举升式气卸粉罐汽车改装设计

1、The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of RL5250GSNJ Air Unload Powder Tank Dump Truck Candidate：Yan ShiSpecialty：Veheicle EngineeringClass：B05-17Supervisor：Associate Prof. Li HanwuHeilongjiang Institute of Technology2009-06Harbin摘要粉粒物料运输车主要运输散装水泥、石灰石粉、电石粉和粉煤灰。发展粉料散装运输车具有节约资源,保护环境和减轻劳动强度等诸

2、多优点。目前，粉粒物料运输车已经得到了广泛的应用，粉粒物料运输己经影响到我们生活的每一部分，对国民经济的发展有着重要的意义。文中介绍了举升式气卸粉罐汽车的改装设计说明。对粉罐罐体、流态化床、举升机构、气卸系统、人孔、卸料系统和附属机构进行了详细设计，并对不同方案进行了比较分析，保证了举升式气卸粉罐汽车的先进性及实用性。叙述了在改装举升式气卸粉罐汽车过程中容易出现的问题及相关专用设备的工作原理，并对整车性能进行了分析。关键词：专用汽车；散装水泥罐；流态化床；前顶举升机构；粉粒物料运输ABSTRACTPowderandmaterialsconveytruckmainlytransportthece

3、ment, lime,calaiumcarbideandflyash. Therearemanyadvantagesjustliketheresourceconservation, environmentalprotectionandreducethelaborintensity. Butforthepowderandmaterialswiththestateofcrudegrain, largeproportion, highmoisturecontent, theordinaryconveytruckcannotachievetheexpectedpurpose. Thisproducti

4、sdesignedasaliftingtype, sowhenthepumptruckloadedanddrovedthelineatthecenterofthetankisinhorizontalposition; whenunloading, theliftingmechanismwillriseandmakeacertainanglewiththehorizon, thenusetheaircompressedconveythecementouteffectively. Thiselevatorfunctionmakesthetankhasasimplestructure;theload

5、ingcapacityandtheadaptabilityofthemediumforthetankaregreatlyimproved, thepotentialsoftheconveytruckareexploredmaximumly.Theairunloadpowdertankdumptruckarecomponentbytheautomobilechassis, powdertankgassyassembly, pneumaticconveyingsystem, hydraulicpressureliftingsystem, electroniccontrolsystem. Thisi

6、nstructionismainlyaboutselectionanddesignseachabovesystem.Key words: SpecialVehicle;CementTank;AirUnload;reposingLift; Powderandmaterialsconvey目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 改装举升式气卸粉罐运输车的目的和意义11.2 国内外现状及发展前景21.2.1 国内外发展现状2 散装水泥运输车的发展前景31.3 国外专用汽车产品的特点及其发展趋势4 国外专用汽车产品的特点4 国外专用汽车产品的现状及其发展趋势41.4 课题主要内容4第2章

7、 方案设计分析与整车总布置62.1 方案设计与分析62.2 整车总布置6 粉罐罐体的布置及副车架外型尺寸的确定62.2.2 举升形式的选取与布置62.2.3 气卸装置的布置82.3 二类底盘选型82.3.1 二类底盘初选82.3.2 二类底盘装载质量的初步校核92.4 专业性能参数的确定102.4.1 卸料速度和剩余率102.4.2 工作压力11 压缩空气流量112.5 本章小结12第3章 粉罐装置设计计算选型133.1 粉罐外形尺寸设计133.1.1初步确定罐体尺寸及材料133.1.2 罐体总容积133.1.3 有效装载容积143.1.4 扩大容积143.1.5 装载容积143.2 流态化装

8、置的设计143.2.1 流态化装置的类型和结构153.2.2 多孔板的设计153.2.3 流态化元件的设计153.2.4 流态化床主要参数计算153.3 进料装置173.4 出料装置、卸料软管和卸压装置173.4.1 出料装置173.4.2 卸料软管183.4.3 卸压装置193.5 本章小结19第4章 举升装置的设计计算204.1 举升角度的设计204.2 举升机构的布置204.2.1 确定上装重心位置204.2.2 确定反转点位置204.3 举升油缸的选取214.4 举升能力的校核224.4.1 初始位置状态时的校核224.4.2 第二和第三级油缸举升状态时的校核224.5 液压泵及液压控

9、制阀的选择234.5.1 液压泵流量与排量的确定234.5.2 液压控制原理及控制阀的确定244.6 本章小结25第5章 气卸装置的设计计算及选型265.1 输送空气量的确定265.2输料管内径和气流速度的确定275.3输送系统压力损失275.3.1 动压损失275.3.2 静压损失285.4 流态化元件压力损失295.5 空气压缩机的选择295.6 本章小结30第6章 辅助系统设计316.1 取力机构的设计与选型316.2 液力马达的选型316.3 本章小结33第 7 章 整车性能分析347.1汽车动力性能分析347.1.1 基本参数的确定347.1.2汽车的行驶方程式357.1.3 汽车最

