前顶式干混砂浆运输车结构设计

前顶式干混砂浆运输车结构设计

1干混砂浆客车2007年6月6日，文化部、公安部、建设部、交通部、质量监督和质量保证总局、环保厅等六个部门联合发布了《关于在一些城市禁止混合砂浆的通知》（商调第205号）。这些规章制度的制定，促进了预混砂浆经营方式的发展。为了满足环境的要求，越来越多的人使用预混砂浆。国内常用的干混砂浆运输车主要有两种结构，一种是与粉粒物料运输车结构相同的普通气卸式，该结构是在粉粒物料车的基础上加大流化床和侧滑板的角度改进而来的。该结构极易产生离析现象，同时还有残留率高、卸料时间长、消耗气量大等缺点，普通气卸式干混砂浆运输车示意图如图1所示；另一种是液压举升气悬浮锥体料仓缷料系统，该结构卸料时利用液压油缸将罐体举起，使物料集中在罐体锥体部位，此时气浮卸料装置将砂浆流化在锥体底部局部范围内，压缩气体对物料逐层剥落、流化，同时形成二次混合，最后砂浆经管道快速卸出，避免了砂浆因长时间的搅拌产生离析。此结构耗气量小，残留率接近为零，同时由于加装了剩料清理装置，实现了快速清理余料，有效地解决了运输余料不能清除而造成混料的问题，保证了干混砂浆的质量。液压举升气悬浮锥体料仓缷料系统干混砂浆运输车如图2所示。对比以上两种结构可知，前顶式干混砂浆运输车结构较优，将成为干混砂浆物流发展的必然趋势。下面将对前顶式干混砂浆运输车结构设计进行介绍。2前混干燥车的结构介绍前顶式干混砂浆运输车主要由罐体总成、副车架总成、卸料系统、进气系统和液压系统等部分组成。2.1整车总成简图设计时，首先应确定产品的各项技术参数，根据承载质量初步确定罐体外形尺寸和底盘，确定罐体的质心位置，满足干混砂浆在运输过程中底盘前后轴载荷的合理分配，并为举升油缸留出足够的安装空间，然后确定罐体举升铰接支点，再确定举升油缸和后支腿的安装位置，整车总成简图如图3所示。设计时应注意罐体举升角度应大于物料的安息角，根据表1可以得出合理的罐体举升角度应在46°～50°的范围内。2.2罐体结构设计罐体总成由直筒、椭圆封头、球形封头、圆台体、气室封头等部件组成。与流态化粉粒物料车相比，罐体内部没有侧滑板结构，只在气室封头处设计有圆形流态化装置，但该装置的面积较小，主要用于产生一定混合比的固气二相流。罐体内的干混砂浆首先被罐体举升至设计角度，再利用重力流至后端锥体部分，此时向气室封头处充气，则流态化装置产生一定混合比的固气二相流，当罐内压力达到0.2MPa后，打开卸料阀即可卸料。在进行罐体设计时要对以下几点特别注意：a.后部球形封头与圆台的相贯。罐体后部球形封头与气室上的圆台相切如图4所示，若过渡处不合理易出现积料，严重时会产生离析，导致残留率过大，同时还要注意圆台在罐体举升后与水平面的夹角大于物料的安息角，避免造成物料的积存。b.气室封头处流态化装置的设计。气室封头处流态化装置的设计是干混砂浆流态化的关键，该部分流化床为圆台形，圆台锥度设计应合理，圆台表面均匀设计透气孔，并铺设流态化元件，用压板将流态化元件固定牢固。压缩空气进入气室封头下部，透过流态化元件，生成高压气旋，在该位置对干混砂浆逐层剥落、流化，同时形成二次混合，经管道快速卸出。气室结构简图如图5所示。c.前部举升油缸上部铰支座的设计。此处封头为薄弱点。前部举升油缸上部铰支座设计在封头前部位置，此处封头需加强强度，避免铰支座处封头被撕裂，铰支座封头内外均增加加强腹板及加强筋，如图6所示。2.3副框架整体副车架主要起缓冲作用，可以改善底盘的承载情况，避免底盘车架集中受力，由于副车架结构与自卸车类似，此处不再赘述。2.4干混砂浆离析检验与普通粉粒物料车相比，该卸料系统增加了取样桶总成，如图7所示，用于卸料前对干混砂浆进行取样，检验干混砂浆是否离析。