影响下游设备工作。

  功能特性方面,整个壳体的曲面构型经过了流体晃荡仿真验证,在设备加减速、倾斜作业的工况下,内部液体的晃荡幅度比同容积方箱降低30%以上,曲面的导流作用能让液体晃动时的冲击力顺着壳体曲面分散到整个安装结构上,不会出现局部应力过大导致的焊缝开裂问题。壳体外部的加强筋没有采用突兀的外凸式设计,而是顺着曲面的曲率走向做了内嵌式的加强结构,既提升了壳体的整体刚度,避免薄壁结构在承压或者振动工况下出现变形,又不会因为外凸的筋条额外占用安装空间,完全适配周边部件的最小安全间隙要求。

  从结构细节来看,整个容器的内腔没有任何直角死角,所有转角位置都做了大圆角过渡,一方面是方便加工过程中的模具脱模或者焊接打磨,另一方面也能避免长期使用过程中杂质在死角沉积,清理维护时可以完全排空内部残留液体,不会出现积液变质的问题。液位传感器的安装位设置在侧面曲率最稳定的区域,安装面做了精准的铣平处理,保证传感器安装后的密封性能,同时这个位置的液位波动最小,传感器采集的液位数据不会因为液体晃荡出现大幅跳变,能准确反馈实际储液量。

  设计时还考虑了不同工况下的热胀冷缩余量,整个壳体的曲面预留了足够的变形补偿空间,在环境温度从零下二十度到零上六十度的区间内,壳体的自由变形不会被安装结构约束,避免因为热胀冷缩产生的内应力导致焊缝泄漏或者壳体开裂。外表面的曲面弧度也兼顾了外观适配性,和周边动力部件的流线型外罩可以形成统一的视觉效果,不需要额外加装装饰罩就能满足设备的外观要求。

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