10、高车速的确定387.2 燃油经济性计算387.3整车轴荷分配计算407.4 整车稳定性分析417.4.1空载质心高度的计算417.4.2 空载侧倾角的计算417.5 本章小结42结论43参考文献44致谢45附录46第1章 绪 论1.1改装举升式气卸粉罐运输车的目的和意义粉粒物料运输车主要运输散装水泥、石灰石粉、电石粉和粉煤灰。随着国民经济的迅速发展，粉粒物料由袋装改为散装，这既是粉粒物料供应和运输的变革，也是发展其生产，实行增产节约的一项经济措施。加上全社会对环保的重视，以及我国工业的蓬勃发展,散装粉粒物料运输车将会得到更加广泛的应用。通过对举升式气卸粉罐汽车改装设计，满足市场对此种类型专用汽

11、车的需求，在满足基本使用性能的基础上，对市场上现有产品进行研究改进，增强产品竞争力。 所谓散装运输，就是对粉末、颗粒装等货物，无需进行任何包装措施，而采用专用散装运输车进行运输，它具有以下意义。（1）运输效率高。采用散装运输可以省去多道包装程序,缩短装卸时间, 并且有利于机械化的实现, 从而提高其运输效率；（2）有利于安全运输。一般散装运输车都是封闭式车厢,使得运输和装卸时发生事故的可能性减小,安全性提高；（3）保持货物的完好率。由于封闭式车厢内受外界环境和气候条件的影响较小, 并有利于对车厢内的温度、湿度等进行调节控制, 从而使货物在运输中不会变质和损坏, 完好率大大提高；（4）减轻装卸强度

12、,改善装卸条件。粉末状、颗粒状货物采用箱、袋等包装,装卸时需要大量的人力,且装卸时粉尘飞扬或散发出异味,有碍装卸工人的身体健康。而采用散装运输,基本上实现机械化装卸,大大减轻和改善了装卸时的劳动强度和环境条件；（5）降低运输成本。实行散装运输便于货物的装卸、运输、贮存、加工等的全面机械化,从而节省了大量的人力、物力和财力，使其运输成本大大降低1。大力发展使用散装水泥，也有如下重要意义。（1）发展散装水泥有利于节约资源，提高经济效益。 2002年我国生产袋装水泥5.3108t，采用纸袋包装，浪费的包装纸折合优质木材1749万m3，加上使用袋装水泥5%的损失来计算，去年我国的直接经济损失高达239

13、亿元；（2）发展散装水泥有利于促进和提高工程质量。散装水泥在生产过程中严格控制水泥质量，尤其是要求安定性100%合格，确保了水泥生产质量；在运输过程中采用专用运输工具从生产厂（或中转站）直接送用户，流通渠道正规明确，杜绝掺假或以次充好，从而保证了质量；在储存过程中，散装水泥在储存罐达13个月不变质，而袋装水泥存放12个月后，强度降低3050%，且易受潮、受湿，结块变质；在使用过程中，散装水泥计量准确，无损耗（袋装水泥损耗率为5%）保证了水泥用量，更加保证了混凝土质量和工程质量；（3）发展散装水泥有利于降低噪音污染，改善施工环境，提高劳动效益。 袋装水泥从水泥厂包装到工地拆包使用，中间环节多，占

14、用劳动力多，劳动生产效率低下。特别是现场搅拌，噪音污染严重，影响施工周围环境。而发展散装水泥，推广预拌混凝土（商品混凝土），能有效提高效率，减轻工作强度，大大降低噪音污染，改善施工环境和工人劳动条件，有利于健康；（4）发展散装水泥有利于减少粉尘，改善大气环境质量和二氧化硫的排放。 水泥尘污染大气的主要途径主要有两方面，一是在袋装水泥运输过程中以及装卸和储存过程中产生的破损，一般破损率在5%。二是袋装水泥在拆袋搅拌时产生的粉尘，还有包装物回收时产生的粉尘，都会产生严重的污染。如果采用散装水泥，从水泥厂内装运开始，在运输、储存、使用过程中全部在密闭状况下进行，同时配合预拌混凝土的推广，可以大量减少

15、甚至消除水泥粉尘排放，净化空气，减轻污染；（5）发展散装水泥有利于维护生态平衡，具有显著生态效益。 发展散装水泥，每年至少使这3.6104公顷森林被保护下来，约等于全国荒漠化面积减少21%。同时森林砍伐减少，有利于维护生态平衡，调节全球气候，具有显著的生态效益2。因此,开发应用和发展散装运输车辆,无论是从经济效益上,还是从社会效益上,都具有很重要的意义。1.2 国内外现状及发展前景1.2.1国内外发展现状随着社会的进步,汽车运输得到了飞速发展,其中,散装运输和集装箱运输是汽车运输发展的主要方向。欧美发达国家自20世纪30年代便开始研究和应用散装运输, 目前其散粒物资散装运输约占80 %以上,散

16、装运输车技术也有很大的发展。我国散装运输起步较晚,20世纪60年代末期第一辆散装水泥车问世, 随后相继出现了各种型式的散装水泥运输车、粮食散装运输车、散装电石粉运输车、散装煤粉运输车等。目前,我国散装运输的水平还很低, 虽然20世纪70年代以来国内一些科研部门和厂家在散装运输车的研制方面,特别是对散装水泥车的研究取得了可喜的成绩,但与国外发达国家相比仍有很大差距。目前国内生产的散装水泥车主要有重力卸料式、机械卸料式和气压吹卸式等类型。重力卸料式散装水泥运输车是在自卸车的基础上将车厢加顶盖密封,使车厢与顶盖形成一个密封的水泥罐。水泥由车厢顶部的装料口注入罐内, 卸料时自卸机构升起(倾斜角一般为4

