斯太尔后双桥粉粒物料运输车改装设计

本科学生毕业设计 粉粒物料运输半挂车改装设计 系部名称： 汽车工程系 专业班级： 车辆工程 B07-8 班 学生姓名： 朱宏鹏 指导教师： 齐晓杰 职 称： 教授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Powder materials transport semi-trailer design modifications Candidate：Zhu Hongpeng pecialty： Vehicle Engineering Class： B07-8 Supervisor： Prof. Qi Xiaojie Heilongjiang Institute of Technology 2011-06HarBin I 摘 要 粉粒物料运输车是采用压缩空气使运输的粉粒物料流态化后，通过管道输送到 一定距离和高度，用于运输如水泥，面粉，滑石粉，煤粉等的罐式汽车。研究粉料 散装运输可以提高运输效率，节约运输费用，降低产品成本，同时能实现装运卸贮 机械化。 本课题以气卸散装粉煤灰车为具体研究对象，文中介绍了气卸散装粉煤灰车的 发展现状，确定了承载粉煤灰的吨位并对汽车底盘进行选型及总体布置，对其罐体 进行设计计算，其中包含流化板、多孔板、罐体支承装置的设计以及对罐体有效容 积进行计算。 利用止推板和连接支架对罐体总与二类底盘进行了连接并固定，通过焊接方法 保证了罐体和罐体支承座的连接。最后对整车性能进行了分析，应用 CAD 软件建立 整车装配、罐体总成及相关零件模型。 关键词：粉粒物料；二类底盘；粉煤灰；气卸装置；改装设计 II ABSTRACT The powder tanker of gas unloading take a significant roles in special vehicle. To study and design the powder tanker of gas unloading can improve the level of mechanization of loading and save labor, reduce labor intensity and lower construction costs. So, researching and designing the powder tanker of gas unloading has a very important practical significance in practical. The cement tanker of gas unloading was as specific subjects in this text. The text expound the cement tanker of gas unloading development of the special vehicle, identified the tonnage of cement which carrying , to the second underpan design the tank, which includes flow of plates, porous panels, tank support and calculate the effective of tank volume. Thrust plate and connect plank is used to fix the tank with a car, through various means such as welding tank and ensure the tank connection with support saddle. Finally, analysis the vehicle performance , Application of CAD software to establish vehicle assembly, the tank model and related spare parts. Key Words： Silt material ；the second unperpan；Flyash ；Gas Disposal Plant；Design Modifications III 目 录 摘 要I Abstract.II 第 1 章 绪 论1 1.1 研究现状.1 1.2 选题目的.3 1.3 意义.3 1.4 主要内容和技术路线.3 第 2 章 总体方案的选择.5 2.1 牵引车的的选择 5 2.2 罐体型式的选择 5 2.3 