水泥罐车改装设计（下载送图纸）

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。本课题以气卸散装水泥车为具体研究对象，文中介绍了气卸散装水泥车的发展现状，确定了承载水泥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：粉粒物料运输车；二类底盘；水泥；气卸装置；改装设计ABSTRACTThe 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： Powder Cans；the second unperpan；cement；Gas Disposal Plant；Design Modifications目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1本课题研究的目的及意义11.2气卸粉罐车的现状21.3本课题研究的主要内容与技术路线5第2章 总体方案的选择72.1 二类底盘的的选择72.2 罐体型式的选择72.3 空气压缩机的选择82.4 卸料装置的选择82.4.1 卸料方式分类82.4.2 出料装置方案的选择82.5 本章小结8第3章 二类底盘的选型及总布置93.1 二类底盘的选型93.2总体布置的原则103.3整车参数的确定103.3.1 装载质量和总质量的确定103.3.2 轴载质量的确定103.3.3 尺寸参数的确定113.4 取力器的选择113.4.1 取力器布置方案选择113.4.2 取力器基本参数确定123.5 本章小结13第4章 罐体的总体结构和设计144.1 罐体总成结构及工作原理144.2 罐体容积计算154.2.1 总容积V154.2.2 有效装载容积计算164.2.3 扩大容积计算164.2.4 装载容积计算164.2.5 气室容积计算164.3 流态化装置的设计164.3.1 流态化装置的类型和结构174.3.2 多孔板的设计174.3.3 流态化元件选择184.4 流态化床主要参数计算184.5 进料装置设计204.6 出料装置、卸料软管及卸压装置的布置204.6.1 出料装置204.6.2 卸料软管204.6.3 卸压装置214.7 罐体内部结构的设计214.7.1 气室结构的设计214.7.2 中央气室长度的设计214.7.3 气化板宽度的设计214.7.4 流态化板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计224.8 流态化板结构尺寸的计算224.8.1 中央气室部分流态化板尺寸计算234.8.2 OO截面至AA截面处流态化板尺寸计算234.8.3 AA截面至BB截面处流态化板尺寸计算234.8.4 封头部分流态化板尺寸设计244.9 罐体的材料选择244.10 罐体厚度的计算244.10.1 罐体的最小厚度244.10.2 厚度附加量244.11 封头设计254.12 罐体支承座设计264.12.1 支承座的截面形状及尺寸264.12.2 支承座的前端形状及安装位置264.12.3 罐体支承座的固定274.13 本章小结28第5章 气卸及输料装置的设计295.1 空压机选择295.2 输料管设计295.2.1 输料管内径和气流速度的确定295.2.2输送系统的压力损失305.3 气压控制系统的设计325.4 本章小结33第6章 整车主要性能参数的计算346.1 动力性计算346.1.1 发动机的外特性346.1.2 汽车的行驶方程式356.1.3 动力性评价指标的计算396.2 燃油经济性计算406.3 静态稳定性计算416.4 本章小结43结 论44参考文献45致 谢46附 录47附录A 外文资料47附录B 外文资料中文翻译52加扣扣414951605 或 1304139763，购买发CAD图纸及相关文档。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，随着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。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子经济扶持外，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。罐体是气卸散装水泥车装载水泥的容器，其型状，流态化床，有效容积和总容积等直接影响着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。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。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。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。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气卸粉罐车的现状专用汽车一词在国外大致起始于20世纪50年代。二战结束后，欧美各国经济逐步发展，为了缩短作业时间，提高作业效率，实现各类专项作业的机械化合单机化，出现了各类专项作业车辆，随着汽车工业的发展和交通、物流业的发展，社会对汽车的运输效率、经济性提出了越来越高的要求，汽车的专用化趋势越来越明显。随之诞生了很多专业车辆，灌式汽车业就是其中的一种。灌式汽车中分为液化气体运输车、粉粒物料运输车和混凝土搅拌运输车。而我们今天要研究的是粉粒物料运输车。随着中国城市的不断发展，工程建设需要大量的水泥，而水泥的运输、卸料问题使了人们头疼，而此时气卸散装粉粒物料运输车解决了水泥的装、运、卸、贮的问题。既提高了运输的效率，节约运输费用，又降低了成本。进入了二十一世纪汽车工业不断的发展前行，对专用车市场也在不断发展中。(1)专用车重型化趋势。