一种具有防止液体晃动功能的液罐及控制方法

技术领域

本发明涉及液罐领域，尤其涉及一种具有防止液体晃动功能的液罐及控制方法。

背景技术

交通运输是国民经济的命脉，促进了公路交通运输业和物流业的快速发展，液罐车已成为石油、液化天然气、危险化学品运输的主要交通工具。液罐车因具有承载重、质心高、体积大等显著不利因素，导致在紧急避障或高速转弯等极端操纵工况下，罐内液体晃动冲击极易与车体运动产生复杂的耦合效应，致使车辆发生失稳、侧滑或侧翻等交通事故，而侧翻事故带来的危害更是难以预料。

为了降低液体晃动带来的不利影响，现有的液罐内多安装有阻浪板，通过多个阻浪板将罐体分割成多个舱体，然而现有技术还存在一些弊端：（1）阻浪板多采用金属材质，增加了罐体重量；（2）由于考虑到液体的热胀冷缩物理属性，规定罐体依然不能装满，液体晃动现象依然存在；（3）阻浪板的增加，必然导致用工成本和材料成本的增加。

公开的发明专利（申请号：CN 200910140074）采用在罐体内安装有软质气密性囊体的技术方案，预想通过控制囊体内压力大小进而控制体积变化，进而实现控制液体晃动的目的。然后其技术方案存在如下不足：其主体包括上部和下部，上部和下部之间有皱褶连接，由此可以推断出，主体的内部空腔为一整体，皱褶的存在是为了满足罐体中液体的不同装载量，实现主体体积跟随变化的目的；由于其主体采用软质气密性材料，作为本领域技术人员很容易想到，罐体是属于长圆柱形，液体和罐体顶部的空间也是类似部分这样的形状，即部分圆柱体。当主体内充有压力时，会存在如下情况：（1）主体内压力较大时，由于软质材料的物理属性，会形成中间肚子大的形状，截面为凸起的圆弧形状，由于主体内压力较大，会有一定的耐挤压性，就像充气皮球的特性，如果大肚子处与液体不接触或者接触深度不大，那么主体的两头与液体依然存在较大空间，影响抑制晃动的效果；（2）主体内压力不是很大，同理会由于软质材料的物理属性，导致主体的耐压性不够，就像充气不足的皮球，依然起不到抑制晃动的效果。

为了使软质主体具有较好的抑制液体晃动的效果，需要解决如下技术问题：（1）控制囊体底部的变形，以便使囊体底部与液体表面尽量平行；（2）使囊体能够适应不同液体的装载量进行体积变化，而且具有一定的囊体耐压性；（3）整体控制具有一定的智能化。

发明内容

本发明针对目前现有技术存在的不足，提供一种具有防止液体晃动功能的液罐及控制方法，能够根据装载液体的容量，自动、快速调整罐内阻浪装置的体积，有效抑制液体晃动，提高车辆行驶稳定性，进而提高行驶安全性。

本发明是通过如下技术措施实现的：

一种具有防止液体晃动功能的液罐，包括罐体、阻浪装置、控制系统；所述的罐体包括前封头、后封头、呼吸阀、人孔、筒体、鞍座、排气孔、进气孔；所述的前封头、后封头分别固定安装在筒体上，筒体的底部安装有鞍座，所述的呼吸阀、人孔、排气孔、进气孔安装在筒体上，筒体上并开有适配的孔；所述的筒体的顶部或者底部还安装有装液孔；

所述的阻浪装置包括气囊组件、支撑杆；所述的气囊组件包括主腔、副腔、支撑杆孔；所述的主腔安装在筒体顶部以进行位置固定，主腔下方布置有N层（N大于等于1）副腔；横向上，每一层副腔的数量为N1（N1大于等于2）个；纵向上，主腔、副腔的数量分别为N2、N3（N2大于等于1，N3大于等于1）个；主腔、副腔均通过进气阀与进气孔管路连接，主腔、副腔均通过排气阀与排气孔管路连接；支撑杆孔布置在气囊组件的底部，所述的支撑杆套装在支撑杆孔中；

所述的控制系统包括压力传感器、液位传感器、液位感应器、控制单元；所述的压力传感器安装在主腔、副腔中；所述的液位传感器安装在罐体中，用于测量液体的装载高度；所述的液位感应器安装在气囊组件的底部，用于感应液面高度；所述的压力传感器、液位传感器、液位感应器实时采集信号数据并传递给控制单元，控制单元依据控制策略控制进气阀进行充气，控制单元依据控制策略控制排气阀进行排气；控制单元控制气泵的工作状态。

进一步，所述的气囊组件为有机柔性材料。

进一步，所述的气囊组件为橡胶材料。

进一步，所述的支撑杆为空心管。

进一步，所述的支撑杆为碳纤维材料。

进一步，所述的支撑杆为不锈钢材料。

进一步，所述的主腔、副腔的截面为圆形。

进一步，所述的主腔、副腔的截面为椭圆形。

所述的一种具有防止液体晃动功能的液罐控制方法为：（1）装载时，罐体中的液位传感器实时采集装载液体高度，并将信号实时传递给控制单元；（2）装载完毕后，控制单元依据通过有限元分析或者实验获取的数据，作为控制量的参考依据，首先控制进气阀对主腔进行充气，达到预设压力后停止充气；通过将液位传感器和液位感应器采集的数据进行分析，决定是否对副腔进行充气；（3）通过分层充气的方法，使气囊组件的体积与罐内空腔体积相适配，起到抑制液体晃动的作用；（4）液位感应器一旦感应到距离液面距离小于预设值时，控制单元立刻控制进气阀断开，停止充气；（5）当罐内压力过高或者由于液体热胀冷缩导致液面上升时，控制单元控制排气阀由下往上进行排气，即首先对最底层的副腔进行排气。