空气压缩机的选择 6 2.4 卸料装置的选择 6 2.4.1 卸料方式分类.6 2.4.2 出料装置方案的选择.6 2.5 本章小结 6 第 3 章 半挂车的选型及总布置7 3.1 半挂车的选型 7 3.2 总体布置的原则.9 3.3 整车参数的确定10 3.3.1 装载质量和总质量的确定 10 e m a m 3.3.2 尺寸参数的确定10 3.4 本章小结 .11 第 4 章 罐体的总体结构和设计.12 4.1 罐体总成结构及工作原理 .12 4.2 罐体容积计算 .12 IV 4.2.1 总容积 V 12 4.2.2 有效装载容积计算13 4.2.3 扩大容积计算13 4.2.4 装载容积计算13 4.2.5 气室容积计算13 4.3 流态化装置的设计 .13 4.3.1 流态化装置的类型和结构14 4.3.2 多孔板的设计14 4.3.3 流态化元件选择15 4.4 流态化床主要参数计算 .15 4.5 进料装置设计 .18 4.6 出料装置、卸料软管及卸压装置的布置 .18 4.6.1 出料装置18 4.6.2 卸料软管18 4.6.3 卸压装置18 4.7 罐体内部结构的设计 .19 4.7.1 气室结构的设计19 4.7.2 中央气室长度的设计19 4.7.3 气化板宽度的设计19 4.7.4 流态化板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计19 4.8 罐体的材料选择 .20 4.9 罐体厚度的计算 .20 4.9.1 罐体的最小厚度20 4.9.2 厚度附加量20 4.10 封头设计 21 4.11 罐体支承座设计 22 4.11.1 支承座的截面形状及尺寸.22 4.11.2 支承座的前端形状及安装位置.22 4.11.3 罐体支承座的固定.22 4.12 本章小结 23 第 5 章 气卸及输料装置的设计.24 5.1 空压机选择 .24 V 5.2 输料管设计 .24 5.2.1 输料管内径和气流速度的确定24 5.2.2 输送系统的压力损失 25 5.3 气压控制系统的设计 .27 5.4 本章小结 .28 第 6 章 整车主要性能参数的计算.29 6.1 动力性计算 .29 6.1.1 发动机的外特性29 6.1.2 计算各档位是的系数 A、B、C1、C2和 D 值 29 6.1.3 动力性评价指标的计算29 6.2 燃油经济性计算 .32 6.3 静态稳定性计算 .33 6.4 本章小结 .34 结 论.35 参考文献.36 致 谢.37 附 录.38 附录 A 外文资料.38 附录 B 外文资料中文翻译.43 黑龙江工程学院本科生毕业论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 研究现状 专用汽车是指装置有专用设备、具有专用功能、用于承担专门运输任务或专项 作业以及其他专门用途的汽车。专用汽车是相对于普通汽车而言的。普通汽车的用 途比较广泛，成为基本车型，而专用汽车只要是在基本车型的基础上装设专用车身 或用来完成某种货物装运的容器以及完成某种作业项目的装备的汽车。 按照 GB/T 173502009专用汽车和专用挂车术语、代号和编制方法的规定， 将我国的专用汽车划分为厢式汽车、罐式汽车、专用自卸汽车、起重举升汽车、仓 栅式汽车和特种结构汽车六大类。 美国和西欧是最早发展专用汽车产品的国家，在日本和前苏联等国家第二次世 界大战后也得到了发展。20 世纪 70 年代末，汽车工业遇到了世界范围的萧条和滞 销，发展专用汽车成了当时各个国家摆脱危机的救命稻草，于是专用汽车就在世界 范围内发展了起来。进入二十一世纪后随着世界各个国家的国民经济的增长，对汽 车的专业化、高速化、重型化的要求越来越明显，世界各国对专用汽车的需求逐年 增加。专用汽车占载货汽车市场的半壁江山。 国外专用汽车的发展趋势为，（1）专用汽车重型化趋势：近年来国外专用汽车 的产量明显以重型居多，其原因主要是重型专用汽车经济效益好喝重型车功率大、 强度高，有中小型专用车无法替代的有点。（2）散装水泥车的列车化趋势：为了提 高散装水泥车的卸料能力，国外进行了卓有成效的流态化原件的研究，使卸料速度 达到 1.51.8t/min。（3）一车多用化的趋势：为提高专用汽车的适应性，以满足 各种特殊需要，有趋势表明国外正在谋求专用汽车的一车多用化，使专用车功能油 单一向多功能发展。（4）专用底盘专业化趋势：国外不少汽车厂专门从事专用汽车 底盘的生产，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。 （5）新材料、新技术和微计算机的应用：近年来，国外专用汽车厂逐步重视新材料、 新技术在专用汽车上的应用，如采用 GRP 替代金属材料制造冷藏车箱体，具有强度 高、质量轻、寿命长等优点，应用广泛。 我国专用车起步于 20 世纪 50 年代末 60 年代初，早期主要侧重于应用。虽然应 用较早单全面发展始于 20 世纪 80 年代，比发达国家晚了近 30 年。经过 20 余年的 发展，我国专用汽车已经具有一定规模，特别是近年来，我国专用汽车发展迅速。 2 专用汽车呈现出向箱式化、重型化、智能化、高档化。多级化发展的趋势，其中表 现比较明显的是：普通货物运输箱式化。专用汽车运输重型化、列车化，货物运输 专业化；特种用途车辆发展迅速。 近几年我国专用汽车有如下特点。1、专用汽车生产企业逐年增加。2、专用汽 车产量占当年载货汽车产量的比例逐年提高。3、改装厂改装的专用汽车与主机厂生 产的专用汽车取得同步增长。4、主机厂在重视生产普通自卸车和半挂汽车、列车的 同时，更加重视专用功能较强的专用汽车的开发和生产，并使其产量大幅度提高。 与外国同行相比，中国专用汽车还存在一些问题，主要表现为：（1）科技含量 不高，产品附加值低：国产专用汽车主要分布在自卸车、牵引车、厢式车、罐式车、 起重机等中、抵挡车领域，具有结构简单、功能单一、可靠性差、成本较高等缺点。 （2）产品质量不高，可靠性差：我国专用汽车上装的关键件总体水平不太高，如液 压件、泵类、阀类、控制仪表等现在还未达到较高的技术水平，制约了高水平专用 车的开发生产。（3）专用汽车品种少，难以满足各种需要：目前，国内总质量 30t、功率 224kW 以下自卸车、厢式车、罐式车、半挂牵引车等运输类专用汽车底基 本可以满足市场供应，但是一些技术含量较高、结构复杂、批量较小的作业类专用 汽车底盘，只有少量供应（4）专用汽车底盘资粮匮乏：专用底盘的匮乏是长期困扰 我国专用汽车发展的主要问题。（5）产结构不合理：国内专用汽车生产存在散、乱、 差等问题。机械化程度低，手工作坊式的生产厂多，产品治疗参差不齐，在生产工 艺工装方面，缺少规模的技术制造，工人水平低，限制了产品的质量单词的提高， 制约了专用汽车的发展。 我国专用汽车面临的有利条件：（1）我国国民经济的长期、快速、稳定发展为专用 汽车的发展带来很大的机遇。（2）“十五”期间，国家加大了对基础设施建设的投 入力度。（3）北京举办 2008 年奥运会，已经为建筑用车、市政用车、物流用车等 专用汽车提供一个巨大的市场平台。（4）加入 WTO 后，我国关税和非关税措施逐步 取消，将引起农业产品结构的很大变化，农产品将逐步由粮食作物生产向农作物向 加工农副产品过渡。(5)我国城镇建设和城市生活服务设施需要大量专用汽车（6） 能源、交通、国防、市政、医疗等各行业都在寻求新的发展和突破，其中按需装备 先进的专业运输车辆和作业车辆时最为重要的物质手段（7）从 2000 年开始，我国 公路基础设施建设投资每年在 3000 亿元以上（8）2004 年国家汽车产业发展政策 的颁布，为营造良好的专用汽车市场环境发挥了积极地作用，对汽车行业产生了巨 大的影响。（9）从价格走向分析，入市以来，我国专用汽车市场逐渐走向了国际化。 3 1.2 选题目的 1.节省劳动力，降低装卸费用。 2.节约包装费用及木材，对环境保护具有重要意义。 3.减少粉粒物料的损耗。 4.改善工人的劳动条件，提高工作效率。 5.训练学生的实际动手能力，学习能力，总结学生所学到的知识。 6.制造出满足客户需求的商品 1.3 意义 粉粒物料作为重要的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面着大型化、散装化、高效 化方向发展。设计制造出更加先进适用的产品，已经成为现在各大用户的心愿。设 计此产品正式满足广大用户和社会的需求。 经济意义：提高运输效率、降低运输成本，为更多的人带来实在的经济利益。 社会意义：使我国的专用汽车在国际市场更有竞争力，让我国的专用汽车科技含量 更高、质量更加的过关，推动我工业的发展，让我国的专用汽车国际化。 1.4 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.进行半挂车底盘的选择； 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。 4 本课题研究的主要技术路线如图1.4所示。 分析 资料收集调研 方案设计 总图草图设计 部件图零件图设计 总图修订 整理 出图 编写设计说明书 任务下达 校核 图1.4 技术路线图 半挂牵引车和 半挂车选择 半挂车连接装 置设计 半挂气卸粉 罐车 5 第 2 章 总体方案的选择 2.1 牵引车的的选择 由于本课题所设计的是半挂车质量 3980Kg 的粉罐车，这里选用 9320TP 型平板半 挂车，东风天龙重卡 340 马力 6x4 牵引车（DFL4251A10）即满足其相关要求。 