17、550) , 车厢内的水泥便在自重的作用下, 从车厢后栏板下部卸出。重力卸料式水泥罐车的主要特点是:结构简单,制造容易,使用与维修较方便，但该车卸料口很低,不能直接将水泥卸入较高的水泥库内。另外,该类车卸料时粉尘飞扬程度很大,则水泥损耗较大。因此,该类散装水泥罐车一般只适用于散装批量较小的场合,这样在无散装水泥任务时,可拆除其顶盖,作为自卸车使用,从而提高其利用率。机械卸料式散装水泥运输车在水泥罐体内底部装有螺旋输送机。螺旋输送机一般由汽车动力或外部动力电源驱动。这种水泥罐车可配以自卸机构, 卸料时将罐筒前部升起, 借助水泥的自重作用提高卸料速度。机械卸料式散装水泥车的特点是结构简单、密封性好

18、、操作方便,但其螺旋输送机上升时阻力较大,消耗功率多,并且螺旋叶轮易损坏,需经常进行维修。另外,输送机的输送距离和速度都较小, 卸料口低, 不能直接将水泥输送到较高的水泥库中,且卸料时罐内残留水泥较多。因此,目前该类车已很少使用3。气压吹卸式散装水泥运输车是在容罐中通入压缩气体, 通过罐内流化床特殊结构及一定的流方向,使水泥松散并与气体混合,使其“流态化”。打开出料口阀门时,水泥混合气体便从罐体输送到水泥库中。气压吹卸式散装水泥罐车的压缩空气供气方式有利用空压机压缩空气吹卸、利用外接气源吹卸和利用汽车排出的废气吹卸等几种。国产水泥罐车以利用空压机压缩空气吹卸的居多。气压吹卸式散装水泥罐车克服了

19、以上两种车型的缺点,可直接将水泥输送到1525m高的水泥库中,并具有较高的卸料速度。因此,气压吹卸式水泥罐车是目前使用最广的散装水泥运输车。1.2.2 散装水泥运输车的发展前景我国是发展中国家, 目前国内散装水泥运输水平还比较低,散装水泥运输车的增长速度还远远赶不上水泥产量的增长速度, 且我国是水泥生产大国, 发展散装水泥运输是必然的趋势。因此,我国散装水泥运输车的发展前景是广阔的。未来几年的发展方向有如下5点。（1）扩大现有各种散装水泥运输车的生产量, 以满足国内散装水泥运输量的需要。这是水泥运输由袋装向散装发展的必要保证；（2）散装水泥运输车向大吨位方向发展。目前,国内许多厂家开发了大吨位

20、的散装水泥运输车, 提高了汽车单程运输量,从而提高了运输效率,降低了运输成本；（3）散装水泥运输车向半挂型发展。半挂型散装水泥运输车克服了单车装载质量低和全挂难控制、安全性差的缺点, 可将水泥装卸量提高到15t以上, 甚至可达40t左右, 有助于水泥运输效益的提高；（4）开发散装水泥运输车的新产品, 使散装水泥运输车向多品种、多样化发展；（5）随着对国外进口散装水泥车的研究,新结构、新技术将在散装水泥运输车中得到应用,并不断向标准化和系列化方向发展4。1.3国外专用汽车产品的特点及其发展趋势1.3.1 国外专用汽车产品的特点（1）多品种、小批量是西方工业先进国家组织专用汽车生产的一个主要特点。

21、如英国约克公司能生产牲畜运输车、保温车、冷藏车、自卸车、市政工程车、粉粒物料散装车等品种。日本东急车辆制造株式会社是日本最大的专用车公司，专用车产品以挂车、罐车为主，其中粉粒物料运输车占有较大比例。此外该公司还生产厢式车、自卸车、高空作业车、消防车、环卫车等品种；（2）厂家多、规模小是国外专用汽车生产行业的又一特点。例如英国专营和兼营专用汽车的厂家有600700家，其中70%的工厂职工人数在30人以下;根据美国1981年有关资料统计，专用车厂有900多家，而职工不足20人的有500多家。据1988年资料，日本生产专用汽车的公司约有128家，工厂近200家；（3）零部件专业化生产。国外大部分专用

22、汽车厂实质是一个总装厂。其产品按结构分工或组织专业化协作生产，如副车架、罐体、悬架等，自卸车油缸、工程车辆的关键专用设备等均由各专业厂集中生产。1.3.2 国外专用汽车产品的现状及其发展趋势欧洲的专用汽车主要是重型专用汽车，且绝大多数产品为不同规格尺寸和不同承载量的低货台货车、挂车和半挂车，最多的是适宜运输建筑机械的最大总质量为30t或40t的低货台货车。国外专用汽车产品的发展趋势，具有重型化、散装水泥车的列车化、一车多用化、以及新材料、新技术和微电脑的应用等特点，其中专用底盘专业化趋势最为明显。如日本丰田等大汽车公司的专用底盘均已实现系列化、专业化生产。近年来，国外不少汽车厂专门从事专用汽车

