车辆工程毕业设计（论文）-斯太尔后双桥粉粒物料运输车改装设计【全套图纸】 .doc

本科学生毕业设计 斯太尔后双桥粉粒物料运输车 改装设计 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： 教授 the graduation design for bachelors degree after the powder material truck steyr design modifications shuangqiao candidate： specialty： veheicle engineering class： b07-2 supervisor：professor. heilongjiang institute of technology ii 摘 要 粉罐车是指装运水泥、煤粉、石粉、化学粉料等散装粉料的专用车辆。其有着降 低成本、节约时间、提高效率、保护环境和减轻劳动强度等诸多优点，近年来发展迅 速，被广泛应用于现代化作业中。 本文主要介绍了斯太尔后双桥粉粒物料运输车的改装设计说明，从整车的整体布 置选型到整车的性能分析都有着全面的介绍。通过对不同方案的研究比较与分析，对 粉罐罐体、进料装置、出料装置、流态化床、取力机构、气卸系统和辅助系统均进行 了详细设计与选型，并对其工作原理有着清晰的说明，以及其优缺点和成本亦有清晰 地对比介绍和分析，并对整车的性能进行了分析，在保证了本设计的先进性和实用性 的基础上也保证了设计的经济性。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 关键词：专用汽车；散装水泥罐；流态化床；粉粒物料运输。 iii abstract powder tanker shipping is the cement, coal, stone powder, chemical powder and other bulk powder of special vehicles. it has to reduce costs, save time, improve efficiency, protect the environment and reduce labor intensity, and many other advantages, the rapid development in recent years, is widely used in modern operations. this paper describes a powder material truck steyr shuangqiao after modification design specifications, from the overall layout of the vehicle selection and vehicle performance analysis have a comprehensive introduction. by comparing the different programs of research and analysis of the powder jars the body, feeding device, a feeding device, fluidized bed, take the power sector, gas discharge systems and auxiliary systems are carried out a detailed design and selection type, and its working principle has a clear description, as well as its advantages and disadvantages and costs are clearly described and analyzed to compare, and analyze the performance of the vehicle, in ensuring the design of advanced and practical but also on the basis of ensure the design economy. keywords: special purpose vehicle; bulk cement tank; fluidized bed; powder material transport. iv 目 录 摘要iii abstract.ii 第 1 章 绪论1 1.1 课题研究现状1 1.2 本课题研究的主要内容与技术路线6 第 2 章 总体方案的选择.7 2.1 罐体型式的选择.7 2.3 空气压缩机的选择.7 2.4 卸料装置的选择.8 2.5 取力器的布置9 2.6 本章小结.9 第 3 章 二类底盘的选型及总布置10 3.1 二类底盘的选型.10 3.2 总体布置的原则10 3.3 整车参数的确定13 3.3.1 装载质量和总质量的确定13 3.4 本章小结.13 第 4 章 罐体的总体结构和设计.14 4.1 罐体总成结构及工作原理.14 4.2 罐体的结构与外形尺寸设计.15 4.2.1 罐体的截面形状15 4.2.2 罐体封头的形状15 4.2.3 初步确定罐体尺寸及材料.15 4.3 罐体容积计算.15 4.3.1 罐体有效装载容积的计算.16 4.3.2 罐体扩大容积的计算16 4.3.3 罐体装载容积的计算17 4.3.4 气室容积计算17 4.4 流态化装置的设计.17 4.4.1 流态化装置的类型和结构17 4.4.2 多孔板的设计18 4.4.3 流态化元件选择18 4.5 流态化床主要参数计算.19 4.5.1.