2.2 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 6 2.3 空气压缩机的选择 1.空气压缩机的分类 常用的空气压缩机有回转滑片式和摆杆式两种。回转滑片式具有体积小，排量 大等优点，但所排出的压缩空气含有油气，须经过过滤才能进入罐体气室。而摆杆 式应不需要润滑油来润滑，故排出的压缩空气比较洁净，对粉料无污染，是一种比 较理想的空气压缩机。因此选择摆杆式空气压缩机。 2.空气压缩机的布置方案 空气压缩机工作所需要的动力通过柴油机获得。空气压缩机固定在汽车驾驶室 与罐体之间的车架上。 2.4 卸料装置的选择 2.4.1 卸料方式分类 卸料方式可以分为气卸和自卸两种。 气卸式就是利用空气压缩机向罐体内吹入压缩空气，使罐内的粉料迅速流态化， 当罐内压力达到一定值的时候，打开卸料阀，粉料随着气流流出，实现卸料。 自卸式是利用粉料的自身重力进行卸料，这个过程依靠液压系统来实现。卸料 前，液压系统将罐体举升到某一高度，然后打开卸料口，粉料在自身重力作用下实 现卸料。 液压系统的布置难度较大，自身质量较大，卸料对稳定性要求比较高。 对于卧式罐体，气卸式卸料更为便利，所以本设计选用气卸式卸料系统。 2.4.2 出料装置方案的选择 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。 2.5 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。 7 第 3 章 半挂车的选型及总布置 3.1 半挂车的选型 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，本 设计选用 9320TP 型平板半挂车。 平挂车的具体参数如表 3.1 所列。 表 3.13.1 牵引车具体参数列表 公告型号：DFL4251A10 驱动形式：6X4 发动机型号：东风天龙 dCi340-30 轴距： 3200+1300mm 马力：340 马力额定载重：0 吨扭矩：1500Nm 牵引总质量：40 吨排 量：11.12L 排放标准：欧汽缸数：6 变速箱档位数：9 个最高车速：95KM/h 产地： 湖北 基本信息 公告型号： DFL4251A10 类型：牵引卡车 驱动形式： 6X4 轴距： 3200+1300mm 车身长度： 6.81 米 车身宽度： 2.5 米 车身高度： 3.7 米轮距： 前轮距：2039 后轮距： 1860/1860mm 前悬：1.5 米后悬：0.81 米 整车重量： 8.7 吨 额定载重： 0 吨 最大总质 量： 25 吨 最大载重： 0 吨 牵引总质 量： 40 吨 最高车速： 95KM/h 最小转弯 直径： 0M 接近角：18 度 离去角：32 度产地：湖北 8 吨位级别： 重卡备注： D310 平头一排半平顶驾 驶室,东风 dCi290-30 发 动机,轴距 4600+1350mm,前宽 940mm 货箱参数 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： 0 立方米 货箱(斗) 形式： 牵引 发动机 发动机型 号： 东风 dCi340-30汽缸数： 6 燃油种类： 柴油 汽缸排列 形式： 直列 排量： 11.12L 排放标准： 欧 马力：340 马力 最大输出 功率： 250KW 扭矩： 1500Nm 最大扭矩 转速： 1300 额定转速： 1900RPM 发动机厂 商： 东风 系列： dCi 发动机形 式： 六缸、直列、四冲程、 四气门、共轨直喷、增 压中冷 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 9 座位排数： 1 排 半挂平板运输车技术参数 产品名称： 9320TP 型平板半挂车外型尺寸(mm )： 13000,1250025003180 ,1560 底盘型号： 货厢尺寸： (mm) 总质量（kg ）： 32000(kg) 接近/离去角 ： -/15() 额定质量(kg )： 25000(kg) 前悬后悬(mm )： -/2200,2000(mm) 整备质量(kg )： 7000(kg) 最高车速： 轴数： 3 轴距： 7120+1310+1310,6820+131 0+1310(mm) 前轮距： 后轮距： 1840/1840/1840(mm) 轮胎数： 12 轮胎规格： 11.00-20,11.00R20,10.00 -20,10.00R20 燃料种类： 弹簧片数： -/8/8/8,-/10/10/10 轴荷： -/21450(并装三轴)驾驶室乘人数 整车备注： 货台承载面离地高度为 1140mm。