23、底盘生产，尤其重视专用底盘的系列化、专业化生产，满足专用车的特殊需要。1.4 课题主要内容 粉粒物料运输车是通过安装在车上的空压机排出压缩气体，通过罐体内的气化床，使气化床上的粉粒物料流态化，经输送管道将罐体内的粉粒物料输送到一定距离和高度的粉仓内。流态化就是压缩气体透过气化床，使气化床上的粉粒物料相互分离悬浮于空气中，具有一般流体的特性。 由于粉粒物料的堆密度和安息角偏大，流化态性能差，若采用举升式方案，除了后端封头部位有小流化床外，罐体内侧无流化床，可节约刚才1t左右，容积利用率大于99%，卸料速度和剩余率也较好，所以采用举升式设计是国内外的发展趋势5。参考我国现阶段国情可见，基础设施建设

24、及房地产建设发展迅猛，作为主要建材之一的水泥需求量巨大，在国家大力推行节能减排的政策指导下，散装水泥运输车具有广大的市场前景和可观的收益回报，因此本文只对气卸散装水泥运输罐车进行改装设计。具体设计包括以下内容。（1）二类底盘选择；（2）专用汽车的总体布置，绘制总布置草图；（3）粉罐总成的设计；（4）举升系统的设计；（5）气卸系统的设计；（6）辅助系统的设计；（7）整车性能计算分析。设计时尽量满足以下四点:（1）要加强环保意识, 要求运输车辆在装卸料的环境中尽可能的减少对环境的污染或尽可能的减少中转环节, 在方便装却的情况下, 保证输送管路的密封性；（2）为节能的要求改进输送管路的结构, 尽量减

25、少每吨水泥输送的能量需用；（3）降低车辆的自重, 增加车辆的载重, 设计大容量的重载车辆；（4）提高车辆结构性能, 适应货车高速长距离运输的要求。第2章方案设计分析与整车总布置2.1方案设计与分析常见的粉粒物料运输车有卧式多仓罐体结构、鱼腹式单仓罐体结构、斗式多仓罐体结构、多倾内锥布袋式流化床罐体结构和液压举升式罐体结构。液压举升式罐体结构如图2.1所示。为了保证罐体承受0.3MPa的内压力，罐体结构由受力良好的的圆筒及椭圆封头构成。除了后端封头部分有小流化床外，罐体内侧无流化床，与其他结构的罐体相比较，材料利用率提高了10%，可节约钢材1t左右，容积利用率大于99%。所以此设计采用液压举升式

26、罐体结构6。 1 2 3 41-汽车底盘 2-气力输送系统 3-液压举升机构 4-粉料罐总成 图2.1 液压举升式罐体结构2.2整车总布置2.2.1 粉罐罐体的布置及副车架外型尺寸的确定 为使前后轴荷分配合理，整车质量分配均匀，车辆重心低稳定性高，罐体的位置为封头前端面距驾驶室前端3400mm处，底面与副车架接触，副车架外型尺寸为5850860200mm，材料型号为20的热轧槽钢（GB/T707-1988），中间设置加强梁。2.2.2举升形式的选取与布置目前, 在自卸车行业有多种结构型式。举升机构的型式目前国内常见的有: 三角架放大举升机构( F式、T式)、双缸举升、前顶举升和双面侧翻。其中,

27、中轻型自卸汽车多采用结构比较简单、布置尺寸较小的举升机构, 如加伍德机构(D式)；中、大型自卸汽车多采用油压特性曲线较好的举升机构, 如马勒里机构(T式)；大型自卸汽车多采用举升力系数较小的举升机构，如浮动油缸连杆放大组合式(F式和Z 式)或者前顶举升式。 其中国际上尤其是欧美等国大都采用前举升自卸方式。这种自卸方式2003年在国内也得到了许多应用, 如解放的CA3260- 84、重汽的ZZ3382- 84、川汽的CQ3300- 84等车型先后问世, 在市场也得到了用户的认可。1结构组成。前举升自卸汽车主要是由二类底盘、上装副车架、车厢及多级油缸等组成, 结构非常简单。2结构性能优点。1）整车

28、重心低, 行车稳定性好, 只要后挡不干涉, 副车架纵梁可以做得很低, 最小可以与载货车相同。其结构简单、车厢底板与主车架上平面的闭合高度可以很小, 整车稳定性好, 液压系统压力较小；2）在机构式自卸汽车设计中经常会发生机构与底盘横梁干涉,从而需对底盘横梁改制,很麻烦。而前举升方式则不必考虑上装与底盘干涉的问题,因而设计者不必再费劲地做很多的校核图了,大大地提高了产品的开发速度；3）现在的用户对车厢的要求越来越大,自卸车的轴距也较原来大,传统的机构式举升无法将较长车厢举升到能卸货的角度,除非将副车架纵梁和车厢底盘纵梁的高度做得很大,才能布置下加大加强的机构。但这样整车的重心必然提高了, 重心越高