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和重型车功率大、强度高，有中、小型专用车无法替代的优点。随着物流的庞大和公路的高级化，以及特殊作业的需要，重型专用汽车在国外得到迅速发展。如德国的散装水泥车吨位均在15t以上：比利时莫尔(MOL)公司近年花费相当大的人力、物力从事动5070t的大型挂车用牵引车的研究和生产。比利时的大型粉罐车也已进行系列化生产，装载容积为3060立方米。(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元件研究，使卸料速度达到1.51.8t/rnin（国产散装水泥车现行指体是1.01.3t/min），为提高远距离散运经济效益，散装水泥车的列车化正在成为令后的发展趋势。据报导，澳大利亚的公路运输已普遍使用拖带双节挂车、甚至三节挂车的汽车列车，1994年，澳大利亚一家挂车制造厂使用麦克（MacK）84牵引车，拖挂29节挂车，列车总长429m，有效载质量500t，发动机功率3675kw，每节挂车均为三轴式，双轴结构前转向架和三联式后轴。(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，使专用车功能由单一向多功能发展，如1990年日本昭和飞机公司推出了多用途厢式专用汽车，该车车厢为二重结构设计，装备了散装货物用的传送带，既能一般货运又可运输散装物料。(4)专用底盘专业化趋势。日本丰田等大汽车公司的专用底盘均已实现系列化、专业化生产，近年来，国外不少汽车厂专门从事专用汽车底盘生产，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、新技术和微电脑的应用趋势。近年来，国外专用汽车厂家逐步重视新材料、新技术在专用汽车上的应用，如采用GRP（玻璃纤维增强塑料）替代金属材料制造冷藏车厢体，具有强度高、质量轻、寿命长等优点，应用日趋广泛。在国外，微电脑的应用正渗透到所有产业领域，专用汽车也不例外。微电脑已广泛用于发动机控制、自动变速、专用装置动力传递、电器故障诊断等方面使专用汽车的使用价值逐渐扩大，技术性能明显提高。 随着人们对大量粉粒物料运输的需求和公路的更加完善。人们需要能装载更多的，运输更安全的，卸料更环保的大型罐体。这时人们发明了“灌式集装箱”。这种箱体可用于装运有毒有害、易燃易爆、腐蚀性的危险性以及无危险性的液态、“气态”和固态粉粒状散货。而这种灌箱可使散装物料的运输仓储和分拨享受到经济、便捷、环保、安全等诸多好处，与传统的铁桶包装、散装船和铁路槽车相比，它真正实现了装箱地到卸料地的无中间环节的直达，无货物的跑冒滴漏，因此使污染和货物的物流消耗及漏损降低到最低。归纳起来，罐箱作为一种先进的运输工具，与传统的装载运输方式相比，具有安全可靠、运输灵活、快捷方便、经济实用、绿色环保等方面的优势。目前，罐箱在欧美等发达国家的使用己经非常普及，并在多个国家实现了法定强制使用。在我国，虽然其使用还不到15年，尚属起步阶段，但由于其难以抗拒的优势，近年来发展非常迅猛。罐箱的使用在某种程度上标志着一个企业、地区乃至国家的物流、环保和运输管理水平。国内市场需求现状及未来预测我国使用罐式集装箱尚处于起步阶段，但随着化工行业内外贸易的迅猛发展，为了与国际接轨，运输必将由小楠包装更换成罐箱。国内许多化工企业均很关注罐箱的造价、性能，一些企业已经或准备购买，以扩大出口市场份额。另外，随着国家对基础设施建设的投入和环保要求的日益提高，市场对装运散装物料的罐箱也呈现旺盛的需求。随着我国西部大开发，石油、天然气以及其他丰富的资源也将产生巨大的上、下游产品运量，在我国内陆运输及国际运输的集装箱化浪潮中为罐箱的市场带来良好前景。 虽然我国的专用车工业的起步比较晚，但是我们有着无比巨大的市场，有了这个我巨大的市场，我相信我们国家的专业车工业发展早晚都会超过欧美等发达国家。粉罐汽车由汽车底盘、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六大部分组成。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，使粉料流化态，并且在罐内压力下排出。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.立式粉料物料运输车。立式粉罐汽车的罐体中心线呈铅垂方向，如图1.1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1.1 立式粉料物料运输车2.卧式粉料物料运输车。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1.2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。 图1.2 卧式粉料物料运输车3.举升式粉料物料运输车。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1.3所示。图1.3 举升式粉料物料运输车1.3本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）CL5120GSN气卸散装水泥罐车总体设计。（2）CL5120GSN气卸散装水泥罐车底盘的选择。（3）对CL5120GSN气卸散装水泥罐车进行总体结构布置。（3）CL5120GSN气卸散装水泥罐车罐体总成详细设计。（4）CL5120GSN气卸散装水泥罐车气卸系统设计。（5）CL5120GSN气卸散装水泥罐车整车性能计算分析。本课题研究的主要技术路线如图1.4所示。总体设计专业性能和主要参数确定罐体总成详细设计方案的选择气卸系统设计参数确定空气压缩机的选择完成总装配图二类底盘的选择车架的设计整车性能分析进行车辆总体布置修改完善全部图纸完成设计说明书图1.4 半挂气卸粉罐车半挂车连接装置设计半挂牵引车和半挂车选择技术路线图第2章 总体方案的选择2.1 二类底盘的的选择由于本课题所设计的是整车总质量12000Kg的粉罐车，这里选用解放牌CA1136P1K2L2底盘即满足其相关要求。