该车只可运输不可拆解物体。 车宽超限 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； 10 (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 11 第 5 章 气卸及输料装置的设计 一般对气力输送系统的基本要求是：压缩空气具有一定的压力、流量和调节二 相流浓度的功能；压缩空气不含水、油以及其他的杂质；结构紧凑，工作可靠、操 作方便、压力损失小。 5.1 空压机和柴油机选择 系统需要的输送空气量 Q 用下式确定： (m3/min) （5.1） g v Q Ka 式中 输送系统的漏气系数，1.11.2，取 1.15；Ka 卸料速度，1.2kg/min；v 3 10 固气二相流浓度，取 70； 空气密度，2.75kg/m3。 g ( m3/min) 3 1.2 10 1.157.16 70 2.75 Q 固选择 Q =7.5 m3/min 规格的空压机，型号为 WBK-7.5/2 型。WBK 系列无油摆 杆式空气压缩机属容积式中回转类的一种，它通过曲柄摇杆机构使转子做 90 度往复 摆动，周期性改变气缸内工作容积。从而实现连续吸气，压缩与排气。 该机具有结构独特、性能可靠、具有体积小、重量轻、耗能低、震动小、排气 量大、维修方便等特点，并具有其它空压机无可相比的优点，既气缸内不需加油润 滑、压缩空气纯洁无油。具体参数如下： 空压机尺寸：670mm 472mm 450mm； 排气公称压力：0.2Mpa； 12 轴功率：28kw； 排气量：7.5m3/min。 柴油机选择 侨丰牌/170 发动机 5.2 输料管设计 5.2.1 输料管内径和气流速度的确定 我国气卸散装粉料罐式汽车的输料管直径一般都采用 100mm，实践证明是可行 的。 粉料必须有足够的能量来克服各种阻力，始终维持其悬浮状态到达输料管出口。 这个能量由罐内压力和气流速度来提供。输料管入口处的固气二相流速度用下式确 定。 （5.2） 1 21 4() 60 s Qv v d 式中 在入口处压力下空气流量，约等于空压机的额定流量； 1 Q 粉料的密度，kg/m3； s 3 3.2 10 d粉料管的内径，100mm； =16.7m/s 3 1 2 4 (7.5 1.2 10 3200) 60 3.14 (0.1) v () t v 5.2.2 输送系统的压力损失 固气二相流在管道中经过直管、弯管以及阀门等到达出口时有压力损失。它包 括动态损失和静态损失两部分。即： （5.3） 1dj HHH 式中 输料系统全部压力损失； 1 H 动压损失；。 d H 静压损失 j H 动压损失用下式计算： （5.4） 2 2 2 (1) 2 gg s d g v v H v 式中 空气密度，2.75 kg/m3； g 13 g v气体速度，16.7m/s； 混合比，取=70。 粉料速度平方与气流速度平方之比，取=0.650.85，值大时 22 sg vv 22 sg vv 取小值。这里取=0.70。 22 sg vv 2 2.75 16.7 (1 70 0.70)19.17 2 d H KPa 静压损失包括固气二相流与直管壁的摩擦压力损失，垂直升高压力损失H 及局部阻力压力损失，即： h HH （5.5） jh HHHH 直管中摩擦压力损失用下式计算：H （5.6） 2 (1) 2 gg Lv HC d 式中 摩擦阻力系数，查有关手册，当管道直径mm 时，取100d ，也可用下式计算：0.0235 (0.01250.0011)Kd =1.0(0.0125+0.0011/0.1)=0.0235 式中 管道内壁系数，无缝钢管为 1.0；K 直管长度，5m；L 气体速度修正系数，查表得 C=0.5。C KPa 2 5 2.75 16.7 0.023516.23 2 0.1 H 垂直升高的压力损失用下式计算： h H 9.8(1) hg Hh 式中 垂直升高的高度；h( )m 9.8 2.75 (1 70) 1528.18 h H KPa 14 各种局部阻力的压力损失用下式计算：H （5.7） 2(1 ) 2 gg vC H 卸料阀的局部阻力系数为 48，取 6；单向阀的局部阻力系数为 1.02.5，取 局部阻力系数为 2，则有： 2 2.75 16.7(1 0.5 70) (62)110.4 2 H KPa 于是有 16.2328.18 110.4154.81 jh HHHH KPa KPa 1 19.17 154.81173.98 dj HHH 5.2.3 流态化元件压力损失的计算 流态化元件的压力降取决于流态化元件材料的种类和特性，由实际测量得到。 