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车辆工程毕业设计11HD5180GSN散装水泥运输车改装设计.doc
车辆工程毕业设计11HD5180GSN散装水泥运输车改装设计
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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计11HD5180GSN散装水泥运输车改装设计,车辆工程毕业设计论文
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- 1 - 第 1 章 绪论 1.1 本课题研究的目的及意义 汽车工业发展的经济 效益不只是汽车本身，而是集中表现在汽车使用和流通的全过程中， 汽车工业的发展必然 带动 汽车运输业的发展。由于社会对汽车的运物效率和经济性，以及各种功能和性能的要求也越来越高，从而使汽车运输工具向专用化发展成为必然趋势。 粉罐汽车用于散装粉状物料的运输，如装运水泥，面粉，滑石粉，煤粉等。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。 散装水泥以其显著的经济效益和社会效益 ， 已在世界范围内得到迅速发展 。 散装 水泥车 每运 100万吨水泥可节约袋装纸 6000吨，不仅节约了造纸原料和能源，还节约了近 40万人 的 劳动力。我国目前水泥产量已突破 2亿吨，如果像美、日以及欧洲的一些国家，水泥运输散装率在 90%以上，则每年仅节约包装费达 50亿元上，技术和高附加值的专用汽车在提高产值、利润和节约外汇方面都有着极其重要的 作 用。 我国水泥产量居世界首位 ，但散装率却很低，约为 33.5%。散装水泥的比例与水泥工业发展速度显得极不协调，与发达国家散装水泥相比，相距甚远 1。显然，要加速我国散装水泥的发展，除了需要制定有关的经济政策 给予 经济扶持 外，还要从散装水泥的工业技术方面进行改善和发展，才能使散装水泥发展速度同形势相适应。发展散装水泥运输车也是其中关键一项。 近年来使用的粉罐汽车都是采用气力卸料的气卸散装粉罐汽车，它由六大部分组成，即：汽车底盘、罐体总成、空压机及空气管道、卸料管道系统、取力传动装置、监测仪表及安全装置等。气力卸料是将具有一定压力的压缩空气通过罐体底部的流态化装置通入罐内粉料中，使粉料和空气混合，呈现流动状态，然后打开卸料阀，粉料与空气混合物在罐内外压力差作用下排出，经管道流入地面容器内 2。 罐体是气卸散装水泥车装载水泥的 容器，其流态化床，有效容积和总容积等直接影响 气卸散装水泥车的两个重要专业性能指标 卸料时间和剩余率 3。因此，选择合适的罐体是一项很重要的工作。 使用气卸散装水泥运输车不仅可以提高水泥装卸的机械化水平，节约劳动力，减轻劳动强度，改善工作条件，而且可以减少水泥损耗，降低施工成本，保证水泥质量。实践证明，与袋装水泥搬动相比，其装卸效率可提高 15倍以上，水泥损失减少约 4%，具有明显的社会经济效益 1。在目前我国木材资源匮乏，能源紧张的情况下，推广使用气卸散装水泥运输车有着十分重要的现实意义。 nts - 2 - 随着我国水泥行 业的飞速发展，气卸散装水泥车得到了广泛应用 ,水泥散装事业得到了蓬勃发展，但是散装水泥车的卸料速度直接影响着运输效率，能源节约，汽车寿命以及经济效益 3。改进散装水泥车的卸料速度是我们所要迫切解决的问题。 1.2 气卸粉罐车的现状和趋势 研究国内外专用汽车的发展，都有一个共同的规律，这就是：随着公路运输的发展，当汽车保有量增大到一定程度时，必然会出现专用汽车，从改装特种军用车开始逐步发展到各国经济领域，成为各国汽车工业的重要组成部分。国外专用汽车的发展概况及未来发展趋势是： 底盘生产向专用化方向发展 ；向大型 、重型及半挂汽车列车方向发展；注重专用汽车的经济性；品种日益繁多，分工愈来愈细，并向着精尖产品发展； 零部件专业性生产程度不断提高；多品种、系列化、小批量的趋势越来越明显。 总之，当前我国专用汽车行业已经从起始阶段进入发展时期，向高层次、高水平、高技术、高效益方向发展的时机已经成熟，我国专用汽车面临一个广阔的发展前景 2。 举升式粉罐汽车 是专用罐式汽车的一种，目前在我国市场具有一定的需求量，但生产量小，不能满足市场的需求，在国内还处于不成熟阶段。随着我国经济的发展，举升式粉罐汽车的市场需求必定逐渐增加。粉罐汽 车 是指运输散装粉料，如水泥、煤粉、粉煤灰、滑石粉、面粉等粉料的专用罐式汽车。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。近年来使用的粉罐汽车都是采用气力卸料的气卸散装粉罐汽车 4。 