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化工液罐汽车结构设计【4张图纸】【优秀】

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关键词：: 化工液罐汽车结构设计图纸液罐汽车

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化工液罐汽车结构设计

34页 13000字数+说明书+4张CAD图纸【详情如下】

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引言1

1 专用汽车概述2

1.1 专用汽车的一般概念及分类2

1.2 专用汽车在汽车工业中的地位和作用2

1.3 专用汽车的发展现状及发展趋势2

1.3.1 专用汽车的发展现状2

1.3.2 专用汽车的发展趋势2

2 化工液罐汽车的总体设计4

2.1 液化石油气4

2.1.1 液化石油气的组成4

2.1.2 液化石油气的发展和用途4

2.2 液化石油气罐汽车的使用安全要求5

2.2.1 投入使用前的管理5

2.2.2 充装和卸料作业5

2.3 总体结构布置5

2.3.1 主要参数的选择6

2.3.2 主要技术参数7

3 专用汽车主要性能计算9

3.1 发动机的外特性9

3.2 汽车的行驶方程式10

3.3动力性评价指标的计算13

4 罐体的结构与设计18

4.1 罐体的结构18

4.2 罐体的壁厚计算21

4.3管道系统和液泵选择23

4.3.1 管道系统组成和设计要求23

4.3.2 管道系统的主要部件24

4.4气路控制系统28

5结论30

致谢31

参考文献32

摘要

我国经济的快速的发展，直接导致我国物流运输业的发展，其中，专用汽车发挥了重要的作用。目前，我国的专用汽车行业无论是在生产，技术还是市场占有量都落后于国外同行业。因此，有必要对专用汽车做进一步研究。

本文对专用汽车的发展和现状做了综合性的论述，对专用汽车的一种——化工液罐汽车的结构做了设计和研究；对其动力性要求做了论述和计算；简要论述了专用部分的安全要求，介绍了安全装置组件和结构；对专用部分结构做了相应的设计计算，形成了化工液罐汽车的总体结构。

化工液罐汽车可装载具有易燃、易爆或强腐蚀性等特征的化工液，运输过程中安全系数较高，使用方便、快捷，在国民经济建设中起重要作用。

关键词：专用汽车；化工液罐汽车；结构设计

主要技术参数

　　　底盘型号解放CA1170P2K1L2

　　　设计压力 1.8

　　　最高工作压力 1.5

　　　设计温度 20℃

　　　发动机型号道依茨BF6M1013E

　　　发动机最大功率 174

　　　发动机最大功率时的转速 2300

　　　发动机最大转矩 852

　　　发动机最大转矩时的转速 1400

　　　车轮动力半径 0.520

　　　车轮滚动半径 0.536

　　　主减速比 4.77

　　　汽车迎风面积 5.252

　　　汽车总质量（满载） 16670

化工液罐汽车的总体设计

　　　化工液罐汽车是专用汽车的一个典型代表，它主要装运液体化工物品，如硫酸、盐酸、硝酸、冰醋酸、液碱、氨水、次氯酸钠、甲醛、苯、甲醇、乙醇、乙烯、丙烯、酒精、液体化肥等。这类物品均属化工危险品，具有不同程度的易燃、易爆、有毒或强腐蚀等特性。液化石油气罐汽车在设计原理上与化工液罐汽车比较相似，其结构安全要求比化工液罐汽车更高，并且一些化工产品，如：乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯等均可采用液化石油气罐汽车运输，所以，本次设计我以液化石油气罐汽车的结构设计做自己的设计方向，从中学习更多的专用汽车方面知识。

液化石油气

2.1.1 液化石油气的组成

液化石油气是石油产品之一。英文名称liquefied petroleum gas，简称LPG。是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。催化裂解气的主要成份如下（%）：氢气5～6、甲烷10、乙烷3～5、乙烯3、丙烷16～20、丙烯6～11、丁烷42～46、丁烯5～6，含5个碳原子以上的烃类5～12。

　　　热裂解气的主要成份如下（%）：氢气12、甲烷5～7、乙烷5～7、乙烯16～18、丙烷0.5、丙烯7～8、丁烷0.2、丁烯4～5，含5个碳原子以上的烃类2～3。这些碳氢化合物都容易液化，将它们压缩到只占原体积的1/250～l/33，贮存于耐高压的钢罐中，使用时拧开液化气罐的阀门，可燃性的碳氢化合物气体就会通过管道进入燃烧器。点燃后形成淡蓝色火焰，燃烧过程中产生大量热（发热值约为92 100 kJ/m3～121 400 kJ/m3）。并可根据需要，调整火力，使用起来既方便又卫生。

2.1.2 液化石油气的发展和用途

　　　液化石油气的问世和发展是同石油化学工业的发展分不开的。1892年，荷兰首先利用天然气进行试验，获得了液化甲烷，从而为石油气的液化奠定了理论基础。20世纪初叶，沃尔特斯林（Dr.Walter Snelling）博士对汽油进行稳定性试验,发现汽油挥发出的气体在一定温度和压力条件下为液体,并成功地从天然气中提取了丙烷和丁烷.随后,德国、美国、日本、法国、意大利和东欧一些国家也相继生产和使用液化石油气。近半个世纪以来，随着对石油资源的开发和炼油化工工业的发展，不仅石油资源丰富的国家的液化石油气有了迅速发展，而且一些资源短缺的国家也大量地发展液化石油气。目前，已有120多个国家和地区自行生产或进口液化石油气。目前，已有120多个国家和地区自行生产或进口液化石油气用作燃料和化工原料。美国液化石油气的年用量约6000kt，日本年用量约为2000kt。