临界流态化床气流速度.19 4.5.2.流态化床面积 a.19 4.5.3.罐体最大空床截面积.19 4.5.4.粉料带出气流速度.19 4.5.5.最小空床截面积.20 4.6 进料装置设计.20 4.7 出料装置、卸料软管和卸压装置.21 4.7.1 出料装置21 4.7.2 卸料软管21 4.7.3 卸压装置22 4.8 罐体内部结构的设计.23 4.8.1 气室结构的设计23 4.8.2 中央气室长度的设计23 4.8.3 气化板宽度的设计23 4.8.4 流态化板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计23 4.8.5 封头部分流态化板尺寸设计23 4.9 罐体的材料选择.23 4.10 罐体厚度的计算.23 4.10.1 罐体的最小厚度23 4.10.2 厚度附加量24 4.11 封头设计.24 4.12 罐体支承座设计.25 4.13 本章小结.25 第 5 章 卸料装置的设计计算及选型.26 5.1 输送空气量的确定.26 5.2 输料管内径和气流速度的确定.27 5.3 流态化元件压力损失.28 5.4 本章小结.28 第 6 章 整车性能分析.29 6.1 汽车动力性能分析.29 6.1.1 基本参数的确定29 6.1.2 汽车最高车速的确定31 6.2 燃油经济性计算.32 6.3 整车轴荷分配计算.34 6.4 整车稳定性分析.34 6.4.1 空载质心高度的计算34 6.4.2 空载侧倾角的计算35 6.5 本章小结.35 参考文献.36 致谢37 附录38 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究现状 散装物料运输是指对粉末状、颗粒状、流态状等物质，无需采用任何包装措施， 而采用专用散装运输车进行运输。在所有散装物料运输车中，应用最广泛的是散装水 泥运输车。 近年来，粉粒物料运输车市场发展迅速。经过近几年的快速发展，世界粉粒物料 运输车行业已经形成一定的产业规模，相关粉粒物料运输车产业也日渐完善，但是国 内粉粒物料运输车市场还远未成熟，同发达的欧美国家相比，无论市场规模、产品档 次、品种规格、消费水平等方面都还有相当大的差距。随着市场经济的发展，粉粒物 料运输车技术水平、产品质量的提高，应用领域的不断扩展，我国的粉粒物料运输车 将会有巨大的市场需求和发展空间。 欧美发达国家自 30 年代就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，散装运输技术也有很大的发展，而我国散装运输起步较晚，60 年代 末期第一辆散装水泥车问世，随后相继出现了各种形式的散装水泥运输车、散装粮食 运输车、散装电石粉运输车、散装煤粉运输车等。自 70 年代以来，国内一些科研部 门和厂家在散装物料运输车的研制方面，特别是对散装水泥运输车的研究取得了可喜 的进展。我国散装水泥车经过三十余年的发展，已经成为成熟的产品。近年来，在产 品，在产品开发。架构改进方面出现了一是可喜的动向。如改进流态化元件、开发多 用途散装运输车、客服“单向性”，提高运输效果等 作为一种成熟的产品，国产散装水泥运输车在专业性能、专用功能正越来越接近 发达国家同类的水平。但散装物料运输车是一种对汽车进行改装的产品，汽车底牌、 空气机等配套件对产品质量影响很大，而且我国现有的设计、生产、管理方面与国外 惊醒比较，距国际水平还存在不少差距。 我国城市及公路建设发展迅速，汽车新政策、新标准及有关法规大量出台，促使 商用汽车向着更加有利于社会和经济可持续发展的方向发展，并带动劳碌运输业及建 筑业想着更加专业、集约、高校和环保方向发展。随之，专用汽车在国民经济发展中 的地位日益突出，货车专用化成为一种趋势。用户要求，专用汽车（包括专用货车和 专用作业车）不仅要性能好、效率高、运输量大、成本低，而且要符合新的法规要求， 为用户带来越来越多的经济效益，这已是大多数生产厂家的共识。 2 多年来，我国基础建设投入不断加大，带动了公路交通网络建设和城市现代化建 设的飞速发展。粉粒物料（尤其是水泥、面粉、煤粉等）作为重要生产资料和生活资 料，其运输总量不断扩大，运输方式也随着用户对车辆运输效率和低成本经营等要求 的提高而向着大型化、散装化、高效化方向发展，2001 年我国发布的（散装水泥发 展“十五”规划）更是将散装水泥运输的发展推向前沿。 目前，大多数专用汽车企业制造的粉粒运输车罐体均采用环焊缝连接，即钢板的 轮制方向与罐体的环向一致。参照压力容器的生产和经验，这种环焊缝罐体受力没有 问题，但罐体外焊缝的焊接却严重的制约着生产效率，并降低了整车的外观效果。 