当罐内压力达到0.2MPa后，打开取样桶控制阀，同时外接专用取样袋，即可接出介质，检验干混砂浆的混合情况。2.5进气回转装置总成进气系统是前顶式干混砂浆运输车的重要组成部分，进气系统的合理设计对卸料速度的影响很大。进气系统的管道连接应过渡圆滑，以减少气体压力的损失。同时应设计有助吹阀，其开度需根据输送情况调节，既要保持较高的干混砂浆与压缩空气混合比，又能保证管道不堵塞，使输送速度最快。管道总成如图8所示。进气系统管道一部分通向气室封头下的气室，空压机产生的压缩气体由管道进入气室，透过圆形流化装置，与干混砂浆形成固气二相流，经管道快速卸出。为了避免通向气室的管道因罐体举升产生干涉而损坏或变形，此处设计了进气回转装置总成，需要注意的是进气管道与罐体进气口的衔接不能出现管道异常变形，否则会导致供气不足或配件损坏。进气系统的另一部分管道从罐体上部进入罐内，卸料完成后，打开扫罐阀门便于快速清理余料。2.6保证罐体直径干混砂浆运输车适合采用前顶式液压举升结构，由于前顶式结构只占用部分前部空间，可以保证罐体直径的最大化。为了保证车辆在卸料过程中的稳定性，车辆后部需加装液压稳定支腿。下面从液压系统参数的选取、油缸的选取及油箱的设计三方面进行介绍。2.6.1系统压力、流量计算需选取的参数有液压系统额定工作压力、系统流量和油泵的排量等。首先选取液压系统额定工作压力，液压系统按自卸车的要求进行配件选用和试验，常用专用车液压系统压力为16～20MPa，此处选择额定工作压力P=16MPa，液压油泵及换向阀的最大压力不能小于额定压力的1.25倍，即最大压力为20MPa。其次计算系统流量，根据自卸车标准的要求，举升和降落时间均不超过20s，假设油缸容积为V，则流量为Q=V/20。最后计算油泵排量，排量q=Q/n×60,n为取力器输出转速，实际选取时应保证油泵规格大于计算油泵排量。液压油管的内径和滤清器选择可根据系统流量进行选取，此处不再详细介绍。2.6.2支．0油缸举升力选取油缸前应先计算油缸行程，罐体设计完成后可得翻转轴中心O至油缸安装点(A,B)的距离，根据两点距离、初始角度和举升后的角度计算可得油缸行程。油缸行程计算示意如图9所示。由载质量m1，罐体质量m2，得到总质量m=m1+m2，由于后支撑点为后液压支腿油缸，故在确定后液压支腿油缸位置B点后，对A点取力矩，设举升油缸到后支腿油缸距离为L，罐体重心到后支腿油缸距离为LB，可得初始举升力矩，则可根据公式求得油缸举升力，受力点示意图如图10所示。当举升到各级油缸行程初始点时，油缸推力及质心位置均发生变化，此时需重新计算举升力Fj(n)，再由缸径公式求得缸径。由于罐体举升到最大角度时，干混砂浆尚未开始卸料，质心位置距离后支腿较近，因此罐体举升到最大角度且未卸料时即是后支腿支撑力最大的时候，则后支撑力FB=G-FA，单根支腿油缸需要推力为FB/2，支腿油缸应选用双作用油缸，并通过缸径计算公式求出所需油缸缸径。实际使用的举升油缸和液压支腿油缸的缸径应根据标准油缸缸径选取，同时必须大于计算得到的缸径。后支腿油缸应尽量安装在车辆的最宽处，这样可提高车辆的稳定性，防止车辆侧翻。后支腿油缸必须加装液压锁，确保车辆在卸货过程中不会因负载过重而自行下落，保证油缸的使用安全。若举升油缸选用标准系列但超过了所需的行程时，为了保证举升角度，应当增加气控限位阀或液压限位阀，且限位阀流量应大于系统流量。2.6.3双过滤形式油箱根据过滤器的使用情况不同，油箱可分为无过滤、单回油过滤和双过滤三种情况。不建议选用无过滤的油箱，因为这种油箱结构会使杂质反复进入系统，造成配件过早磨损，甚至直接损坏配件；建议选用双过滤形式油箱，此结构可保证杂质不会反复进入系统，延长液压配件的使用寿命。计算油箱容积时，先计算举升油缸的容积V举升，再计算后支腿