　　　我国从1965年开始，在北京、天津、哈尔滨、沈阳、上海和南京等石油化学工业发达的城市，以及一些石油炼油厂所在地区，先后使用液化石油气作为民用燃料。此后各大城市相继建设了液化石油气民用供应系统。随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。

　　　液化石油气的装卸和运输都是在常温下进行的，但环境温度可能升高，或者其它外界因素的改变都可能给液化石油气的运输带来安全隐患，所以液化石油气罐汽车的安全要求显得尤为重要。

内容简介：: 摘要我国经济的快速的发展，直接导致我国物流运输业的发展，其中，专用汽车发挥了重要的作用。目前，我国的专用汽车行业无论是在生产，技术还是市场占有量都落后于国外同行业。因此，有必要对专用汽车做进一步研究。本文对专用汽车的发展和现状做了综合性的论述，对专用汽车的一种化工液罐汽车的结构做了设计和研究；对其动力性要求做了论述和计算；简要论述了专用部分的安全要求，介绍了安全装置组件和结构；对专用部分结构做了相应的设计计算，形成了化工液罐汽车的总体结构。化工液罐汽车可装载具有易燃、易爆或强腐蚀性等特征的化工液，运输过程中安全系数较高，使用方便、快捷，在国民经济建设中起重要作用。关键词：专用汽车；化工液罐汽车；结构设计中文题目：化工液罐汽车结构设计外文题目：CHEMICAL FLUID POT AUTOMOBILESTRUCTURAL DESIGN毕业设计（论文）共56页（其中：外文文献及译文21页）图纸共4张完成日期：2006年6月答辩日期：2006年6月目录引言11 专用汽车概述21.1 专用汽车的一般概念及分类21.2 专用汽车在汽车工业中的地位和作用21.3 专用汽车的发展现状及发展趋势21.3.1 专用汽车的发展现状21.3.2 专用汽车的发展趋势22 化工液罐汽车的总体设计42.1 液化石油气42.1.1 液化石油气的组成42.1.2 液化石油气的发展和用途42.2 液化石油气罐汽车的使用安全要求52.2.1 投入使用前的管理52.2.2 充装和卸料作业52.3 总体结构布置52.3.1 主要参数的选择62.3.2 主要技术参数73 专用汽车主要性能计算93.1 发动机的外特性93.2 汽车的行驶方程式103.3动力性评价指标的计算134 罐体的结构与设计184.1 罐体的结构184.2 罐体的壁厚计算214.3管道系统和液泵选择234.3.1 管道系统组成和设计要求234.3.2 管道系统的主要部件244.4气路控制系统285结论30致谢31参考文献32辽宁工程技术大学毕业设计（论文）引言 2006年是我国专用汽车行业“十一五”规划的第一年，“十五”期间，我国国民经济一直保持快速、稳定、健康的发展态势，专用汽车行业在此期间取得了较大的发展，汽车行业管理体制不断得到完善和加强，逐步向科学化管理迈进，专用汽车行业企业性质也发生了很大变化，产品结构、产品技术、工艺装备、产品产销量、新产品开发与新技术应用等方面均取得了很大的成就。我国专用汽车近年来在新产品开发方面较过去有较大进步，由于我国正处于发展中国家向发达国家转变的进程中，基础设施建设还处于高峰期，所以我国对专用汽车市场的需求主要还是以运输物资、满足基础设施建设为主的车型，加上我国劳动力资源比较丰富，该市场形态决定了我国专用汽车现阶段呈现结构形式简单、功能单一、低附加值产品过多的状况。目前国内专用车的品种已达1600多个，专用车已占商用车总产量的30%左右。由于专用车单一品种的市场容量有限，而且大多用户对产品有较多的个性化需求，因此大多数企业生产规模都较小，只有需求量较大的产品如自卸车、牵引车、货厢式运输车、罐车、半挂车等产品的生产批量较大。与同类型产品先比，化工液罐汽车在专用汽车的生产使用中占有很大比例，这是由于近年来我国的化工工业发展较快，一些具有易燃、易爆、强腐蚀等特征化工产品，如硫酸、乙烯、丁二烯等不能用普通运输方式运输，故而，采用化工液罐车是最好的选择。目前，我国在这方面的技术于一些发达国家相比还比较落后，本次设计，为我提供了一个学习专用汽车知识的机会，为我将来在相关工作中打下了良好的理论基础。1 专用汽车概述1.1 专用汽车的一般概念及分类“专用汽车”这一术语目前在世界上还没有统一的标准，国外的专用汽车或专用车辆一般是指一种在许多特征上不同于基本型汽车或经过特殊改装之后才能用于运输货物和（或）人员的车辆，以及只用于完成特定任务的车辆。我国对“专用汽车”术语于1989年已制定了相应的标准ZBT5000489专用汽车的术语及定义。ZBT5000489标准对国产专用汽车定义为：“装置有专用设备，具备有专用功能，用于承担专门运输任务或专项作业的汽车”。ZBT5000489标准还将国产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、仓栅汽车和特种结构汽车等六大类。1.2 专用汽车在汽车工业中的地位和作用汽车工业的发展必然是汽车运输业的发展，由于社会对汽车的运输效率和经济性，以及各种功能和性能的要求的不断提高，使汽车运输工具走向专用化成为必然趋势。