在专用汽车的设计中，许多工作是变形产品和系列化产品的设计，若采用传统的 二维设计不仅工作繁复而且易出差错，而使用现在通用的各种三维制图软件进行参数 化设计，往往可以达到事半功倍的效果 在南方气候潮湿的季节里，粉料物料运输车内粉粒物料在运输中受潮结块常有发 生。粉粒物料一般在三种状况下容易受潮：一是通过散装水泥船长距离运输的水泥， 因为船舱属非容器式密封罐，密封性差，在船靠岸后水泥通过吸送式管道输送到由进 料口装入受潮的水泥没有无法进料的问题，但运到目的地出料就成问题了，整个过程 经过了水泥厂到水泥船再到水泥运输车，多增加的一道输送环节，就加大了受潮结块 的机会；二是运送到火力发电厂的部分吸水粉煤灰易遇潮结块；三是运输过程中出现 的意外状况，如下雨时罐盖没有压紧而有雨水渗入等。结块大到一定程度，会有部分 散装落在流化床和两封头附近，更多的是聚集到最底部的出料口附近。容易造成出料 管道堵塞，而影响正常出料。此处所说的结块大部分是粉料的软结块团，并没有到班 结的地步，整个流化床尚能正常工作。 随着国内石油工业的蓬勃发展，各大油田基础建设项目日益增多，对水泥、矿粉、 碱、白灰、石粉等粉状和粉状物料的装载、运输和卸载生产运输任务十分繁重。然而 油田常用粉粒物料运输车存在卸料不净、运输效率低等诸多问题。因此，迫切需要一 种结构合理、技术先进、工作可口的粉粒物料运输车。承德石油高等科学科研人员与 唐山专用汽车公司于 2007 年合作研发了新型粉粒物料运输车。该车采用密封的罐体 结构，大大降低了粉尘对环境的污染，并对粉状和粉状物料具有较好的吹卸效果，在 石油行业具有良好的推广应用前景。 在工程实际中，许多物理模型受到的载荷往往不知一种，有时十分复杂。利用工 程仿真软件对模型分析计算，如何将复杂载荷简化处理，提高正确的载荷模型，使其 接近实际情况，就显得极其重要。因此，载荷施加的正确与否，将直接影响着计算结 果的成败。利用有限元分析软件 ansys 对散装水泥运输车进行分析设计，也是如此。 3 随着我国对基础建设投入的不断加大，水泥作为基础建设的重要物资，需求量越 来越大。市场对散装水泥运输车的需求也越来越大。早在上世纪 60 年代，我国就开 始了散装水泥运输车的开发研究工作。经过数十年的发展，已经开发出多品种、多样 式的散装散装水泥车。新结构、新技术也不断得以应用，大吨位的半挂式散装车型将 成为今后发展的主要趋势。 随着计算机辅助工程融入汽车设计过程的进程加快，有限元在产品设计阶段对模 型进行静态分析，有限元法是一种数值计算近似方法，以位移法为基础，采用离散化 思想，计算出哥哥单元的位移和应力。 半挂式散装水泥运输车主要由车架和罐体两大不凡组成，两者通常是焊接在一起 的。罐体由圆柱筒、过度锥筒、原封头、滑料板、隔仓板等组成。由于几何结构上的 复杂性，正确施加水泥载荷成为问题的关键。然而大量有关 ansys 分析的书籍和用 ansys 对散装装物料运输车进行有限元分析的文献并未给出类似载荷的施加方法。 鉴于此就很有必要提出一种载荷模型和载荷施加方法，以期在工程设计中处理类 似载荷时具有指导意义和参考价值。 随着市场对粉粒物料运输车需求量的增长，客户对产品性能要求的多元化是改装 车行业需要面对的重要问题。粉粒物料运输车罐体容积的不同要求是设计工作中最常 见、最繁琐的一部分。罐体容积的改变主要通过改变罐体锥段及斜圆柱尺寸来实现。 罐体锥段、斜圆柱下料尺寸的精准程度直接影响产品的内在质量及外观。锥段、斜圆 柱下料样板的制作水平决定了下料尺寸误差的可控性。 2003 年，商务部、公安部、建设部、交通部联合发布了（有关限期禁止在城市 城区现场搅拌混凝土的通知） ，确定了 124 个禁止现场搅拌的城市，2004 年国家七部 局又出台了（散装水泥管理办法） 。两个文件带来的结果是，我国粉粒物料原书车辆 产销连续几年快速增长。 粉粒物料运输车适用于粉煤灰、水泥、石灰粉、矿石粉、颗粒碱等颗粒直径不大 于 0.1mm 粉粒干燥物料的散装运输。主要供水泥厂、水泥仓库和大型建筑工地使用， 可以节约大量包装材料和装卸劳动。 相较于普通运输车辆，罐式车的技术含量更高，并且只有罐式半挂车公告内企业 能够生产此类车，而在罐式车中，粉粒物料运输车占了很大一把分比例。 客户在选择粉粒物料运输车时，最重要的要素就是罐体的容积。需要大容积的可 以选择两个仓，可以达到三四十立方。 其次，要看公告。因为罐式车在技术性能和安全性能等方面比普通的货物运输车 4 辆要高很多，所以必须有国家公共才能购买。目前在梁山，很多企业都没有公告。所 以客户在选购车辆时一定要查清楚这家企业的公告资源。 最后是质量。如果客户需要大容积的粉粒物料运输车，罐体可能有两个舱之间开 裂，容积内的粉尘会溢出来。 国内罐式汽车的市场现状分析：1.罐式汽车的市场现状分析：罐式汽车包括低 温液体运输车、粉粒物料运输车、粉粒食品运输车、化工液体运输车、混凝土搅拌运 输车、沥青运输车、散装水泥车、液化气体运输车、运油车等。常见的有油罐式汽车、 散装物罐式汽车等。 从我国罐式汽车产销状态看，罐式汽车具有较好的市场发展环境和发展势头。目 前我国罐式汽车市场年需求在 4 万辆以上，其中油料运输、建筑工程和水泥运输、化 工产品运输在我国发展在我国发展势态较好。 从 2006 年至 2008 年全国罐式汽车产销看，2006 年到 2007 年产销幅较大，分别 为 44%和 46%，2007 到 2008 年增幅较为平稳。 