近年来使用的粉罐汽车都是采用气力卸料的气卸散装粉罐汽车；少数粉罐车按用户要求，采用液压或简单的举升卸料结构。粉料颗粒的运送，多靠自重从罐体底部锥形口卸出，或是将罐体举升 30 以上，颗粒靠自重向下滚滑，从罐尾卸出。粉罐汽车按其罐体型式不同可分为下列四种： 1.2.1 举升式粉罐汽车 举 升式粉罐汽车的罐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，粉料在重力作用下自动下滑，集中到出料口处后卸出。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。如图 1-1所示。 nts - 3 - 1.2.2 立式粉罐汽车 图 1-1 举升式粉罐汽车 立式粉罐汽车的罐体中心线呈铅垂方向，如图 1-2 所示。车辆可载一个或多个立式罐。立式粉罐汽车适用范围广，能用于粉料、颗粒料等多种粉粒体物料的散装运输。但整车质心较高，采用多个罐体时结构复杂，制造成本也较 高。 图 1-2 立式粉罐汽车 1.2.3 卧式粉罐汽车 罐体中心线呈水平方向，罐体可以是单个舱，也可分隔两个舱。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，如图 1-3 所示。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粉料散装运输。 nts - 4 - 图 1-3 卧式粉罐汽车 1.2.4 斗式粉罐汽车 斗式粉罐汽车的罐体由中心线呈水平位置的直圆筒或长方筒和与中心线垂直的锥筒组合而成， 如 图 1-4 所示。斗式粉罐汽车通常不设置流态化床，利用粉料的重力自动卸料。所以，具有结构简单，适用范围广，剩余量少，罐内易于清扫等优点。 图 1-4 斗式粉罐汽车 随着我国水泥行业的飞速发展，散装水泥车新产品的开发也显得迫切需要，气卸散装水泥车将成为散装水泥车市场上新的宠儿 6。 1.3 课 题研究的主要内容与技术路线 本课题研究的主要内容有： （ 1）通过初步确定载重来对二类底盘进行选型； （ 2）重 点对罐体进行设计，其中包含对罐体材料选择，罐体内部流化板，多孔 板 的设计； （ 3）对气卸及输料装置进行设计； （ 4）对整车性能进行分析，看其是否合理； （ 5）对罐体总成内部各元件的连接，及罐体总成与车架之间的连接进行研究。 nts - 5 - 本课题研究的主要技术路线如图 1-5所示。 图 1-5 技术路线 罐体总成的设计 气卸装置设计 方案选择 二类底盘选择 整车性能的确定 气卸粉罐车 nts - 6 - 第 2 章 方案的选择与分析 2.1 罐体型式的选择 粉罐汽车按其罐体型式不同可分为立式粉罐汽车、卧式粉罐汽车、举升式粉罐汽车和斗式粉罐汽车 7。 立式粉罐汽车的罐体中心线呈铅垂 方向 ，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，卸料时罐体呈倾斜状态，粉料在重力作用下自动下滑，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。 举升式粉罐汽车罐 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。 斗式粉罐汽车通常不设置流态化床，利用粉料的重力自动卸料，具有结构简单，使用范围广，剩余量小，罐内易于清扫等优点。但该型汽车整车质量较大，制造成本也比较高，经济性较差。 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 2.2 二类底盘的选择 本次设计所选的二类底盘为 CA1189P4K2L11T8 型 就可 满足其相关要求 ，第三章将对其技术参数做详细介绍。 nts - 7 - 2.3 卸料装置的选择 2.3.1 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。 2.3.2 空气压缩机选择及布置方案 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取力器获得。取力器的布置方案将在第三章作详细的阐述。这里初步定为取力器从变速器侧端取力，以驱动空气压缩机运转。 空气压缩机固定在汽车驾驶室与罐体之间的车架上，具体位置见整车结构图。 2.3.3 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： 本次设计采用上吸式出料装置。 （ 1） 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。