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本科學生畢業(yè)設計 RL5250GSN 舉升式氣卸粉罐汽車 改裝設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-10 班 學生姓名： 李 鵬 指導教師： 李涵武 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of RL5250GSN Air Unload Powder Tank Dump Truck Candidate：Li Peng Specialty：Veheicle Engineering Class：BW07-10 Supervisor：Associate Prof. Li Hanwu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 粉粒物料運輸車是采用壓縮空氣使運輸?shù)姆哿Ｎ锪狭鲬B(tài)化后，通過管道輸送到一 定距離和高度，用于運輸如水泥，面粉，滑石粉，煤粉等的罐式汽車。研究粉料散裝 運輸可以提高運輸效率，節(jié)約運輸費用，降低產(chǎn)品成本，同時能實現(xiàn)裝運卸貯機械化。 本課題以舉升式氣卸粉罐汽車為具體研究對象，文中介紹了舉升式氣卸粉罐汽車 的發(fā)展現(xiàn)狀，確定了承載水泥的噸位并對汽車底盤進行選型以及總體布置，并分別對 1.罐體總成,2.流態(tài)化床,3.舉升機構(gòu),4.氣卸系統(tǒng),5.進料孔蓋,6.卸料系統(tǒng)和 7.輔助系統(tǒng) 進行了詳細設計，最后對整車性能進行了分析，應用 CAD 軟件建立整車裝配、罐體總 成及相關零件模型。 關鍵詞：粉粒物料運輸車；罐體總成；流態(tài)化床；舉升機構(gòu)；氣卸系統(tǒng) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II ABSTRACT Powder materials truck is adopts compressed air make transportation powder materials fluidized, through pipes to certain distance and height, used to transport such as cement, flour, talcum powder, pulverized coal etc. The tank car Research powder bulk transportation can improve transport efficiency, economize the transportation cost, reduce the production cost, also can realize shipping discharge storage mechanization. This topic to lifting type gas discharge powder tank cars for the research object, this paper introduces lifting type gas discharge powder tank car development present situation, confirmed the tonnage and bearing cement on car chassis selection and layout, and tank assembly, respectively on fluidized bed, lifting mechanism, gas discharge system, feeding hole lid, unloading system and auxiliary system for complete vehicle detailed design, final performance is analyzed, the application of CAD software is built vehicle assembly, tanks assembly and related parts model. Key words: Powder Materials Truck; Tanks Assembly; Fluidized Bed; Lifting Mechanism; Gas Discharge System 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第 1 章 緒論 .1 1.1 改舉升式氣卸粉罐運輸車的目的和意義 .1 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .3 1.2.1 國內(nèi)外發(fā)現(xiàn)狀 .3 1.2.2 散裝水泥運輸車的發(fā)展前景 .4 1.3 國外專用汽車產(chǎn)品的特點及其發(fā)展趨勢 .5 1.3.1 國外專用汽車產(chǎn)品的特點 .5 1.3.2 國外專用汽車產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 .5 1.4 課題主要內(nèi)容 .5 第 2 章 設計要求及國家標準 .7 2.1 設計要求.7 2.1.1 專用車的設計特點及要求.7 2.2 設計相關的國家標準.8 2.2.1 整車的相關標準.8 2.2.2 卸料能力的相關標準.10 2.2.3 罐體的相關標準10 2.2.4 氣路系統(tǒng)的相關標準.10 2.2.5 取力傳動系統(tǒng)的相關標準.10 2.2.6 電氣控制系統(tǒng)的相關標準11 2.3 本章小結(jié). .11 第 3 章 舉升式氣卸粉罐汽車總體設計 .12 3.1 方案設計與分析 .12 3.2 整車總布置 .12 3.2.1 粉罐罐體的布置及副車架外型尺寸的確定 .12 3.2.2 舉升形式的選取與布置 .12 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3.2.3 氣卸裝置的布置 .13 3.3 二類底盤選型 .14 3.3.1 二類底盤初選 .14 3.3.2 二類底盤裝載質(zhì)量的初步校核 .15 3.4 專業(yè)性能參數(shù)的確定 .16 3.4.1 卸料速度和剩余率 .16 3.4.2 工作壓力 .16 3.4.3 壓縮空氣流量 .17 3.5 本章小結(jié) .18 第 4 章 舉升式氣卸粉罐汽車的詳細設計 .19 4.1 粉罐裝置設計計算選型 .19 4.1.1 粉罐外形尺寸設計 .19 4.1.2 流態(tài)化裝置的設計 .20 4.1.3 進料裝置 .23 4.1.4 出料裝置、卸料軟管和卸壓裝置 .24 4.2 舉升裝置的設計計算 .26 4.2.1 舉升角度的設計 .26 4.2.2 舉升機構(gòu)的布置 .26 4.2.3 舉升油缸的選取 .27 4.2.4 舉升能力的校核 .28 4.2.5 液壓泵 液壓控制閥的選擇 .29 4.3 氣卸裝置的設計計算及選型 .32 4.3.1 輸送空氣量的確定 .32 4.3.2 輸料管內(nèi)徑和氣流速度的確定 .33 4.3.3 輸送系統(tǒng)壓力損失 .33 4.3.4 流態(tài)化元件壓力損失 .35 4.3.5 空氣壓縮機的選擇 .35 4.4 輔助系統(tǒng)設計 .36 4.4.1 取力機構(gòu)的設計與選型 .36 4.4.2 液力馬達的選型 .37 4.5 本章小結(jié) .38 第 5 章 整車性能分析 .39 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5.1 汽車動力性分析 .39 5.1.1 基本參數(shù)的確定 .39 5.1.2 汽車的行駛方程式 .40 5.1.3 汽車最高車速的確定 .43 5.2 燃油經(jīng)濟性計算 .43 5.3 整車軸荷分配計算 .45 5.4 整車穩(wěn)定性分析 .46 5.4.1 空載質(zhì)心高度的計算 .46 5.4.2 空載側(cè)傾角的計算 .46 5.5 本章小結(jié) .47 結(jié) 論 .48 參考文獻 .49 致 謝 .50 附 錄 .51 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 1.1 改裝舉升式氣卸粉罐運輸車的目的和意義 汽車工業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟效益不只是汽車本身，而是集中表現(xiàn)在汽車使用和流通的全 過程中，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展必然是汽車運輸業(yè)的發(fā)展。由于社會對汽車的運物效率 和經(jīng)濟性，以及各種功能和性能的要求也越來越高，從而使汽車運輸工具向?qū)Ｓ没l(fā) 展成為必然趨勢。 粉罐汽車用于散裝粉狀物料的運輸，如裝運水泥，面粉，滑石粉，煤粉等。粉料 散裝運輸可以提高運輸效率，節(jié)約運輸費用，降低產(chǎn)品成本，同時能實現(xiàn)裝運卸貯機 械化。 散裝水泥以其顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。已在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展，散裝 水泥車，每運 100 萬噸水泥可節(jié)約袋裝紙 6000 噸，不僅節(jié)約了造紙原料和能源，還 節(jié)約了近 40 萬人勞動力。我國目前水泥產(chǎn)量已突破 2 億噸，如果像美、日以及歐洲 的一些國家，水泥運輸散裝率在 90%以上，則每年僅節(jié)約包裝費達 50 億元以上，技 術和高附加值的專用汽車在提高產(chǎn)值、利潤和節(jié)約外匯方面都有著極其重要的作用。 目前我國水泥產(chǎn)量居世界首位，但水泥運輸散裝率卻很低，約為 33.5%。散裝水 泥的比例與水泥工業(yè)發(fā)展速度顯得極不協(xié)調(diào)，與發(fā)達國家散裝水泥相比，相距甚遠。 顯然，要加速我國散裝水泥的發(fā)展，除了需要制定有關的經(jīng)濟政策給予經(jīng)濟扶持外， 還要從散裝水泥的工業(yè)技術方面進行改善和發(fā)展，才能使散裝水泥發(fā)展速度同形勢相 適應。發(fā)展散裝水泥運輸車也是其中關鍵一項。 近年來使用的粉罐汽車都是采用氣力卸料的氣卸散裝粉罐汽車，它由六大部分組 成，即：汽車底盤、罐體總成、空壓機及空氣管道、卸料管道系統(tǒng)、取力傳動裝置、 監(jiān)測儀表及安全裝置等。氣力卸料是將具有一定壓力的壓縮空氣通過罐體底部的流態(tài) 化裝置通入罐內(nèi)粉料中，使粉料和空氣混合，呈現(xiàn)流動狀態(tài)，然后打開卸料閥，粉料 與空氣混合物在罐內(nèi)外壓力差作用下排出，經(jīng)管道流入地面容器內(nèi)。 罐體是氣卸散裝水泥車裝載水泥的容器，其型狀，流態(tài)化床，有效容積和總?cè)莘e 等直接影響著氣卸散裝水泥車的兩個重要專業(yè)性能指標卸料時間和剩余率。因此， 選擇合適的罐體是一項很重要的工作。 使用舉升式氣卸散裝水泥運輸車不僅可以提高水泥裝卸的機械化水平，節(jié)約勞動 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 力，減輕勞動強度，改善工作條件，而且可以減少水泥損耗，降低施工成本，保證水 泥質(zhì)量。實踐證明，與袋裝水泥搬動相比，其裝卸效率可提高 15 倍以上，水泥損失 減少約 4%，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。在目前我國木材資源匱乏，能源緊張的情況 下，推廣使用舉升式氣卸散裝水泥運輸車有著十分重要的現(xiàn)實意義。 隨著我國水泥行業(yè)的飛速發(fā)展，舉升式氣卸散裝水泥車得到了廣泛應用,水泥散 裝事業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，但是散裝水泥車的卸料速度直接影響著運輸效率，能源節(jié)約， 汽車壽命以及經(jīng)濟效益。改進散裝水泥車的卸料速度是我們所要迫切解決的問題。 粉粒物料運輸車主要運輸散裝水泥、石灰石粉、電石粉和粉煤灰。隨著國民經(jīng)濟 的迅速發(fā)展，粉粒物料由袋裝改為散裝，這既是粉粒物料供應和運輸?shù)淖兏?，也是發(fā) 展其生產(chǎn)，實行增產(chǎn)節(jié)約的一項經(jīng)濟措施。加上全社會對環(huán)保的重視，以及我國工業(yè) 的蓬勃發(fā)展,散裝粉粒物料運輸車將會得到更加廣泛的應用。 通過對舉升式氣卸粉罐汽車改裝設計，滿足市場對此種類型專用汽車的需求，在 滿足基本使用性能的基礎上，對市場上現(xiàn)有產(chǎn)品進行研究改進，增強產(chǎn)品競爭力。 所謂散裝運輸，就是對粉末、顆粒裝等貨物，無需進行任何包裝措施，而采用專 用散裝運輸車進行運輸，它具有以下意義。 1.運輸效率高。采用散裝運輸可以省去多道包裝程序,縮短裝卸時間, 并且有利 于機械化的實現(xiàn), 從而提高其運輸效率； 2.有利于安全運輸。一般散裝運輸車都是封閉式車廂,使得運輸和裝卸時發(fā)生事 故的可能性減小,安全性提高； 3.保持貨物的完好率。由于封閉式車廂內(nèi)受外界環(huán)境和氣候條件的影響較小, 并 有利于對車廂內(nèi)的溫度、濕度等進行調(diào)節(jié)控制, 從而使貨物在運輸中不會變質(zhì)和損壞 , 完好率大大提高； 4.減輕裝卸強度,改善裝卸條件。粉末狀、顆粒狀貨物采用箱、袋等包裝,裝卸時 需要大量的人力,且裝卸時粉塵飛揚或散發(fā)出異味,有礙裝卸工人的身體健康。而采用 散裝運輸,基本上實現(xiàn)機械化裝卸,大大減輕和改善了裝卸時的勞動強度和環(huán)境條件； 5.降低運輸成本。實行散裝運輸便于貨物的裝卸、運輸、貯存、加工等的全面機 械化,從而節(jié)省了大量的人力、物力和財力，使其運輸成本大大降低 1。 大力發(fā)展使用散裝水泥，也有如下重要意義。 1.發(fā)展散裝水泥有利于節(jié)約資源，提高經(jīng)濟效益。 