2罐式汽车发展的机遇与方向：宏观经济环境拉动着市场需求，为我国物流运 输汽车的发展提供了新的机遇。 罐式汽车的发展方向是：发挥我国现有在大吨位罐式汽车设计和加工的优势，对 原有产品进行性能优化，巩固市场占有率，继续保持也太视频运输车的生产优势，大 力推进油罐式汽车产品的市场开拓。在液化石油气罐式汽车的基础上，想起他介质罐 式汽车产品拓展，特别是低温系列液氮、液氩、液氧等气体运输车。罐式汽车主要发 展压力和常压两大系列。一是压力罐式汽车在现有的液化石油气，丙烯、苯酚、环氧 乙烷运输车的基础上，想低温、超高压、高附加值的方向发展。加快开发如：液氨、 二硫化碳、液氧、液氩等低温介质、天然气等超高压介质的液态低温高压运输车。二 是常压罐式汽车在现有的加运油车、液态食品运输车、洒水车、吸污车、散装物料运 输车、散装水泥运输车等产品的基础上，重点向有色金属方向发展，积极贯彻和实施 差您轻量化的设计、制定理念。有效抑制罐式汽车的产能过剩，优化罐式汽车的使用 环境。 二.选题目的和意义:本课题的选择充分考虑了研究课题对汽车车辆工程专业学生 学习和工作的指导作用，对本课题的研究能够使学生了解专用汽车改装设计方法，通 过本课题的研究学生可以完成理论课程的实践总结，获得一定的工程设计工作方法 专用汽车系列产品的设计，多数是在定型产品结构的基础上，变化其统计即主要 是相应的罐体锥段的长宽尺寸，就可设计出衍生的并行产品。为适应市场变化，满足 客户需要，提高衍生变形产品的设计效率，从而更好地提升产品的质量，需要一种简 5 易边界的应用软件，而采用 eccel 软件中的函数计算功能即可得以实现。 技术路线图 图1.1 技术路线图 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多优点。但对 于颗粒粗、比重大、含水量高、流态化性能差的粉料。用普通卧式粉料运输车就无法 达到预期目的，如石灰粉、铁粉等就必须用举升式粉料运输车才能完成装、运、卸任 务。举升式粉料运输车在装料和行驶时，罐体中心线处于水平位置；卸料时举升机构 将罐体前段升起，与地面没有一定夹角，在运用气力输送方式有效的将罐内粉料排除。 正是这种举升功能使得罐体结构简化，大大提升罐体的有效装载容积和对介质的适应 调研和收集资料 选择二类汽车底盘 进行发动机、离合器、变速箱、 传动轴、驱动桥以及车轮的选型 进行汽车动力性、经济性、稳定 性校核 进行罐体结构、流化床、取力器及传动 系统、送料系统、罐体与底盘连接结构等的 设计与校核 绘制 cad 零件图、装配 图 完成设计说明书 进行发动机、离合器、变速 箱、传动轴、驱动桥以及车轮的 校核 不 合 理 6 性，最大限度地发掘粉料运输车的运输潜力。 通过此次作业，可使我对专用车的改装有更好的了解，也对各种汽车在不同用途 时的改装有了更好的掌握，在以后的工作中可以更好的完成有关专用车的改装，维修 等。 1.2 本课题研究的主要内容与技术路线 设计主要内容及分析、校核： 1、进行底盘的选择； 2、根据设计总成进行汽车动力性、经济性、稳定性校核，实现整车的优化匹配； 3、进行罐体结构、流化床、硫化和送料动力系统、送料系统、罐体与底盘连接 结构等的设计与校核； 4、绘制设计车辆的总图和上述部分的结构装配图、零件图。 本课题研究的主要技术路线如图 1.1 所示。 7 第 2 章 总体方案的选择 2.1 罐体型式的选择 粉粒物料运输车按其罐体型式不同可分为立式粉罐汽车、卧式粉罐汽车、举升式 粉罐汽车。 立式粉粒物料运输车的罐体中心线呈铅垂防线，车辆可载一个或多个立式罐。立 式罐汽车适用范围广，能用于粉料、颗粒料等多种粉粒物料的散装运输。但整车质心 教高，采用多个罐体时结构复杂，制造成本也较高。 卧式粉罐汽车是目前使用最为广泛的一种罐式车型。其特点是罐体中心线呈水平 方向，罐体可以是单个仓，也可以分隔两个仓。若罐体内的流态化床与水平面成一个 倾角，称为内倾卧式粉罐汽车。若罐体中心线与水平面成一个不大的倾角，则为外倾 卧式粉罐汽车。卧式粉罐汽车仅在出料口处设置流态化床，卧式粉料物料运输车具有 结构简单，操作方便，卸料性能稳定和质心低的优点，但适用性受到限制，一般仅用 于流态化性能较好的散装粉料运输。 举升式粉罐运输车在装料和行驶时，罐体中心线处于水平位置，卸料时举升机构 将罐体前端升起，成倾斜状态。举升式粉料物料运输车的灌内底部通常仅在出料口处 设置流态化床，卸料时罐体呈倾斜状态，粉料在重力的作用下自动下滑，集中到出料 口后卸出。所以，罐体内部结构简单，容积效率高，适用范围广，常用来装运流态化 8 性能差的粉料，但由于增加了举升机构，使用，维修复杂。 综上所述，本设计中选择双锥内倾卧式粉罐，如图 2.1 所示。 图2.1 双锥内倾卧式粉罐结构图 2.3 空气压缩机的选择 散装水泥运输车使用的空气压缩机应满足下列要求: （1）具有的流量和压力与罐体的容积相适应； （2）在空气压缩机的压力-流量特性曲线图上，当压力变化时，流量变化应很小； （3）在空气压力不变的情况下应有稳定的空气流量； （4）排出的压缩空气应无油、无水、无杂质； （5）体积小，质量轻，便于安装，能连续运转 1h，工作可靠，使用寿命长，维 修方便等 常用的空气压缩机有回转滑片式和摆杆式两种。