它的基本结构特点是：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） 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。如图 2-1 所示。 nts - 8 - 2.4 二类底盘选型 专用汽车性能的好坏对专用汽车性能影响很大，通常专用车辆 采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘，而该 水泥运输 车是在二类底盘的基础上进行改装设计。所谓二类底盘，就是指在基本型整车基础上去掉货厢。 专用汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的 性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前， 80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。 目前国内市场上底盘的种类多、品种全 ，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，选用的底盘也多为这些系列的产品 。一般专用改装车辆在选用底盘时 不但要根据 专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标 进行考虑，还从适用性、可靠性、先进性、方便性等方面进行比较分析，表 2-1是常用二 类底盘的性能对比列表： 表 2-1 底盘性能对比列表 解放 东风 红岩 适用性 适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用于各吨位载重货车的改装设计要求以及部分专用车辆的特殊要求 可靠性 工作可靠，出现故障的几率少，零部件 有足够的强度 工作性能好，故障率低，零部件要有足够的强度和寿命 性能可靠，出现故障率低，各部件要有足够的强度 先进性 动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平 动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平 动力性、经济性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平 方便性 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 价格 较便宜 比较便宜 便宜 供货来源 市场拥有量多 市场拥有量多 市场拥有量较多 吨位 各种吨位车型 各种吨位车型 轻、中型载货车型 nts - 9 - 通过调研与分析，并结合本次改装设计的特点，选用东风系列底盘相对较合理。确定东风 CA1189P4K2L11T8 底盘作为本次高压清洗汽车的底盘，其主要技术参数见表 2-2 所示： 表 2-2 底盘技术参数列表 底盘型号 CA1189 整 备 质 量（ Kg） 8950 发动机 CA6DF2 额 定 载 质量 (Kg） 16758 轴距（ mm） 4725+1350 厂定最大设计总质量（ kg） 8950 车架前悬 /后悬 1255/1858 规格（ mm） 680021402395 接近角 /离去角 24/29.5 轮胎规格 11.00R20 2.5 取力器的选择 气卸散装水泥运输车上的专用设备 空气压缩机，是以汽车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器取力来驱动的。由于在设计变速器时已经考虑了动力输出，因而在变速器的左侧或 右侧留有标准的取力器接口 。 2.6 取力器布置方案选择 专用车取力总布置方案决定于取力方式。常见的取力方式如图 2-3 所示。 从发动机前端取力的特点是采用液压传动，适合于远 距离输出动力。固此种取力方式常用于由长头式汽车底盘改装的大型混泥土搅拌运输车。 从飞轮后端取力的特点是取力器不受主离合器影响，传动系统与发动机直接相连，取力器到工作装置距离短、传动系统简单可靠、取出的功率大、传动效率高。这种方案应用较广，如平头式汽车改装的大、中型混泥土搅拌车等。 从变速器 轴取力的布置方案又称变速器上置式方案。此种方案将取力器叠置于变速器之上，用一惰轮与 轴常啮合齿轮啮合获取动力，固需 改制原变速器顶盖。此方案应用很广，如自卸车、冷藏车、垃圾车等一般都从变速器上端取力。 从以上方案中选着用发动机飞轮后端取力。 nts - 10 - 2.7 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。 