中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 粉粒物料運輸車車廂結構設計 目錄1緒論11.1 研究背景11.2 粉粒物料運輸車國內外研究現狀21.3粉粒物料運輸車結構及工作原理概述31.2.1 粉粒物料運輸車基本結構特點31.2.2粉粒物料運輸車基本工作原理41.4設計要求和目的51.5論文主要結構52 粉粒物料運輸車底盤結構分析和選取52.1專用汽車底盤的構造分析52.11底盤傳動系統62.12底盤行走系統72.13底盤轉向系統82.14底盤制動系統82.2粉粒物料運輸車底盤選定83粉粒物料運輸車總體結構與設計93.1粉粒物料運輸車總體結構的選擇93.2專業(yè)性能和主要參數的確定93.21平均卸料速度和剩余率93.22工作壓力113.23壓縮空氣流量113.3粉粒物料運輸車罐體總成結構和設計123.31臥式罐體總成結構和工作原理123.32罐體尺寸的確定和容積計算123.33流態(tài)化裝置123.34進出料裝置和卸壓裝置123.35簡要強度校核123.4氣力輸送系統結構與設計123.41輸送空氣量的確定123.42輸料管結構設計123.43壓力損失分析123.44空氣壓縮機的選擇124動力和控制原理分析124.1車輛的動力性能分析124.2取力系統結構和設計124.3工作原理125改裝的經濟性分析12結論13致謝13參考文獻13 1緒論1.1研究背景粉粒物料運輸車又稱散裝水泥車，由專用汽車底盤、散裝水泥車罐體、氣管路系統、自動卸貨裝置等部分組成。利用發(fā)動機動力驅動空氣壓縮機， 將壓縮空氣經管道送入密封罐體下部的氣室，使氣室液態(tài)化床上的粉粒體懸浮成流態(tài)狀，當罐內壓力達到額定值時，打開卸料閥，流動化物料通過管道流動而進行輸送。隨著工業(yè)技術的進步和經濟的發(fā)展，在環(huán)保以及高效率的要求下，對粉粒物料運輸車的需求日漸增強。同樣，對粉粒物料運輸車的高效率運作能力和車身設計方案提出了更高的要求。 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的變革,也是發(fā)展其生產,實行增產節(jié)約的一項經濟措施;加上全社會對環(huán)保的重視,電廠排放脫硫的需要,鋼鐵廠為提高產品質量,也要在鋼產品的冶煉過程中對其脫硫,因而加大了對粉粒物料如石灰石粉等的運輸要求。粉粒物料運輸車是通過安裝在車上的空壓機排出的壓縮氣體,透過罐體內的氣化床,使氣化床上的粉粒物料流態(tài)化,經輸送管道將罐體內的粉粒物料輸送到一定距離和高度的粉倉內。流態(tài)化就是壓縮氣體透過氣化床,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。粉粒物料運輸車經過了近30年的發(fā)展，罐型結構不斷推陳出新，但從主要指標的設計訴求來看，可以細分為3個發(fā)展階段，且每個階段都呈現出不同的特點。 2000年以前為第1個階段，主要體現在車用裝卸效率。廠家把提高吹卸速度，降低剩余率作為首要設計目標。在這一階段的廠家宣傳資料中，大多把產品的吹卸速度標定為1.4 t/min。 20002010年為第2個階段，主要體現在可裝載的容積容量。由于用戶對單程運力的追求，推動廠家在增大罐車容積上殫精竭慮，后期甚至出現了突破外廓尺寸限值的超標車型。然而隨著公安部對在用車輛生產一致性管理的進一步嚴格要求，以及用戶覺悟的提升，在使用壽命內，此類車型必然成為預埋的定時炸彈，一旦引爆，對生命財產及環(huán)境的危害將極其巨大。 