摆杆式空气压缩机相比回转 摆杆式空气压缩机具有体积小、排量大、排出气体洁净无油的优点，遂本设计产 品采用摆杆式空压机。 根据以上要求，结合生产实际并参考市场同类产品，选择由青岛镇兴泰克机械有 限公司生产的 vs 230-10 型空气压缩机。无润滑摆动式空气压缩机属容积式回转类的 一种。根据四连杆的曲柄连杆机构原理，通过驱动轴（轮）带动曲柄旋转，使转子作 90 度往复摆动，周期性改变汽缸内工作容积，从而实现连续吸气、压缩、排气，汽 缸中四个工作腔利用密封条互相密封，缸中运动件接触面间润滑由密封条自身润滑， 不用加油，排出的压缩空气纯洁无油，对粉料无污染；并且该机结构独特，性能可靠， 具有体积小、重量轻、耗能低、振动小、排气量大、维修方便等特点。因此，非常适 合用做气卸装置的气源。其技术参数如表 2.1 所示。 表2.1 vs 230-10型空压机参数 排气量 m /min 3 10 公称排气压力 mpa0.2 轴功率 kw25.5 9 最高转速 r/min900 连续运转时间 min60 吸气温度 c 40 排气温度 c 200 润滑油温度 c 70 机器重量 kg199 2.4 卸料装置的选择 出料装置有上吸式和下排式两种形式： （1）上吸式出料装置具有卸料平顺，吸嘴高度可以调节，不易产生堵塞等优点， 目前应用较广。 （2）下排式出料装置具有结构简单，维修方便，节约罐体有效容积等优点，但 易产生堵塞。出料口开设在罐体下部中央的多孔板和罐体壳上，与出料管的一端焊接。 2.52.5 取力器的布置 除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠和特殊的要求而配备专门动力驱动 外（例如部分冷藏汽车的机械制冷系统） ，绝大多数专用汽车上的专用设备都是以汽 车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器，用来驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、 轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车等诸多专用汽车配 套使用。 根据取力器相对汽车底盘变速器的位置，取力器的取力方式可分为前置、中置和 后置三种基本型式。本设计选用中置式的变速器侧盖取力。 由于在设计变速器时已考虑了动力输出，因而一般在变速器的侧面都留有标准的 接口，也有专门生产与之配套的取力器厂家，因此这种取力器较常用 2.6 本章小结 本章确定了整车总体设计方案，即为设计一种采用摆杆式空气压缩机和上吸式气 卸式散装水泥运输改装车。通过比较立式粉罐汽车、卧式粉罐汽车、举升式粉罐汽车 和斗式粉罐汽车的罐体的结构特点选定双锥卧式罐体。 10 第 3 章 二类底盘的选型及总布置 3.1 二类底盘的选型 目前，改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类底盘，也有为某些专用汽车设 计的专用底盘。专用汽车底盘选型的好坏对专用汽车性能影响很大。汽车底盘的选择 或设计专用车底盘主要根据专用汽车的类型、用途、转载质量、使用条件、专用汽车 的性能指标、专用设备或装备的外形尺寸、动力匹配等来决定。 目前我国对常规的罐式车通常采用二类底盘改装设计。所谓二类底盘，是指在基 本型整车的基础上去掉货箱。根据产品的可靠性大多选用大品牌的底盘车辆，故本设 计中选用华菱星马牌重卡 290 马力 6x4 散装运输车。 二类底盘的具体参数如表 3.1 所列。 表3.1 运输车具体参数列表 华菱星马牌重卡 290 马力 6x4 散装运输(ah5240gfl) 11 基本信息基本信息 公告型号：ah5240gfl 类型： 专用卡车 驱动形式：6x4 轴距：5225+1350mm 车身长度： 10.93 米 车身宽度： 2.5 米 车身高度： 3.8 米 轮距：2065/1860mm 前悬： 1.37 米 后悬： 2.99 米 整车重量： 14.805 吨 最大总质量： 24 吨 额定载重： 9 吨 最大载重： 0 吨 牵引总质量： 0 吨 最高车速：90km/h 最小转弯直径：0m接近角： 25 度 离去角： 10 度 产地： 马鞍山市 吨位级别： 重卡 备注： 罐体有效容积为 22.5 立方米；罐体 直段长 7450mm，直径为 2190mm。运 输介质为木 货箱参数货箱参数 货箱(斗)形式： 罐式 货箱(斗)长度： 0 米 货箱(斗)宽度： 0 米 货箱(斗)高度： 0 米 货箱(斗、罐)体 积： 22.5 立方米 发动机发动机 查看本车型发动机详细数据查看本车型发动机详细数据 发动机型号： 潍柴 wp10.290 汽缸数：6 燃油种类： 柴油 汽缸排列形式： 直列 排量：9.726l排放标准： 国 iii 最大输出功率：213kw马力： 290 马力 扭矩：1160nm 最大扭矩转速： 12001600 压缩比： 驾驶室参数驾驶室参数 卧铺尺寸：0mm准乘人数： 3 人 12 座位排数： 1 排 变速箱变速箱 查看本车型变速箱详细数据查看本车型变速箱详细数据 变速箱型号： 法士特 9js119 变速箱形式： 手动 变速箱档位数： 9 个 变速箱油容量： 12.5 升 底盘底盘 前桥型号：前桥形式： 前桥允许载荷：6500kg后桥型号： 