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。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。 第3章 二类底盘的选型及总布置3.1 二类底盘的选型目前，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，故本设计中选用一汽解放牌CA1136P1K2L2底盘。二类底盘的具体参数如表3.1所列。表3.1 牵引车具体参数列表额定载质量(Kg)5855前轮轮距(mm)1900整备质量（Kg）7320后轮轮距(mm)1800外廓尺寸(mm)836423702710前悬(mm)1239轴距(mm)4700后悬(mm)2425最小离地间隙(mm)最小转弯直径(m)23.1最高车速(Km/h)107转向机构准拖挂车总质量（kg）13000,10000鞍座型号驱动形式24额定功率(2300r/min)132kw最大扭矩(1400r/min)650离合器型式接近角/离去角22/15轮胎规格10.00R20变速器型号CA6-75鞍座最大允许承载质量 发动机型号CA6DF2D-18、6缸、直列、直喷、增压中冷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；(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3.3.1 装载质量和总质量的确定初步选定的总质量为13370Kg，查表3.1。可知整备质量为7320Kg，额定装载质量5855Kg。3.3.2 轴载质量的确定1.轴载质量的计算 专用汽车总质量和专用工作装置各部件质量及其质心位置确定后，就可以计算轴载质量。 （3.1）2.轴载质量的限值 汽车及挂车单轴的最大允许轴荷不得超过表3.2的最大限值。 表3.2挂车并装轴的最大允许轴荷的最大限值（单位：kg）车辆类型最大允许轴荷最大限值挂车及二轴货车每侧单轮胎6000每侧双轮胎10000对照上表可以看出，本设计所用的车型后轴为每侧双轮胎889010000Kg，前轴为每侧单轮胎44806000Kg。而且满足轴载质量分配原则单车满载质量条件下，平头车的前轴达到30%。轮胎磨损均匀。3.3.3 尺寸参数的确定本设计所采用的二类底盘一汽解放牌CA1136P1K2L2。外廓尺寸（长宽高）8364mm2370mm2710mm。车头部分的长度为2400mm，预留1400mm左右安装空气压缩机，罐体尺寸纵向尺寸可以定为4500mm。3.4 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。也有专门生产与之配套的取力器生产厂家。3.4.1 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3.2所示。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 图3.2 取力器布置结构图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I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I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。3.4.2 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。CA113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PT012/263，其总速比为0.892，额定输出功率170Nm。3.5 本章小结本章二类底盘对其参数做了详细介绍，并确定了整车的质量参数和尺寸参数，对其轴荷进行了计算。最后确定了取力方式和以及完成了对取力器的选择。第4章 罐体的总体结构和设计4.1 罐体总成结构及工作原理卧式罐体一般是由圆柱体、斜锥体、椭圆封头、多孔板、滑料板几部分组成，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 罐体结构图卧式罐气力卸料原理简图。如图4.2卸料时，压缩空气经进气气管10进入气室7，穿过流态化装置11后到达粉料颗粒之间，使粉料流态化；当罐内压力上升到196kPa时，打开卸料阀4，粉料在罐内压力作用下经卸料管3排出。1-吸嘴；2-调节螺母；3-出料管；4-蝶阀；5-二次进风装置；6-卸料管接头；7-气室；8-滑料；9-罐体；10-进压缩空气管；11-流态化装置；图4.2 卧式罐气力卸料原理简图4.2 罐体容积计算4.2.1 总容积V总容积为罐体壳所包容的体积。双锥内倾卧式罐体，总体积V为图柱筒体积、直角斜锥筒容积和封头容积之和，即 (4.1)(1)圆柱筒体容积计算 （） （4.2）式中 圆柱筒体内壁半径（m）； 圆柱筒体长度的1/2（m）。(2)斜锥筒体容积计算 两端斜锥筒体容积相等，则 （4.3）式中 、分别为斜锥筒体大、小端内壁半径（m）； 单个斜锥筒体长度（m）。(3)椭圆封头容积计算 封头有半球形、椭圆形、蝶形等几种。椭圆形封头有半个椭圆壳体和一段短圆柱筒体组成，两封头容积相等。则 （4.4）式中 短圆柱筒体长度（m）； 封头长度，即椭圆短轴之半（m）。4.2.2 有效装载容积计算 有效装载容积指用于装载粉料的罐内容积，用下式计算 （4.5）式中 罐体的标定装载质量（kg）； 粉料的堆积密度（kg/）。4.2.3 扩大容积计算 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： （4.6）式中 扩大容积系数，通常取为0.10.2。取0.14.2.4 装载容积计算 有效装载容积与扩大容积之和叫做装载容积，即气体分布板和滑料板以上的罐内容积 （4.7） 4.2.5 气室容积计算 （4.8）4.3 流态化装置的设计流态化装置又称流态化，主要由流态化元件、多孔板、压板、螺栓等组成，是气卸粉罐车的重要部分，它直接影响粉罐车的专业技能。