粉粒物料运输车车身结构设计

目录1 绪论.11.1研究背景 .11.2粉粒物料运输车国内外研究现状.21.3 粉粒物料运输车结构及工作原理概述41.2.1 粉粒物料运输车基本结构特点41.2.2 粉粒物料运输车基本工作原理51.4 设计要求和目的 .61.5 论文主要结构.62 粉粒物料运输车底盘结构分析和选取.72.1 专用汽车底盘的构造分析.72.11 底盘传动系统.82.12 底盘行走系统.92.13 底盘转向系统.112.14 底盘制动系统.112.2 粉粒物料运输车底盘选定.113 粉粒物料运输车总体结构与设计.113.1 粉粒物料运输车总体结构的选择.113.2 专业性能和主要参数的确定.123.21 平均卸料速度和剩余率.123.22 工作压力 .14- 可编辑修改 -3.23 压缩空气流量.153.3 粉粒物料运输车罐体总成结构和设计163.31 卧式罐体总成结构和工作原理163.32 罐体尺寸的确定和容积计算.163.33 流态化装置 .163.34 进出料装置和卸压装置.163.35 简要强度校核.163.4 气力输送系统结构与设计.163.41 输送空气量的确定.163.42 输料管结构设计.163.43 压力损失分析.163.44 空气压缩机的选择.164 动力和控制原理分析.164.1 车辆的动力性能分析.164.2 取力系统结构和设计.164.3 工作原理 .175 改装的经济性分析.17结论 .17致谢 .17参考文献 .17- 可编辑修改 - 可编辑修改 -1 绪论1.1 研究背景粉粒物料运输车又称散装水泥车， 由专用汽车底盘、 散装水泥车罐体、 气管路系统、自动卸货装置等部分组成。利用发动机动力驱动空气压缩机，将压缩空气经管道送入密封罐体下部的气室，使气室液态化床上的粉粒体悬浮成流态状，当罐内压力达到额定值时， 打开卸料阀， 流动化物料通过管道流动而进行输送。随着工业技术的进步和经济的发展，在环保以及高效率的要求下，对粉粒物料运输车的需求日渐增强。 同样，对粉粒物料运输车的高效率运作能力和车身设计方案提出了更高的要求。粉粒物料运输车主要运输散装水泥、 石灰石粉、 电石粉和粉煤灰。 随着国民经济的迅速发展 ,粉粒物料由袋装改为散装 ,这既是粉粒物料供应和运输的变革 , 也是发展其生产 ,实行增产节约的一项经济措施 ;加上全社会对环保的重视 ,电厂排放脱硫的需要 ,钢铁厂为提高产品质量 ,也要在钢产品的冶炼过程中对其脱硫 , 因而加大了对粉粒物料如石灰石粉等的运输要求。粉粒物料运输车是通过安装在车上的空压机排出的压缩气体, 透过罐体内的气化床,使气化床上的粉粒物料流态化,经输送管道将罐体内的粉粒物料输送到一 定距离和高度的粉仓内。流态化就是压缩气体透过气化床,使气化床上的粉粒物料相互分离悬浮于空气中,具有一般流体的特性。 粉粒物料运输车经过了近30 年的发展，罐型结构不断推陈出新，但从主要指标的设计诉求来看，可以细分为3个发展阶段， 且每个阶段都呈现出不同的特点。2000 年以前为第1 个阶段， 主- 可编辑修改 -要体现在车用装卸效率。厂家把提高吹卸速度，降低剩余率作为首要设计目标。在这一阶段的厂家宣传资料中，大多把产品的吹卸速度标定为1.4t/min 。2000 2010 年为第 2 个阶段，主要体现在可装载的容积容量。由于用户对单程运力的追求， 推动厂家在增大罐车容积上殚精竭虑，后期甚至出现了突破外廓尺寸限值的超标车型。 然而随着公安部对在用车辆生产一致性管理的进一步严格要求，以及用户觉悟的提升，在使用寿命内，此类车型必然成为预埋的定时炸弹， 一旦引爆，对生命财产及环境的危害将极其巨大。