图 2-3 取力器布置结构图 取力方式分类 发动机取力 变速器取力 传动轴取力 分动器取力 从前端取力 从飞轮后端取力 从 轴取力 从中间轴末端取力 从 取力 从倒档齿轮取力 nts - 11 - 第 3 章 总布置以及参数的确定 3.1 总 体布置的原则及布置图 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 为气卸粉罐车整车结构图）布置时应按照以下原则： （ 1） 尽量避免对汽车底盘各总成位置的否定； （ 2） 应满足专用工作装置性能的要求； （ 3） 装载质量，轴荷分配等参数的估算和校核； （ 4） 应避免工作装置的布置对车架造成载荷集中； （ 5） 应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量； （ 6） 应符合有关法规的要求。 图 3-1 气卸粉罐车整车结构图 3.2 整 车参数的确定 初步选定的装载质量为 16t，由上述列表可知整备质量为 8950kg，对于汽车总质量以座位数为 2 个，按 65kg 每人算，经计算可知总质量为 25080 kg。 nts - 12 - 3.3 取力器基本参数确定 取力器实质上是一种单级变速器。其基本参数有取力器总速比、额定输出转矩、输出轴旋向以及结构质量等。 CA1189P4K2L11T8 系列汽车取力器有 PT012/252 、 PT012/263 、PT012/264、 PT012/273 等 30 几种型号。其总速比（发动 机转速与取力器输出转速之比）有 1.06、 0.892、 1.253、 1.199 等多种配比。其额定输出扭矩有210Nm、 170Nm、 100Nm 和 392Nm 等。输出旋向均为与发动机旋向相反。结构参考质量为 12 kg、 12.5kg。本设计选用取力器型号为 PT012/264，其总速比为 1.253。 3.4 本章小结 本章对二类底盘 及 其参数做了详细介绍，初步确定了整体布置图，并确定了整车的质量参数和尺寸参数。最后确定了取力方式和以及完成了对取力器的选择。本章的独特地方之一增设了一柴油机作为气泄动力源，采用了用发动机取力 提供外接。 nts - 13 - 第 4 章 罐体的设计 4.1 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 Q235 为制作材料。 4.2 罐体尺寸的确定 卧式罐体一般是由圆柱体、斜锥体、封头等几部分组成，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 4.3 流态化装置的设计 粉料的流态化是使粉料变成具有流动特性的过程 ，流态化装置是完成上述过程的必要部件，是完成气卸粉料罐的核心。它能使粉料在气体自下而上的作用下，穿过粉料层，使之像 沸腾的液体一样，排 出 罐体。流态化装置又nts - 14 - 称为流化床。 4.3.1 流态化装置的构造 双锥内倾式罐体所采用的复合型流态化装置的结构如图 4-2 所示。它由滑板、支承架、多孔板、流态化元件、压板等组成。 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 4-2 复合型流态化装置图 4.3.2 流态化元件选择 流态化元件是流态化装置的核心，它对粉料的流态化有极其重要的的影响。目前，流态化元件有软、硬两类。 硬质流态化元件是用陶瓷、粉末冶金、烧结塑料等制成的。它具有很好的刚性，不需要多孔板支撑，且不易受潮和堵塞，耐磨性好。但他易破碎，制造工艺复杂，价格较高，目前还很少采用。 nts - 15 - 软质流态化元件的材料有棉织帆布、化纤帆布、 毛织物等。多层棉织帆布以及帆布夹毛毡曾被广泛的用来制作流态化元件。近年来，涤纶等合成纤维的应用越来越广泛。干燥的棉织帆布透气性好，但容易受潮，导致透气性下降；表面粗糙，卸料结束后布层上残留的水泥较多；耐磨性差、易破损，国外已经很少采用。涤纶等化纤织物制成的流态化元件韧性和抗拉强度高、表面光滑，且不易受潮，使用寿命长，是一种比较理想的流态化元件。 因此可采用有涤纶帆布编织而成的软质流态化元件。 4.3.3 流态化元件压紧方式的确定 气卸粉罐车的软质流态化元件多采用压板直接压紧的方式：即使用螺栓穿过压板及软质流态 化元件压紧在多孔板上。 4.3.4 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三分之一，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 20 30mm 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 4-3 为多孔板结构示意图。 （孔 的直径为 20mm，孔距为 50mm） 图 4-3 多孔板结构示意图 nts - 16 - 4.4 罐体内部结构的设计 4.4.1 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。 4.4.2 中央气室长度的设计 中央 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 460mm。 4.4.3 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，国内生产的散装水泥车气化板宽度一般在 500 600mm 之间，这里取气化板宽度为 600mm。 4.4.4 流板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计 罐体内大部分水泥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，一般硅酸水泥的的静止休 止角为 40 45。流化板的的倾角必 须 大于水泥的休止角，一般取 45。气化层上的水泥经压缩空气流态化后，流动性增加，增加气化层的倾斜角，则水泥的输送角增大，剩灰率减小，但罐体无效容积增大，罐体质心高。反之如果减小气化层的角度，则水泥输送速度减小，罐体有效容积增加。国内生产的散装水泥车气化层的倾斜角度为 6 10，这里取 10。 nts - 17 - 4.5 流板结构尺寸的设计 在罐体的圆柱体、斜锥体等部分上，每一处的横截面均为圆形（图 4-4）。截面内流板尺寸按以下公式计算。 图 4-4 罐体截面几何 图 2 214a R R K (4-1） a r c2 ( )ktg R a b (4-2） 2 coskd (4-3） 02 180 (4-4） 321a r c s i n ( s i n )R(4-5） 01 2 3180 (4-6） nts - 18 - 121 s i ns i neR (4-7） 4.5.1 中央气室部分流板尺寸计算 由0 1Rm 0 0.6L m 10o 45o 0.6k m 取 0.1b m 将数值代入公式（ 4-1）（ 4-7） 可得： 0.046a m； 070.64 ； 0.905d m； 02 64.36 ； 03 54.68 1 60.96 ； 0.97e m 4.5.2OO 截面至 AA 截面处流板尺寸计算 在 OO 截面和 AA 截面间选取若干截面计算出各截面处流板折边的高度 b 和流板的长度 e，结合图 4-5 进行计算，计算出的相关尺寸见表 4-1。 nts - 19 - 图 4-5 OO 截面至 AA 截面几何图 表 4-1 OO截面至 AA流板尺寸 （单位： m） xxb a d 1 2 3 e 0 0.1176 0.046 70.270 0.8886 62.2560 64.7320 53.4730 0.9745 0.6 0.1529 0.046 69.470 0.8554 63.340 65.5310 51.130 0.9821 0.8 0.1882 0.046 68.600 0.8221 64.720 66.40 48.880 0.9868 1 0.2234 0.046 67.680 0.790 65.8870 67.3250 46.7880 0.9892 4.5.3AA 截面至 BB 截面处流板尺寸计算 该段为斜锥体部分，由于斜锥体的水平倾角与气化板的倾角相等。 则yAbbA 点即 x=1 时的点 0.2234yb m y-y 截面处截面圆的半径 1 ( 1 )2yAR R y t g AA 截面至 BB 截面处流板尺寸见表 4-2。 表 4-2 AA截面至 BB 截面流板尺寸 （单位 ： m） yyR a d 1 2 3 e 2 0.9118 0.051 64.790 0.7046 63.150 70.210 46.640 0.8646 3 0.8237 0.057 61.090 0.6221 59.660 73.910 46.420 0.7399 4 0.1882 0.046 68.600 0.8221 55.20 78.80 46.030 0.6157 nts - 20 - 根据以上数据可以画出流板的零件图和展开图。 4.5.4 封头部分流板尺寸设计 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。 4.6 罐体厚度的确定 4.6.1 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 D 3800mm 时 ，其最小厚度由以下经验公式确定： min 21000DS （ 4-8） 即有 m i n 2 2 2 0 0 0 41 0 0 0 1 0 0 0DS mm 4.6.2 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1C和腐蚀余量2C。