2002 年我國生產(chǎn)袋裝水泥 5.3 108t，采用紙袋包裝，浪費的包裝紙折合優(yōu)質(zhì)木 材 1 749 萬 m3，加上使用袋裝水泥 5%的損失來計算，去年我國的直接經(jīng)濟損失高達 239 億元； 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 2.發(fā)展散裝水泥有利于促進和提高工程質(zhì)量。 散裝水泥在生產(chǎn)過程中嚴格控制水泥質(zhì)量，尤其是要求安定性 100%合格，確保 了水泥生產(chǎn)質(zhì)量；在運輸過程中采用專用運輸工具從生產(chǎn)廠（或中轉(zhuǎn)站）直接送用戶， 流通渠道正規(guī)明確，杜絕摻假或以次充好，從而保證了質(zhì)量；在儲存過程中，散裝水 泥在儲存罐達 13 個月不變質(zhì)，而袋裝水泥存放 12 個月后，強度降低 3050%，且易 受潮、受濕，結(jié)塊變質(zhì)；在使用過程中，散裝水泥計量準確，無損耗（袋裝水泥損耗 率為 5%）保證了水泥用量，更加保證了混凝土質(zhì)量和工程質(zhì)量； 3.發(fā)展散裝水泥有利于降低噪音污染，改善施工環(huán)境，提高勞動效益。 袋裝水泥從水泥廠包裝到工地拆包使用，中間環(huán)節(jié)多，占用勞動力多，勞動生產(chǎn) 效率低下。特別是現(xiàn)場攪拌，噪音污染嚴重，影響施工周圍環(huán)境。而發(fā)展散裝水泥， 推廣預拌混凝土（商品混凝土） ，能有效提高效率，減輕工作強度，大大降低噪音污 染，改善施工環(huán)境和工人勞動條件，有利于健康； 4.發(fā)展散裝水泥有利于減少粉塵，改善大氣環(huán)境質(zhì)量和二氧化硫的排放。 水泥塵污染大氣的主要途徑主要有兩方面，一是在袋裝水泥運輸過程中以及裝卸 和儲存過程中產(chǎn)生的破損，一般破損率在 5%。 。二是袋裝水泥在拆袋攪拌時產(chǎn)生的粉 塵，還有包裝物回收時產(chǎn)生的粉塵，都會產(chǎn)生嚴重的污染。如果采用散裝水泥，從水 泥廠內(nèi)裝運開始，在運輸、儲存、使用過程中全部在密閉狀況下進行，同時配合預拌 混凝土的推廣，可以大量減少甚至消除水泥粉塵排放，凈化空氣，減輕污染； 5.發(fā)展散裝水泥有利于維護生態(tài)平衡，具有顯著生態(tài)效益 2。 發(fā)展散裝水泥，每年至少使這 3.6 104公頃森林被保護下來，約等于全國荒漠化 面積減少 21%。同時森林砍伐減少，有利于維護生態(tài)平衡，調(diào)節(jié)全球氣候，具有顯著 的生態(tài)效益。 因此,開發(fā)應用和發(fā)展散裝運輸車輛,無論是從經(jīng)濟效益上,還是從社會效益上,都 具有很重要的意義。 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 隨著社會的進步,汽車運輸?shù)玫搅孙w速發(fā)展,其中,散裝運輸和集裝箱運輸是汽車 運輸發(fā)展的主要方向。歐美發(fā)達國家自20世紀30年代便開始研究和應用散裝運輸, 目 前其散粒物資散裝運輸約占80 %以上,散裝運輸車技術也有很大的發(fā)展。我國散裝運 輸起步較晚,20世紀60年代末期第一輛散裝水泥車問世, 隨后相繼出現(xiàn)了各種型式的 散裝水泥運輸車、糧食散裝運輸車、散裝電石粉運輸車、散裝煤粉運輸車等。目前, 我國散裝運輸?shù)乃竭€很低, 雖然20世紀70年代以來國內(nèi)一些科研部門和廠家在散裝 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 運輸車的研制方面,特別是對散裝水泥車的研究取得了可喜的成績,但與國外發(fā)達國家 相比仍有很大差距。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的散裝水泥車主要有重力卸料式、機械卸料式和氣壓吹卸式等類型。 重力卸料式散裝水泥運輸車是在自卸車的基礎上將車廂加頂蓋密封,使車廂與頂 蓋形成一個密封的水泥罐。水泥由車廂頂部的裝料口注入罐內(nèi), 卸料時自卸機構(gòu)升起 (傾斜角一般為4550) , 車廂內(nèi)的水泥便在自重的作用下, 從車廂后欄板下部卸 出。重力卸料式水泥罐車的主要特點是:結(jié)構(gòu)簡單,制造容易 ,使用與維修較方便，但 該車卸料口很低,不能直接將水泥卸入較高的水泥庫內(nèi)。另外 ,該類車卸料時粉塵飛揚 程度很大,則水泥損耗較大。因此,該類散裝水泥罐車一般只適用于散裝批量較小的場 合,這樣在無散裝水泥任務時,可拆除其頂蓋,作為自卸車使用 ,從而提高其利用率。 機械卸料式散裝水泥運輸車在水泥罐體內(nèi)底部裝有螺旋輸送機。螺旋輸送機一般 由汽車動力或外部動力電源驅(qū)動。這種水泥罐車可配以自卸機構(gòu), 卸料時將罐筒前部 升起, 借助水泥的自重作用提高卸料速度。機械卸料式散裝水泥車的特點是結(jié)構(gòu)簡單、 密封性好、操作方便,但其螺旋輸送機上升時阻力較大 ,消耗功率多,并且螺旋葉輪易 損壞,需經(jīng)常進行維修。另外,輸送機的輸送距離和速度都較小 , 卸料口低, 不能直接 將水泥輸送到較高的水泥庫中,且卸料時罐內(nèi)殘留水泥較多。因此 ,目前該類車已很少 使用 3。 氣壓吹卸式散裝水泥運輸車是在容罐中通入壓縮氣體, 通過罐內(nèi)流化床特殊結(jié)構(gòu) 及一定的流方向,使水泥松散并與氣體混合,使其“流態(tài)化 ”。打開出料口閥門時,水 泥混合氣體便從罐體輸送到水泥庫中。氣壓吹卸式散裝水泥罐車的壓縮空氣供氣方式 有利用空壓機壓縮空氣吹卸、利用外接氣源吹卸和利用汽車排出的廢氣吹卸等幾種。 國產(chǎn)水泥罐車以利用空壓機壓縮空氣吹卸的居多。氣壓吹卸式散裝水泥罐車克服了以 上兩種車型的缺點,可直接將水泥輸送到1525m高的水泥庫中 ,并具有較高的卸料速 度。因此,氣壓吹卸式水泥罐車是目前使用最廣的散裝水泥運輸車。 1.2.2 散裝水泥運輸車的發(fā)展前景 我國是發(fā)展中國家, 目前國內(nèi)散裝水泥運輸水平還比較低,散裝水泥運輸車的增 長速度還遠遠趕不上水泥產(chǎn)量的增長速度, 且我國是水泥生產(chǎn)大國 , 發(fā)展散裝水泥運 輸是必然的趨勢。因此,我國散裝水泥運輸車的發(fā)展前景是廣闊的。未來幾年的發(fā)展 方向有如下5點。 1.擴大現(xiàn)有各種散裝水泥運輸車的生產(chǎn)量, 以滿足國內(nèi)散裝水泥運輸量的需要。 這是水泥運輸由袋裝向散裝發(fā)展的必要保證； 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 2.散裝水泥運輸車向大噸位方向發(fā)展。目前,國內(nèi)許多廠家開發(fā)了大噸位的散裝 水泥運輸車, 提高了汽車單程運輸量,從而提高了運輸效率,降低了運輸成本； 3.散裝水泥運輸車向半掛型發(fā)展。半掛型散裝水泥運輸車克服了單車裝載質(zhì)量低 和全掛難控制、安全性差的缺點, 可將水泥裝卸量提高到 15t以上, 甚至可達40t左右, 有助于水泥運輸效益的提高； 4.開發(fā)散裝水泥運輸車的新產(chǎn)品, 使散裝水泥運輸車向多品種、多樣化發(fā)展； 5.