专用汽车能同时在汽车工业生产和国民经济建设中起重要作用，其表现在：专用汽车作业能有效的提高汽车的运输效率，减少劳动时间，降低作业成本；能够减少汽车运输途中的货损、货差和提高安全性；发展专用汽车生产能扩大汽车的应用领域，增加汽车的工业产出，给国民带来巨大的经济效益。1.3 专用汽车的发展现状及发展趋势1.3.1 专用汽车的发展现状国外的专用汽车工业起步比较早，发展至今其产品种类相对较为齐全、技术较为成熟、而且在本国和世界上占有相当大的市场。我国的专用汽车起步于上个世纪60年代，在军用改装车辆、消防改装汽车的基础上逐步发展起来。70年代，一些专用汽车生产厂根据国民经济各部门需要，形成了自己产品特色，逐步发展成为专用汽车的骨干企业。目前，我国的专用汽车行业得到了巨大的发展，但是，纵观国内经济发展需求和世界工业发达国家专用汽车发展趋势，我国的专用汽车还比较单一，数量和品质也仍处于较低档次，在国际上很难与一些世界知名厂家的产品相媲美。1.3.2 专用汽车的发展趋势纵观过内外专用汽车的生产及销售，我们不难发现，目前国内外专用汽车的主要发展方向有三个。一是专用汽车重型化趋势。这是由于重型专用汽车经济效益好，功率大，强度高。随着物流的庞大和公路的高级化，以及特殊作业的需要，重型专用汽车在国内外得到迅速发展；二是一车多用化。为提高专用汽车的适应性，以满足各种特殊需要，有必要使专用汽车一车多用化，使专用车的功能由单一向多功能发展；三是专用汽车底盘化。目前，国外的专用汽厂，基本上都是向底盘厂家购买底盘，然后改装成专用汽车，所以一些国家的不少汽车厂家专门从事汽车专用底盘的生产，一些公司已实现专用底盘生产的标准化、系列化，同时重视新技术的应用，以满足专用汽车的特殊需要。2 化工液罐汽车的总体设计化工液罐汽车是专用汽车的一个典型代表，它主要装运液体化工物品，如硫酸、盐酸、硝酸、冰醋酸、液碱、氨水、次氯酸钠、甲醛、苯、甲醇、乙醇、乙烯、丙烯、酒精、液体化肥等。这类物品均属化工危险品，具有不同程度的易燃、易爆、有毒或强腐蚀等特性。液化石油气罐汽车在设计原理上与化工液罐汽车比较相似，其结构安全要求比化工液罐汽车更高，并且一些化工产品，如：乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯等均可采用液化石油气罐汽车运输，所以，本次设计我以液化石油气罐汽车的结构设计做自己的设计方向，从中学习更多的专用汽车方面知识。2.1 液化石油气2.1.1 液化石油气的组成液化石油气是石油产品之一。英文名称liquefied petroleum gas，简称LPG。是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。催化裂解气的主要成份如下（%）：氢气56、甲烷10、乙烷35、乙烯3、丙烷1620、丙烯611、丁烷4246、丁烯56，含5个碳原子以上的烃类512。热裂解气的主要成份如下（%）：氢气12、甲烷57、乙烷57、乙烯1618、丙烷0.5、丙烯78、丁烷0.2、丁烯45，含5个碳原子以上的烃类23。这些碳氢化合物都容易液化，将它们压缩到只占原体积的1/250l/33，贮存于耐高压的钢罐中，使用时拧开液化气罐的阀门，可燃性的碳氢化合物气体就会通过管道进入燃烧器。点燃后形成淡蓝色火焰，燃烧过程中产生大量热（发热值约为92 100 kJ/m3121 400 kJ/m3）。并可根据需要，调整火力，使用起来既方便又卫生。2.1.2 液化石油气的发展和用途液化石油气的问世和发展是同石油化学工业的发展分不开的。1892年，荷兰首先利用天然气进行试验，获得了液化甲烷，从而为石油气的液化奠定了理论基础。20世纪初叶，沃尔特斯林（Dr.Walter Snelling）博士对汽油进行稳定性试验,发现汽油挥发出的气体在一定温度和压力条件下为液体,并成功地从天然气中提取了丙烷和丁烷.随后,德国、美国、日本、法国、意大利和东欧一些国家也相继生产和使用液化石油气。近半个世纪以来，随着对石油资源的开发和炼油化工工业的发展，不仅石油资源丰富的国家的液化石油气有了迅速发展，而且一些资源短缺的国家也大量地发展液化石油气。目前，已有120多个国家和地区自行生产或进口液化石油气。目前，已有120多个国家和地区自行生产或进口液化石油气用作燃料和化工原料。美国液化石油气的年用量约6000kt，日本年用量约为2000kt。我国从1965年开始，在北京、天津、哈尔滨、沈阳、上海和南京等石油化学工业发达的城市，以及一些石油炼油厂所在地区，先后使用液化石油气作为民用燃料。此后各大城市相继建设了液化石油气民用供应系统。随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。液化石油气的装卸和运输都是在常温下进行的，但环境温度可能升高，或者其它外界因素的改变都可能给液化石油气的运输带来安全隐患，所以液化石油气罐汽车的安全要求显得尤为重要。