29、, 行车尤其是在调整或转弯时很不稳定, 存在安全隐患；4）传统的T式机构一般应用在载重8t或以下的自卸汽车中,F式机构应用在15t左右的自卸汽车中。这种机构的自卸汽车在超载时由于液压系统的压力过大, 经常发生烧油泵、密封件损坏和根本不举升等问题, 而前举升自卸汽车不需将油缸的推力放大到举升架和拉杆上便可以将车厢举升起来。因而前举升的油压特性非常好。液压元件不会因压力过高而损坏, 液压系统的使用寿命更长, 液压系统的故障比很低；5）结构简单, 安装维护较方便。机构式举升由三角架、拉杆、举升油缸及其安装联接的座和轴组成, 结构非常复杂, 前举升是一种用多级油缸直推车厢前部从而达到卸货的一种方式只有

30、油缸而无其它零部件。这种结构非常简单, 制造成本低, 工艺性好7。随着技术发展，今年来国内的前顶举升机构也得到较大发展，其中的代表是已国产的荷兰海沃整机系统，其成本也趋于合理。基于以上优点并参考国内外同类产品，本设计的举升系统采用前置前顶举升机构。其底座与副车架连接，液压缸通过焊接在罐体前端的支架铰接在一起，随举升位置不同而转动。2.2.3气卸装置的布置利用倾斜机构液压系统将罐体总成前端举升，使罐体沿后翻转轴旋转和水平面成一定的夹角，水泥在重力的作用下可全部向罐体后侧封头聚集，而空压机通过压缩空气管路系统将压缩空气通入罐体后侧封头内的流化床内，将该部分的水泥流化，再由该部分的出料口将水泥卸到指

31、定的仓内。由此，除了罐体后端封头处有小流化床外，罐体内侧无流化床，可节约钢材1t左右，容积利用率大于99%。流态化床结构如下图2.2所示，流化床随罐体的举升会将出料口降到最低点。为了便于排料管的操作，采用下排料的结构方式，出料口兼有清灰口的作用，化床只在椭圆小封头处设置。空压机横置在罐体与驾驶室间的空间，其动力由依靠液压泵驱动的液力马达提供。1623451-罐体后封头 2-椭圆小封头 3-流化床 4-排料管总成 5-助吹管 6-进风口图2.2 流化床结构2.3 二类底盘选型2.3.1 二类底盘初选根据上装罐体尺寸参数及产品日常使用维护保养方便，再综合考虑产品造价，初步选择东风牌EQ1254G型

32、二类地盘，其详细参数如表2.1。结合上装实际，需要对二类地盘尺寸进行修改。为使上装罐体举升后不与地面发生干涉，将后悬改短1200mm后为1 535mm，其它尺寸不变。考虑到动力性、经济性及满足环保法规的要求，发动机选用东风康明斯发动机有限公司生产的C26020型柴油增压发动机，其参数见表2.2。变速器选择DF6S750，六档手动变速器，该采用双杆远距离操纵，传动比见表2.3。表2.1 东风EQ1254G参数外型尺寸(长宽高)(mm)963024702980货厢栏板内尺寸(长宽高)(mm)72002294550总质量(Kg)25000整备质量(kg)9055额定载质量(kg)15750接近角/离

33、去角()32/18前悬/后悬(mm)1460/2500轴距(mm)4350+1300轴数3最高车速 (km/h)90发动机型号C26020发动机功率(kw)191发动机排量8300发动机生产商东风康明斯发动机有限公司底盘依据标准GB3847-1999 GB17691-2001第二阶段轮胎10.00R202.3.2 二类底盘装载质量的初步校核东风EQ1254G装载质量为15750kg，由于罐体材料16MnR的密度为7900kg/m3，则罐体直段质量m 。 m=dLh=979.837kg由JB-T4737-95椭圆形封头标准得封头质量m。m=2275.59kg =551.18kg则整个罐体的质量M

34、= m+ m=1531.017kg。初步计算装载质量为14000kg+1 531.017kg=15531.017kg，东风EQ1254G二类底盘满足要求。表2.2 发动机参数型式直列六缸、四冲程水冷柴油增压发动机型号C26020额定转速r/min2200额定功率KW (2200r/m)191最大转矩NM(1400r/min)1025最低燃油消耗率g/(KWh)200缸径冲程mm114135排量L8压缩比17.3：1工作顺序1-5-3-6-2-4燃油：夏季：0号轻柴油：冬季：根据气温选用合适的轻柴油表2.3 变速器传动比一档二档三档 四档五档六档10.317.335.213.772.131.94

35、2.4 专业性能参数的确定2.4.1卸料速度和剩余率平均卸料速度和剩余率是散装水泥运输车的主要专业性能指标。散装水泥运输车卸料时，所卸下的粉料质量与卸料时间的比值称为平均卸料速度。卸料作业完毕后，罐内剩余水泥的质量与散装水泥运输车额定装载质量的比值称为剩余率。这两个参数反映了散装水泥运输车卸料作业的效率和经济性。为了正确地评价和比较平均卸料速度的剩余率，一般在规定卸料水平距离5m，卸料垂直高度15m，卸料管内径100mm，压缩气体流量48m3/min，压力196kPa的条件下进行测量，这种状态叫做标准状态。平均卸料速度与散装水泥运输车的结构、压缩空气压力和流量等因素有关，由卸料管内固气二相流的