即 12C C C（ 4-9） 当1C不大于 0.25mm，且不超过名义厚度的 6%时，可取1C=0。查有关手册可知，对于普通碳素钢，当钢板厚度在 3.8 4.0mm 时，负偏差1C=0.3mm。 腐蚀余量2C应根据截止的腐蚀性和容器的使用寿命而定。我国 钢制压nts - 21 - 力容器规定：对于碳素钢，取2C1mm。考虑到散装水泥罐装的是干水泥，腐蚀性较小，取2C=1.7mm。则有： C=C1 C2 =0.3+1.7=2.0mm 因此筒体部分钢板的厚度 S 可选定为： MINSS +C=3.6+2.4=6.0mm 参考其他椭圆封头式罐体，封头部分的钢板厚度比筒体部分大 1mm，即封 头部分采用 7mm 普通碳素钢板。 综上所述，罐体选材确定为：筒体部分采用 6mm 碳素钢板，封头部分采用 7mm 碳素钢板。 4.7 封头设计 封头包括半球形、碟形、椭圆形和无拆边球面形等凸形封头，以及锥形封头和平盖等。 椭圆形封头的受力情况好，质量小，国家已经有标准的封头系列，应用最广泛。 椭圆形封头是由半个椭球及高度为 h 的直边部分组成。图 4-6 为椭圆封头各参数示意图。 图 4-6 椭圆封头参数关 系示意图 查阅中华人民共和国行业标准 GB/T8844-1990 异形筒体和封头的规定，可知对于椭圆封头有 22 iDH ，即 H=370mm 同样可以查得iD与 h 有以下关系，如表 4-3 所列。 nts - 22 - 表 4-3 Di 与 h 关系列表 iD(mm） 400 450-900 900-1500 1500 h (mm） 40 60 80 120 iD=1480mm，处于 900 1500mm 区间内，所以取 h=80mm。 4.8 流态化主要参数的设计 1.流态化床气流速度fV1 . 8 2 0 . 9 43 0 . 8 8 0 . 0 6()4 . 0 8( 1 0 )s s gfgdV (m/s） (4-8） 式中 sd 水泥颗粒直径， 688 10 m s 颗粒真密度，水泥为 3200kg/ 3m ； g 气体密度，空气取为 2.75kg/ 3m ； 气体的动力粘度，一般取为 0.0218Pa s； 那么水泥的临界流态化气流速度为： fV 6 0 . 9 40 . 8 8 0 . 0 68 8 1 0 ( 3 2 0 0 2 . 7 5 ) 0 . 0 0 90 . 0 2 1 8 2 . 7 5 1.82（ ） m/s 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： fQAv(4-9） 式中 Q 气体的流量； fv 粉料临界流态化速度。 nts - 23 - 7 . 5 8 3 3 . 30 . 0 0 9fQv m2 很显然，流态化床的面积满足要求。 3.罐体最大空床截面积 maxA 对于水泥，maxA=1.85Q 式中 Q 空气流量 (m3/min） Amax =1.85Q=1.85 7.5=13.875 4.气流速度tv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tv） 。若气流速度达到此值，床层的稳定操作行为将急剧偏离理想行为，导致操作失常。tv可按下式计算： 122 3()4225sgtggv d s(m/s） (4-10） 式中 g 重力加速度， g=9.81m/ 2s 。 水泥的带出气流速度tv为： 1223 634 ( 3 2 0 0 2 . 7 5 ) 9 . 8 1 8 8 1 02 2 5 2 . 7 5 0 . 0 2 1 8 1 0tv 5.最小空床截面积minA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tv，否则会导致稀相床出现。最小空床截面积可以用下式计算： minA 60tQv = 7.560 0.58 =0.216m2 nts - 24 - 即最小空床截面积为： minA=0.216m2 4.9 罐体容积近似计算 罐体由圆柱体 ,斜锥体及椭圆封头等部分组成 ,由于罐体的基本结构尺寸，罐体各部分的长度，直径流板尺寸对水平面倾角 ，气化板对水平面倾角 ，中央气室长度0l气室宽度 k 等以确定。现由这些参数计算罐体的有效容积。罐体纵向每处横截面的形状均为圆形。 1.