考虑到使用一段时间后透气性有所下降，阻力略有增加，选取值时应略高于实测 2 H 值。对于纺织品制作的流态化元件可取9.8KPa。于是总的压力损失为： 2 H 183.78Kpa 12 173.989.8HHH 可依据此选择空气压缩机的排气压力为 0.2Mpa。 5.3 气压控制系统的设计 气卸散装水泥车的液压系统的作用是对卸料过程进行控制，以实现卸料的平顺 性、可靠性、安全性。 装料时，关闭放气阀、卸料阀和多路阀，开启排气口，打开装料口即可装料入 罐； 卸料时，关闭装料口及排气口、打开多路阀、操纵动力输出装置来驱动空气压 缩机，向罐内充气加压。当罐内气压达到输送散装水泥粉料所需要的压力(196Kpa) 时，打开卸料阀进行卸料； 卸料结束后，关闭卸料阀，打开放气阀，放出罐内剩余的压缩空气。 单向阀的作用是防止在卸料过程中，空压机发生故障时，流态化粉料倒流入空 压机内；安全阀的作用是防止空压机的排气压力乃至罐体内的充气压力；多路阀的 作用是控制系统同时或单独向两气室充气。图 5.3 为气压控制系统工作示意图。 15 1-空气压缩机；2-放气阀；3-气压表；4-安全阀；5-多路阀；6、7-单向阀；8-卸料阀 图 5.3 气压控制系统工作示意图 5.4 本章小结 本章完成了对空气压缩机的选择，确定了输料管的内径和气流速度，完成了输 料管的设计，计算了输料系统、流态元件的压力损失。确定了动力源柴油机的选择。 最后对气压控制系统进行了设计。并附有气压系统的图样。 16 第 6 章 整车主要性能参数的计算 专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，最基本的性能参数计算包 括动力性、燃油经济性和稳定性的计算。其中动力性参数可由发动机的动力特性图 求出，也可根据发动机输出转矩和转速的关系式，利用驱动力一阻力平衡方程直接 求出。 6.1 动力性计算 6.1.1 发动机的外特性 发动机的外特性是指发动机油门全开时的速度特性，是汽车动力性计算的主要 依据。外特性一般有三种获得方法，即由发动机厂家或汽车底盘制造厂家提供，直 接由发动机台架试验测出或由经验公式拟合。 工程实践表明，可用二次三项式来描述汽车发动机的外特性，即 (6.1) 2 eee Tanbnc 式中 发动机输出转矩(Nm)； e T 发动机输出转速(r/min)； e n a、b、c待定系数。 从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率（这里为 132Kw）及相应转Pem 速和该发动机的最大转矩及相应转速，可用下列经验公式来描述发动机的外特性： (6.2) 2 2 () () emp eemte tp TT TTnn nn 式中 发动机最大输出转矩，为 650Nm； em T t n发动机最大输出转矩时的转速，为 1400r/min； 发动机最大输出功率时的转速 2300r/min； p n 发动机最大输出功率时的转矩。 p T 17 9549 em p p P T n 。 250 954995491193.625 2000 em p p P TN m n 以上两式联立可得： (6.3) 2 2 2 2 () 2 () () () () emp tp temp tp empt em tp TT a nn n TT b nn TT n cT nn 代入数据可以算得 a=-0.726 3 10 b=-6.6614 c=-0.7742 2 10 则发动机的外特性可表示为： e T=-0.726-6.6614-0.7742 3 10 2 e n e n 2 10 6.1.2 计算各档位是的系数 A、B、C1、C2和和 D 值值 表 6.1 变速器各档传动比 档 位 12345689 g i 34.423.362.411.321 87%87%87%87%87%89%89%89% 主减速器速比，为 5.26； o i 传动系统某一档的机械效率； 发动机外特性修正系数，国内标准取为 0.850.91，取为 0.88； 驱动轮的动力半径，约等于自由半径，可取为 0.540。 