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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
RL5250GSNJ舉升式氣卸粉罐汽車
改裝設(shè)計(jì)
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of RL5250GSNJ Air Unload Powder Tank Dump Truck
Heilongjiang Institute of Technology
2009-06·Harbin
摘 要
粉粒物料運(yùn)輸車主要運(yùn)輸散裝水泥、石灰石粉、電石粉和粉煤灰。發(fā)展粉料散裝運(yùn)輸車具有節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，粉粒物料運(yùn)輸車已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，粉粒物料運(yùn)輸己經(jīng)影響到我們生活的每一部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。
文中介紹了舉升式氣卸粉罐汽車的改裝設(shè)計(jì)說(shuō)明。對(duì)粉罐罐體、流態(tài)化床、舉升機(jī)構(gòu)、氣卸系統(tǒng)、人孔、卸料系統(tǒng)和附屬機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對(duì)不同方案進(jìn)行了比較分析，保證了舉升式氣卸粉罐汽車的先進(jìn)性及實(shí)用性。敘述了在改裝舉升式氣卸粉罐汽車過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及相關(guān)專用設(shè)備的工作原理，并對(duì)整車性能進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：專用汽車；散裝水泥罐；流態(tài)化床；前頂舉升機(jī)構(gòu)；粉粒物料運(yùn)輸
ABSTRACT
Powder and materials convey truck mainly transport the cement, lime,calaium carbide and fly ash. There are many advantages just like the resource conservation, environmental protection and reduce the labor intensity. But for the powder and materials with the state of crude grain, large proportion, high moisture content, the ordinary convey truck cannot achieve the expected purpose. This product is designed as a lifting type, so when the pump truck loaded and droved the line at the center of the tank is in horizontal position; when unloading, the lifting mechanism will rise and make a certain angle with the horizon, then use the air compressed convey the cement out effectively. This elevator function makes the tank has a simple structure; the loading capacity and the adaptability of the medium for the tank are greatly improved, the potentials of the convey truck are explored maximumly.The air unload powder tank dump truck are component by the automobile chassis, powder tank gassy assembly, pneumatic conveying system, hydraulic pressure lifting system, electronic control system. This instruction is mainly about selection and designs each above system.
Key words: Special Vehicle; Cement Tank; Air Unload; reposing Lift; Powder and materials convey
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 改裝舉升式氣卸粉罐運(yùn)輸車的目的和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2
1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2 散裝水泥運(yùn)輸車的發(fā)展前景 3
1.3 國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì) 4
1.3.1 國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的特點(diǎn) 4
1.3.2 國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 4
1.4 課題主要內(nèi)容 4
第2章 方案設(shè)計(jì)分析與整車總布置 6
2.1 方案設(shè)計(jì)與分析 6
2.2 整車總布置 6
2.2.1 粉罐罐體的布置及副車架外型尺寸的確定 6
2.2.2 舉升形式的選取與布置 6
2.2.3 氣卸裝置的布置 8
2.3 二類底盤(pán)選型 8
2.3.1 二類底盤(pán)初選 8
2.3.2 二類底盤(pán)裝載質(zhì)量的初步校核 9
2.4 專業(yè)性能參數(shù)的確定 10
2.4.1 卸料速度和剩余率 10
2.4.2 工作壓力 11
2.4.3 壓縮空氣流量 11
2.5 本章小結(jié) 12
第3章 粉罐裝置設(shè)計(jì)計(jì)算選型 13
3.1 粉罐外形尺寸設(shè)計(jì) 13
3.1.1初步確定罐體尺寸及材料 13
3.1.2 罐體總?cè)莘e 13
3.1.3 有效裝載容積 14
3.1.4 擴(kuò)大容積 14
3.1.5 裝載容積 14
3.2 流態(tài)化裝置的設(shè)計(jì) 14
3.2.1 流態(tài)化裝置的類型和結(jié)構(gòu) 15
3.2.2 多孔板的設(shè)計(jì) 15
3.2.3 流態(tài)化元件的設(shè)計(jì) 15
3.2.4 流態(tài)化床主要參數(shù)計(jì)算 15
3.3 進(jìn)料裝置 17
3.4 出料裝置、卸料軟管和卸壓裝置 17
3.4.1 出料裝置 17
3.4.2 卸料軟管 18
3.4.3 卸壓裝置 19
3.5 本章小結(jié) 19
第4章 舉升裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1 舉升角度的設(shè)計(jì) 20
4.2 舉升機(jī)構(gòu)的布置 20
4.2.1 確定上裝重心位置 20
4.2.2 確定反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置 20
4.3 舉升油缸的選取 21
4.4 舉升能力的校核 22
4.4.1 初始位置狀態(tài)時(shí)的校核 22
4.4.2 第二和第三級(jí)油缸舉升狀態(tài)時(shí)的校核 22
4.5 液壓泵及液壓控制閥的選擇 23
4.5.1 液壓泵流量與排量的確定 23
4.5.2 液壓控制原理及控制閥的確定 24
4.6 本章小結(jié) 25
第5章 氣卸裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 26
5.1 輸送空氣量的確定 26
5.2輸料管內(nèi)徑和氣流速度的確定 27
5.3輸送系統(tǒng)壓力損失 27
5.3.1 動(dòng)壓損失 27
5.3.2 靜壓損失 28
5.4 流態(tài)化元件壓力損失 29
5.5 空氣壓縮機(jī)的選擇 29
5.6 本章小結(jié) 30
第6章 輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31
6.1 取力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選型 31
6.2 液力馬達(dá)的選型 31
6.3 本章小結(jié) 33
第 7 章 整車性能分析 34
7.1汽車動(dòng)力性能分析 34
7.1.1 基本參數(shù)的確定 34
7.1.2汽車的行駛方程式 35
7.1.3 汽車最高車速的確定 38
7.2 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算 38
7.3整車軸荷分配計(jì)算 40
7.4 整車穩(wěn)定性分析 41