2.2 液化石油气罐汽车的使用安全要求2.2.1 投入使用前的管理1、罐车投入使用前，应由罐车所属单位组织专人按产品合格证、质量证明书等技术文件及规定进行验收。在劳动部门办理压力容器使用登记证。并向当地公安局车辆管理部门或交通监理部门申请办理准予运输使用的有关手续8。2、罐车投入运行后，罐车所属单位应指定专职或兼职的技术人员进行管理并按本规程要求进行定期检验和修理，建立完整的技术档案(制造、使用、维修、检验、事故等记录)。2.2.2 充装和卸料作业罐车充装前，充装单位必须有专人对罐车进行检查，凡有下列情况者，应事先进行妥善处理，使其能符合充装安全要求，否则严禁充装；1、罐车罐体有腐蚀或安全装置失灵2、罐车罐体内氧含量超过3%3、罐车未按期检验或检验不合格液化石油气罐车卸料时，不得用空气压料，也不得用有可能引起罐体内温度迅速升高的其它方法进行卸料。罐车装卸料时，应按指定位置停车，发动机熄火，并采取有效制动措施；接好接地线；正常装卸时不得随意起动车辆。2.3 总体结构布置用解放CA1170P2K1L2型汽车底盘改装成液化气罐汽车底盘，发动机选道依茨BF6M1013EC。罐体总成与副车架焊成一体，再用螺栓将副车架紧固在汽车车架上。罐体上部设有人孔、安全阀、扶梯平台，罐体内有防波板，液相指示器接管设在罐体后部。阀门箱内装有压力表、温度计、液相管（或气相管）及其控制阀。液相管和气相管的出口均应安装过流阀和紧急切断阀。接地链用来将汽车上的静电通向大地，以防火灾。汽车车架后端装有后保险杠，在碰撞时可保护罐体免遭冲撞。汽车上还应具备两个以上的干粉灭火器。泵用来装卸液化石油气，通常采用汽车发动机的动力通过取力装置来驱动15。2.3.1 主要参数的选择（一）尺寸参数汽车的主要参数包括：轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬，最小离地间隙等2。1轴距L的确定轴距L的选择要考虑它对整车其它尺寸参数，质量参数和使用性能的影响，轴距短一些，汽车的总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些。但轴距过短也会带来一系列问题，例如车厢长度不足或后悬过长；汽车行驶时其纵向角振动过大；汽车加速、制动或上坡时因轴荷过大而导致其制动性和稳定性变坏；万向节传动的夹角过大等。因此，在选择轴距时应综合考虑对有关方面的影响。当然，在满足所设计汽车的车厢尺寸、轴荷分配、主要性能和整体布置等要求的前提下，将轴距设计得短一些比较好。2前后轮距汽车轮距对汽车的总宽、总质量、横向稳定性和机动性都有较大影响。轮距越大，则悬架的角刚度越大，汽车的横向稳定性越好，车厢内的横向空间越大。但轮距也不宜过大，否则，会使汽车的总宽和总质量变大。轮距必须与汽车总宽相适应。载货汽车前轮距与车架前部宽、前悬架宽、轮胎宽、前轮最大转角、转向拉杆和转向车轮以及车架间的运动空间等因素有关；后轮距，与后板簧宽、后板簧距、轮胎宽、板簧与轮胎间的间隙等尺寸有关。3汽车的外廓尺寸汽车的外廓尺寸包括其总长、总宽、总高。它应根据汽车的类型、用途、承载量、道路条件、结构选型与布置以及有关标准、法规限制等因素来确定。在满足使用要求的前提下，应力求减小汽车的外廓尺寸，以减小汽车的质量，降低制造成本，提高汽车的机动性、经济性和动力性。我国对公路车辆的限制尺寸是：总高不大于4m，总宽（不包括后视镜）不大于2.5m，左、右后视镜等突出部分的侧向尺寸总共不大于250mm。4汽车的前悬和后悬汽车的前、后悬大小直接影响到汽车的接近角和离去角，一般要求都在25度以上，至少不小于20度。前悬应满足车辆接近角和轴荷分配的要求。前悬与驾驶室、发动机、转向器、前保险杠等总成布置有关。后悬应满足车辆离去角和轴荷分配的要求，同时还要满足有关标准的规定，即对于客车和全闭式厢式车辆，后悬不等超出轴距的0.65倍；对于其他车辆，后悬不得超出轴距的0.55倍，但最长不得超出3.5m。（二）质量参数1装载质量对装载质量，要考虑以下两方面：（1）用途和使用条件如对于货流大，运输长的运输，则宜采用大吨位的车辆，以便于提高生产率、降低运输成本；而对于货流多变、运距短的运输，则宜采用中、小吨位车辆。（2）合理分级在装载吨位级别上，要分布合理，以利于专用产品的系列化、通用化和标准化。 2整备质量所谓整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和载货时的整车质量。整备质量是一个重要的设计指标，对运输型专用汽车的动力性和经济性有很大影响。据估计，载重汽车整备质量减少10%，可使经济性提高8.5%。因此从设计原则上讲，应该减少整备质量，尽量采用轻质金属材料，减少原材料消耗，降低制造成本。当然整备质量在设计时要受到一些条件的制约，如车辆使用的公路条件、材料质量、制造工艺水平等，这些方面都要综合考虑。3总质量总质量是指专用汽车装备齐全，满载（规定值）货物及成员时的质量。4轴载质量最大轴载质量是专用汽车在公路行驶时使用受限制的一个技术参数，也是公路和桥梁设计载荷标准的依据。