隨著對國外進口散裝水泥車的研究,新結(jié)構(gòu)、新技術將在散裝水泥運輸車中得 到應用,并不斷向標準化和系列化方向發(fā)展 4。 1.3 國外專用汽車產(chǎn)品的特點及其發(fā)展趨勢 1.3.1 國外專用汽車產(chǎn)品的特點 1.多品種、小批量是西方工業(yè)先進國家組織專用汽車生產(chǎn)的一個主要特點。如英 國約克公司能生產(chǎn)牲畜運輸車、保溫車、冷藏車、自卸車、市政工程車、粉粒物料散 裝車等品種。日本東急車輛制造株式會社是日本最大的專用車公司，專用車產(chǎn)品以掛 車、罐車為主，其中粉粒物料運輸車占有較大比例。此外該公司還生產(chǎn)廂式車、自卸 車、高空作業(yè)車、消防車、環(huán)衛(wèi)車等品種； 2.廠家多、規(guī)模小是國外專用汽車生產(chǎn)行業(yè)的又一特點。例如英國專營和兼營專 用汽車的廠家有 600700 家，其中 70%的工廠職工人數(shù)在 30 人以下;根據(jù)美國 1981 年有關資料統(tǒng)計，專用車廠有 900 多家，而職工不足 20 人的有 500 多家。據(jù) 1988 年資料，日本生產(chǎn)專用汽車的公司約有 128 家，工廠近 200 家； 3.零部件專業(yè)化生產(chǎn)。國外大部分專用汽車廠實質(zhì)是一個總裝廠。其產(chǎn)品按結(jié)構(gòu) 分工或組織專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)，如副車架、罐體、懸架等，自卸車油缸、工程車輛的關 鍵專用設備等均由各專業(yè)廠集中生產(chǎn)。 1.3.2 國外專用汽車產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 歐洲的專用汽車主要是重型專用汽車，且絕大多數(shù)產(chǎn)品為不同規(guī)格尺寸和不同承 載量的低貨臺貨車、掛車和半掛車，最多的是適宜運輸建筑機械的最大總質(zhì)量為 30t 或 40t 的低貨臺貨車。國外專用汽車產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，具有重型化、散裝水泥車的列 車化、一車多用化、以及新材料、新技術和微電腦的應用等特點，其中專用底盤專業(yè) 化趨勢最為明顯。如日本豐田等大汽車公司的專用底盤均已實現(xiàn)系列化、專業(yè)化生產(chǎn)。 近年來，國外不少汽車廠專門從事專用汽車底盤生產(chǎn)，尤其重視專用底盤的系列化、 專業(yè)化生產(chǎn)，滿足專用車的特殊需要。 1.4 課題主要內(nèi)容 粉粒物料運輸車是通過安裝在車上的空壓機排出壓縮氣體，通過罐體內(nèi)的流化床， 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 使流化床上的粉粒物料流態(tài)化，經(jīng)輸送管道將罐體內(nèi)的粉粒物料輸送到一定距離和高 度的粉倉內(nèi)。流態(tài)化就是壓縮氣體透過流化床，使流化床上的粉粒物料相互分離懸浮 于空氣中，具有一般流體的特性。 由于粉粒物料的堆密度和安息角偏大，流化態(tài)性能差，若采用舉升式方案，除了 后端封頭部位有小流化床外，罐體內(nèi)側(cè)無流化床，可節(jié)約鋼材1t左右，容積利用率大 于99%，卸料速度和剩余率也較好，所以采用舉升式設計是國內(nèi)外的發(fā)展趨勢 5。 參考我國現(xiàn)階段國情可見，基礎設施建設及房地產(chǎn)建設發(fā)展迅猛，作為主要建材 之一的水泥需求量巨大，在國家大力推行節(jié)能減排的政策指導下，散裝水泥運輸車具 有廣大的市場前景和可觀的收益回報，因此本文只對氣卸散裝水泥運輸罐車進行改裝 設計。 具體設計包括以下內(nèi)容。 1.RL5250GSN 舉升式氣卸粉罐運輸車總體設計。 2.RL5250GSN 舉升式氣卸粉罐運輸車底盤的選擇。 3.對 RL5250GSN 舉升式氣卸粉罐運輸車進行總體結(jié)構(gòu)布置。 4.RL5250GSN 舉升式氣卸粉罐運輸車詳細設計。 5.RL5250GSN 舉升式氣卸粉罐運輸車整車性能分析。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 第 2 章 設計要求及國家標準 2.1 設計要求 2.1.1 舉升式氣卸粉罐運輸車的設計特點及要求 專用汽車具有品種多、批量小的顯著特點，只有不斷開發(fā)新產(chǎn)品，深入調(diào)查研 究，了解用戶對專用汽車新產(chǎn)品的性能要求、使用要求和需求量，才能使專用汽車 制造企業(yè)在激烈的市場競爭中掌握主動權。因此在專用汽車設計中，除了具備基本 型汽車的性能要求外，還要裝有專用設備，以滿足相應的專用功能。因此，專用汽 車設計應該具備以下特點和要求： 1.專用汽車設計多選用定型的基本型汽車底盤進行改裝設計。這首先就需要了解 國內(nèi)外汽車產(chǎn)品，特別是貨車產(chǎn)品的生產(chǎn)情況、底盤規(guī)格、供貨渠道、銷售價格及 相關資料等。然后根據(jù)所設計的專用汽車的功能和性能指標要求，在功率匹配、動 力輸出、傳動方式、外形尺寸、軸載質(zhì)量、購置成本等方面進行分析比較，優(yōu)選出 一種好的專用汽車的前提。 對于不能直接采用二類底盤或三類底盤進行改裝的專用汽車，也應盡量選用定 型的汽車總成和部件進行設計，以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的可靠性。 2.專用汽車設計的主要工作是總體布置和專用工作裝置匹配。設計時既要保證專 用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤的基本性能不受到影響。在必要時，可 適當降低汽車底盤的某些性能指標，以滿足實現(xiàn)某些專用工作裝置性能的要求。 3.針對專用汽車品種多、批量少的生產(chǎn)特點，專用汽車設計應考慮產(chǎn)品的系列化， 以便根據(jù)不同用戶的需要而能很快地進行產(chǎn)品變形。對專用汽車零部件的設計，應 按“三化”的要求進行，最大限度地選用標準件，或選用已經(jīng)定型產(chǎn)品的零部件， 盡量減少自制件。 4.對專用汽車自制件的設計，應遵循單件或小批量的生產(chǎn)特點，要更多考慮通用 設備加工的可能性。 5.對專用汽車工作裝置中的某些核心部件和總成，如各種水泵、油泵、氣泵、空 壓機及各種閥等，要從專業(yè)生產(chǎn)廠家中優(yōu)選。因為專用汽車專項作業(yè)性能的好壞， 主要決定于這些部件的性能和可靠性。 6.在普通汽車底盤上改裝的專用汽車，底盤受載情況可能與原設計不同，因此要 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 對一些重要的總成結(jié)構(gòu)件進行強度校核。 7.專用汽車設計應滿足有關機動車輛公路交通安全法規(guī)的要求。對于某些特殊車 輛，如重型半掛車、油田修井車、機場寬體客車等，應作為特定作業(yè)環(huán)境的特種車 輛來處理。 8.