2010 年以后，粉粒物料运输车将迎来第3 个阶段，主要体现在车身罐体轻量化。这也是体现安全性的发展阶段，向安全，快捷、高效率方向前进。1.2 粉粒物料运输车国内外研究现状近年来，世界各国都大力发展专用汽车生产，致力于专用汽车的研究，扩大汽车使用范围，以利于各种货物的运输。在欧洲，可以根据用户需求自由选择各底盘企业的专用汽车底盘，发展自己的系列化专用汽车。欧洲专用车企业的产品线一般都很窄，无论是整车企业， 还是零部件企业，以一种产品打天下，成为世界第一、全球最大的比比皆是，专业化、规模化是欧洲专用车产业最主要的特征。欧洲专用车企业的主要特点是：企业规模差距大，大的上千人，小的几十人甚至十几人， 大部分为中小型企业； 技术开发能力强， 很多企业是“百年老店”、家族式企业，一般都有特色产品和技术，拥有大量技术专利，产品利润很高，抗风险能力强；专业化程度高，配套体系完善，很多企业只作技术集成和总装；工艺装备先进实用，生产效率高，产品质量好；生产经营方式灵活，市场应变能力强。- 可编辑修改 -欧洲各国政府不对专用汽车制造商的生产资质和产品进行审批，而是通过准入制度对产品进行把关。只要产品符合相关法规和标准的要求即可生产和销售，控制的重点在车辆的安全、环保和燃油经济性等方面。在日本，专用车生产用的底盘由底盘生产企业去认证，专用车企业得到的底盘都是经过认证的。 按照相关规定， 专用车企业不能改最后一根车桥前面的车架，只可以把最后一根车桥后面的车架截短或加长，对底盘的其他改动也要与底盘企业签订改动技术协议，因此，日本的专用车法规只涉及总重、轴荷、外廓尺 寸（长、宽、高）、重心高度（涉及倾翻）、后部灯光布置和后部、侧面防护装 置。专用车企业只要保证在这些方面满足法规要求，就可以保证改装后的车辆既全面符合法规要求，又满足底盘生产企业的设计要求。意大利 menci& c.s.p.a. 公司开发的一种带有一个长长的卸载管的散装(粉粒)货物运输车 (bulk feed tanks)别具特色， 与国内常见的粉粒物料运输车有所不同。这种产品被称为是面向未来的一种轻便、经济、环保的运输车辆。该车 能够运输散装的饲料、面粉(粉状物)和谷类货物，并且可以自动卸载到高处或地 面。为实现不同目标，可采用铝合金罐体或钢制罐体，罐体固定在卡车、全挂车 或半挂车底盘上。 罐体内部装有1 对可帮助卸载的螺旋推运器，纵向布置在罐体底部。整车布置载荷重心较低，提高了车辆的行驶平稳性。螺旋推运器和其他设备的运转，由独立于汽车底盘的1 台辅助柴油机 (图 5)或具有动力的液压系统来实现。卸载管 (unloading tube) 的升起和就位通过液压系统来完成(图 6)。标准的螺旋推运器和自锁式流量调节器(outflow regulators)，将各舱卸载得非常干净。可变换角度和高度的卸载管处于某高度时的卸载能力为70(80) t/h ；通过侧尾门(lateral tailgate) 卸载到地面上的卸载能力为100 t/h 。overfill 阀位于螺旋推运器- 可编辑修改 -的尾部。通过旋转阀，使螺旋推运器与气卸(卸载能力只有35t/h) 配合使用成为可能。可通过选装不同部件来实现车辆的差异化功能。1.3 粉粒物料运输车结构及工作原理概述1.2.1 粉粒物料运输车基本结构特点粉粒物料运输车主要由专用汽车专用底盘、粉粒物料罐体、 气管路系统及传动系统等组成。粉粒物料罐体总成由筒体、罐体上端给进料口、流态化床、出料管总成、进气管及其它附件组成。