流态化装置的作用：一是与滑料板、罐体壁构成气室；二是使压缩空气形成微细、均匀的气流进入粉料中，使粉料流态化。4.3.1 流态化装置的类型和结构目前普遍采用的流态化装置有两类：单一流态化装置和复合型流态化装置。双锥内倾式罐体所采用的复合型流态化装置的结构如图4.3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4.3 复合型流态化装置图4.3.2 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1/3，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2030mm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4.4为多孔板结构示意图。 图4.4 多孔板结构示意图 （孔的直径为20mm，孔距为50mm）4.3.3 流态化元件选择流态化元件的作用是使压缩空气透过而形成均匀、细微的气流，故又称气体分布板。对其要求是：（1） 具有一定的透气阻力，并且随气流速度的增加阻力急骤增加。（2） 孔隙适宜，分布均匀，布气分散高度，受粉料层厚度影响少。（3） 只能透过气体，不能通过粉料，吸湿性和附着力低，表面光整平滑，易于粉料流动，长期使用不易堵塞，并且易恢复透气性。（4） 有一定的强度，耐磨、耐温、耐腐蚀，物理化学性质稳定。流态化元件的材料分为软、硬两类。硬质材料虽然刚性好，耐磨，不易受潮，但易破碎，易堵塞，空隙不易恢复，制造工艺也复杂，价格高，故很少采用。软质材料有工业帆布、夹毛毡、涤纶帆布等。它们具有质量轻、易安装、易取得、价格便宜等优点。用化纤维经过特殊编织的帆布，在我国已有生产，它透气性好，阻力高，不易受潮。因此可采用有涤纶帆布编织而成的软质流态化元件。4.4 流态化床主要参数计算1.临界流态化床气流速度 (m/s) (4.9)式中 水泥颗粒直径，颗粒真密度，水泥为3200kg/；气体密度，空气取为2.75kg/； 气体的动力粘度，一般取为0.0218Pas；那么水泥的临界流态化气流速度为： m/s2.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： (4.10)式中 Q气体的流量； 粉料临界流态化速度。m23.罐体最大空床截面积对于水泥， =1.85Q （4.11）式中 Q空气流量 (m3/min) =1.85Q=1.857.5=13.875 m24.粉料带出气流速度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)。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。可按下式计算： (m/s) (4.12)式中 g重力加速度，g=9.81m/。水泥的带出气流速度为： =0.58m/s5.最小空床截面积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，否则会导致稀相床出现。最小空床截面积可以用下式计算： =0.216m2 (4.13)即最小空床截面积为： =0.216m24.5 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；二是维修时作为人孔。装料口的直径大都在400500mm之间。为了提高进料速度和便于人进入其中维修，可将装料口选得大些，固取500mm。图4.5为装料口示意图。1-手轮；2-丝杆；3、7-销；4-装料口盖；5-密封圈；6-压杆；8-罐体；9-装料口 图4.5 装料口示意图装料口盖通过销与压杆连在一起，松开手轮即可打开装料口盖；盖上装料口盖，把手轮及丝杠扳至压杆左边的开口处，旋紧手轮，通过压杆和销将装料口盖及密封圈压紧在装料口座上，装料口被密封。这种装料口结构简单，维修方便，使用寿命长。4.6 出料装置、卸料软管及卸压装置的布置4.6.1 出料装置出料装置有上吸式和下排式两种形式，它们各自的特点如下：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。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。 本设计选择上吸式出料装置。4.6.2 卸料软管卸料软管一般是钢丝骨架或多层夹布的耐油胶管，其两端用卡箍与快速接头相紧密地连接箍紧。O型橡胶密封圈置于快速接头的圆槽中。使用时，先抬起快速接头上的勾柄，带动勾架前移，使两勾钩住快速接头的凸端，然后用力下压勾柄，凸凹两端就紧密连成一体。4.6.3 卸压装置卸压装置的用途是：装料前或卸料后，打开卸压球阀排放罐内剩余的压力空气；若卸料过程中出现故障，应用卸压装置排气卸压后再进行修理。卸压管的一端装有多孔圆管，其上套有滤芯，用卡箍箍紧，伸于罐体内部的上方；卸压管另一端伸于罐体外部，装有球阀。卸压时罐内的气体通过滤芯经卸压管、球阀排出，而粉料被过滤不能排出，以免污染空气。图4.6所示为卸压装置。1-滤芯；2-卡箍；3-卸压管；4-卸压球阀 图4.6 卸压装置示意图4.7 罐体内部结构的设计4.7.1 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。4.7.2 中央气室长度的设计 中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1050mm。4.7.3 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500600mm 之间，这里取气化板宽度为600mm。4.7.4 流态化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4045。