7.4.1空載質(zhì)心高度的計(jì)算 41
7.4.2 空載側(cè)傾角的計(jì)算 41
7.5 本章小結(jié) 42
結(jié)論 43
參考文獻(xiàn) 44
致謝 45
附錄 46
第1章 緒 論
1.1 改裝舉升式氣卸粉罐運(yùn)輸車的目的和意義
粉粒物料運(yùn)輸車主要運(yùn)輸散裝水泥、石灰石粉、電石粉和粉煤灰。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(yīng)和運(yùn)輸?shù)淖兏?，也是發(fā)展其生產(chǎn)，實(shí)行增產(chǎn)節(jié)約的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)措施。加上全社會(huì)對(duì)環(huán)保的重視，以及我國(guó)工業(yè)的蓬勃發(fā)展,散裝粉粒物料運(yùn)輸車將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。
通過(guò)對(duì)舉升式氣卸粉罐汽車改裝設(shè)計(jì)，滿足市場(chǎng)對(duì)此種類型專用汽車的需求，在滿足基本使用性能的基礎(chǔ)上，對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行研究改進(jìn)，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
所謂散裝運(yùn)輸，就是對(duì)粉末、顆粒裝等貨物，無(wú)需進(jìn)行任何包裝措施，而采用專用散裝運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，它具有以下意義。
（1）運(yùn)輸效率高。采用散裝運(yùn)輸可以省去多道包裝程序,縮短裝卸時(shí)間, 并且有利于機(jī)械化的實(shí)現(xiàn), 從而提高其運(yùn)輸效率；
（2）有利于安全運(yùn)輸。一般散裝運(yùn)輸車都是封閉式車廂,使得運(yùn)輸和裝卸時(shí)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(duì)車廂內(nèi)的溫度、濕度等進(jìn)行調(diào)節(jié)控制, 從而使貨物在運(yùn)輸中不會(huì)變質(zhì)和損壞, 完好率大大提高；
（4）減輕裝卸強(qiáng)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(shí)需要大量的人力,且裝卸時(shí)粉塵飛揚(yáng)或散發(fā)出異味,有礙裝卸工人的身體健康。而采用散裝運(yùn)輸,基本上實(shí)現(xiàn)機(jī)械化裝卸,大大減輕和改善了裝卸時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境條件；
（5）降低運(yùn)輸成本。實(shí)行散裝運(yùn)輸便于貨物的裝卸、運(yùn)輸、貯存、加工等的全面機(jī)械化,從而節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，使其運(yùn)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(jì)效益。
2002年我國(guó)生產(chǎn)袋裝水泥5.3108t，采用紙袋包裝，浪費(fèi)的包裝紙折合優(yōu)質(zhì)木材1 749萬(wàn)m3，加上使用袋裝水泥5%的損失來(lái)計(jì)算，去年我國(guó)的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)239億元；
（2）發(fā)展散裝水泥有利于促進(jìn)和提高工程質(zhì)量。
散裝水泥在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)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(yùn)輸過(guò)程中采用專用運(yùn)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(chǔ)存過(guò)程中，散裝水泥在儲(chǔ)存罐達(dá)13個(gè)月不變質(zhì)，而袋裝水泥存放12個(gè)月后，強(qiáng)度降低30—50%，且易受潮、受濕，結(jié)塊變質(zhì)；在使用過(guò)程中，散裝水泥計(jì)量準(zhǔn)確，無(wú)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(dòng)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(dòng)力多，勞動(dòng)生產(chǎn)效率低下。特別是現(xiàn)場(chǎng)攪拌，噪音污染嚴(yán)重，影響施工周圍環(huán)境。而發(fā)展散裝水泥，推廣預(yù)拌混凝土（商品混凝土），能有效提高效率，減輕工作強(qiáng)度，大大降低噪音污染，改善施工環(huán)境和工人勞動(dòng)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(yùn)輸過(guò)程中以及裝卸和儲(chǔ)存過(guò)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(shí)產(chǎn)生的粉塵，還有包裝物回收時(shí)產(chǎn)生的粉塵，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。如果采用散裝水泥，從水泥廠內(nèi)裝運(yùn)開(kāi)始，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程中全部在密閉狀況下進(jìn)行，同時(shí)配合預(yù)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(hù)生態(tài)平衡，具有顯著生態(tài)效益。
發(fā)展散裝水泥，每年至少使這3.6104公頃森林被保護(hù)下來(lái)，約等于全國(guó)荒漠化面積減少21%。同時(shí)森林砍伐減少，有利于維護(hù)生態(tài)平衡，調(diào)節(jié)全球氣候，具有顯著的生態(tài)效益[2]。
因此,開(kāi)發(fā)應(yīng)用和發(fā)展散裝運(yùn)輸車輛,無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)效益上,還是從社會(huì)效益上,都具有很重要的意義。
1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景
1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
隨著社會(huì)的進(jìn)步,汽車運(yùn)輸?shù)玫搅孙w速發(fā)展,其中,散裝運(yùn)輸和集裝箱運(yùn)輸是汽車運(yùn)輸發(fā)展的主要方向。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家自20世紀(jì)30年代便開(kāi)始研究和應(yīng)用散裝運(yùn)輸, 目前其散粒物資散裝運(yùn)輸約占80 %以上,散裝運(yùn)輸車技術(shù)也有很大的發(fā)展。我國(guó)散裝運(yùn)輸起步較晚,20世紀(jì)60年代末期第一輛散裝水泥車問(wèn)世, 隨后相繼出現(xiàn)了各種型式的散裝水泥運(yùn)輸車、糧食散裝運(yùn)輸車、散裝電石粉運(yùn)輸車、散裝煤粉運(yùn)輸車等。目前,我國(guó)散裝運(yùn)輸?shù)乃竭€很低, 雖然20世紀(jì)70年代以來(lái)國(guó)內(nèi)一些科研部門和廠家在散裝運(yùn)輸車的研制方面,特別是對(duì)散裝水泥車的研究取得了可喜的成績(jī),但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距。
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的散裝水泥車主要有重力卸料式、機(jī)械卸料式和氣壓吹卸式等類型。
重力卸料式散裝水泥運(yùn)輸車是在自卸車的基礎(chǔ)上將車廂加頂蓋密封,使車廂與頂蓋形成一個(gè)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(shí)自卸機(jī)構(gòu)升起(傾斜角一般為45～50°) , 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(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kù)內(nèi)。另外,該類車卸料時(shí)粉塵飛揚(yáng)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(chǎng)合,這樣在無(wú)散裝水泥任務(wù)時(shí),可拆除其頂蓋,作為自卸車使用,從而提高其利用率。