36、浓度和速度决定。固气二相流的浓度亦称混合比，其质量浓度在200270之间。平均卸料速度在标准状态下为 （1.21.6）10kg/min，本设计目标选取1.210kg/min。 粉料剩余率i的大小与内部结构、流态化装置的性能有关。i值过大，会降低车辆的有效装载质量，影响经济性。而且，水泥在罐内长期残存会发生结块、变质。在标准状态下i值在0.1%0.4%之间，本设计采用举升式方案，卸料时倾角较大，剩余率低，故i值取0.1%。卸料时间是指打开卸料阀卸料开始至卸料完毕关闭卸料阀为止的这段时间。一般在罐内压力上升到额定工作压力时打开卸料阀，到卸料接近结束，罐内压力下降到0.1时关闭卸料阀。由公式2.1及

37、2.2得卸料时间为11.655min。 （2.1） （2.2）2.4.2 工作压力散装水泥运输车气力卸料时压缩空气应有一定的工作压力，用来满足粉粒体和气体流动需要的压力降和流态化过程产生的压力损失，这些压力损失包括：气流在管道沿程或局部的压力损失，气体透过流态化床装置的压力损失，粉粒体的透气压力损失，固气二相流的加速压力损失，摩擦压力损失，悬浮压力损失等。若工作压力过小，平均卸料速度降低，易产生堵塞。工作压力过高又会造成能源浪费，罐体壁厚增加，空气压缩机、管道、阀门等的质量也要增加。通常工作压力只需略大于卸料过程中各种压力损失之和即可。试验表明，水泥粉粒体在196kPa的输送压力下可实现值在4

38、0300之间的固气二相流气力输送8。所以，本设计的额定工作压力为196kPa。2.4.3 压缩空气流量压缩空气流量应满足三方面的要求：一是能实现粉料流态化，二是管道输送顺利，三是平均卸料速度合乎要求。1.气体流量与粉料流态化关系如前所述，透过气体分布板的气流速度应满足下式粉料才会产生流态化，亦即压缩空气流量必须符合下式要求。式中:Q压缩空气流量（m3/s）；A流态化床面积（m2）；透过气体分布板的气流速度（m/s）；临界流态化速度（m/s）。由于本举升式气卸散装水泥运输车的流化态床布置与罐尾蝶形封头中，流态化床面积相较于传统卧式粉罐车大大减小，所以气体速度定能满足要求，并将在后面章节得到准确计

39、算验证。2.压缩空气流量与管道输送要求对于管道气力输送，一般认为，只要输送气流速度大于粉粒体的悬浮速度时，粉料就能顺利输送。但在散装水泥运输车卸料的实际条件下，一方面由于粉粒体与罐壁之间以及粉粒体之间的碰撞、摩擦和粘附作用；另一方面由于输料管中气流速度分布不均匀，所以散装水泥运输车要实现稳定气力输送，管内气流速度要比粉粒体的悬浮速度大几倍。散装水泥运输车卸料时，可采用水平输送或垂直输送。在水平输送中，粉粒体将要沉积下来不再参与悬浮输送的极限状态时的气流速度，称为沉积速度，用vs表示。实践表明，当管内气流速度vm（1.11.3）vs时，就不会产生粉粒体沉积堵塞，称这个vm为水平输送安全气速。本设

40、计中vm取12m/s。在垂直输送中，粉粒体到某一高度停滞不动成为噎塞，此时的气流速度成为噎塞速度，用vh表示。一般沉积速度大于或等于噎塞速度，所以通常用沉积速度或水平输送安全气速vm来选取气流速度，可用下式确定压缩空气流量。式中: Q压缩空气流量（m3/s）；d卸料管内径（m）；vm水平输送安全气速（m/s）。则Q0.0942m3/s3.压缩空气流量与卸料速度卸料速度与压缩空气流量Q成正比。对于一般散装水泥运输车来说，二相流的混合比所能达到的最大值受罐内流态化装置和气力输送条件的限制，故增加Q值是提高卸料速度的有效途径9。本设计中Q初步采用7m3/min。2.5 本章小结本章对整体设计方案进行

41、了分析对比，确定了粉罐罐体的形式、尺寸参数、装载质量及制造材料，以及罐体的举升形式和流化床的布置。选定了专用车的二类底盘，并详细介绍了二类底盘及动力总成的参数，为下一步整车总布置做好准备。第3章 粉罐装置设计计算选型3.1 粉罐外形尺寸设计初步确定罐体尺寸及材料根据任务书要求，需设计装载质量大于8t的举升式气卸粉罐运输车。结合生产实际中对长距离大质量运输的要求，初步设计罐体为长5 000mm，直径2 000mm的圆柱形密封容器。其两端封头为对称的椭圆形设计，设计依据JB-T4737-95椭圆形封头标准及GB150-1998钢制压力容器标准确定封头高500mm，直段处长25mm。参考国内外同类产