2010年以后，粉粒物料運輸車將迎來第3個階段，主要體現在車身罐體輕量化。這也是體現安全性的發(fā)展階段，向安全，快捷、高效率方向前進。1.2 粉粒物料運輸車國內外研究現狀 近年來，世界各國都大力發(fā)展專用汽車生產，致力于專用汽車的研究，擴大汽車使用范圍，以利于各種貨物的運輸。 在歐洲，可以根據用戶需求自由選擇各底盤企業(yè)的專用汽車底盤，發(fā)展自己的系列化專用汽車。歐洲專用車企業(yè)的產品線一般都很窄，無論是整車企業(yè)，還是零部件企業(yè)，以一種產品打天下，成為世界第一、全球最大的比比皆是，專業(yè)化、規(guī)?；菤W洲專用車產業(yè)最主要的特征。 歐洲專用車企業(yè)的主要特點是：企業(yè)規(guī)模差距大，大的上千人，小的幾十人甚至十幾人，大部分為中小型企業(yè)；技術開發(fā)能力強，很多企業(yè)是“百年老店”、家族式企業(yè)，一般都有特色產品和技術，擁有大量技術專利，產品利潤很高，抗風險能力強；專業(yè)化程度高，配套體系完善，很多企業(yè)只作技術集成和總裝；工藝裝備先進實用，生產效率高，產品質量好；生產經營方式靈活，市場應變能力強。 歐洲各國政府不對專用汽車制造商的生產資質和產品進行審批，而是通過準入制度對產品進行把關。只要產品符合相關法規(guī)和標準的要求即可生產和銷售，控制的重點在車輛的安全、環(huán)保和燃油經濟性等方面。 在日本，專用車生產用的底盤由底盤生產企業(yè)去認證，專用車企業(yè)得到的底盤都是經過認證的。按照相關規(guī)定，專用車企業(yè)不能改最后一根車橋前面的車架，只可以把最后一根車橋后面的車架截短或加長，對底盤的其他改動也要與底盤企業(yè)簽訂改動技術協議，因此，日本的專用車法規(guī)只涉及總重、軸荷、外廓尺寸（長、寬、高）、重心高度（涉及傾翻）、后部燈光布置和后部、側面防護裝置。專用車企業(yè)只要保證在這些方面滿足法規(guī)要求，就可以保證改裝后的車輛既全面符合法規(guī)要求，又滿足底盤生產企業(yè)的設計要求。 意大利MENCI & C.S.P.A.公司開發(fā)的一種帶有一個長長的卸載管的散裝(粉粒)貨物運輸車(Bulk Feed Tanks)別具特色，與國內常見的粉粒物料運輸車有所不同。這種產品被稱為是面向未來的一種輕便、經濟、環(huán)保的運輸車輛。該車能夠運輸散裝的飼料、面粉(粉狀物)和谷類貨物，并且可以自動卸載到高處或地面。為實現不同目標，可采用鋁合金罐體或鋼制罐體，罐體固定在卡車、全掛車或半掛車底盤上。罐體內部裝有1對可幫助卸載的螺旋推運器，縱向布置在罐體底部。整車布置載荷重心較低，提高了車輛的行駛平穩(wěn)性。螺旋推運器和其他設備的運轉，由獨立于汽車底盤的1臺輔助柴油機(圖5)或具有動力的液壓系統來實現。卸載管(unloading tube)的升起和就位通過液壓系統來完成(圖6)。標準的螺旋推運器和自鎖式流量調節(jié)器(outflow regulators)，將各艙卸載得非常干凈?？勺儞Q角度和高度的卸載管處于某高度時的卸載能力為70(80) t/h；通過側尾門(lateral tailgate)卸載到地面上的卸載能力為100 t/h。Overfill閥位于螺旋推運器的尾部。通過旋轉閥，使螺旋推運器與氣卸(卸載能力只有35 t/h)配合使用成為可能?？赏ㄟ^選裝不同部件來實現車輛的差異化功能。1.3粉粒物料運輸車結構及工作原理概述1.2.1 粉粒物料運輸車基本結構特點粉粒物料運輸車主要由專用汽車專用底盤、粉粒物料罐體、氣管路系統及傳動系統等組成。