機(jī)械卸料式散裝水泥運(yùn)輸車在水泥罐體內(nèi)底部裝有螺旋輸送機(jī)。螺旋輸送機(jī)一般由汽車動(dòng)力或外部動(dòng)力電源驅(qū)動(dòng)。這種水泥罐車可配以自卸機(jī)構(gòu), 卸料時(shí)將罐筒前部升起, 借助水泥的自重作用提高卸料速度。機(jī)械卸料式散裝水泥車的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好、操作方便,但其螺旋輸送機(jī)上升時(shí)阻力較大,消耗功率多,并且螺旋葉輪易損壞,需經(jīng)常進(jìn)行維修。另外,輸送機(jī)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(kù)中,且卸料時(shí)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(yùn)輸車是在容罐中通入壓縮氣體, 通過(guò)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(kāi)出料口閥門時(shí),水泥混合氣體便從罐體輸送到水泥庫(kù)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(jī)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(guó)產(chǎn)水泥罐車以利用空壓機(jī)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(diǎn),可直接將水泥輸送到15～25m高的水泥庫(kù)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(yùn)輸車。
1.2.2 散裝水泥運(yùn)輸車的發(fā)展前景
我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家, 目前國(guó)內(nèi)散裝水泥運(yùn)輸水平還比較低,散裝水泥運(yùn)輸車的增長(zhǎng)速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上水泥產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度, 且我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó), 發(fā)展散裝水泥運(yùn)輸是必然的趨勢(shì)。因此,我國(guó)散裝水泥運(yùn)輸車的發(fā)展前景是廣闊的。未來(lái)幾年的發(fā)展方向有如下5點(diǎn)。
（1）擴(kuò)大現(xiàn)有各種散裝水泥運(yùn)輸車的生產(chǎn)量, 以滿足國(guó)內(nèi)散裝水泥運(yùn)輸量的需要。這是水泥運(yùn)輸由袋裝向散裝發(fā)展的必要保證；
（2）散裝水泥運(yùn)輸車向大噸位方向發(fā)展。目前,國(guó)內(nèi)許多廠家開(kāi)發(fā)了大噸位的散裝水泥運(yùn)輸車, 提高了汽車單程運(yùn)輸量,從而提高了運(yùn)輸效率,降低了運(yùn)輸成本；
（3）散裝水泥運(yùn)輸車向半掛型發(fā)展。半掛型散裝水泥運(yùn)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(diǎn), 可將水泥裝卸量提高到15t以上, 甚至可達(dá)40t左右, 有助于水泥運(yùn)輸效益的提高；
（4）開(kāi)發(fā)散裝水泥運(yùn)輸車的新產(chǎn)品, 使散裝水泥運(yùn)輸車向多品種、多樣化發(fā)展；
（5）隨著對(duì)國(guó)外進(jìn)口散裝水泥車的研究,新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)將在散裝水泥運(yùn)輸車中得到應(yīng)用,并不斷向標(biāo)準(zhǔn)化和系列化方向發(fā)展[4]。
1.3 國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1 國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的特點(diǎn)
（1）多品種、小批量是西方工業(yè)先進(jìn)國(guó)家組織專用汽車生產(chǎn)的一個(gè)主要特點(diǎn)。如英國(guó)約克公司能生產(chǎn)牲畜運(yùn)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(huì)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(yùn)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(guó)外專用汽車生產(chǎn)行業(yè)的又一特點(diǎn)。例如英國(guó)專營(yíng)和兼營(yíng)專用汽車的廠家有600～700家，其中70%的工廠職工人數(shù)在 30人以下;根據(jù)美國(guó) 1981年有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，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(guó)外大部分專用汽車廠實(shí)質(zhì)是一個(gè)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(guān)鍵專用設(shè)備等均由各專業(yè)廠集中生產(chǎn)。
1.3.2 國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)
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(tái)貨車、掛車和半掛車，最多的是適宜運(yùn)輸建筑機(jī)械的最大總質(zhì)量為30t或40t的低貨臺(tái)貨車。國(guó)外專用汽車產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，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(shù)和微電腦的應(yīng)用等特點(diǎn)，其中專用底盤(pán)專業(yè)化趨勢(shì)最為明顯。如日本豐田等大汽車公司的專用底盤(pán)均已實(shí)現(xiàn)系列化、專業(yè)化生產(chǎn)。近年來(lái)，國(guó)外不少汽車廠專門從事專用汽車底盤(pán)生產(chǎn)，尤其重視專用底盤(pán)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(yùn)輸車是通過(guò)安裝在車上的空壓機(jī)排出壓縮氣體，通過(guò)罐體內(nèi)的氣化床，使氣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(cāng)內(nèi)。流態(tài)化就是壓縮氣體透過(guò)氣化床，使氣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(wú)流化床，可節(jié)約剛才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(shè)計(jì)是國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)[5]。
參考我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情可見(jiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及房地產(chǎn)建設(shè)發(fā)展迅猛，作為主要建材之一的水泥需求量巨大，在國(guó)家大力推行節(jié)能減排的政策指導(dǎo)下，散裝水泥運(yùn)輸車具有廣大的市場(chǎng)前景和可觀的收益回報(bào)，因此本文只對(duì)氣卸散裝水泥運(yùn)輸罐車進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。
具體設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容。
（1）二類底盤(pán)選擇；
（2）專用汽車的總體布置，繪制總布置草圖；
（3）粉罐總成的設(shè)計(jì)；
（4）舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（5）氣卸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（6）輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（7）整車性能計(jì)算分析。
設(shè)計(jì)時(shí)盡量滿足以下四點(diǎn):
（1）要加強(qiáng)環(huán)保意識(shí), 要求運(yùn)輸車輛在裝卸料的環(huán)境中盡可能的減少對(duì)環(huán)境的污染或盡可能的減少中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié), 在方便裝卻的情況下, 保證輸送管路的密封性；
（2）為節(jié)能的要求改進(jìn)輸送管路的結(jié)構(gòu), 盡量減少每噸水泥輸送的能量需用；
（3）降低車輛的自重, 增加車輛的載重, 設(shè)計(jì)大容量的重載車輛；
（4）提高車輛結(jié)構(gòu)性能, 適應(yīng)貨車高速長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)囊蟆?