在确定最大轴载质量时，一定要满足当地车辆使用的法规要求2.3.2 主要技术参数底盘型号解放CA1170P2K1L2设计压力 1.8最高工作压力 1.5设计温度 20发动机型号道依茨BF6M1013E发动机最大功率 174发动机最大功率时的转速 2300发动机最大转矩 852发动机最大转矩时的转速 1400车轮动力半径 0.520车轮滚动半径 0.536主减速比 4.77汽车迎风面积 5.252汽车总质量（满载） 166703 专用汽车主要性能计算专用汽车性能参数的计算是专用汽车总体设计的主要内容之一，其目的是检验整车参数的选择是否合理，使用性能参数能否满足实际使用的要求。这里重点介绍整车的动力性能计算。3.1 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征，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（3-1）式中发动机输出转矩（）；发动机输出转速（r/min）； a、b、c待定系数，由具体的外特性曲线决定。在没有所要的发动机外特性，但从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时，可用下列经验公式来描述发动机的外特性：（3-2）式中发动机最大输出转矩（）；发动机最大输出转矩时的转速（r/min）；发动机最大输出功率时的转速（r/min）；发动机最大输出功率时的转矩（）；（3-3）由式（3-1）、式（3-2）和式（3-3）可得：（3-4）即得发动机的外特性方程如下：（3-5）应该指出的是发动机外特性是在室内试验台架上测量出来的。台架试验时发动机未带空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等附件，且试验工作状况相对稳定，即能保持试验时发动机的水、机油温度在规定的数值内。带上全部附件设备时发动机特性曲线称为使用外特性曲线。使用外特性的功率小于外特性的功率。因此应对台架试验数据用修正系数进行休整，才能得到发动机的使用外特性。在本次设计中3.2 汽车的行驶方程式汽车的动力性可由汽车的行驶方程式表示，其计算公式为：（3-6）式中驱动力（N）；滚动阻力（N）；空气阻力（N）；坡道阻力（N）；加速阻力（N）。1. 驱动力专用汽车在地面行驶时受到发动机的限制所能产生的驱动力与发动机输出转矩的关系为：（3-7）式中变速器某一档的传动比；主减速器速比；传动系统某一档的机械效率；驱动轮的动力半径；发动机的外特性修正系数。2. 滚动阻力专用汽车的滚动阻力由下式计算：（3-8）式中专用汽车的总质量；道路坡度角（）；滚动阻力系数。滚动阻力系数取决于轮胎的结构形式及气压、车辆的形式速度、路面条件等因素。当车速在50km/h以下时，可取为常数。表3-1为部分路面条件下的测量结果。表3-1 部分路面条件下的滚动阻力系数Table 3-1 Part of road surfaces conditions rolling resistance coefficient 路面类型良好的沥青或混凝土路面0.0100.018一般的沥青或混凝土路面0.0180.020碎石路面0.0200.025当车速大于50km/h时，可表达成车速的线形函数，有：（3-9）式中滚动阻力系数中的常数项；比例系数。部分轮胎的和值的试验测量结果如表3-2所列。表 3-2 和值的试验结果Table 3-2The value test result of and 轮胎尺寸载荷/kN9.002022.50.00860.000148260508p22.50.0070.000166300508p25.00.0130.00026320508p25.00.0110.00022320508p25.80.01280.00023本次设计中取，。3. 坡道阻力专用汽车上坡行驶时，整车重力沿着坡道的分力为坡道阻力，其计算公式为：（3-10）4. 空气阻力大量试验结果表明，汽车的空气阻力于车速的平方成正比，即（3-11）式中空气阻力系数，专用汽车可取0.50.9，本次设计取0.7。迎风面积，可按A=BH估算，B为轮距，H为整车高度。5. 加速阻力加速阻力是汽车加速行驶时所需要克服的惯性阻力，有：（3-12）式中汽车加速度；传动系统回转质量换算系数。的值可用下述经验公式估算（3-13）式中。低档时取上限，高档时取下限。其计算结果如表3-3所示：表3-3 各档位的值Table 3-3 Various grade of positions values档位123456781.29921.17091.10461.0671.04621.03501.02921.0259将式（3-1）、式（3-7）、式（3-8）、式（3-10）、式（3-11）和式（3-12）代入式（3-6），可得：（3-14）又因（3-15）将式（3-15）代入式（3-14），整理后得：（3-16）式中（3-17）式（3-14）是汽车直线行驶时的驱动力和行驶阻力的平衡方程式，式（3-16）则反映了汽车在克服了其它阻力之后所具备的加速能力，由此可计算出评价车辆的动力性指标。