某些專用汽車可能會在很惡劣的環(huán)境下工作，其使用條件復雜，要了解和掌 握國家及行業(yè)相應的規(guī)范和標準，使專用汽車有良好的適應性，工作可靠，必要時 設置安全裝置。 9.在完成一種新型專用汽車全部設計的過程中，必須考慮專用汽車的藝術造型 和產(chǎn)品功能的緊密結(jié)合。一個成功的造型設計，應該使專用汽車具有新穎美觀的外 形、良好的空氣動力學性能、各部分的布置符合人機工程學的要求并適合于多種變 型的結(jié)構(gòu)和零部件分塊。車身及其覆蓋件應具有良好的沖壓工藝性和焊接裝配工藝 性、合理的零部件形狀和較高的材料利用率。隨著社會的不斷進步，人們對汽車的 外觀、舒適性、功能的完備性等要求都在不斷地提高。由此可見，造型設計在專用 汽車的開發(fā)過程中的重要性。 綜上所述，專用汽車的設計有其自身的特點和要求，既要滿足汽車設計的一般 要求，同時又要獲得好的專用性能。這就要求專用汽車設計人員，既要具備汽車設 計的知識和能力，同時也要掌握專用汽車各種不同工作裝置的原理與設計計算，做 到汽車和專用工作裝置合理匹配，構(gòu)成一個協(xié)調(diào)的整體，使汽車的基本性能和專用 功能都得到充分發(fā)揮。 2.2 國家標準 2.2.1 整車的相關標準 1.散裝水泥車外廓尺寸應符合 GB1589 的規(guī)定。 當汽車或汽車列車處于滿載狀態(tài)、外后視鏡底邊離地高度小于 1800mm 時，其 單側(cè)外伸量不得超出汽車或汽車列車最大寬度處 200mm。外后視鏡底邊離地高度大 于或等于 1800mm 時，其單側(cè)外伸量不得超出汽車或汽車列車最大寬度處 250mm。汽 車和汽車列車必須能在同一個車輛通道圓內(nèi)通過，車輛通道圓的外圓直徑 D1 為 25.00m，車輛通道圓的內(nèi)圓直徑 D2 為 10.60m。汽車和汽車列車由直線行駛過渡到 上述圓周運動時，任何部分超出直線行駛時的車輛外側(cè)面垂直面的值(車輛外擺值) T 不得大于 0.80m，表 2.1 為相關汽車的標準。 2.焊縫應無裂紋、焊坑、焊穿、焊渣、漏焊等，所有焊接件的焊接質(zhì)量應符合 JB/T 5943 的要求。 焊接前須將距焊縫邊緣一定范圍內(nèi)（手工焊不小于 10mm，埋弧焊不小于 20mm） 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 焊接結(jié)構(gòu)表面上的鐵銹、油、油漆、塵土等污物除凈，并須去除潮濕。焊縫形狀偏差 和外部缺陷應符合下表 2.2 規(guī)定。 表 2.1 汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸的最大限值 單位為 mm 車輛類型 車長 車寬 車高 三輪汽車 4 600 1 600 2 000 最高設計車速小于 70km/h 的四輪貨車 6 000 2 000 2 500 最大設計總質(zhì)量3 500kg 6 000 最大設計總質(zhì)量3 500kg， 且8 000kg 7 000 最大設計總質(zhì)量8 000kg, 且12 000kg 8 000 二軸 最大設計總質(zhì)量12 000kg 9 000 最大設計總質(zhì)量20 000kg 11 000 三軸 最大設計總質(zhì)量20 000kg 12 000 2 500 4 000 貨車及半 掛牽引車 四軸 12 000 乘用車及二軸客車 12 000 三軸客車 13 700 汽 車 乘用車及 客車 單鉸接客車 18 000 2 500 4 000 一軸 8 600 二軸 10 000半掛車 三軸 13 000 中置軸(旅居)掛車 8 000 最大設計總質(zhì)量10 000kg 7 000 掛 車 其他掛車 最大設計總質(zhì)量 10 000kg 8 000 2 500 4 000 鉸接列車 16 500汽 車 列 車 貨車列車 20 000 2 500 4 000 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 表 2.2 焊縫形狀標準 2.2.2 卸料能力的相關標準 在垂直高度 15m，水平距離 5m，工作壓力為 0.2MPa 的條件下，平均卸料速度 不小于 1.2t/min,剩余率不大于 0.3%。圖 2.1 表示為粉罐汽車卸料性能測試狀態(tài)。 1-粉罐汽車 2-卸料水平管 3-卸料垂直管 4-接收塔 圖 2.1 粉罐汽車卸料性能測試狀態(tài) 2.2.3 罐體的相關標準 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 罐體內(nèi)外表面不允許有裂紋，不允許有明顯凹凸不平和劃痕。罐體容積利用率 E 應大于或等于 80%，罐體在 0.3MPa 的工作壓力下持續(xù) 5min，不得損壞或發(fā)生永久變 形。罐體進料口蓋應密封可靠，鎖止安全，開啟和關閉靈活；進料口直徑應不小于 450mm。散裝水泥車應設置通向罐體進料口的梯子，在進料口附近應設置工作平臺， 工作平臺應防滑或安裝防滑板。 2.2.4 氣路系統(tǒng)的相關標準 進入罐體的壓縮空氣應無水、無油?？諌簷C在額定負荷下，工作時的噪音不大于 90dB(A),排氣溫度不大于 200 C，在額定負荷下連續(xù)運轉(zhuǎn) 60min 后，應能正常工作。 安全閥應能防水或安裝防水罩，并調(diào)試合格后方可裝車。 2.2.5 取力傳動系統(tǒng)的相關標準 取力傳動系統(tǒng)應工作平穩(wěn)、可靠、操縱方便，連續(xù)運轉(zhuǎn) 60min 后無異常響聲，無 不正常升溫及過熱現(xiàn)象。其速比應滿足空壓機和油泵在額定轉(zhuǎn)速時發(fā)動機處于最佳經(jīng) 濟轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。取力器傳動齒輪的嚙合與分離應操縱靈活，運轉(zhuǎn)正常，不允許有異常 噪聲和卡滯現(xiàn)象。液壓舉升式散裝水泥車的液壓系統(tǒng)在額定載荷下舉升 3000 次的可 靠性，舉升時間、下降時間、最大舉升角和泄漏量等應符合 QC/T222 中相關規(guī)定。 車廂空載舉升到最大舉升角的時間應符合表 1 的規(guī)定： 表 1 罐體舉升時間 罐體內(nèi)部長度 L，m 舉升時間，s L 4.8 20 4.8L6.5 40 L 6.5 55 車廂空載從最大舉升角下降到與車架貼合的時間應符合表 2 的規(guī)定： 表 2 罐體下降時間 罐體內(nèi)部長度 L，m 下降時間，s L 4.8 20 4.8L6.5 40 L 6.5 55 2.2.6 電氣控制系統(tǒng)的相關標準 電氣系統(tǒng)的設計、安裝應符合 GB/T3797 的規(guī)定： 控制電路的設計應做到在各種情況下（即使是操作錯誤）確保人身安全。當電器 故障或操作錯誤時，不應使設備受到損壞。對可能危及人身安全、損壞設備或破壞生 產(chǎn)的情況，應采用聯(lián)鎖裝置，使事故立即停止或采取其他應急措施。 2.3 本章小結(jié) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 本章介紹了設計專用車的相關標準，為接下來進一步設計舉升式氣卸粉罐運輸車 提供了設計基礎。 