第2章 方案設(shè)計(jì)分析與整車總布置
2.1 方案設(shè)計(jì)與分析
常見(jiàn)的粉粒物料運(yùn)輸車有臥式多倉(cāng)罐體結(jié)構(gòu)、魚(yú)腹式單倉(cāng)罐體結(jié)構(gòu)、斗式多倉(cāng)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)。
液壓舉升式罐體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。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(wú)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(shè)計(jì)采用液壓舉升式罐體結(jié)構(gòu)[6]。
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2
3
4
1-汽車底盤(pán) 2-氣力輸送系統(tǒng) 3-液壓舉升機(jī)構(gòu) 4-粉料罐總成
圖2.1 液壓舉升式罐體結(jié)構(gòu)
2.2 整車總布置
2.2.1 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3 400mm處，底面與副車架接觸，副車架外型尺寸為 5 850860200mm，材料型號(hào)為20的熱軋槽鋼（GB/T707-1988），中間設(shè)置加強(qiáng)梁。
2.2.2 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(jī)構(gòu)的型式目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的有: 三角架放大舉升機(jī)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(jiǎn)單、布置尺寸較小的舉升機(jī)構(gòu), 如加伍德機(jī)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(jī)構(gòu), 如馬勒里機(jī)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(jī)構(gòu)，如浮動(dòng)油缸連桿放大組合式(F 式和Z 式)或者前頂舉升式。
其中國(guó)際上尤其是歐美等國(guó)大都采用前舉升自卸方式。這種自卸方式2003年在國(guó)內(nèi)也得到了許多應(yīng)用, 如解放的CA3260- 8×4、重汽的ZZ3382- 8×4、川汽的CQ3300- 8×4 等車型先后問(wèn)世, 在市場(chǎng)也得到了用戶的認(rèn)可。
1．結(jié)構(gòu)組成。
前舉升自卸汽車主要是由二類底盤(pán)、上裝副車架、車廂及多級(jí)油缸等組成, 結(jié)構(gòu)
非常簡(jiǎn)單。
2．結(jié)構(gòu)性能優(yōu)點(diǎn)。
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, 最小可以與載貨車相同。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)式自卸汽車設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生機(jī)構(gòu)與底盤(pán)橫梁干涉, 從而需對(duì)底盤(pán)橫梁改制,很麻煩。而前舉升方式則不必考慮上裝與底盤(pán)干涉的問(wèn)題,因而設(shè)計(jì)者不必再費(fèi)勁地做很多的校核圖了,大大地提高了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度；
3）現(xiàn)在的用戶對(duì)車廂的要求越來(lái)越大,自卸車的軸距也較原來(lái)大,傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)式舉升無(wú)法將較長(zhǎng)車廂舉升到能卸貨的角度,除非將副車架縱梁和車廂底盤(pán)縱梁的高度做得很大,才能布置下加大加強(qiáng)的機(jī)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(shí)很不穩(wěn)定, 存在安全隱患；
4）傳統(tǒng)的T 式機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在載重8t或以下的自卸汽車中, F式機(jī)構(gòu)應(yīng)用在15t左右的自卸汽車中。這種機(jī)構(gòu)的自卸汽車在超載時(shí)由于液壓系統(tǒng)的壓力過(guò)大, 經(jīng)常發(fā)生燒油泵、密封件損壞和根本不舉升等問(wèn)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(lái)。因而前舉升的油壓特性非常好。液壓元件不會(huì)因壓力過(guò)高而損壞, 液壓系統(tǒng)的使用壽命更長(zhǎng), 液壓系統(tǒng)的故障比很低；
5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 安裝維護(hù)較方便。機(jī)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(fù)雜, 前舉升是一種用多級(jí)油缸直推車廂前部從而達(dá)到卸貨的一種方式只有油缸而無(wú)其它零部件。這種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單, 制造成本低, 工藝性好[7]。
隨著技術(shù)發(fā)展，今年來(lái)國(guó)內(nèi)的前頂舉升機(jī)構(gòu)也得到較大發(fā)展，其中的代表是已國(guó)產(chǎn)的荷蘭海沃整機(jī)系統(tǒng)，其成本也趨于合理?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)并參考國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)的舉升系統(tǒng)采用前置前頂舉升機(jī)構(gòu)。其底座與副車架連接，液壓缸通過(guò)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(dòng)。
2.2.3 氣卸裝置的布置
利用傾斜機(jī)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(jī)通過(guò)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(cāng)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(wú)流化床，可節(jié)約鋼材1t左右，容積利用率大于99%。流態(tài)化床結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示，流化床隨罐體的舉升會(huì)將出料口降到最低點(diǎn)。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，化床只在橢圓小封頭處設(shè)置。
空壓機(jī)橫置在罐體與駕駛室間的空間，其動(dòng)力由依靠液壓泵驅(qū)動(dòng)的液力馬達(dá)提供。
1
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5
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(jìn)風(fēng)口
圖2.2 流化床結(jié)構(gòu)
2.3 二類底盤(pán)選型
2.3.1 二類底盤(pán)初選