后桥形式： 后桥允许载荷： 17500kg 最终传动比：悬挂形式： 弹簧片数：9/12 减震器： 轮胎轮胎 轮胎形式：轮胎数： 10 个 轮胎规格：11.00-20 油箱油箱 油箱容量： 纠错 0l 全负荷最 低燃油耗 率： 190g/kw.h 发动机净重： 1000kg 发动机尺 寸： 1288x817x1121mm 压缩比：16.4：1 一米外噪 音： db 汽缸行程： 156mm 汽缸缸径： 123mm 每缸气门数： 0 点火次序： 1-5-3-6-2-4 进气形式：增压中冷 驾驶室参数 准乘人数： 3 人卧铺尺寸： 0mm 座位排数： 1 排 离合器 形式： 430mm 拉式膜片 弹簧离合器 材质： 13 3.2 总体布置的原则 总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件，使取力装置、 专用工作装置、其它附件与所选定的汽车底盘构成相互协调和匹配的整体，达到设计 任务书所提出的要求， （图 3.1 为气泄粉罐车整车结构图）布置时应按照以下原则： （1）尽量避免变动汽车底盘各总成位置； （2）尽量满足专用工作装置性能的要求，充分发挥专用功能； （3）必须对装载质量，轴荷分配等参数进行估算和校核； （4）应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷； （5）应尽量减少专用汽车的整车整备质量； （6）应符合有关法规的要求。 图3.1 气卸粉罐车整车结构图 3.3 整车参数的确定 3.3.1 装载质量和总质量 a m 的确定 初步选定的总质量为 25000kg,整备质量为 14070kg，额定装载质量 10800kg。 3.4 本章小结 本章选定了二类地盘,二类底盘对其参数做了详细介绍，介绍了二类地盘的总体 布置原则,选定了整车的总质量参数,整备质量和额定装载质量。 14 第 4 章 罐体的总体结构和设计 4.1 罐体总成结构及工作原理 卧式罐体一般是由圆柱体、斜锥体、椭圆封头、多孔板、滑料板几部分组成，见 图 4.1。依据对罐体装载量、罐体整体尺寸的要求，通过试算罐体有效容积，可基本 确定罐体的外观尺寸。 图 4.1 罐体结构图 卧式罐气力卸料原理简图。如图 4.2 卸料时，压缩空气经进气气管 10 进入气室 7，穿过流态化装置 11 后到达粉料颗粒之间，使粉料流态化；当罐内压力上升到 196kpa 时，打开卸料阀 4，粉料在罐内压力作用下经卸料管 3 排出。 15 1-吸嘴；2-调节螺母；3-出料管；4-蝶阀；5-二次进风装置；6-卸料管接头；7-气室； 8-滑料；9-罐体；10-进压缩空气管；11-流态化装置； 图4.2 卧式罐气力卸料原理简图 4.2 罐体的结构与外形尺寸设计 4.2.1 罐体的截面形状 罐体的截面形状是降低车辆质心的主要措施，它要根据整车的总体布置、选型协 调、质心高度、装运物品的种类等因素，选用适合某种罐式汽车的最佳截面形状。 由于圆形截面罐体表面积最小，材料最省，容积效率最高，容器壁中的拉应力最 小，刚性好，特别适合高压罐体，工艺性好，所以本设计选用圆形截面7。 4.2.2 罐体封头的形状 罐体的封头有椭圆形、蝶形、锥形、平板形 4 种形式。 椭圆形封头和蝶形封头的受力情况最好，质量小，国家已有标准的封头系列，就 用最广泛，所以本设计选用椭圆形封头。 4.2.3 初步确定罐体尺寸及材料 根据设计书的设计要求，结合生产实际中对长距离大质量运输的要求及参考国内 外同类产品及材料性能，初步设计圆柱筒体和封头材料选择 16mnr，罐体圆柱部分 长为 7041mm，直径为 1840 mm。根据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 400mm. 4.3 罐体容积计算 罐体总容积 v 总 容 积 为 罐 体 壳 所 包 容 的体 积。双锥内倾卧式罐体，总体积 v 为图柱筒体积v1 1 v 、直角斜锥筒容积 v2和封头容积 v3之和，即 123 vvvv (4.1) 16 (1)圆柱筒体容积 1 v计算 2 111 2vr l （ 3 m） （4.2) v1=23.141.1171.1171.281 3 m v1=10.037 3 m 式中 1 r圆柱筒体内壁半径（m） ； 1 l圆柱筒体长度的 1/2（m） 。 (2)斜锥筒体容积 2 v计算 两端斜锥筒体容积相等，则 v2=2/3（r12r22r1 r2) l2 =2(3.14/3)(1.1171.1170.9850.985+1.1170.985)2.244 =15.474 m3 （4.3） 式中 1 r、 2 r分别为斜锥筒体大、小端内壁半径（m） ； 2 l单个斜锥筒体长度（m） 。 (3)椭圆封头容积 3 v计算 封头有半球形、椭圆形、蝶形等几种。椭圆形封头有半个椭圆壳体和一段短圆柱 筒体组成，两封头容积相等。则 v3=2(r22 l3+2/3r22 l4) =2（3.140.9852 0.0192/33.140.9852 0.398) =2.774 m3 （4.4） 式中 3 l短圆柱筒体长度（m） ； 4 l封头长度，即椭圆短轴之半（m） v=28.285m3 17 4.3.1 罐体有效装载容积的计算 有效装载容积指用于装载粉料的罐内容积，用下式计算 （4.5） e a s m v p 式中 罐体的标定装载质量（kg） ； e m ps粉料的堆积密度（kg/） 。 