粉粒物料罐體總成由筒體、罐體上端給進料口、流態(tài)化床、出料管總成、進氣管及其它附件組成。粉粒物料運輸車簡要結構圖如圖1。 附加傳動系統：主要包括取力器、附加傳動軸、空壓機等組成。 取力器：安裝在變速箱上，是為專用汽車設計的大扭矩取力器。 附加傳動軸 空壓機 圖2 空壓機：排氣量有7.5m3/min、8.0m3/min、8.5m3/min、9.0m3/min、10.0m3/min等幾種規(guī)格。 管路系統：工作動力從汽車變速箱中引出，通過傳動裝置驅動空壓機，產生的壓縮空氣經控制管路進入氣室內，使得罐內粉粒物料產生流態(tài)化現象。達到一定的壓力時，打開出料閥門，實現卸料。氣體由空壓機輸出后，經過止回閥、球閥進入各個艙中。在止回閥前后各安裝有一個安全閥，以防止有意外時管路氣壓過高損壞空壓機。卸料管路主要有吸料口、蝶閥、卸料鋼管、卸料管接頭、卸料膠管等組成。罐體上安裝有耐震壓力表，用以監(jiān)視罐內氣壓變化，用來指導卸料。附屬裝置：包括側防護、后防護、輪罩、爬梯等 1.2.2粉粒物料運輸車基本工作原理粉料散裝運輸可以提高運輸效率，節(jié)約運輸費用，降低產品成本，同時能實現裝、運、卸、 貯機械化。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，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)化裝置通入罐內粉料中，使粉料和空氣混合，呈現流動狀態(tài)，然后打開卸料閥，粉料與空氣混合物在罐內外壓差作用下排出，經管道流入地面容器內。 粉粒的流態(tài)化介紹：當氣體從容器下部進入粉料層后，如果氣體流速超過一定值時（水泥為0.015m/s），氣體與粉粒體的摩擦力與粉粒體的重量相等，粉粒體不再靠流化床支撐，此時它們可以自由移動，從高處流向低處，使粉料層的上平面保持水平，類似液體的性質。如果此時容器的側壁開有孔，粉料也可以從孔中噴出。這就叫粉料的流態(tài)化現象。水泥車正是利用了粉料的流態(tài)化特性來實現卸貨的。流化布在其中的作用就是使壓縮空氣形成細微、均勻的氣流進入粉料層中，使粉料流態(tài)化 。 壓縮空氣由流化裝置進入罐體 粉粒經流化后由卸料管卸出1.4設計要求和目的了解粉粒物料運輸車的運輸對象和運輸要求，運輸對象：散裝水泥（粉粒體）、粉煤灰（粉粒狀）等。設計時首先應先選擇底盤及動力（要求滿足承載量，并保證足夠動力），然后進行車廂設計，包括基本尺寸、鋼板厚度（強度校合）結構原理、動力設施等，最后應進行簡要的經濟性分析。1.5論文主要結構本文結構主要分為6個部分。第1章 緒論第2章 粉粒物料運輸車底盤結構分析和選取。 第3章 粉粒物料運輸車總體結構與設計。 第4章 第5章 第6章 2 粉粒物料運輸車底盤結構分析和選取2.1專用汽車底盤的構造分析粉粒物料運輸車屬于專用車輛，對底盤的要求較高。在選取粉粒物料運輸車底盤時，要綜合考慮其設計要求和載重需求。專用汽車底盤是按工程機械的要求設計的，軸距長、車架剛性好。其主要特點是重心低，強度、剛度好。專用汽車底盤結構組成如圖2.1。動力系統包括發(fā)動機、蓄電池、燃油箱等；傳動系統是動力裝置與驅動輪的傳動部件，以及附加傳動軸等部件；行走系統包括車架、懸架、前后橋架和車輪。轉向系統包括方向盤、轉向器、轉向傳動機構和助力機構；制動系統主要包括制動器和制動操作傳動系統。 底盤總體制動系統傳動系統動力系統轉向系統行走系統 圖2.12.11底盤傳動系統傳動系統傳動系統的功用是將發(fā)動機輸出的功率傳給驅動輪，并且使發(fā)動機功率輸出特性盡量滿足使用要求?；窘M成模塊如圖2.2。