第 3 章 方案設計分析與整車總體設計 3.1 方案設計與分析 常見的粉粒物料運輸車有臥式多倉罐體結(jié)構(gòu)、魚腹式單倉罐體結(jié)構(gòu)、斗式多倉 罐體結(jié)構(gòu)、多傾內(nèi)錐布袋式流化床罐體結(jié)構(gòu)和液壓舉升式罐體結(jié)構(gòu)。 為了保證罐體承受 0.3MPa 的內(nèi)壓力，罐體結(jié)構(gòu)由受力良好的的圓筒及橢圓封頭 構(gòu)成。除了后端封頭部分有小流化床外，罐體內(nèi)側(cè)無流化床，與其他結(jié)構(gòu)的罐體相比 較，材料利用率提高了 10%，可節(jié)約鋼材 1t 左右，容積利用率大于 99%。所以此設計 采用液壓舉升式罐體結(jié)構(gòu) 6。 3.2 整車總體設計 3.2.1 粉罐罐體的布置及副車架外型尺寸的確定 為使前后軸荷分配合理，整車質(zhì)量分配均勻，車輛重心低穩(wěn)定性高，罐體的位置 為封頭前端面距駕駛室前端 3900mm 處，底面與副車架接觸，副車架外型尺寸為 5 850 860 200mm，材料型號為 20 的熱軋槽鋼（GB/T707-1988） ，中間設置加強梁。 其后端的活動銷軸軸徑為 50mm。 3.2.2 舉升形式的選取與布置 目前, 在自卸車行業(yè)有多種結(jié)構(gòu)型式。舉升機構(gòu)的型式目前國內(nèi)常見的有: 三角 架放大舉升機構(gòu)( F 式、 T 式)、雙缸舉升、前頂舉升和雙面?zhèn)确?。其?中輕型自 卸汽車多采用結(jié)構(gòu)比較簡單、布置尺寸較小的舉升機構(gòu), 如加伍德機構(gòu)(D 式)；中、 大型自卸汽車多采用油壓特性曲線較好的舉升機構(gòu), 如馬勒里機構(gòu)(T 式)；大型自 卸汽車多采用舉升力系數(shù)較小的舉升機構(gòu)，如浮動油缸連桿放大組合式(F 式和Z 式)或 者前頂舉升式。 其中國際上尤其是歐美等國大都采用前舉升自卸方式。 1結(jié)構(gòu)組成。 前舉升自卸汽車主要是由二類底盤、上裝副車架、車廂及多級油缸等組成, 結(jié)構(gòu) 非常簡單。 2結(jié)構(gòu)性能優(yōu)點。 （1）整車重心低, 行車穩(wěn)定性好 , 只要后擋不干涉 , 副車架縱梁可以做得很低, 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 最小可以與載貨車相同。其結(jié)構(gòu)簡單、車廂底板與主車架上平面的閉合高度可以很小, 整車穩(wěn)定性好, 液壓系統(tǒng)壓力較?。?（2）在機構(gòu)式自卸汽車設計中經(jīng)常會發(fā)生機構(gòu)與底盤橫梁干涉, 從而需對底盤 橫梁改制,很麻煩。而前舉升方式則不必考慮上裝與底盤干涉的問題,因而設計者不必 再費勁地做很多的校核圖了,大大地提高了產(chǎn)品的開發(fā)速度； （3）現(xiàn)在的用戶對車廂的要求越來越大,自卸車的軸距也較原來大,傳統(tǒng)的機構(gòu) 式舉升無法將較長車廂舉升到能卸貨的角度,除非將副車架縱梁和車廂底盤縱梁的高 度做得很大,才能布置下加大加強的機構(gòu)。但這樣整車的重心必然提高了, 重心越高, 行車尤其是在調(diào)整或轉(zhuǎn)彎時很不穩(wěn)定, 存在安全隱患； （4）傳統(tǒng)的T式機構(gòu)一般應用在載重8t或以下的自卸汽車中, F式機構(gòu)應用在15t 左右的自卸汽車中。這種機構(gòu)的自卸汽車在超載時由于液壓系統(tǒng)的壓力過大, 經(jīng)常發(fā) 生燒油泵、密封件損壞和根本不舉升等問題, 而前舉升自卸汽車不需將油缸的推力放 大到舉升架和拉桿上便可以將車廂舉升起來。因而前舉升的油壓特性非常好。液壓元 件不會因壓力過高而損壞, 液壓系統(tǒng)的使用壽命更長, 液壓系統(tǒng)的故障比很低； （5）結(jié)構(gòu)簡單, 安裝維護較方便。機構(gòu)式舉升由三角架、拉桿、舉升油缸及其 安裝聯(lián)接的座和軸組成, 結(jié)構(gòu)非常復雜, 前舉升是一種用多級油缸直推車廂前部從而 達到卸貨的一種方式只有油缸而無其它零部件。這種結(jié)構(gòu)非常簡單, 制造成本低, 工 藝性好 7。 隨著技術發(fā)展，近年來國內(nèi)的前頂舉升機構(gòu)也得到較大發(fā)展，其中的代表是已國 產(chǎn)的荷蘭海沃整機系統(tǒng)，其成本也趨于合理?；谝陨蟽?yōu)點并參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品， 本設計的舉升系統(tǒng)采用前置前頂舉升機構(gòu)。其罐底與副車架接觸，液壓缸通過焊接在 罐體前端的支架鉸接在一起，隨舉升位置不同而轉(zhuǎn)動。 3.2.3 氣卸裝置的布置 利用舉升機構(gòu)液壓系統(tǒng)將罐體總成前端舉升，使罐體沿后翻轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)和水平面成 一定的夾角 ，水泥在重力的作用下可全部向罐體后側(cè)封頭聚集，而空壓機通過壓縮 空氣管路系統(tǒng)將壓縮空氣通入罐體后側(cè)封頭內(nèi)的流化床內(nèi)，將該部分的水泥流化，再 由該部分的出料口將水泥卸到指定的倉內(nèi)。 由此，除了罐體后端封頭處有小流化床外，罐體內(nèi)側(cè)無流化床，可節(jié)約鋼材 1t 左右，容積利用率大于 99%。流化床結(jié)構(gòu)如下圖 3.2 所示，流化床隨罐體的舉升會將 出料口降到最低點。為了便于排料管的操作，采用下排料的結(jié)構(gòu)方式，出料口兼有清 灰口的作用，流化床只在蝶形小封頭處設置。 空壓機橫置在罐體與駕駛室之間，其動力由依靠液壓泵驅(qū)動的液力馬達提供。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 1-罐體后封頭 2-橢圓小封頭 3-流化床 4-排料管總成 5-助吹管 6-進風口 圖 3.2 流化床結(jié)構(gòu) 3.3 二類底盤選型 3.3.1 二類底盤初選 根據(jù)罐體尺寸參數(shù)及產(chǎn)品日常使用、維護保養(yǎng)方便，再綜合考慮產(chǎn)品造價，初步 選擇CA3253P7K1T1E型二類底盤，其詳細參數(shù)如表3.1。 考慮到動力性、經(jīng)濟性及滿足環(huán)保法規(guī)的要求，發(fā)動機選用 BF6M1013-28E3 型柴 油增壓發(fā)動機，其參數(shù)見表 3.2。變速器選擇陜齒 9JS119 機械式，9 個前進檔，1 個 倒檔。選檔遠距離軟軸操縱機構(gòu)，傳動比見表 3.3。 