3.3 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。下面介绍这三个指标的计算。1. 最高车速按照最高车速的定义，有，代入式（3-16）可得：将式（3-9）代入上式，有：因则令（3-18）其根为：又因通常，所以第二个根即是所求专用汽车的最高车速，有：（3-19）由式（3-17）和式（3-18）可得各档位的、和值，其结果如表3-4所示：表 3-4 各档的、和的计算结果Table 3-4 Various grade of positions、and values档位12345678将直接档（第8档位的）的、和值代入式（3-19），可得专用汽车的最高车速为： 2. 最大爬坡度按照汽车以最低档的稳定速度爬坡，有，为简化起见，设，由式（3-16）可得：（3-20）对上式两边以为自变量求导，可得：（3-21）当时，得到最大值，此时有：将上式代入（3-20）式可得：令（3-22）则对上式进行整理后可得：当时，但实际上滚动阻力总是存在的，并且滚动阻力系数愈大，汽车爬坡能力愈小。因此对上式中取负号，便得到专用汽车的最大爬坡角，即：（3-23）因，则上式可简化成：（3-24）由此可以得到专用汽车的最大爬坡度，为：（3-25）3. 最大加速度专用汽车在水平地面的加速度计算公式可由式（3-16）变化得到，有：（3-26）专用汽车在某一档位加速过程中的最大加速度可由的极值点求出，令：（3-27）得到极值点的车速为：（3-28）以（3-28）式代入（3-27）式，可得专用汽车在该档时的最大加速度为：（3-29）其计算结果如表3-5所示：表3-5 各档的最大加速度Table 3-5 Various files maximum acceleration档位123456782.0161.6831.2901.2230.63990.42480.25170.14314. 加速时间和加速行程由式（3-26）可得：对上式两边积分，可得到专用汽车在水平地面从加速到的时间：（3-30）如前所述，因则有（3-31）求加速方程，因（3-32）式中车辆行驶的路程。所以有对上式两边积分，可求得专用汽车在水平地面从加速到的行程：（3-33）同理，由计算式（3-31）和（3-33），可求得该车的加速时间t和加速行程s等性能曲线。图3-1 原始起步连续换档加速特征图Fig3-1 Primitive start continuously shifts gears to accelerate the characteristic chart1；2图3-2 直接档加速特征图Fig3-2 Does not shift gears acceleration characteristic chart1；24 罐体的结构与设计4.1 罐体的结构罐体主要由圆筒体、封头、防波板（大型罐体还有隔板）、人孔和整体式支承座等组成。在罐体上还设有安全阀座、液位计座和紧急切断阀座等辅助安装座。图4-1为液化石油气罐罐体示意图。图4-1 液化石油气罐罐体示意图Fig4-1 Drawing of liquefication petroleum gas storage holder shell of tank schematic1 安全阀凸缘；2吊耳；3气相管；4隔板；5液位报警器凸缘；6温度计接口；7液相紧急切断阀口；8气相紧急切断阀口；9液位计凸缘；10人孔；11整体式支座圆筒体必须采用各径向受力均匀的圆筒，以保证有足够的刚度和强度。圆筒体通常由数节焊成，节数不应过多，相邻两节的纵向焊缝不允许在同一相位上，其相错距离不应小于100mm，并位于检测方向（见图4-2）9。焊缝中，要求纵向焊缝对接错口量（s 表4-1 圆筒体周长允差（单位：）Table 4-1 Cylinder body perimeter allowance error内径公称内径80012001300160017002200周长允差+5-2+6-3+8-4图4-2 圆筒体示意图Fig 4-2 Cylinder body schematic drawing1安全阀；2液相紧急切断阀口；3气相紧急切断阀口；4液位计法兰口；5温度计套口；6人孔为壁厚）。环向焊缝对接错口量或（当时），对接的各焊缝处棱角，每节长度误差为23mm。单节直线度误差为0.002L（L为单节长度），圆筒体圆度误差为（为圆筒体公称内径），圆筒体周长允许误差如表4-1所示：封头必须采用承压能力强的凸形封头，常用的有碟形、椭圆形和半球形封头。封头和圆筒体之间必须采用对口双面焊接型式，以保证连接强度和气密性。防波板的作用是减弱罐体内的液体由于汽车行驶引起的冲击和振荡，以提高汽车行驶平稳性。防波板有横向和纵向（在大型车上设置）两种布置。图4-3是横向防波板，开设的若干圆孔起阻尼作用，吸收液体的震动能量。防波板与焊接在罐体内壁上的角钢用螺栓连接。罐体的材料一般采用16MnR钢板制造。