近似计算的理论依据 辛卜生（ simpson）公式是近似计算罐体有效容积的理论依据公式如下： 积分 ()bxa f x d将积分区间 n 等分 令 bahn则 ( ) ( ) 4 ( 2 ) 2 ( 2 ) 4 ( 3 )3 b xa hf x d f a f a h f a h f a h2 ( 4 ) 4 ( 3 ) 2 ( 2 ) 4 ( ) ( ) Lf a h f b h f b h f b h f b (4-11） 给定误差范围 D 先把积分区间 2 等分这时辛卜生公式如下： 2bah ( ) ( ) 4 ( ) ( )3ba hf x d x f a f a h f b (4-12） 再将积分区间 4 等分即4bah 这时辛卜生公式表示为： ( ) ( ) 4 ( ) 2 ( 2 ) 4 ( 3 ) ( )3ba hf x d x f a f a h f a h f a h f b (4-13） 将公式计算的数值相对比，如果其差值小于给定 误差 D 则公式 （ 4-11）计算的积分值即可作为积分 ()ba f x dx的值。如果大于给定误差 D，就需要对积分区间继续等分，直至求出的数值和上一次求出的数值的差值小于给定误差 D 为止。 这里给定误差 D=0.01m3 通过实例发现分段计算罐体的有效容积时公式 (4-12） 所计算结果，其误差小于 nts - 25 - 给定误差 D=0.01 3m 满足罐体设计要求，因此可利用 1 2 31 ( 4 )3V S S S (4-14） 式中 1S、2S、3S 各截面的有效面积 罐体各段的有效容积之和即为罐体的有效容积。 2.求部分斜锥体体积 求部分锥体的体积，利用 图 4-4 求解。 可得： 1.8994AAS m2 1.8994BBS m2 1.44353yyS m2 1 ( ) 0 . 8 6 8 9 13 A A B B y yhV S S S m3 3.中央气室部分体积 求中央气室部分体积，利用如图 4-4求解 可得 ： 2.0793ooS m2 2 1.247V m3 4.OO-AA之间体积的计算 求 OO-AA之间体积，利用如图 4-4求解 可得： V3 =3h(S00 +4SXX +SAA ） =2.8177m3 5.部分封头体积 4 0.477V m3 6.罐体有效体积计算 1 2 3 42 ( ) 1 0 . 8 2 1 2V V V V V m3 由于水泥密度为 1.2 1.5 t/m3 m vp13t 则罐体的载重量为 13t 7.扩大容积bV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： nts - 26 - b b aV K V(m3） 式中 Ka 扩大容积系数，通常取为 0.1 0.2。 ka 取 0.1 Vb=Ka=0.113.6=1.36 m3 8.气室容积cV通过计算可得气室容积 3.162cV m3。 4.10 罐体支撑座设计 罐体与汽车车架的联接是通过罐体底部的支承座和固定装置来完成的。支承座有整体式和分 置式两类，它们都是焊接在罐体的底部，与罐体成一体。通常在焊接处加有补强钢板。由于双锥内倾罐体的形状比较复杂，采用整体式支承座。 整体式支承座的纵梁和横梁焊成一体，再与罐体焊在一起。支承座与汽车之间用固定装置联锁。 4.10.1 支承座的截面形状及尺寸 散装水泥运输车罐体支承座的纵梁截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于其所承受的载荷的大小。横梁截面多为 L 形。图 4-7 为支承座的纵梁截面形状（按经验公式设计）。 图 4-7 支承座的纵梁截面形状图 nts - 27 - 4.10.2 支承 座的前端形状及安装位置 为了避免由于支承座截面高度尺寸的突然变化而引起主车架纵梁的应力集中，支承座的前端形状应采用逐步过渡的方式。可采用的前装形状有四种，U 形、角形、 L 形以及简易形 (如图 4-8 所示 ） 。 图 4-8 支承座前端简易形状图 因为加工 U 形、角形、 L 形前端工艺要求教高，加工困难，为了节约成本，可以选择前端简易形状，此时斜面尺寸较大。 对于钢质支承座：0h=5 7mm；0l=200 300mm 可以取 0h=7mm；0l=250mm。 4.10.3 罐体支承座的固定 罐体支承座与主车架的连接通常通过连接支架和止推板配合使用的方式来实现。 1.止推连接板 图 4-10 是止推连接板的结构。连接板上端通过焊接与支承座固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止支承 座与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个止推连接板之间的距离在 500 1000mm 范围内。 nts - 28 - 1-支承座纵梁； 2-止推连接板； 3-车架纵梁。 图 4-10 止推 连接板的结构图 2.连接支架 连接支架由相互独立的上下托板组成，上下托板均通过螺栓分别与支承座和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上下托架相连接。 