根據(jù)上裝罐體尺寸參數(shù)及產(chǎn)品日常使用維護(hù)保養(yǎng)方便，再綜合考慮產(chǎn)品造價(jià)，初步選擇東風(fēng)牌EQ1254G型二類地盤(pán)，其詳細(xì)參數(shù)如表2.1。結(jié)合上裝實(shí)際，需要對(duì)二類地盤(pán)尺寸進(jìn)行修改。為使上裝罐體舉升后不與地面發(fā)生干涉，將后懸改短1 200mm后為1 535mm，其它尺寸不變。
考慮到動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及滿足環(huán)保法規(guī)的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)選用東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的C26020型柴油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其參數(shù)見(jiàn)表2.2。變速器選擇DF6S750，六檔手動(dòng)變速器，該采用雙桿遠(yuǎn)距離操縱，傳動(dòng)比見(jiàn)表2.3。
表2.1 東風(fēng)EQ1254G參數(shù)
外型尺寸(長(zhǎng)寬高)(mm)
9 630×2 470×2 980
貨廂欄板內(nèi)尺寸(長(zhǎng)寬高)(mm)
7 200×2 294×550
總質(zhì)量(Kg)
25 000
整備質(zhì)量(kg)
9 055
額定載質(zhì)量(kg)
1 5750
接近角/離去角(°)
32/18
前懸/后懸(mm)
1 460/2 500
軸距(mm)
4 350+1 300
軸數(shù)
3
最高車速 (km/h)
90
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
C26020
發(fā)動(dòng)機(jī)功率(kw)
191
發(fā)動(dòng)機(jī)排量
8 300
發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商
東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司
底盤(pán)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
GB3847-1999 GB17691-2001第二階段
輪胎
10.00R20
2.3.2 二類底盤(pán)裝載質(zhì)量的初步校核
東風(fēng)EQ1254G裝載質(zhì)量為15 750kg，由于罐體材料16MnR的密度為7 900 kg/m3，則罐體直段質(zhì)量m 。
m=dLh
=979.837kg
由《JB-T4737-95橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)》得封頭質(zhì)量m。
m=2275.59kg
=551.18kg
則整個(gè)罐體的質(zhì)量M= m+ m=1 531.017kg。
初步計(jì)算裝載質(zhì)量為14 000kg+1 531.017kg=15 531.017kg，東風(fēng)EQ1254G二類底盤(pán)滿足要求。
表2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)
型式
直列六缸、四沖程水冷柴油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)
型號(hào)
C26020
額定轉(zhuǎn)速r/min
2 200
額定功率KW (2200r/m)
191
最大轉(zhuǎn)矩N·M(1400r/min)
1 025
最低燃油消耗率g/(KW·h)
200
缸徑×沖程mm
114×135
排量L
8
壓縮比
17.3：1
工作順序
1-5-3-6-2-4
燃油：夏季：0號(hào)輕柴油：冬季：根據(jù)氣溫選用合適的輕柴油
表2.3 變速器傳動(dòng)比
一檔
二檔
三檔
四檔
五檔
六檔
10.31
7.33
5.21
3.77
2.13
1.94
2.4 專業(yè)性能參數(shù)的確定
2.4.1 卸料速度和剩余率
平均卸料速度和剩余率是散裝水泥運(yùn)輸車的主要專業(yè)性能指標(biāo)。散裝水泥運(yùn)輸車卸料時(shí)，所卸下的粉料質(zhì)量與卸料時(shí)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(yùn)輸車額定裝載質(zhì)量的比值稱為剩余率。這兩個(gè)參數(shù)反映了散裝水泥運(yùn)輸車卸料作業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)性。
為了正確地評(píng)價(jià)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4～8 m3/min，壓力196kPa的條件下進(jìn)行測(cè)量，這種狀態(tài)叫做標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
平均卸料速度與散裝水泥運(yùn)輸車的結(jié)構(gòu)、壓縮空氣壓力和流量等因素有關(guān)，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200～270之間。平均卸料速度在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為 （1.2～1.6）10kg/min，本設(shè)計(jì)目標(biāo)選取1.210kg/min。
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(guān)。i值過(guò)大，會(huì)降低車輛的有效裝載質(zhì)量，影響經(jīng)濟(jì)性。而且，水泥在罐內(nèi)長(zhǎng)期殘存會(huì)發(fā)生結(jié)塊、變質(zhì)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下i值在0.1%～0.4%之間，本設(shè)計(jì)采用舉升式方案，卸料時(shí)傾角較大，剩余率低，故i值取0.1%。
卸料時(shí)間是指打開(kāi)卸料閥卸料開(kāi)始至卸料完畢關(guān)閉卸料閥為止的這段時(shí)間。一般在罐內(nèi)壓力上升到額定工作壓力時(shí)打開(kāi)卸料閥，到卸料接近結(jié)束，罐內(nèi)壓力下降到0.1時(shí)關(guān)閉卸料閥。由公式2.1及2.2得卸料時(shí)間為11.655min。
（2.1）
（2.2）
2.4.2 工作壓力
散裝水泥運(yùn)輸車氣力卸料時(shí)壓縮空氣應(yīng)有一定的工作壓力，用來(lái)滿足粉粒體和氣體流動(dòng)需要的壓力降和流態(tài)化過(guò)程產(chǎn)生的壓力損失，這些壓力損失包括：氣流在管道沿程或局部的壓力損失，氣體透過(guò)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(guò)小，平均卸料速度降低，易產(chǎn)生堵塞。工作壓力過(guò)高又會(huì)造成能源浪費(fèi)，罐體壁厚增加，空氣壓縮機(jī)、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(guò)程中各種壓力損失之和即可。試驗(yàn)表明，水泥粉粒體在196kPa的輸送壓力下可實(shí)現(xiàn)值在40～300之間的固氣二相流氣力輸送[8]。所以，本設(shè)計(jì)的額定工作壓力為196kPa。
2.4.3 壓縮空氣流量
壓縮空氣流量應(yīng)滿足三方面的要求：一是能實(shí)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(guān)系