發(fā)動機 輪邊減速器主傳動半 軸差速器傳動軸萬向節(jié)變矩器變速器取力器主離合驅動橋 圖2.2（1） 汽車是利用發(fā)動機的動力，經傳動系統傳到車輪產生的驅動力。因此，首先應滿足車輛的動力性要求。 （2） 主離合器：用來切斷或傳遞發(fā)動機輸給傳動系統的動力，主離合器在機械起步時可以使發(fā)動機與傳動系統和路面結合起來，使起步平穩(wěn)；換擋時能將發(fā)動機與傳動系統迅速、徹底的分離，以減小換擋時齒輪的沖擊。目前，常用的是摩擦式離合器。（3） 變速器：輸出功率隨著輸出軸轉速和扭矩的變化而變化，保證在作業(yè)過程中能比較充分的利用發(fā)動機功率，其轉速和輸出功率的變化范圍不能過大。輸出動力經過變速器的轉化，其轉速和輸出扭矩的變化可以隨時滿足行駛速度和牽引力變化的要求。（4） 變速箱取力器：在汽車變速箱取力,通過取力器及傳動軸,將動力傳至分動器,再利用定制的分動器將動力傳至油泵和空壓機。分動器可以將輸入動力輸出到空壓機,也可以通過撥動分動器的撥叉將動力分出,同時輸入到空壓機和油泵中?？諌簷C提供壓縮空氣作為壓送卸料的動力,油泵用于舉升油缸。（5） 萬向節(jié)與傳動軸：萬向節(jié)可實現兩根相交軸之間的傳動。傳動軸常用于變速箱和驅動橋之間的鏈接。（6） 驅動橋的主要功能：改變傳力方向；實現動力分析；解決左右車輪的差速要求；降低轉速，增大扭矩。此外，驅動橋殼還起承重和傳力作用。2.12底盤行走系統行走系統由車架、車橋、懸架和車輪組成。車架通過懸架與車橋相連。原理如圖2.3 圖2.4 （1）緩沖原理：車輛行駛時如果車輪從高處突然落在低處，落地瞬間，懸架載荷要比正常情況下大很多，會有較大沖擊力，這樣的沖擊力可能會對司乘人員以及設備本身造成不良后果。這種沖擊的嚴重程度可用動載系數描述。分析如下： 沖擊振動過程中懸架最大載荷； 懸架靜載荷。動載荷系數的數值估算式為： 簡化系統剛性系數 車輪落差簡化剛性系數： 懸架剛性系數 車輪剛性系數可以看出，靜橋荷、路面情況、車輪結構等要素確定之后，懸架剛性越小，沖擊程度月平緩。（2）減震原理：系統阻尼可使自由振動變成衰減振動，鋼板彈簧彈性懸架的阻尼來自鋼板之間的摩擦和減震器。2.13底盤轉向系統底盤轉向系統的功用是操縱底盤的行駛方向，既要保持底盤沿直線行駛的穩(wěn)定性，又要能保證底盤轉向的靈活性。2.14底盤制動系統制動系統包括停車制動器、行車制動器和制動操作系統。保障車輛能迅速的減速、停車，安全的駐車制動。2.2粉粒物料運輸車底盤選定綜上所述，為滿足設計的需求，使擁有足夠的承載能力和動力，選取東風EQ1310WJ載貨汽車底盤。其主要參數見表2.1。 東風EQ1310WJ載貨汽車底盤相關參數表 產品商標 底盤類別 底盤型號輪胎數 前輪距（mm） 后輪距(mm)東風牌 2 東風EQ1310WJ 1219501860前懸（mm）后懸（mm）最高車速（km/h）發(fā)動機功率（kw）整備質量（kg）總質量（kg）12502780 100 1911050031000 表2.1 3粉粒物料運輸車總體結構與設計3.1粉粒物料運輸車總體結構的選擇粉粒物料運輸車的總體形式有單車型和列車型兩大類，列車型包括半掛型與全掛型兩種。半掛型罐體可以是立式罐或臥式罐，通常帶有氣源。而全掛型底盤上不帶氣源系統，要在到達目的地后，通過罐體上設置的外接氣源接頭外接地面氣源進行卸料。粉粒物料運輸車目前常用罐體有臥式罐體、立式罐體、舉升式罐體和斗式罐體。臥式粉罐汽車具有結構簡單，操作方便，卸料性能穩(wěn)定和質心低的優(yōu)點 一般用于流態(tài)化性能較好的粉料散裝運輸。