表 3.1 CA3253P7K1T1E 參數(shù) 外型尺寸 (長 寬 高)(mm)8 9002 4903 200 貨廂欄板內(nèi)尺寸 (長 寬 高)(mm) 6 2002 3001 000 總質(zhì)量(Kg) 25 000 整備質(zhì)量(kg) 12 480 額定載質(zhì)量(kg) 12 305 接近角/離去角() 28/17 前懸/后懸(mm ) 1 375/1 310 軸距(mm) 4 200+1 350 軸數(shù) 3 最高車速 (km/h ) 78 發(fā)動機型號 BF6M101328E3 1 6 2 3 4 5 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 發(fā)動機功率(kw) 203 發(fā)動機排量 7.146 底盤依據(jù)標準 GB3847-1999 GB17691-2001第二階段 輪胎 10.00R20 表 3.2 發(fā)動機參數(shù) 型式 直列六缸、四沖程水冷柴油增壓發(fā)動機 型號 BF6M101328E3 額定轉(zhuǎn)速 r/min 2 300 額定功率 KW (2300r/min) 203 最大轉(zhuǎn)矩 NM(1400r/min) 1 100 最低燃油消耗率 g/(KWh) 192 缸徑 沖程 mm 108130 排量 L 7.146 壓縮比 17.5：1 工作順序 1-5-3-6-2-4 燃油：夏季：0 號輕柴油：冬季：根據(jù)氣溫選用合適的輕柴油 表 3.3 變速器傳動比 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 七檔 八檔 九檔 12.11 8.08 5.93 4.42 3.36 2.41 1.32 1.00 12.66 3.3.2 二類底盤裝載質(zhì)量的初步校核 CA3253P7K1T1E 裝載質(zhì)量為 12 305kg，由于罐體材料 16MnR 的密度為 7 900 kg/m3，則罐體直段質(zhì)量 m 。 1 m =L12rR =1 185.35kg 由JB-T4737-95 橢圓形封頭標準得封頭質(zhì)量 m 。2 m =2 275.59kg =551.18kg 則整個罐體的質(zhì)量 M= m + m =1 736.53kg。12 初步計算裝載質(zhì)量為 10 000kg+1 736.53kg=11 736.53kg，因此 CA3253P7K1T1E 二 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 類底盤滿足要求。 3.4 專業(yè)性能參數(shù)的確定 3.4.1 卸料速度和剩余率 平均卸料速度和剩余率是散裝水泥運輸車的主要專業(yè)性能指標。散裝水泥運輸車 卸料時，所卸下的粉料質(zhì)量與卸料時間的比值稱為平均卸料速度。卸料作業(yè)完畢后， 罐內(nèi)剩余水泥的質(zhì)量與散裝水泥運輸車額定裝載質(zhì)量的比值稱為剩余率。這兩個參數(shù) 反映了散裝水泥運輸車卸料作業(yè)的效率和經(jīng)濟性。 為了正確地評價和比較平均卸料速度的剩余率，一般在規(guī)定卸料水平距離 5m， 卸料垂直高度 15m，卸料管內(nèi)徑 100mm，壓縮氣體流量 48 m3/min，壓力 196kPa 的條件下進行測量，這種狀態(tài)叫做標準狀態(tài)。 平均卸料速度與散裝水泥運輸車的結(jié)構(gòu)、壓縮空氣壓力和流量等因素有關，由卸 料管內(nèi)固氣二相流的濃度和速度決定。固氣二相流的濃度亦稱混合比，其質(zhì)量濃度在 200270 之間。平均卸料速度 在標準狀態(tài)下為 （1.21.6） 10 kg/min，本設計v 3 目標選取 1.2 10 kg/min。3 粉料剩余率 i 的大小與內(nèi)部結(jié)構(gòu)、流態(tài)化裝置的性能有關。 i 值過大，會降低車 輛的有效裝載質(zhì)量，影響經(jīng)濟性。而且，水泥在罐內(nèi)長期殘存會發(fā)生結(jié)塊、變質(zhì)。在 標準狀態(tài)下 i 值在 0.1%0.4%之間，本設計采用舉升式方案，卸料時傾角較大，剩余 率低，故 i 值取 0.1%。 卸料時間是指打開卸料閥卸料開始至卸料完畢關閉卸料閥為止的這段時間。一般 在罐內(nèi)壓力上升到額定工作壓力 時打開卸料閥，到卸料接近結(jié)束，罐內(nèi)壓力下降ep 到 0.1 時關閉卸料閥。由公式 3.1 及 3.2 得卸料時間為 12min。ep vmtb （3.1） ei （3.2） 3.4.2 工作壓力 散裝水泥運輸車氣力卸料時壓縮空氣應有一定的工作壓力，用來滿足粉粒體和氣 體流動需要的壓力降和流態(tài)化過程產(chǎn)生的壓力損失，這些壓力損失包括：氣流在管道 過程或局部的壓力損失，氣體透過流態(tài)化床裝置的壓力損失，粉粒體的透氣壓力損失， 固氣二相流的加速壓力損失，摩擦壓力損失，懸浮壓力損失等。若工作壓力過小，平 均卸料速度降低，易產(chǎn)生堵塞。工作壓力過高又會造成能源浪費，罐體壁厚增加，空 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 氣壓縮機、管道、閥門等的質(zhì)量也要增加。通常工作壓力只需略大于卸料過程中各種 壓力損失之和即可。試驗表明，水泥粉粒體在 196kPa 的輸送壓力下可實現(xiàn) 值在 40300 之間的固氣二相流氣力輸送 8。所以，本設計的額定工作壓力為 196kPa。 3.4.3 壓縮空氣流量 壓縮空氣流量應滿足三方面的要求：一是能實現(xiàn)粉料流態(tài)化，二是管道輸送順利， 三是平均卸料速度合乎要求。 1.氣體流量與粉料流態(tài)化關系 如前所述，透過氣體分布板的氣流速度應滿足下式粉料才會產(chǎn)生流態(tài)化，亦即壓 縮空氣流量必須符合下式要求。 ffgAvQv或 式中: Q壓縮空氣流量（m 3/s） ； A流態(tài)化床面積（m 2） ； 透過氣體分布板的氣流速度（m/s） ；gv 臨界流態(tài)化速度（m/s） 。f 由于本舉升式氣卸散裝水泥運輸車的流態(tài)化床布置在罐尾蝶形封頭中，流態(tài)化床 面積相較于傳統(tǒng)臥式粉罐車大大減小，所以氣體速度定能滿足要求，并將在后面章節(jié) 得到準確計算驗證。 2.壓縮空氣流量與管道輸送要求 對于管道氣力輸送，一般認為，只要輸送氣流速度大于粉粒體的懸浮速度時，粉 料就能順利輸送。但在散裝水泥運輸車卸料的實際條件下，一方面由于粉粒體與罐壁 之間以及粉粒體之間的碰撞、摩擦和粘附作用；另一方面由于輸料管中氣流速度分布 不均勻，所以散裝水泥運輸車要實現(xiàn)穩(wěn)定氣力輸送，管內(nèi)氣流速度要比粉粒體的懸浮 速度大幾倍。 散裝水泥運輸車卸料時，可采用水平輸送或垂直輸送。在水平輸送中，粉粒體將 要沉積下來不再參與懸浮輸送的極限狀態(tài)時的氣流速度，稱為沉積速度，用 vs 表示。 實踐表明，當管內(nèi)氣流速度 vm （1.11.3）v s 時，就不會產(chǎn)生粉粒體沉積堵塞，稱 這個 vm 為水平輸送安全氣速。本設計中 vm 取 1.2m/s。在垂直輸送中，粉粒體到某一 高度停滯不動成為噎塞，此時的氣流速度成為噎塞速度，用 vh 表示。一般沉積速度 大于或等于噎塞速度，所以通常用沉積速度或水平輸送安全氣速 vm 來選取氣流速度， 可用下式確定壓縮空氣流量。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 18 m 2v4dQ 式中: Q壓縮空氣流量（m 3/s） ； d卸料管內(nèi)徑（m） ； vm水平輸送安全氣速（m/s） 。 