3 m va= me/ ps=10930/450=24.28 m3 4.3.2 罐体扩大容积的计算 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，装料时也需要流 出这部分空间。在上部流出的空间称为扩大容积，按下式确定： vb=kbva （4.6） 式中 扩大容积系数，通常取为 0.10.2。取 0.1 a k a k vb =0.124.28=2.428 3 m 4.3.3 罐体装载容积的计算 有效装载容积与扩大容积之和叫做装载容积，即气体分布板和滑料板以上的罐内 容积 vd=va+vb =26.708（4.7） 3 m 4.3.4 气室容积计算 vc=v-va-vb=1.55m3（4.8） 4.4 流态化装置的设计 流态化装置又称流态化，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技能。流态化装置的作用：一是与滑 料板、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。 4.4.1 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型流态化装置。 双锥内倾式罐体所采用的复合型流态化装置的结构如图 4.3 所示。它由滑板、支 承架、多孔板、流态化元件、压板等组成。 18 滑料板与罐体构成气室壳体，多孔板置于其上构成气室。滑料板与罐体的母线平 行，多孔板向罐体的出料口倾斜。流态化元件被压条压在多孔板上，用螺栓将压板、 流态化元件和多孔板三者固定在一起。这样便形成了完整的流态化装置。 1-罐体；2-滑料板；3-支承架；4-流态化装置；5-多孔板；6-流态化元件；7-压板；8-螺栓 图4.3 复合型流态化装置图 4.4.2 多孔板的设计 多孔板的作用是支承流态化元件及其上面的粉料，保证压缩空气均匀穿过。多孔 板与水平面的夹角一般取粉料静态安息角的 1/3，常取 1015，此角度越大，卸料 速度越快，但角度过大，容器的空间利用率越小。根据经验，选择该角度为 10。多 孔板常采用 4mm 厚的钢板制造，上面均匀分布直径为 2030mm 的孔，孔距大小与 孔数多少以有利于均匀布气、支承强度和节约钻孔工时来确定。多孔板沿罐体全长布 置,图 4.4 为多孔板结构示意图。 图4.4 多孔板结构示意图 （孔径为20mm，孔距为80mm） 4.4.3 流态化元件选择 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，故又称气体分布 板。对其要求是： （1） 具有一定的透气阻力，并且随气流速度的增加阻力急骤增加。 19 （2） 孔隙适宜，分布均匀，布气分散高度，受粉料层厚度影响少。 （3） 只能透过气体，不能通过粉料，吸湿性和附着力低，表面光整平滑，易 于 粉料流动，长期使用不易堵塞，并且易恢复透气性。 （4） 有一定的强度，耐磨、耐温、耐腐蚀，物理化学性质稳定。 流态化元件的材料分为软、硬两类。硬质材料虽然刚性好，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，故很少采用。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、价格便宜等 优点。用化纤维经过特殊编织的帆布，在我国已有生产，它透气性好，阻力高，不易 受潮。 因此可采用有涤纶帆布编织而成的软质流态化元件。 4.5 流态化床主要参数计算 4.5.1.临界流态化床气流速度 f v (m/s) (4.9) 1.820.94 3 0.880.06 () 4.08 (10 ) ssg f g d v 式中 粉状石墨的颗粒直径， s d 6 88 10 m 颗粒真密度，粉状石墨灰为 3200kg/； s 3 m 气体密度，空气取为 2.75kg/； g 3 m 气体的动力粘度，一般取为 0.0218pa s； 那么粉状石墨的临界流态化气流速度为： m/s f v 60.94 0.880.06 88 10(32002.75) 0.009 0.02182.75 1. 82 （） 4.5.2.流态化床面积 a 流态化床面积的大小与流态化床结构形式、罐体形式和尺寸、所装粉料的性质有 关，其中起主要作用的是粉料的临界流态化速度。故流态化床的面积应满足以下要求： (4.10) f q a v 式中 q气体的流量； 粉料临界流态化速度。 f v 20 m2 7.5 833.3 0.009 f q v 4.5.3.罐体最大空床截面积 max a 对于粉状石墨， =1.85q （4.1 max a 1） 式中 q空气流量 (m3/min) max a=1.85q=1.85 7.5=13.875 m2 4.5.4.粉料带出气流速度 t v 粉料带出气流速度即粉料开始形成稀相流态化床时的气流速度(大于 )。若气流 t v 速度达到此值，床层的稳定操作行为将急剧偏离理想行为，导致操作失常。 可按下 t v 式计算： (m/s) (4.12) 1 22 3 () 4 225 sg t g g vds 式中 g重力加速度，g=9.81m/。 