42、品及材料性能，罐体及封头材料选择16MnR，其中封头处材料厚8mm,直段处厚度为5mm。罐体尺寸如图3.1所示。500050025图3.1 罐体尺寸参数3.1.2 罐体总容积（1）直段处圆柱罐体容积V1（m3）V1=2R2L(3.1)式中:K圆柱筒体内壁半径（m）L圆柱筒体长度的1/2（m）V1=2R2L=12.403m3（2）椭圆封头容积V2（m3）椭圆形封头由半个椭圆体壳和一段短圆柱筒体组成，两端封头容积相等。由JB-T4737-95椭圆形封头标准得V2=1.1257m3。V2=2 V2=2.2514 m3总容积V为罐体壳所包容的体积，为圆柱筒体容积V1与封头容积V2之和，即V= V1+

43、V2 =12.403+2.2514 =14.6544m3有效装载容积VA 有效装载容积指用于装载粉料的罐内容积，用下式计算。(3.2)式中:me罐体的标定装载质量（kg），本设计标定装载质量设计为14000kg；ps粉料的堆密度（kg/m3），水泥的堆密度为1 200kg/m3。则 11.6667m33.1.4 扩大容积Vb由于粉料的内摩擦力，进料口的数目、位置等原因，装料时粉料不能充满罐体上部的所有空间，粉料在流态化过程中空隙率要增加，上界面升高，装料时也需留出这部分空间。在上部留出的空间称为扩大容积，按下式确定：Vb=KbVa式中: Kb扩大容积系数，本设计取0.2。则Vb=0.2Va=2

44、.3333m3 装载容积Vd有效装载容积与扩大容积之和叫做装载容积，即流化态床以上的罐内容积。Vd=Va+Vb=14m33.2流态化装置的设计流态化装置也称流态化床，主要由流态化元件、多孔板、压板、螺栓等组成，是气卸粉罐车的重要部分，它直接影响粉罐车的专业性能。流态化装置的作用：一是与罐体壁构成气室；二是使压缩空气形成微细、均匀的气流进入粉料中，使粉料流态化。3.2.1流态化装置的类型和结构目前普遍采用的流态化装置有两类：单一流态化装置和复合流态化装置。单一流态化装置结构简单，有圆形和长方形两种。圆形流态化床多用于立式罐体，其多孔板有圆锥板和圆平板两种。圆锥板的锥角一般为120150，适合于下

45、出料。本设计中罐体举升后的卸料状态与立式罐体相似并为下出料设计，遂采用单一流态化装置，圆形流态化床，圆锥形多孔板，锥角为145。3.2.2 多孔板的设计 多孔板的作用是支撑流态化元件及其上面的粉料，保证压缩空气均匀穿过。多孔板与水平面的夹角为17.5。多孔板用4mm厚的钢板制造，上面均匀分布直径为20mm的孔，布置在罐尾蝶形封头的内侧。3.2.3 流态化元件的设计流态化元件的作用是使压缩空气透过而形成均匀、细微的气流。其设计要求是：（1）具有一定的透气阻力，并能随气流速度的增加阻力急骤增加；（2）空隙适宜，分布均匀，布气分散度高，受粉料层厚度影响少；（3）只能透过气体，不能通过粉料，吸湿性和附

46、着力低，表面光整平滑，易于粉料流动，长期使用不易堵塞，并容易恢复透气性；（4）有一定强度，耐磨、耐温、耐腐蚀，物理化学性质稳定10。流态化元件材料分为硬质材料和软质材料两类。硬质材料虽刚性好，耐磨，不易受潮，但易破碎，易堵塞，空隙不易恢复，制造工艺也复杂，价格高，很少采用。软质材料有工业帆布、夹毛毡、涤纶帆布等。它们具有质量轻、易安装、易取得、价格便宜的有点。所以本产品采用工业帆布作为流态化床材料。3.2.4流态化床主要参数计算（1）临界流态化床气流速度（m/s）(3.3)式中:颗粒直径（m），水泥取为88m；颗粒密度（kg/m3），水泥为3200kg/m3；气体密度，在气体压力p=0.3MP

47、a，气体温度T=373K，气体常数Ra=29.28时，=p/（RaT）=2.75 kg/m3；气体的动力粘度（Pas），取0.0218Pas。则水泥的临界流态化床气流速度为=0.009m/s（2）流态化床面积A流态化床面积的大小与流态化床的结构形式、罐体形式和尺寸有关，其中起主要作用的是水泥的临界流态化速度。流态化床的面积应满足下式式中:Q气体流量（m3/s）；水泥临界流态化速度（m/s）。m蝶形封头示意如图3.2，流化床数学模型如图3.3。则流化床面积A为0.475m125431-气室2-进气口3-出料口4-蝶形封头5-流化床图3.2 蝶形封头800mm145200mm图3.3 流化床数学模

48、型（3）粉料带出气流速度v粉料带出气流速度即粉料开始形成稀相流态化床的气流速度。若气流速度达此值，床层的稳定操作行为将急剧偏离理想行为，导致操作失常。v（m/s）按下式计算。(3.4)式中:g重力加速度。则水泥的带出气流速度v为v=0.58m/s3.3进料装置进料装置由进料口盖、密封圈、锁紧装置和进料口等组成。按密封方式不同分为外压密封式、内压自封式和双重密封式。本设计选用内压自封式设计。其构造如图3.4所示。其上盖板与球面料口盖焊成一体，安装在进料口座上，由固定销轴和活动销轴固定。内压自密封圈有唇状边的一侧与球面料口盖贴合，卸料时在罐内气压作用下，密封圈唇边紧压在球面料口盖上，形成环状密封带