本发明的有益效果是：

一种具有防止液体晃动功能的液罐及控制方法，采用气囊填充空间方法来减少液体晃动的空间，进而抑制罐体液体的晃动，将液体的流体属性控制为固体属性，提高车辆操稳性和行驶安全性。

本发明采用以上技术方案后，相对于现有技术，具有以下有益效果：

1.采用气囊组件底部安装支撑杆的方法，有效抑制气囊鼓肚子现象和提高气囊耐压性，进一步提升抑制液体晃动的效果；

2.采用气囊组件的主腔、副腔组合、分层布置的技术手段，使气囊具有更好的空间体积适应性，同时具备较高的抗压能力，进一步具备适应不同装液量的优点和提升抑制液体晃动的效果；

3.采用有限元分析或者实验数据获得控制数据依据，结合采用闭环控制模式，具有较高的自动化和高效化水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的部分剖视结构示意图。

图3为本发明的主视图。

图4为本发明的A-A截面剖视图。

图5为本发明的部分剖视图。

图6为本发明的气囊组件部分剖视图。

图7为本发明的控制原理示意图。

图中，1-前封头，2-后封头，3-呼吸阀，4-人孔，5-筒体，6-鞍座，7-排气孔，8-进气孔，9-气囊组件，901-主腔，902-副腔，903-支撑杆孔，10-支撑杆，11-压力传感器，12-进气阀，13-液位传感器，14-液位感应器，15-排气阀，16-控制单元，17-气泵。

实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合附图，对本方案进行阐述。

一种具有防止液体晃动功能的液罐，包括罐体、阻浪装置、控制系统；所述的罐体包括前封头1、后封头2、呼吸阀3、人孔4、筒体5、鞍座6、排气孔7、进气孔8；所述的前封头1、后封头2分别固定安装在筒体5上，筒体5的底部安装有鞍座6，所述的呼吸阀3、人孔4、排气孔7、进气孔8安装在筒体5上，筒体5上并开有适配的孔；所述的筒体5的顶部或者底部还安装有装液孔；

所述的阻浪装置包括气囊组件9、支撑杆10；所述的气囊组件9包括主腔901、副腔902、支撑杆孔903；所述的主腔901安装在筒体5顶部以进行位置固定，主腔901下方布置有N层（N大于等于1）副腔902；横向上，每一层副腔902的数量为N1（N1大于等于2）个；纵向上，主腔901、副腔902的数量分别为N2、N3（N2大于等于1，N3大于等于1）个；主腔901、副腔902均通过进气阀12与进气孔8管路连接，主腔901、副腔902均通过排气阀15与排气孔7管路连接；支撑杆孔903布置在气囊组件9的底部，所述的支撑杆10套装在支撑杆孔903中；

所述的控制系统包括压力传感器11、液位传感器13、液位感应器14、控制单元16；所述的压力传感器11安装在主腔901、副腔902中；所述的液位传感器13安装在罐体中，用于测量液体的装载高度；所述的液位感应器14安装在气囊组件9的底部，用于感应液面高度；所述的压力传感器11、液位传感器13、液位感应器14实时采集信号数据并传递给控制单元16，控制单元16依据控制策略控制进气阀12进行充气，控制单元16依据控制策略控制排气阀15进行排气；控制单元16控制气泵17的工作状态。

所述的气囊组件9为有机柔性材料。

所述的气囊组件9为橡胶材料。

所述的支撑杆10为空心管。

所述的支撑杆10为碳纤维材料。

所述的支撑杆10为不锈钢材料。

所述的主腔（901）、副腔（902）的截面为圆形。

所述的主腔（901）、副腔（902）的截面为椭圆形。

所述的一种具有防止液体晃动功能的液罐控制方法为：（1）装载时，罐体中的液位传感器13实时采集装载液体高度，并将信号实时传递给控制单元16；（2）装载完毕后，控制单元16依据通过有限元分析或者实验获取的数据，作为控制量的参考依据，首先控制进气阀对主腔901进行充气，达到预设压力后停止充气；通过将液位传感器13和液位感应器14采集的数据进行分析，决定是否对副腔902进行充气；（3）通过分层充气的方法，使气囊组件9的体积与罐内空腔体积相适配，起到抑制液体晃动的作用；（4）液位感应器14一旦感应到距离液面距离小于预设值时，控制单元16立刻控制进气阀断开，停止充气；（5）当罐内压力过高或者由于液体热胀冷缩导致液面上升时，控制单元16控制排气阀15由下往上进行排气，即首先对最底层的副腔902进行排气。

尽管上面结合附图对本发明的优选实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。