如前所述，透過(guò)氣體分布板的氣流速度應(yīng)滿足下式粉料才會(huì)產(chǎn)生流態(tài)化，亦即壓
縮空氣流量必須符合下式要求。
式中: Q——壓縮空氣流量（m3/s）；
A——流態(tài)化床面積（m2）；
——透過(guò)氣體分布板的氣流速度（m/s）；
——臨界流態(tài)化速度（m/s）。
由于本舉升式氣卸散裝水泥運(yùn)輸車的流化態(tài)床布置與罐尾蝶形封頭中，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(zhǔn)確計(jì)算驗(yàn)證。
2.壓縮空氣流量與管道輸送要求
對(duì)于管道氣力輸送，一般認(rèn)為，只要輸送氣流速度大于粉粒體的懸浮速度時(shí)，粉料就能順利輸送。但在散裝水泥運(yùn)輸車卸料的實(shí)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(yùn)輸車要實(shí)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(yùn)輸車卸料時(shí)，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(lái)不再參與懸浮輸送的極限狀態(tài)時(shí)的氣流速度，稱為沉積速度，用vs表示。實(shí)踐表明，當(dāng)管內(nèi)氣流速度vm（1.1～1.3）vs時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生粉粒體沉積堵塞，稱這個(gè)vm為水平輸送安全氣速。本設(shè)計(jì)中vm取12m/s。在垂直輸送中，粉粒體到某一高度停滯不動(dòng)成為噎塞，此時(shí)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(lái)選取氣流速度，可用下式確定壓縮空氣流量。
式中: Q——壓縮空氣流量（m3/s）；
d——卸料管內(nèi)徑（m）；
vm——水平輸送安全氣速（m/s）。
則 Q0.0942 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(duì)于一般散裝水泥運(yùn)輸車來(lái)說(shuō)，二相流的混合比所能達(dá)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(shè)計(jì)中Q初步采用7m3/min。
2.5 本章小結(jié)
本章對(duì)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析對(duì)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(pán)，并詳細(xì)介紹了二類底盤(pán)及動(dòng)力總成的參數(shù)，為下一步整車總布置做好準(zhǔn)備。
第3章 粉罐裝置設(shè)計(jì)計(jì)算選型
3.1 粉罐外形尺寸設(shè)計(jì)
3.1.1 初步確定罐體尺寸及材料
根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，需設(shè)計(jì)裝載質(zhì)量大于8t的舉升式氣卸粉罐運(yùn)輸車。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中對(duì)長(zhǎng)距離大質(zhì)量運(yùn)輸?shù)囊螅醪皆O(shè)計(jì)罐體為長(zhǎng)5 000mm，直徑2 000mm的圓柱形密封容器。其兩端封頭為對(duì)稱的橢圓形設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)依據(jù)《JB-T4737-95橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)》及《GB150-1998鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》確定封頭高500mm，直段處長(zhǎng)25mm。參考國(guó)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8mm,直段處厚度為5mm。罐體尺寸如圖3.1所示。
5000
500
25
圖3.1 罐體尺寸參數(shù)
3.1.2 罐體總?cè)莘e
（1）直段處圓柱罐體容積V1（m3）
V1=2R2L (3.1)
式中: K——圓柱筒體內(nèi)壁半徑（m）
L——圓柱筒體長(zhǎng)度的1/2（m）
V1=2R2L
=12.403 m3
（2）橢圓封頭容積V2（m3）
橢圓形封頭由半個(gè)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(biāo)準(zhǔn)》得V2′=1.1257 m3。
V2=2 V2′
=2.2514 m3
總?cè)莘eV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
=12.403+2.2514
=14.6544 m3
3.1.3 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(jì)算。
(3.2)
式中: me——罐體的標(biāo)定裝載質(zhì)量（kg），本設(shè)計(jì)標(biāo)定裝載質(zhì)量設(shè)計(jì)為14 000kg；
ps——粉料的堆密度（kg/m3），水泥的堆密度為1 200 kg/m3。
則 11.6667 m3
3.1.4 擴(kuò)大容積Vb
由于粉料的內(nèi)摩擦力，進(jìn)料口的數(shù)目、位置等原因，裝料時(shí)粉料不能充滿罐體上部的所有空間，粉料在流態(tài)化過(guò)程中空隙率要增加，上界面升高，裝料時(shí)也需留出這部分空間。在上部留出的空間稱為擴(kuò)大容積，按下式確定：
Vb=KbVa
式中: Kb——擴(kuò)大容積系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.2。
則 Vb=0.2 Va
=2.3333 m3
3.1.5 裝載容積Vd
有效裝載容積與擴(kuò)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
=14 m3
3.2 流態(tài)化裝置的設(shè)計(jì)
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(xì)、均勻的氣流進(jìn)入粉料中，使粉料流態(tài)化。
3.2.1 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：?jiǎn)我涣鲬B(tài)化裝置和復(fù)合流態(tài)化裝置。
單一流態(tài)化裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有圓形和長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，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。
3.2.2 多孔板的設(shè)計(jì)
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(guò)。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)。
3.2.3 流態(tài)化元件的設(shè)計(jì)
流態(tài)化元件的作用是使壓縮空氣透過(guò)而形成均勻、細(xì)微的氣流。其設(shè)計(jì)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?xì)夥稚⒍雀撸芊哿蠈雍穸扔绊懮伲?