由于上下托架之间留有间隙，因此连接车架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推连接板配合使用。图 4-11 是连接支架的结构。 1-上托板； 2-下托板； 3-螺栓。 图 4-11 连接支架结构图 4.11 本章小结 本章对罐体总成进行了详细的介绍，包括其材料的选择，罐体的尺寸的确定，对罐体内部结构如流化板、多孔板、流化元件进行了设计，确定了他们的连接方式，对罐体容积进行了近似计算。对罐体支承座进行了设计，确定了罐体支承座与罐体，半挂车的连接固定方式。 nts - 29 - 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。 气卸装置包括供气设备 (空气压缩机 ） 、供料装置、输料管等组成。 5.1 空压机选择 系统需要的输送空气量 Q 用下式确定： gvQ Ka (m3/min） （ 5-1） 式中 Ka 输送系统的漏气系数， 1.1 1.2，取 1.15； v 卸料速度， 1.2 310 kg/min； 固气二相流浓度，取 70； g 空气密度， 2.75kg/m3。 31 . 2 1 01 . 1 5 7 . 1 67 0 2 . 7 5Q ( m3/min） 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； 轴功率： 28kw； 排气量： 7.5m3/min。 nts - 30 - 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。 1 21 4 ( )60 sQvv d （ 5-2） 式中 1Q 在入口处压力下空气流量，约等于空压机的额定流量； s 粉料的密度， 33.2 10 kg/m3； d 粉料管的内径， 100mm； 31 24 ( 7 . 5 1 . 2 1 0 3 2 0 0 )6 0 3 . 1 4 ( 0 . 1 )v =16.7m/s()tv5.2.2 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： 1 djH H H（ 5-3） 式中 1H 输料系统全部压力损失； dH 动压损失；。 jH 静压损失 动压损失用下式计算： nts - 31 - 2 22(1 )2gg sdgv vHv （ 5-4） 式中 g 空气密度， 2.75 kg/m3； gv 气体速度， 16.7m/s； 混合比，取 =70。 22sgvv 粉料速度平方与气流速度平方之比，取 22sgvv=0.650.85， 值大时取小值。这里取 22sgvv=0.70。 Hd=19.17KPa 静压损失包括固气二相流与直管壁的摩擦压力损失 H，垂直升高压力损失hH及局部阻力压力损失 H，即： jhH H H H （ 5-5） 直管中摩擦压力损失 H用下式计算： 2 (1 )2 ggLvHCd （ 5-6） 式中 摩擦阻力系数，查有关手册，当管道直径 100d mm 时，取 0.0235 ，也可用下式计算： =1.0(0.0125+0.0011/0.1） =0.0235 式中 K 管道内壁系数，无缝钢管为 1.0； L 直管长度， 5m； C 气体速度修正系数，查表得 C=0.5。 H =16.23KPa 垂直升高的压力损失hH用下式计算： 9 . 8 ( 1 )hgHhnts - 32 - 式中 h 垂直升高的高度 ()m ； Hh=28.18KPa 各种局部阻力的压力损失 H用下式计算： 2 ( 1 )2ggvCH （ 5-7） 卸料阀的局部阻力系数为 4 8，取 6；单向阀的局部阻力系数为 1.0 2.5，取局部阻力系数为 2，则有： H =110.4KPa 于是有 1 6 . 2 3 2 8 . 1 8 1 1 0 . 4 1 5 4 . 8 1jhH H H H 1 1 9 . 1 7 1 5 4 . 8 1 1 7 3 . 9 8djH H H KPa 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2H值时应略高于实测值。对于纺织品制作的流态化元件可取2H9.8KPa。于是总的压力损失为： 12 1 7 3 . 9 8 9 . 8H H H 183.78Kpa 可依据此选择空气压缩机的排气压力为 0.2Mpa。 5.3 进料装置设计 进料装置由进料口盖、密封圈、锁紧装置和进料口等组成。 粉罐车上的装料口有两个作用：一是装粉料入罐；二是维
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