粉粒物料运输车简要结构图如图1。附加传动系统：主要包括取力器、附加传动轴、空压机等组成。- 可编辑修改 -取力器：安装在变速箱上，是为专用汽车设计的大扭矩取力器。附加传动轴空压机图 2空压机：排气量有 7.5m3/min 、8.0m3/min 、8.5m3/min 、9.0m3/min 、10.0m3/min等几种规格。管路系统： 工作动力从汽车变速箱中引出， 通过传动装置驱动空压机， 产生的压缩空气经控制管路进入气室内， 使得罐内粉粒物料产生流态化现象。 达到一定的压力时，打开出料阀门，实现卸料。气体由空压机输出后， 经过止回阀、 球阀进入各个舱中。 在止回阀前后各安装有一个安全阀， 以防止有意外时管路气压过高损坏空压机。卸料管路主要有吸料口、蝶阀、卸料钢管、卸料管接头、卸料胶管等组成。罐体上安装有耐震压力 表，用以监视罐内气压变化，用来指导卸料。附属装置：包括侧防护、后防护、轮罩、爬梯等1.2.2 粉粒物料运输车基本工作原理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，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差作用下排出，经管道流入地面容器内。粉粒的流态化介绍： 当气体从容器下部进入粉料层后，如果气体流速超过一定值时（水泥为0.015m/s ），气体与粉粒体的摩擦力与粉粒体的重量相等，粉粒体不再靠流化床支撑，此时它们可以自由移动，从高处流向低处， 使粉料层的上平面保持水平， 类似液体的性质。 如果此时容器的侧壁开有孔，粉料也可以从孔中喷出。这就叫粉料的流态化现象。水泥车正是利用了粉料的流态化特性来实 现卸货的。流化布在其中的作用就是使压缩空气形成细微、均匀的气流进入粉料层中，使粉料流态化。压缩空气由流化装置进入罐体粉粒经流化后由卸料管卸出1.4 设计要求和目的了解粉粒物料运输车的运输对象和运输要求，运输对象：散装水泥（粉粒体）、粉煤灰（粉粒状）等。设计时首先应先选择底盘及动力（要求满足承载量，并保证足够动力），然后进行车厢设计， 包括基本尺寸、 钢板厚度（强度校合） 结构原理、动力设施等， 最后应进行简要的经济性分析。1.5 论文主要结构本文结构主要分为6 个部分。第一章绪论第二章粉粒物料运输车底盘结构分析和选取。第三章粉粒物料运输车总体结构与设计。第四章第五章2 粉粒物料运输车底盘结构分析和选取2.1 专用汽车底盘的构造分析粉粒物料运输车属于专用车辆，对底盘的要求较高。 在选取粉粒物料运输车底盘时，要综合考虑其设计要求和载重需求。专用汽车底盘是按工程机械的要求设计的，轴距长、车架刚性好。 其主要特点是重心低，强度、刚度好。专用汽车底盘结构组成如图2.1 。底盘总体动力系统包括发动机、 蓄电池、燃油箱等； 传动系统是动力装置与驱动轮的传动部件， 以及附加传动轴等部件； 行走系统包括车架、 悬架、前后桥架和车轮。转向系统包括方向盘、 转向器、转向传动机构和助力机构；制动系统主要包括制动器和制动操作传动系统。动传转行制力动向走动系系系系系统统统统统图 2.12.11 底盘传动系统特性尽量满足使用要求。基本组成模块如图2.2。传动系统发动机主传动差速器半轴轮边减速合驱动桥传动系统的功用是将发动机输出的功率传给驱动轮，并且使发动机功率输出变变万传速矩向动器器节轴取力器主离图 2.2（1） ）汽车是利用发动机的动力，经传动系统传到车轮产生的驱动力。因此，首先应满足车辆的动力性要求。