（3）只能透過(guò)氣體，不能通過(guò)粉料，吸濕性和附著力低，表面光整平滑，易于粉料流動(dòng)，長(zhǎng)期使用不易堵塞，并容易恢復(fù)透氣性；
（4）有一定強(qiáng)度，耐磨、耐溫、耐腐蝕，物理化學(xué)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(fù)，制造工藝也復(fù)雜，價(jià)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(jià)格便宜的有點(diǎn)。所以本產(chǎn)品采用工業(yè)帆布作為流態(tài)化床材料。
3.2.4 流態(tài)化床主要參數(shù)計(jì)算
（1）臨界流態(tài)化床氣流速度（m/s）
(3.3)
式中: ——顆粒直徑（m），水泥取為88 m；
——顆粒密度（kg/m3），水泥為3 200 kg/m3；
——?dú)怏w密度，在氣體壓力p=0.3MPa，氣體溫度T=373K，氣體常數(shù)Ra=29.28時(shí)，=p/（RaT）=2.75 kg/m3；
——?dú)怏w的動(dòng)力粘度（Pa·s），取0.0218 Pa·s。
則水泥的臨界流態(tài)化床氣流速度為
=0.009m/s
（2）流態(tài)化床面積A
流態(tài)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(guān)，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(yīng)滿足下式
式中: Q ——?dú)怏w流量（m3/s）；
——水泥臨界流態(tài)化速度（m/s）。
m
蝶形封頭示意如圖3.2，流化床數(shù)學(xué)模型如圖3.3。則流化床面積A為
0.475m
1
2
5
4
3
1-氣室 2-進(jìn)氣口 3-出料口 4-蝶形封頭 5-流化床
圖3.2 蝶形封頭
800mm
145
200mm
圖3.3 流化床數(shù)學(xué)模型
（3）粉料帶出氣流速度v
粉料帶出氣流速度即粉料開(kāi)始形成稀相流態(tài)化床的氣流速度。若氣流速度達(dá)此值，床層的穩(wěn)定操作行為將急劇偏離理想行為，導(dǎo)致操作失常。v（m/s）按下式計(jì)算。
(3.4)
式中: g——重力加速度。
則水泥的帶出氣流速度v為
v=0.58m/s
3.3 進(jìn)料裝置
進(jìn)料裝置由進(jìn)料口蓋、密封圈、鎖緊裝置和進(jìn)料口等組成。按密封方式不同分為外壓密封式、內(nèi)壓自封式和雙重密封式。本設(shè)計(jì)選用內(nèi)壓自封式設(shè)計(jì)。其構(gòu)造如圖3.4所示。其上蓋板與球面料口蓋焊成一體，安裝在進(jìn)料口座上，由固定銷軸和活動(dòng)銷軸固定。內(nèi)壓自密封圈有唇狀邊的一側(cè)與球面料口蓋貼合，卸料時(shí)在罐內(nèi)氣壓作用下，密封圈唇邊緊壓在球面料口蓋上，形成環(huán)狀密封帶，罐內(nèi)氣壓越高，貼合越緊，進(jìn)料口密封性越好[11]。
1
2
3
4
5
1-活動(dòng)銷軸 2-內(nèi)壓自密封圈3-球面料口蓋4-上蓋板5-固定銷軸
圖3.4 進(jìn)料口蓋
3.4 出料裝置、卸料軟管和卸壓裝置
3.4.1 出料裝置
出料裝置有上吸式和下排式兩種形式。本設(shè)計(jì)為舉升式散裝水泥運(yùn)輸車，卸料時(shí)舉升后狀態(tài)類似于立式罐車，遂采用下排式出料裝置。如圖3.5所示為下排式出料裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。出料口開(kāi)設(shè)在罐體后部的蝶形封頭內(nèi)，與出料管的一端焊接[12]。
出料口
圖3.5 出料裝置
3.4.2 卸料軟管
7 1 2 3 4
5 4 1 6
如圖3.6所示，卸料軟管為多層夾布的耐油膠管，其兩端用卡箍4與快速接頭3（凹端）和快速接頭1（凸端）相緊密的連接箍緊。O形橡膠密封圈2置于快速接頭3中。使用時(shí)，先抬起快速接頭3上的勾柄，帶動(dòng)勾架前移，使兩勾勾住快速接頭1的凸端，然后用力壓下勾柄，凸凹兩端就緊密連成一體。
1-快速接頭凸端 2-O形橡膠密封圈 3-快速接頭凹端 4-卡箍 5-第一節(jié)卸料軟管6-第二節(jié)軟管及快速接頭 7-二次風(fēng)套管
圖3.6 卸料軟管
3.4.3 卸壓裝置
卸壓裝置的用途是：裝料前或卸料后，打開(kāi)卸壓球閥排放罐內(nèi)剩余的壓力空氣；若卸料途中出現(xiàn)故障，應(yīng)用卸壓裝置排氣卸壓后再進(jìn)行檢修。
圖3.7所示為卸壓裝置。卸壓管3的一端裝有多孔圓管，其上套有濾芯1，用卡箍2箍緊，伸于罐體內(nèi)部的上方；卸壓管另一端伸于罐體外部，裝有球閥4。卸壓時(shí)罐內(nèi)的氣體通過(guò)濾芯經(jīng)卸壓管、球閥排出，而水泥被過(guò)濾不能排出，以防污染外界環(huán)境。
1
2
3
4
1-濾芯 2-卡箍 3-卸壓管 4-卸壓球閥
圖3.7 卸壓裝置
3.5 本章小結(jié)
本章確定了粉罐裝置的材料及外形尺寸，完成了流態(tài)化裝置、進(jìn)料裝置、出料裝置、卸料軟管和卸壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了與粉罐相關(guān)裝置的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步為下章的設(shè)計(jì)計(jì)算提供參數(shù)。