2 s 粉状石墨的带出气流速度 为： t v 1 22 3 6 3 4(32002.75) 9.81 88 10 2252.75 0.0218 10 t v =0.58m/s 4.5.5.最小空床截面积 min a 最小空床截面积出现在罐体顶部的某一位置，即流态化床顶。在床顶的气流速度 不能超过 ，否则会导致稀相床出现。最小空床截面积可以用下式计算： t v =0.216m2 (4.13) min a 60 t q v 7.5 60 0.58 即最小空床截面积为： =0.216m2 min a 21 4.6 进料装置设计 粉料车上的装料口有两个作用，一是装粉料入罐，二是维修时作为入孔，装料口 的直径大多在 400500mm 之间，本设计选取 500mm。 进料装置由进料口盖、密封圈、锁紧装置和进料口等组成。按密封方式可分为外 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，如图 4.5 所示。 1-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4.5 进料口盖 内压自封式装料口的承压面为球面板，装料口盖关闭后，球面板便与唇状密封圈 贴合，当气压卸料系统工作时，唇状密封圈在罐内压缩空气的作用下进一步紧压在球 面板上，形成可靠的环形密封带，在装料口座与球面板所形成的楔形及密封圈唇边的 综合作用下，罐内的气压越高，装料口盖的密封性越好，一般情况下，只要罐内的气 压达到 49kpa，即可实现可靠的密封9。 4.7 出料装置、卸料软管和卸压装置 4.7.1 出料装置 出料装置有上吸式和下排式两种形式。由于本设计是举升式气卸粉罐车，卸料时 举升后状态与立罐相似，所以选用下排式出料装置。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 4.7.2 卸料软管 如图 4.6 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 2 3 4 5 22 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4.6 卸料软管 4.7.3 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 4.7 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。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-滤芯 2-卡箍 3-卸压管 4-卸压球阀 7 1 2 3 4 5 4 1 6 1 2 3 4 23 图 4.7 卸压装置 4.8 罐体内部结构的设计 4.8.1 气室结构的设计 采用两个气室的结构，即中央气室和两侧的气室。中央气室位于罐体的中间部位 （出灰口设置于中央气室处） ，设置单独管道对中央气室供给压缩空气，该结构两侧 气室相通，结构对称公用同一管道输送压缩空气。 4.8.2 中央气室长度的设计 中气室的长短影响剩灰率和罐体的有效容积。增加中央气室的长度，剩灰率会相 应的增加，罐体有效容积增加，减小中央气室的长度剩灰率降低，罐体有效容积减小， 整个罐体质心增高，依据实践经验确定该散装水泥车罐体的中央气室的长度为 11915mm。 4.8.3 气化板宽度的设计 气化板的宽度影响罐体的剩灰率和有效容积，增加气化板宽度，剩灰率增大，罐 体有效容积增大，减小气化板宽度，剩灰率减小。整个罐体质心增高，国内生产的散 装粉粒物料运输车车气化板宽度一般在 500600mm 之间，这里取气化板宽度为 600mm。 4.8.4 流态化板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计 罐体内大部分粉煤灰是在重力作用下通过流板集中于透气层上，然后由透气层输 送到出料口，一般粉煤灰的的静止休止角为 4045，取 40。气化层的倾斜角度为 610，这里取 10。 4.8.5 封头部分流态化板尺寸设计 封头部分流板折边底线的形状以及流板斜边边缘的形状都为不规则曲线，难以计 算。比较简单可行的办法是在试制过程中根据所采用的封头确定其流板各部的尺寸， 然后制作成样板进行加工。 4.9 罐体的材料选择 普通碳素钢的机械性能好，有足够的强度、韧性和良好的工艺性，价格便宜，是 目前制作罐体的最常用的材料。本设计中的罐体部分采用普通碳素钢为制作材料。 4.10 罐体厚度的计算 4.10.1 罐体的最小厚度 对于薄壁容器，为了满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求，根据 工程实践经验，规定了不包括腐蚀余量的圆筒最小厚度。对于普通碳素钢，当内径 24 时，其最小厚度由以下经验公式确定：3800dmm (mm) （4.21） min 2 1000 d s 即有 mm min 22 2200 4.4 10001000 d s 4.10.2 厚度附加量 罐体的厚度附加量 c 包括钢板或者钢管的厚度负偏差和腐蚀余量。即 1 c 2 c 12 ccc （4.22） 当不大于