d r d r 表 6.26.2 各档位的回转质量系数 18 档位123456789 1.2951.2481.0921.0351.0161.0051.0021.0000.998 整理后得： (6.14) 2 12( cossin) a m jAvBvCCf 3 3 0 2 2 2 0 0 1 2 0.047 0.142 0.377 g DD d g d g d a i ia AC A r r i ib B rr i ic C r Cm g D= 2 2102 ()4 ()BkCA Cf C 由此可以算得各档位时的系数 A、B、和 D 值，计算结果如表 6.4 所列。 1 C 2 C 表 6.4 各档位的系数 A、B、C1、 、C2和 D 值 档位 AB 1 C 2 CD 1-5904-176100-6665-475300167600 2-577125-475300110000 3-5500-12000411244.26-47530075441 4-5200-984548267.35-47530040077 5-4900-450704217.41-47530010407 6-4720-82111923.17-4753009802 7-4400-42226910.28-4753006147 8-3900-3400-985-4753004524 9-3.656-1201-550.4-4753001162 6.1.3 动力性评价指标的计算 衡量汽车动力性能的评价指标有三个，即最高车速、最大爬坡度和加速性能。 19 （1 计算最大爬坡度 max i 将最低档（第一档位）的A、B、和值代入下式得 1 C 2 C 22 1 2 43555.724 ( 245.01) 29299.49 0.30871 44 ( 245.01) ( 185899.5) BAC E AC 将E值代入下式 2 max0 arcsin(1)EfE 17.30 2 arcsin(0.2270.0121 0.227 ) 所以得到该车的最大爬坡度为： max i maxmax itg0.3115 （2 计算最高车速 max v 将直接档的A、B、和值代入下式，可得该车的最高车速，即： 1 C 2 C max v 2 max () 2 BkCD v A km/h57.4 6.2 燃油经济性计算 气卸散装水泥运输车的等速百公里油耗可以根据发动机的负荷特性或万有特性 来计算。 首先根据汽车的行驶车速计算出相应的发动机转速 a v e n (r/min) (6.19) r vii n ag e 377 . 0 0 然后由汽车在该车速时的行驶阻力计算出发动机的转矩（平坦路面上匀速行 e T 驶时，=0，=0） i F j F (6.20)()( 2 00 aDa g d ji g d e AvCgfm ii r FF ii r T 根据和的计算值，在万有特性图上查出有效燃油消耗率(g/kwh)，在 e T e n e g 20 利用下式计算百公里燃油消耗量（L/100km）： s Q (6.21) r gTii Q eeg s 3672 0 式中 燃油的重度，N/L。 汽油可取 =6.96N/L7.15N/L；r 柴油可取=7.94N/L8.13N/L。r 随着车速的不同，各档位燃油消耗量也不同，下面来计算一下汽车在直接档时 经济速度(4050km/h)下的燃油消耗量，代入式(6.19)得 (r/min)39.1268 550 . 0 377 . 0 50126 . 5 377 . 0 0 r vii n ag e 由式（6-20）得 )( 2 0 aDa g d e AvCgfm ii r T Nm e T 2 0.550 (48500 9.8 0.00860.7 6.20 50 )213.607 5.26 1 0.82 0.89 由式（6-21）得 L/100km27.21 550 . 0 83672 306607.213126 . 5 3672 0 r gTii Q eeg s 6.3 静态稳定性计算 由普通汽车底盘改装成的专用汽车，其质心位置均较普通货车为高，其原因是 由于副车架或工作装置的布置，使装载部分的位置提高了，因此需对整车的静态稳 定性重新进行计算。 对气卸散装水泥运输车，不仅要对运输状态进行稳定性计算，对作业状态的稳 定性也应进行计算，如汽车在高速转弯和急刹车的过程中，就有纵向或侧向失稳的 可能性。 分析专用汽车的静态稳定性，首先应计算出整车的质心位置。当气卸散装粉煤 灰车的总布置基本完成后（见总装配图） ，即可对该车的质心位置进行计算。 计算时可根据已有的资料，或利用试验结果，也可用计算方法来确定专用车各 总成的质量及其质心位置坐标，然后按照力矩平衡方程式，求出整车的质心位置。 初步估算出质心的高度 h=1.9m。 车辆的稳态稳定性是指车辆停放或等速行驶在坡道上，当整车的重力作用线越 21 过车轮的支承点(接地点)，则车辆会发生翻倾。若整车的重力作用线正好通过支承 点，则车辆处于临界的倾翻状态，此时的坡度角称为最大倾翻稳定角。 