第4章 舉升裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 舉升角度的設(shè)計(jì)
由于水泥的靜態(tài)安息角為39，為保證水泥的剩余率小于0.1%，需設(shè)計(jì)較大的舉升角,遂選擇舉升角為48。
4.2 舉升機(jī)構(gòu)的布置
4.2.1 確定上裝重心位置
L2
L1
G1
G2
L
L3
根據(jù)所選二類底盤(pán)的重心位置，確定上裝重心位置。在確定上裝重心位置時(shí)，需考慮整車滿載情況下的軸荷分配。一般情況下，前軸載荷應(yīng)為整車載荷的20%左右，而上裝重心一般認(rèn)為是罐體的幾何中心。如圖4.1所示，圖中G為底盤(pán)的重量；L為底盤(pán)重心距前軸的距離；L為整車軸距；L為中、后軸距離；G為上裝的重量；L為上裝重心距前軸的距離。
圖4.1 重心位置示意
4.2.2 確定反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置
首先根據(jù)底盤(pán)尺寸、罐體的中心以及舉升上支座的尺寸要求確定舉升缸的安裝
位置和整車尺寸，其次根據(jù)底盤(pán)及舉升最大角度后的離地間隙確定翻轉(zhuǎn)點(diǎn)O的位置。具體的布置位置如圖4.2所示。
O
F1
G1
L1
L3
L4
L2
圖4.2 翻轉(zhuǎn)點(diǎn)位置示意
圖4.2中，G為初始狀態(tài)時(shí)罐體和貨物的重量；F為初始位置，第一節(jié)油缸升出時(shí)所需的舉升推力；L為舉升缸下支座與翻1轉(zhuǎn)軸的距離；L為罐體長(zhǎng)度；L為罐體后懸；L為初始狀態(tài)時(shí)，貨物重心至翻轉(zhuǎn)軸的距離。
4.3 舉升油缸的選取
（4.1）
式中: ——舉升油缸最大壓力；
——系統(tǒng)效率，取0.8；
——各級(jí)舉升油缸相對(duì)應(yīng)的活塞直徑。
L——舉升缸最大工作行程。
(4.2)
式中: ——舉升缸在舉升角最大時(shí)兩鉸點(diǎn)的距離；
——舉升角為0時(shí)兩鉸點(diǎn)的距離。
根據(jù)確定的舉升角度，可計(jì)算出舉升油缸的工作行程。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況初步選擇荷蘭海沃前頂舉升系列油缸FC129-3-3900型號(hào)，荷蘭海沃公司是全球領(lǐng)先的前頂舉升液壓產(chǎn)品生產(chǎn)商，其產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠性高、維修保養(yǎng)方便。由產(chǎn)品手冊(cè)得其舉升角為0時(shí)兩鉸點(diǎn)間距離的初始值=343mm。具體的性能參數(shù)如表4.1所示。
表4.1 液壓缸性能參數(shù)
性能參數(shù)
第一級(jí)i=1
第二級(jí)i=2
第三級(jí)i=3
合計(jì)
活塞直徑d mm
129
110
91
行程 L mm
1 400
1 300
1 200
3 900
工作壓力P MPa
19
19
19
4.4 舉升能力的校核
由于選擇的舉升油缸為多級(jí)油缸，每一級(jí)油缸的有效直徑不同，則油缸的最大舉升力也不相同，考慮到當(dāng)?shù)诙?jí)或第三級(jí)油缸升出時(shí)，水泥由于安息角的關(guān)系可能傾卸的不多或者沒(méi)有傾卸，因此要對(duì)每一級(jí)油缸升出時(shí)的舉升能力進(jìn)行校核。
4.4.1 初始位置狀態(tài)時(shí)的校核
此時(shí)罐體內(nèi)的粉料最多，阻力臂也最大（相對(duì)于翻轉(zhuǎn)點(diǎn)），罐體在啟動(dòng)時(shí)還有慣性阻力的作用，需要的油缸推力也最大。
根據(jù)力矩平衡原理（如圖4.2），舉升缸所需的舉升推力為
=5 721.8517N
根據(jù)公式(4.1)計(jì)算出第一級(jí)油缸產(chǎn)生的最大舉升力為
198 560.412N
因?yàn)?，所以舉升缸在初始狀態(tài)下滿足要求。
4.4.2 第二和第三級(jí)油缸舉升狀態(tài)時(shí)的校核
由于油缸的有效直徑降低，此時(shí)的受力情況如圖4.3所示。根據(jù)力矩平衡原理，此時(shí)的舉升推力為
或 (4.3)
式中: ——第二節(jié)油缸伸出時(shí)罐體和粉料的重量；
——第三節(jié)油缸伸出時(shí)罐體和粉料的重量；
——第三節(jié)油缸伸出時(shí)，粉罐重心至翻轉(zhuǎn)軸的距離；
——舉升缸推力至翻轉(zhuǎn)軸的垂直距離；
——第二級(jí)油缸伸出時(shí)所需的舉升推力；
——第三級(jí)油缸伸出時(shí)所需的舉升力。
L2或L3
G2或G3
L5
O
圖4.3 舉升狀態(tài)示意圖
同理，根據(jù)公式（4.1）可分別計(jì)算出第二級(jí)和第三級(jí)油缸所產(chǎn)生的最大舉升力和。一般情況下，最惡劣的情況是最后一節(jié)油缸伸出的時(shí)侯，因此在校核時(shí)，只要考慮最后一節(jié)油缸伸出時(shí)的情況即可。
98 808.892N
=2 292.2727N
由于，所以舉升油缸滿足舉升要求[12、13、18、19]。
4.5