則 Q 0.0942 m3/s 3.壓縮空氣流量與卸料速度 卸料速度與壓縮空氣流量 Q 成正比。對于一般散裝水泥運輸車來說，二相流的 混合比 所能達到的最大值受罐內(nèi)流態(tài)化裝置和氣力輸送條件的限制，故增加 Q 值 是提高卸料速度的有效途徑 9。本設計中 Q 初步采用 7m3/min。 3.5 本章小結(jié) 本章對整體設計方案進行了分析對比，確定了粉罐罐體的形式、尺寸參數(shù)、裝載 質(zhì)量及制造材料，以及罐體的舉升形式和流化床的布置。選定了專用車的二類底盤， 并詳細介紹了二類底盤及動力總成的參數(shù)，為下一步整車總布置做好準備。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 第 4 章 舉升式氣卸粉罐汽車的詳細設計 4.1 粉罐裝置設計計算選型 4.1.1 粉罐外形尺寸設計 1.初步確定罐體尺寸及材料。 根據(jù)任務書要求，需設計裝載質(zhì)量大于 8t 的舉升式氣卸粉罐運輸車。結(jié)合生產(chǎn) 實際中對長距離大質(zhì)量運輸?shù)囊?，初步設計罐體為長 3 000mm，直徑 2 000mm 的 圓柱形密封容器。其兩端封頭為對稱的橢圓形設計，設計依據(jù)JB-T4737-95 橢圓形 封頭標準及GB150-1998 鋼制壓力容器標準 確定封頭高 500mm，直段處長 25mm。參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品及材料性能，罐體及封頭材料選擇 16MnR，其中封頭處 材料厚 7mm,直段處厚度為 6mm。由于罐體的長、直徑不協(xié)調(diào)，重心后移，行駛不 安全也不美觀，所以更改罐體長度使其變大為 5 000mm，直徑不變?nèi)詾?2 000mm， 則罐體尺寸如圖 4.1 所示。 圖 4.1 罐體尺寸參數(shù) 2.罐體總?cè)莘e。 （1）直段處圓柱罐體容積V 1（m 3） V1= R2L (4.1) 式中: R圓柱筒體內(nèi)壁半徑（m） L圓柱筒體的長度（ m） V1= R2L =9.5m3 5000 500 25 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 20 （2）橢圓封頭容積 V2（m 3） 橢圓形封頭由半個橢圓體殼和一段短圓柱筒體組成，兩端封頭容積相等。由 JB-T4737-95 橢圓形封頭標準得 V2 =1.1257m3。 V2=2 V2 =2.2514m3 總?cè)莘e V 為罐體殼所包容的體積，為圓柱筒體容積 V1 與封頭容積 V2 之和，即 V= V1+ V2 =9.5+2.2514 =11.75m3 3.有效裝載容積 Va 有效裝載容積指用于裝載粉料的罐內(nèi)容積，用下式計算。 (4.2)eas mVp 式中: m e罐體的標定裝載質(zhì)量（ kg） ，本設計標定裝載質(zhì)量設計為 10 000kg； ps粉料的堆密度（kg/m 3） ，水泥的堆密度為 1 200kg/m3。 則 8.3333m3a 4.擴大容積 Vb 由于粉料的內(nèi)摩擦力，進料口的數(shù)目、位置等原因，裝料時粉料不能充滿罐體上 部的所有空間，粉料在流態(tài)化過程中空隙率 要增加，上界面升高，裝料時也需留出 這部分空間。在上部留出的空間稱為擴大容積，按下式確定： Vb=KbVa 式中: K b擴大容積系數(shù)，本設計取 0.2。 則 V b=0.2Va =1.667m3 5.裝載容積 Vd 有效裝載容積與擴大容積之和叫做裝載容積，即流化態(tài)床以上的罐內(nèi)容積。 Vd=Va+Vb =10m3 4.1.2 流態(tài)化裝置的設計 流態(tài)化裝置也稱流態(tài)化床，主要由流態(tài)化元件、多孔板、壓板、螺栓等組成，是 氣卸粉罐車的重要部分，它直接影響粉罐車的專業(yè)性能。流態(tài)化裝置的作用：一是與 罐體壁構(gòu)成氣室；二是使壓縮空氣形成微細、均勻的氣流進入粉料中，使粉料流態(tài)化。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 21 1.流態(tài)化裝置的類型和結(jié)構(gòu)。 目前普遍采用的流態(tài)化裝置有兩類：單一流態(tài)化裝置和復合流態(tài)化裝置。 單一流態(tài)化裝置結(jié)構(gòu)簡單，有圓形和長方形兩種。圓形流態(tài)化床多用于立式罐體， 其多孔板有圓錐板和圓平板兩種。圓錐板的錐角一般為 120 150 ，適合于下出料。 本設計中罐體舉升后的卸料狀態(tài)與立式罐體相似并為下出料設計，遂采用單一流態(tài)化 裝置，圓形流態(tài)化床，圓錐形多孔板，錐角為 145 。 2.多孔板的設計。 多孔板的作用是支撐流態(tài)化元件及其上面的粉料，保證壓縮空氣均勻穿過。多孔 板與水平面的夾角為 17.5 。多孔板用 4mm 厚的鋼板制造，上面均勻分布直徑為 20mm 的孔，布置在罐尾蝶形封頭的內(nèi)側(cè)。 3.流態(tài)化元件的設計。 流態(tài)化元件的作用是使壓縮空氣透過而形成均勻、細微的氣流。其設計要求是： （1）具有一定的透氣阻力，并能隨氣流速度的增加阻力急驟增加； （2）空隙適宜，分布均勻，布氣分散度高，受粉料層厚度影響少； （3）只能透過氣體，不能通過粉料，吸濕性和附著力低，表面光整平滑，易于 粉料流動，長期使用不易堵塞，并容易恢復透氣性； （4）有一定強度，耐磨、耐溫、耐腐蝕，物理化學性質(zhì)穩(wěn)定 10。 流態(tài)化元件材料分為硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料兩類。硬質(zhì)材料雖剛性好，耐磨，不易 受潮，但易破碎，易堵塞，空隙不易恢復，制造工藝也復雜，價格高，很少采用。軟 質(zhì)材料有工業(yè)帆布、夾毛氈、滌綸帆布等。它們具有質(zhì)量輕、易安裝、易取得、價格 便宜的有點。所以本產(chǎn)品采用工業(yè)帆布作為流態(tài)化床材料。 4.流態(tài)化床主要參數(shù)計算。 （1）臨界流態(tài)化床氣流速度 （m/s）fv (4.3)06.8.3 942.1)(04gsfd 式中: 顆粒直徑（m） ，水泥取為 88 m；sd 顆粒密度（kg/m 3） ，水泥為 3 200 kg/m3； 氣體密度，在氣體壓力 p=0.3MPa，氣體溫度 T=373K，氣體常數(shù)g Ra=29.28 時， =p/（R aT）=2.75 kg/m 3；g 氣體的動力粘度（Pas ） ，取 0.0218 Pas。10 則水泥的臨界流態(tài)化床氣流速度為 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 22 06.8.094.2.1675)3()(08.4fv =0.009m/s （2）流化床面積 A 流化床面積的大小與流態(tài)化床的結(jié)構(gòu)形式、罐體形式和尺寸有關，其中起主要作 用的是水泥的臨界流態(tài)化速度。流態(tài)化床的面積應滿足下式 fvQA 式中: Q 氣體流量