（2） ）主离合器：用来切断或传递发动机输给传动系统的动力，主离合器在机械起步时可以使发动机与传动系统和路面结合起来，使起步平稳； 换挡时能将发动机与传动系统迅速、彻底的分离，以减小换挡时齿轮的冲击。目前，常用的是摩擦式离合器。（3） ）变速器：输出功率随着输出轴转速和扭矩的变化而变化，保证在作业过程中能比较充分的利用发动机功率，其转速和输出功率的变化范围不能过大。输出动力经过变速器的转化， 其转速和输出扭矩的变化可以随时满足行驶速度和牵引力变化的要求。（4） ）变速箱取力器：在汽车变速箱取力,通过取力器及传动轴,将动力传至分动器,再利用定制的分动器将动力传至油泵和空压机。分动器可以将输入动力输出到空压机 ,也可以通过拨动分动器的拨叉将动力分出, 同时输入到空压机和油泵中。空压机提供压缩空气作为压送卸料的动力,油泵用于举升油缸。（5） ）万向节与传动轴：万向节可实现两根相交轴之间的传动。传动轴常用于变速箱和驱动桥之间的链接。（6） ）驱动桥的主要功能：改变传力方向；实现动力分析；解决左右车轮的差速要求；降低转速，增大扭矩。此外，驱动桥壳还起承重和传力作用。2.12 底盘行走系统行走系统由车架、车桥、悬架和车轮组成。车架通过悬架与车桥相连。原理如 图 2.3- 可编辑修改 -图 2.4（1） 缓冲原理：车辆行驶时如果车轮从高处突然落在低处，落地瞬间，悬 架载荷要比正常情况下大很多，会有较大冲击力， 这样的冲击力可能会对司乘人员以及设备本身造成不良后果。这种冲击的严重程度可用动载系数描述。分析如下：pm a x/ p- 可编辑修改 -pm ax冲击振动过程中悬架最大载荷；c1p)p悬架静载荷。动载荷系数的数值估算式为：c简化系统刚性系数11h车轮落差1/ 2(2h/1/ 2简化刚性系数：cc1c2 (c1c2 )c2 (1c2 / c2 )c1悬架刚性系数c2车轮刚性系数可以看出，静桥荷、路面情况、车轮结构等要素确定之后，悬架刚性越小， 冲击程度月平缓。（2） 减震原理：系统阻尼可使自由振动变成衰减振动，钢板弹簧弹性悬架的阻尼来自钢板之间的摩擦和减震器。2.13 底盘转向系统底盘转向系统的功用是操纵底盘的行驶方向，既要保持底盘沿直线行驶的稳定性，又要能保证底盘转向的灵活性。2.14 底盘制动系统制动系统包括停车制动器、行车制动器和制动操作系统。保障车辆能迅速的减速、停车，安全的驻车制动。2.2 粉粒物料运输车底盘选定综上所述，为满足设计的需求，使拥有足够的承载能力和动力，选取东风eq1310wj载货汽车底盘。其主要参数见表2.1 。产品商标底盘类别底盘型号轮胎数前轮距（ mm ）后轮距 (mm)东风牌2东 风 eq1310wj1219501860前悬（ mm ）后悬（ mm ）最高车速（ km/h ）发动机功率 （kw ）整备质量（ kg）总质量（ kg）125027801001911050031000东风 eq1310wj载货汽车底盘相关参数表表 2.13 粉粒物料运输车总体结构与设计3.1 粉粒物料运输车总体结构的选择粉粒物料运输车的总体形式有单车型和列车型两大类，列车型包括半挂型与全挂型两种。 半挂型罐体可以是立式罐或卧式罐，通常带有气源。 而全挂型底盘上不带气源系统， 要在到达目的地后， 通过罐体上设置的外接气源接头外接地面气源进行卸料。粉粒物料运输车目前常用罐体有卧式罐体、立式罐体、举升式罐体和斗式罐体。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一般用于流态化性能较好的粉料散装运输。