安全阀装在罐体的上部，当罐内压力过大时，能迅速打开排放降压，以防罐体炸裂。液化石油气罐汽车上常采用内置全启式安全阀，如图4-4所示。这种安全阀采用单反冲盘结构，反冲盘8装在阀杆2的顶端，弹簧3装在阀体4的下方和阀杆2的下端，由弹簧3下端的弹簧座和螺母将其锁紧在阀杆2上。可用螺母来调整弹簧的预紧力，以保证安全阀的开启压力。当罐体压力超过安全阀开启压力时，反冲盘8（即阀门）连同阀杆2压缩弹簧3，反冲盘离开阀体，排放气体降压；待压力恢复正常后，在弹簧3的作用下，阀杆和反冲盘回位，阀门关闭。为防止阀门失灵而产生泄露，在反冲盘上设有预紧螺栓11，可作为应急时顶紧阀门。弹簧部分装在罐内，降低了阀的外露高度，有利于自身安全。图4-4 内置全启式安全阀Fig4-4 Sets all opens the type safety valve1 导向套；2阀杆；3弹簧；4阀体；5垫圈；6下调整环；7密封垫；8反冲盘；9上罩；10防护罩；11顶紧螺栓安全阀的开启压力应高于罐体的设计压力，但不得超过设计压力的1.1倍，全开压力不得高于设计压力的1.2倍，回座压力应不低于开启压力的0.8倍。安全阀的排放能力可参阅GB150-89钢制压力容器及劳动部的有关规定进行计算。一般中小罐体上安装一个安全阀即可，但为了保证绝对安全，通常一个罐体上安装两个安全阀。液位计用来检查罐内液位高度，显示实际容量，防止超量充装，但在液化石油气罐汽车上是必须设置的。常用的液位计有浮球式、压力式和直观式。其中浮球式液位计应用最多。液位计表盘涂色带中，黑色带是零位区，绿色带是正常充装量区，黄色为充装注意区（即充装容积为总容积的80%85%），红色为危险区（即充装容积已超过总容积的85%）。为了防止液位计失灵造成事故，通常在罐体的特定容积处设置多个液位计。 4.2 罐体的壁厚计算液化气罐体的壁厚计算必须符合GB15089钢制压力容器规定，该标准规定的适用内压范围为0.535MPa。罐体的设计压力应遵照劳动部门1981年颁发的“液化石油气槽车安全管理规定”中的数值，参见表4-2。其中表4-2中“混合液化石油气”是指丙烯与丙烷或丙烯、丙烷与丁烯、丁烷等的混合物。表4-2 罐体的设计压力Table 4-2 Shell of tank design pressure充装介质种类设计压力/丙烯2.158丙烷1.766混合液化石油气50时，饱和蒸气压力大于1.169MPa(表压)2.158其余情况1.766丁烯、丁烷、丁二烯0.7582、圆筒体壁厚计算钢制压力容器受内压作用时圆筒体壁厚用下式计算：（4-1）式中设计压力（），参见表4-2选取，本次设计选=1.8；圆筒内直径；设计温度下材料的许用应力（）；焊缝系数，见表1-8；壁厚附加量。圆筒体壁厚计算应力用下式校核：许用应力应取以下三者中的最小值4：；或式中材料在常温下的最低抗拉强度（）；材料在设计下的屈服强度（）；材料在设计下（经h断裂）的持久强度极限（）；材料在设计下（经h蠕变率为1%）的蠕变极限（）；、分别按、计算时所取的安全系数。表4-3 钢制压力容器焊缝系数 Table 4-3 steel pins down the pressure vessel welded joint coefficient 焊缝结构焊缝系数全部无损探伤局部无损探伤不做无损探伤双面焊或相当与双面焊全熔透的对接焊缝1.00.85有金属垫板的单面焊对接焊缝0.90.8无垫板的单面环向对接焊缝0.6壁厚附加量通常由钢板负偏差、腐蚀裕量和加工减薄量组成，即：（4-2）可从有关手册中查取。若，且不超过钢板名义厚度的6%，可取。根据常运货物对罐体的腐蚀速度和设计寿命用下式确定：式中腐蚀速度（）；设计寿命（），可取1015。当（包括大气腐蚀）时，对碳素钢和普通低合金钢单面腐蚀，取；双面腐蚀。对不锈钢，腐蚀速度极微时，取。与罐体的加工方法、材料性质有关。冷卷罐体可取。也可根据制造厂的工艺条件自行确定。3、封头壁厚计算3椭圆形封头采用长、短轴比值为2的标准型封头，其有效厚度应不小于封头内径的0.15%，椭圆形封头厚度用下式确定：（4-3）式中椭圆形封头形状系数，用下式计算：设计压力（）；封头内径；设计温度下材料的许用应力（）；焊缝系数；附加裕量。4、平盖厚度平盖厚度可按下式计算：（4-4）式中平盖计算直径；结构特征系数；4.3 管道系统和液泵选择4.3.1 管道系统组成和设计要求液化石油气罐车在装卸作业中必须保证安全，工作可靠，并且具有多种功能。为此，在管道系统中通常设有安全装置（安全阀、紧急切断阀、气相管）、监测仪表（压力表、流量计）、动力源（液泵）、操纵装置（各类阀、手动液压泵）以及连接胶管、快速接头、过滤器等6。管道系统应具有自泵装卸、泵站作用、他泵装卸、压差装卸和自流装卸等功能。图4-5为本车管道系统原理图。通过操纵不同的阀门可实现罐车的各种功能。自泵装卸操作手动泵，打开紧急切断阀，再打开阀2、5，其余阀关闭，实现经流量计计量装液；若只打开阀1、4，期于阀关闭，实现竟流量计计量放液。泵站倒罐操作手动泵，打开紧急切断阀，打开阀2、3，其余阀关闭，则不经计量，液体也不经本罐车进行倒罐；打开阀2、4，其余阀关闭，则经流量计进行倒罐。