49、，罐内气压越高，贴合越紧，进料口密封性越好11。1 2 3 4 51-活动销轴2-内压自密封圈3-球面料口盖4-上盖板5-固定销轴图3.4 进料口盖3.4出料装置、卸料软管和卸压装置3.4.1 出料装置出料装置有上吸式和下排式两种形式。本设计为举升式散装水泥运输车，卸料时举升后状态类似于立式罐车，遂采用下排式出料装置。如图3.5所示为下排式出料装置，具有结构简单，维修方便等优点。出料口开设在罐体后部的蝶形封头内，与出料管的一端焊接12。出料口图3.5 出料装置3.4.2卸料软管7 1 2 3 4 5 4 1 6如图3.6所示，卸料软管为多层夹布的耐油胶管，其两端用卡箍4与快速接头3（凹端）和快

50、速接头1（凸端）相紧密的连接箍紧。O形橡胶密封圈2置于快速接头3中。使用时，先抬起快速接头3上的勾柄，带动勾架前移，使两勾勾住快速接头1的凸端，然后用力压下勾柄，凸凹两端就紧密连成一体。1-快速接头凸端 2-O形橡胶密封圈 3-快速接头凹端 4-卡箍 5-第一节卸料软管6-第二节软管及快速接头 7-二次风套管图3.6 卸料软管 卸压装置卸压装置的用途是：装料前或卸料后，打开卸压球阀排放罐内剩余的压力空气；若卸料途中出现故障，应用卸压装置排气卸压后再进行检修。图3.7所示为卸压装置。卸压管3的一端装有多孔圆管，其上套有滤芯1，用卡箍2箍紧，伸于罐体内部的上方；卸压管另一端伸于罐体外部，装有球阀4

51、。卸压时罐内的气体通过滤芯经卸压管、球阀排出，而水泥被过滤不能排出，以防污染外界环境。1 2 3 41-滤芯 2-卡箍 3-卸压管 4-卸压球阀图3.7 卸压装置3.5 本章小结本章确定了粉罐装置的材料及外形尺寸，完成了流态化装置、进料装置、出料装置、卸料软管和卸压装置的设计计算，确定了与粉罐相关装置的设计，进一步为下章的设计计算提供参数。第4章 举升装置的设计计算4.1举升角度的设计 由于水泥的静态安息角为39，为保证水泥的剩余率小于0.1%，需设计较大的举升角,遂选择举升角为48。4.2举升机构的布置4.2.1确定上装重心位置L2L1G1G2LL3根据所选二类底盘的重心位置，确定上装重心位

52、置。在确定上装重心位置时，需考虑整车满载情况下的轴荷分配。一般情况下，前轴载荷应为整车载荷的20%左右，而上装重心一般认为是罐体的几何中心。如图4.1所示，图中G为底盘的重量；L为底盘重心距前轴的距离；L为整车轴距；L为中、后轴距离；G为上装的重量；L为上装重心距前轴的距离。图4.1 重心位置示意4.2.2 确定反转点位置首先根据底盘尺寸、罐体的中心以及举升上支座的尺寸要求确定举升缸的安装位置和整车尺寸，其次根据底盘及举升最大角度后的离地间隙确定翻转点O的位置。具体的布置位置如图4.2所示。 O F1 G1 L1 L3 L4 L2图4.2翻转点位置示意图4.2中，G为初始状态时罐体和货物的重量

53、；F为初始位置，第一节油缸升出时所需的举升推力；L为举升缸下支座与翻1转轴的距离；L为罐体长度；L为罐体后悬；L为初始状态时，货物重心至翻转轴的距离。4.3 举升油缸的选取（4.1）式中:举升油缸最大压力；系统效率，取0.8；各级举升油缸相对应的活塞直径。L举升缸最大工作行程。 (4.2)式中:举升缸在举升角最大时两铰点的距离；举升角为0时两铰点的距离。根据确定的举升角度，可计算出举升油缸的工作行程。根据本设计的具体情况初步选择荷兰海沃前顶举升系列油缸FC129-3-3900型号，荷兰海沃公司是全球领先的前顶举升液压产品生产商，其产品性能稳定、可靠性高、维修保养方便。由产品手册得其举升角为0时两铰点间距离的初始值=343mm。具体的性能参数如表4.1所示。表4.1 液压缸性能参数性能参数第一级i=1第二级i=2第三级i=3合计活塞直径d mm12911091行程 L mm1400130012003900工作压力P MPa1919194.4 举升能力的校核由于选择的举升油缸为多级油缸，每一级油缸的有效直径不同，则油缸的最大举升力也不相同，考虑到当第二级或第三级油缸升出时，水泥由于安息角的关系可能倾卸的不多或者没有倾卸，因此要对每一级油缸升出时的举升能力进行校核。4.4.1 初始位置状态时的校核此时罐体内的粉料最多，阻力臂也最大（相对于翻转点），罐体在启动时还有惯性阻力的作用，需