立式粉罐汽车适用范围广， 能用于粉料， 颗料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。 举升式罐体的支撑座与车架为铰接，罐内底部通常仅在出料口处设置流态化床， 卸料进罐体呈倾斜状态， 粉粒在重力作用下启动下自动下滑，集中到出料口处后合卸出；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， 适用范围广。剩余量少，罐内易于清扫等优点。结合便利、经济、效率以及此次设计要求运输的粉粒体性质等因素，本文设计结构选取：双锥内倾卧式粉罐形式。3.2 专业性能和主要参数的确定3.21 平均卸料速度和剩余率粉粒物料运输车卸料时， 所卸下的粉料质量和卸料时间的比值叫平均卸料速度，卸料作业完毕后， 罐内剩余粉料的质量和粉粒物料运输车额定的装载质量的比值叫剩余率。平均卸料速度和剩余率是粉粒物料运输车的主要专业性能指标。 反映了粉粒物料运输车卸料作业的效率和经济性，同样是评价粉粒物料运输车设- 可编辑修改 -计水平的重要指标。一般在规定卸料水平距离5m ，卸料垂直度15 m ，卸料管内径100 mm ，- 可编辑修改 -3压缩气体流量4-8 m/ min，压力 196 kpa的条件下进行测量，这种状态叫做标准状态。平均卸料速度v( kg / min)由下式计算：vmbm tmb.实际装载质量（kg ）m .罐内剩余质量（kg ）t卸料时间（ min ）平均卸料速度与粉粒物料运输车的结构、 压缩空气压力和流量等有关， 由卸料管内固气二相流的浓度和速度决定。 固气二相流的浓度也叫混合化， 有质量浓度和体积浓度之分。 常用的是质量浓度， 用 表示。质量浓度是指单位时间内通过输送管道有效截面的粉料的质量ms 与气体质量mg 之比。msmsmgg q质量浓度ms粉料质量流量（kg / min ）mg气体质量流量（kg / min ）g气体密度（kg / m3 ）q气体体积流量（m 3 / min ）平均卸料速度可表示为：vrq剩余量 i 计算： im100%meme额定装载质量（kg ）质。（ v 、 i 和一般值参见表3.1）粉料剩余量m主要有两部分组成：一是罐体内的“死角”和粗糙表皮上的剩余量；二是流态化装置或固气混合装置上的剩余量。解决办法是在罐体内部结构设计时尽量消除“死角”，提高骨料板的平面度和光滑性，提高流态化床和固气混合装置的性能。表 3.1 部分粉粒体的v ， i 和值堆密度/在标准状态下粉 粒 体（ kgmin3）v / ( kgmin1)i (%)剩余量 i 的大小与罐体内部结构、流态化装置的性能有关。i 过大，会降低车辆的有效装载质量，影响经济性。并且，粉料在罐体长期残存会发生结块、变粉煤灰700(0.7 0.8) 1030.4116 170石灰粉900(0.8 1.0) 1030.4133水泥1200(1.2 1.6) 1030.1 0.4200 270重晶石粉1450(1.3 1.5) 1030.41603.22 工作压力粉粒物料运输车气力卸料时压缩空气要有一定的工作压力，用来满足粉粒体和气体流动需要的压力降和流态化过程产生的压力损失，包括：气流在管道里的损失，气流在流态化装置中的压力损失，粉粒体的透气压力损失， 摩擦压力损失， 悬浮压力损失等。若工作压力过大，会造成能源浪费，并且使罐体壁厚增加，空气压缩机、管道和阀门等的质量增加。若过小，平均卸料速度减小，容易产生堵塞，使作业过程中断。 所以， 工作压力只需略大于卸料过程中各种压力损失之和即可。实验表明，多数粉粒体在196 kpa 的输送压力