他泵或自流装卸操作手动泵，打开紧急切断阀，打开阀1、2或4、5，奇遇阀关闭，则不经流量计进行他泵或自流装卸；若打开阀3、5，其余阀关闭，则经流量计进行他泵或自流装卸。图4-5 管道系统原理图Fig4-5 Piping system schematic diagram进泵阀；2进罐阀；3直排阀；4过流阀；5自流阀；6气相阀；7排气阀；8，9泄压阀；10切断阀；11排气阀（紧急用）4.3.2 管道系统的主要部件紧急切断装置紧急切断装置是本车的主要安全装置之一，由液相和气相紧急切断阀，手油泵、放油泵、易熔塞和管道等组成。其作用是：关闭阀门，切断罐体与管道的通路，避免行驶中渗漏或意外排液；阀门开启后，若排液流速达7.6或发生意外事故，可自动关闭，待流速恢复正常后又能打开阀门；当环境温度超过或失火时，紧急切断阀的易熔塞熔化，油压控制系统卸压，自动关闭阀门；遇到紧急情况，又难于接近操纵箱中的手油泵时，可遥控汽车尾部的放油阀排油，关闭紧急切断阀，能保证在5s内同时关闭液相和气相阀。紧急切断阀装在罐体底部与装卸管道的相连处（见图4-5），其结构如图4-6所示。紧急切断阀平时处于关闭状态，装卸作业时，通过手油泵将压力油压入油缸10，推动活塞顶杆11左移，克服回位弹簧14的张力，使摇臂1转动，将阀杆9向上推动，使过流阀5上移，紧急切断阀即打开。当装卸完毕或管道系统泄露需紧急切断液相管和气相管时，可操纵液压控制系统，使油缸卸压，在回位弹簧的作用下，摇臂逆时针方向转动，过流阀在大、小图4-6 紧急切断阀Fig 4-6 Urgently shuts off the valve1摇臂；2阀体；3小弹簧；4大密封圈；5过流阀；6小密封圈；7先导阀；8大弹簧；9阀杆；10油缸；11活塞；12易熔塞；13易熔合金；14回位弹簧；15轴；16轴套；17O型密封圈弹簧8、3的张力作用下回位，紧急切断阀关闭。液压控制系统卸压的方法有：一是将手动液压泵手柄放在卸荷位置；二是通过罐体尾部放油阀卸压；三是高温下易熔合金塞13熔化，压力油卸压。本车选用了日本进口的两台紧急切断阀，分别装在罐体的液相和气相管路上，以便在有异常情况发生时进行紧急切断。安全阀（溢流阀）安全阀用来保护管路和管路部件，与液泵并联（见图4-5）图（4-7）为安全阀结构图。阀芯2在弹簧3的作用下处于常闭状态，当管道中液体压力超过弹簧3的张力时，阀芯开启，使高压液流回到低压管道中。阀芯的开启压力可通过调节螺母4调节弹簧3的预紧力进行调节。图4-7 安全阀 Fig4-7 Safety valve1阀体；2阀芯；3弹簧；4调节螺母；5密封垫；6阀盖温度计和压力表温度计用来测量液相温度，应选用压力表式温度计、量程应比液化石油气最高温度高25%，通常为-40+60，并在40和50区域涂以红色标记。为了维修更换方便，受感器应插入与罐体相隔绝的套管内。压力表的量程也应比最大压力大25%为宜，一般取03.92MPa，精度不低于2级（2%）。在压力表之前应装有控制开关。液相管和气相管液相管即排液管，其口径根据液泵的出入口径决定，要求流速不超过5m/s，可用下式计算：（4-5）式中液体流速；液泵最大流量；液相管最小内径。由于装卸作业完毕后，阀门关闭，液化石油气被封闭在液相管道系统内，形成没有气相空间的密闭容器，这是不允许的。所以，设计液相管道时，必须考虑能将管道中的余液抽回到罐内或排放到其他容器中，也可以设置旁路安全阀。气相管是液化石油气罐汽车管道系统所特有的，它在密闭装卸中连通汽车罐体与接收（或放液）容器的气相空间，使两者的压力、温度达到新的平衡，实现正常作业。气相管内径一般采用25。接口位置可在罐体的侧面（或后封头）操作箱部位，从而减少气相管长度，使回路简短，布置紧凑。快装接头和软管快装接头的结构如图（4-8）所示。插口4的镙孔端与罐体的输液管端部相接，用盖帽2盖紧。装卸作业时，取下盖帽，与地面上的输液管相接就可以作业。图4-8 快装接头图Fig4-8 Rapid installation attachment1手柄；2盖帽；3O型橡胶密封圈；4插口；5销钉高压标准软管为钢丝编织耐油胶管，两端都装有快装接头，一端与罐体上的输油管连接，另一端与地面上的输油管连接。流量计流量计必须选择容积式流量计，如椭圆齿轮流量计、滑片流量计或双转子流量计等。其量程与泵的额定流量相匹配。为提高流量计的精确度，在流量计管口前应有一段长而直的管道，并装有过滤器、气液分离器和压差计等，不允许混入气体和超计量工作。液泵对液泵的要求，归纳如下7：（1）泵送液化石油气时，不产生气化，气蚀小。在有气相平衡条件下，吸上压力为正时，能正常抽送具有高气化弹性的液体（液化气）；在无气相平衡条件时，能对气瓶灌气。（2）运转平稳，流量均匀，脉动小。（3）密封性好，耐腐蚀，使用寿命长。（4）零部件互换性好，便于维修。（5）体积小，造价低。根据整车的性能要求选择液化

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