max 另一方面，当车辆停放在坡道或在坡道行驶时，若坡道阻力大于附着力时车辆 由于附着力不足而向下滑移，同样也会出现失稳，其最大滑移角仅取决于车轮 max a 和路面间的附着系数，有： max tana （6.22） 由于侧翻是一种危险的失稳工况，因此，为避免侧翻，依据测滑先于侧翻的条 件 有： h B 2 取汽车轮胎和普通混凝土路面间的横向附着系数=0.7，则专用汽车的最大侧 倾稳定角应大于 28。 右图为侧向稳定的临界状态，有： max 1.84 arctanarctan25.84 22 1.9 B h 式中 B轮距(m)； 所以汽车的纵向稳定性得到保证。图 7.1 为汽车的侧向稳定性图。 图 7.1 向稳定性的临界状态图 6.4 本章小结 本章对气卸散装水泥运输车的动力性以及稳定性，燃油经济性等整车性能进行 了计算。保证汽车在行驶过程中的安全、稳定。 22 23 结 论 本设计结合课题的需要设计了一台总质量为38000KG以上的气卸散装粉煤灰车。 其中完成的工作和得出的结论如下： 1.所采用的是市场上成熟的二类底盘进行改装，动力强劲，车架强度高，燃油 经济经济性较好； 2.设计双锥内倾卧式罐体，有效的降低了整车的质心；整车的性能得到了很好 的保障； 3.采用涤纶等合成纤维作为流化元件，其表面光滑，易于粉料在其表面流动， 降低水泥残留量，透气而不漏料，吸湿性和附着力低，长期使用性能稳定，强度高， 耐磨损，耐腐蚀； 4.采用上吸式出料装置，卸料平顺且速率高，卸料高度可以自由调节，不易产 生堵塞； 5.罐体各部分采用焊接，接合平顺，密封性好，毛刺少，对降低粉料的剩余率 有利。采用连接支架和止推连接板有效的保证了罐体总成与底盘之间横向和纵向的 固定； 6.选用南京空气压缩机有限公司生产的摆杆式无油空压机，为卸料系统提供充 足的无污染压缩空气； 在气卸散装水泥车的设计过程中也存在了很多难点和不足： (1) 整车性能在分析时由于数据不是很全，在计算时有一定的误差； (2) 在CAD运用上还存在很多问题，有的地方画的不到位； (3) 在细节上还可能做的没有达到老师的要求； 24 参考文献 1毕云龙.散装水泥车发展和产品开发方向J.武汉：专用汽车杂志. 2005，1：31 2涂元春.我国专用汽车行业发展现状及未来预测J.武汉：专用汽车杂志， 2009,5. 3金先龙.国外专用汽车新技术M.武汉：湖北科学技术出版社，1994 4徐达.专用汽车结构与设计M.北京：人民交通出版社，2008 5曹春利.气卸散汽车装水泥车罐式汽车关键技术的探讨J.专用汽车:2003，1:15- 18 6夏家华，许林发，程辉.SSC-2 型气卸散装水泥车的研究与开发M.武汉：武汉 工业大学出版社，1998 7夏家华，许林发，程辉.小型气卸散装水泥车的平衡问题J.专用汽车： 1999，2：14-17 8向晓峰.卧式散装水泥车流化床设计的几个问题J.专用汽车：2005，1：33-35 9高宏伟.气卸散装水泥运输车的结构特点及改进J.专用汽车：2003，9：48-49 10左培文.张超.2008 年专用汽车行业发展特点J.武汉：专用汽车杂志， 2009，2. 11宇文祥.全球化：专用汽车产业的大趋势J.武汉：专用汽车杂志，2009，10. 12徐正平.气卸散装水泥车罐体设计问题的研究J.江苏理工大学学报：自然科学 版，1999，3：11-17. 13卞学良.专用汽车结构与设计M.北京：机械工业出版社，2007 25 14刘庆庭.降低气卸散装水泥车罐体高度的方法的研究J.河南交通科技： 1994，6：3336 15 梅彦利，宋松公，娄宗勇，张亚元.新型粉粒物料运输车的研制与应用 J/OL.20092010-3-7. / 16韩万喜.气卸散装水泥运输车吹卸效率探究J.重型汽车.2002，5. 17张泽.气卸式散装水泥罐车结构分析J/OL.19962010-3-7. / 18中国标准化研究院. Specification for repairs to tyres for motor vehicles used on the public highwayJ/OL.19972010-3-7 /index.html 19中国标准化研究院. Vehicle security - Specification for locking systems For passenger cars and car derived vehiclesJ/OL.19922010-3-7. 致致 谢谢 经过一个学期的紧张工作，所设计的粉状物料运输半挂运输车最后按时完成了， 也将给自己的大学生活画上了一个圆满句号。整个设计用到了我们四年所学到的大 部分知识，通过本