钢桶卷边形状初探

王兆炯

钢桶两端的卷边,在钢捅中起着把桶身和桶盖及桶底卷合在一起的作用，并起着加强钢桶强度,以及防止卷边渗漏的作用。钢桶质量的优劣,除了焊缝质量的优质外,最主要就取决于钢桶卷边的质量。钢桶卷边的质量好,钢桶在贮藏和运输石油产品,染料及化工溶剂过程中,如产生碰撞与跌落时,只会使钢桶的卷边产生凹瘪,而不会产生断裂和渗漏等现象。如果钢桶卷边的质量较差,碰撞、跌落时, 钢桶的卷边就会产生断裂及渗漏。化工物质就会渗漏出来污染环境,而遭受到退赔处理。在此形势下,对贮藏和运输化工产品和石油产品的包装容器——钢桶提出了更高的要求。因而国内外都在研究钢桶卷边的形状,努力提高卷边抗断裂、抗渗漏的能力。据国内外的报导及资料来看,卷边的形状多达数十种,究竟什么形状的钢桶卷边为好,其说不一。对卷边的形状进行一些分析和研究,会有益于我国制桶业发展和进步。

对各种卷边的形状进行分析与研究,就应该采用相同的试脸条件和标准。根据国内外资料的情况来看。各国制造的钢桶都有自己的检验标准。如万里(英国) 有限公司钢桶部日本前田制铁所,美国运输部的规则以及海上危规等标准。在这些权威性的标准中，虽然各有差异,但对跌落试脸的标准却是一致的。我们取其跌落试脸中跌落高度的中间值进行分析和比较,研究一下钢桶卷边的形状。标准是这样规定的: 在充填水后,把钢桶从1.2米高处倾斜摔下来,使桶顶封闭器附近的凸边为接触地面的冲击点。其后对桶底侧边进行同样的试验(如图1所示)。

图1 钢桶跌落试验

遵循此原则，从力学中我们知道钢桶在短促的时间内跌落到水泥地面上, 会产生一个冲击力。此时钢桶的卷边上也受到一个反作用力。这样大的力会使钢桶的卷边产生变形,甚至会使卷边断裂。由于钢桶在运输和贮藏的过程中产生碰撞和跌落是随机的,不可能与试验的条件相同,而且卷边处跌落后产生凹瘪现象, 受力处于很复杂状态,计算也很费力费时。因此也不必费大量的精力计算钢桶跌落试验中的变形量。但在分析钢桶卷边的过程中: 把钢桶的卷边处于静止状态作一些变形量和扭曲量的比较,会使我们对钢桶卷边的形状有进一步清晰的认识。

通过计算可以看出,钢桶卷边由弯矩引来的挠度,圆形卷边只是在θ=90°时比矩形卷边小以外,在θ=0°,θ=45°时其挠度均大于矩形卷边。因而圆形卷边的强度并非比矩形卷边有所提高,而在某些范围中是降低了卷边的强度。

通过计算我们也可以看到,当θ=0°圆形卷边的扭转角约大于矩形卷边外, 当θ=45°时, 圆形卷边的扭转角为零,而矩形卷边的扭转角为7.7964°。所以说圆形卷边抗扭转的能力是优于矩形卷边的。

经过以上的分析,圆形卷边虽然在强度方面劣于矩形卷边,但在产生扭曲方面却是优于矩形卷边的。从跌落试验中的钢桶卷边的剖切面,我们也可以看出圆形卷边由于卷边的层数多,产生扭转角小,跌落后就提高了卷边处抗渗漏的能力。而矩形卷边,因结合层数少,产生扭转角大,就易于产生渗漏的现象。从以上分析的情况来看基本上是一致的。

为了提高钢桶卷边抗渗漏的能力,国内外曾有人想了许多方法。如把钢桶的桶身和桶底,桶盖相结合的部分进行滚丝,以便在钢桶卷边时能很好地结合在一起,解决渗漏问题。但究因其加工方法复杂,工作量大等原因而被淘汰。目前,在制桶业中均采用了加工方便,对渗漏现象防止有效的七层圆卷边进行生产钢桶（如图2所示）。

图2 钢桶圆卷边示意图

综上所述, 对卷边的刚度和扭转角的影响因素,除了钢桶本身材料质量外,主要是卷边的惯性矩和极惯性矩,以及钢桶受力点的位置。因此说,要提高钢桶抗渗漏的能力,就应提高惯性矩和极惯性矩,降低受力点位置,以达到减小卷边的挠度和扭转角。从此点出发,国内外都对钢桶的卷边进行研究和改制出多种卷边的形状。以益于提高钢桶卷边的抗渗漏能力,保证钢桶的质量。