流化板的的倾角必修大于水泥的休止角，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610，这里取10。4.8 流态化板结构尺寸的计算 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如图4.6。截面内流板尺寸按以下公式计算。 图4.6 罐体截面几何图 (4.14) (4.15) (4.16) (4.17) (4.18) (4.19) (4.20)4.8.1 中央气室部分流态化板尺寸计算 由m m m 取m 将数值代入公式（4.14）（4.20） 可得： m；m； m 4.8.2 OO截面至AA截面处流态化板尺寸计算 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4.7进行计算，计算出的相关尺寸见表4.1。 图4.7 OO截面至AA截面几何图表4.1 00截面至 AA流板尺寸 （单位：m）00.11760.04670.2700.888662.256064.732053.47300.97450.60.15290.04669.4700.855463.34065.531051.1300.98210.80.18820.04668.6000.822164.72066.4048.8800.986810.22340.04667.6800.79065.887067.325046.78800.98924.8.3 AA截面至BB截面处流态化板尺寸计算 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 A点即x=1时的点m y-y截面处截面圆的半径 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）20.91180.05164.7900.704663.15070.21046.6400.864630.82370.05761.0900.622159.66073.91046.4200.739940.18820.04668.6000.822155.2078.8046.0300.6157根据以上数据可以画出流板的零件图和展开图。4.8.4 封头部分流态化板尺寸设计 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。4.9 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为制作材料。4.10 罐体厚度的计算4.10.1 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 时，其最小厚度由以下经验公式确定： (mm) （4.21）即有 mm4.10.2 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和腐蚀余量。即 （4.22）当不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，可取=0。查有关手册可知，对于普通碳素钢，当钢板厚度在3.84.0mm时，负偏差=0.3mm。腐蚀余量应根据截止的腐蚀性和容器的使用寿命而定。我国钢制压力容器规定：对于碳素钢，取1mm。考虑到散装水泥罐装的是干水泥，腐蚀性较小，取=1.7mm。则有： =0.3+1.7=2.0mm因此筒体部分钢板的厚度可选定为：=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。4.11 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的直边部分组成。图4.8为椭圆封头各参数示意图。图4.8 椭圆封头参数关系示意图查阅中华人民共和国行业标准异形筒体和封头的规定，可知对于椭圆封头有，即mm （4.23）同样可以查得与有以下关系，如表4.3所列。表4.3 Di与h关系列表(mm)40045090090015001500(mm)406080120=1500mm，处于1500mm区间内，所以取h=120mm。4.12 罐体支承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。分置式又分纵梁分置式、横梁分置式和纵横梁分置式三种。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。4.12.1 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4.9为支承座的纵梁截面形状（按经验公式设计）。图4.9 支承座的纵梁截面形状图4.12.2 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4.10所示。 图4.10 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：=57mm；=200300mm 可以取 =7mm；=250mm。 4.12.3 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4.11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5001000mm范围内。 1-支承座纵梁；2-止推连接板；3-车架纵梁。图4.11 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4.12是连接支架的结构。1-上托板；2-下托板；3-螺栓。图4.12 连接支架结构图4.13 本章小结本章对罐体总成进行了详细的介绍，包括其罐体总成结构和工作原理，对流态化装置、进料装置、罐体内部结构、封头、罐体支撑座进行了设计，计算了罐体容积，流态化床的主要参数，罐体厚度。 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