立式粉罐汽車適用范圍廣，能用于粉料，顆料料等多種粉粒體物料的散裝運輸，但整車質心較高，采用多個罐體時結構復雜，制造成本也較高。舉升式罐體的支撐座與車架為鉸接，罐內底部通常僅在出料口處設置流態(tài)化床，卸料進罐體呈傾斜狀態(tài)，粉粒在重力作用下啟動下自動下滑，集中到出料口處后合卸出；罐體內部結構簡單，容積效率高，適用范圍廣，常用來裝運流態(tài)化性能差的粉料，但由于增加了舉升機構，使用、維修復雜。斗式粉罐汽車通常不設置流態(tài)化床，利用粉料的重力自動卸料，具有結構簡單，適用范圍廣。剩余量少，罐內易于清掃等優(yōu)點。 結合便利、經濟、效率以及此次設計要求運輸的粉粒體性質等因素，本文設計結構選?。弘p錐內傾臥式粉罐形式。3.2專業(yè)性能和主要參數的確定3.21平均卸料速度和剩余率粉粒物料運輸車卸料時，所卸下的粉料質量和卸料時間的比值叫平均卸料速度，卸料作業(yè)完畢后，罐內剩余粉料的質量和粉粒物料運輸車額定的裝載質量的比值叫剩余率。平均卸料速度和剩余率是粉粒物料運輸車的主要專業(yè)性能指標。反映了粉粒物料運輸車卸料作業(yè)的效率和經濟性，同樣是評價粉粒物料運輸車設計水平的重要指標。一般在規(guī)定卸料水平距離5m，卸料垂直度15，卸料管內徑100，壓縮氣體流量4-8，壓力196的條件下進行測量，這種狀態(tài)叫做標準狀態(tài)。平均卸料速度由下式計算： . 實際裝載質量（） . 罐內剩余質量（） 卸料時間（）平均卸料速度與粉粒物料運輸車的結構、壓縮空氣壓力和流量等有關，由卸料管內固氣二相流的濃度和速度決定。固氣二相流的濃度也叫混合化，有質量濃度和體積濃度之分。常用的是質量濃度，用表示。質量濃度是指單位時間內通過輸送管道有效截面的粉料的質量與氣體質量之比。 質量濃度 粉料質量流量（） 氣體質量流量（） 氣體密度（） 氣體體積流量（）平均卸料速度可表示為： 剩余量計算： 額定裝載質量（）剩余量的大小與罐體內部結構、流態(tài)化裝置的性能有關。過大，會降低車輛的有效裝載質量，影響經濟性。并且，粉料在罐體長期殘存會發(fā)生結塊、變 質。（、和一般值參見表3.1） 粉料剩余量主要有兩部分組成：一是罐體內的“死角”和粗糙表皮上的剩余量；二是流態(tài)化裝置或固氣混合裝置上的剩余量。解決辦法是在罐體內部結構設計時盡量消除“死角”，提高骨料板的平面度和光滑性，提高流態(tài)化床和固氣混合裝置的性能。 表3.1部分粉粒體的，和值粉 粒 體堆密度/（） 在標準狀態(tài)下 / ()(%)粉煤灰700 (0.70.8)× 0.4116170石灰粉900 (0.81.0)× 0.4 133水泥1200 (1.21.6)×0.10.4200270重晶石粉1450 (1.31.5)× 0.4 160 3.22工作壓力粉粒物料運輸車氣力卸料時壓縮空氣要有一定的工作壓力，用來滿足粉粒體和氣體流動需要的壓力降和流態(tài)化過程產生的壓力損失，包括：氣流在管道里的損失，氣流在流態(tài)化裝置中的壓力損失，粉粒體的透氣壓力損失，摩擦壓力損失，懸浮壓力損失等。若工作壓力過大，會造成能源浪費，并且使罐體壁厚增加，空氣壓縮機、管道和閥門等的質量增加。若過小，平均卸料速度減小，容易產生堵塞，使作業(yè)過程中斷。所以，工作壓力只需略大于卸料過程中各種壓力損失之和即可。實驗表明，多數粉粒體在196的輸送壓力下，值在40到300之間實現固氣二相流氣力輸送。因此，一般粉粒物料運輸車的額定工作壓力定為196。3.23壓縮空氣流量對壓縮空氣流量的要求：實現粉料流態(tài)化管道輸送順利平均卸料速度達到要求。（1） 壓縮空氣流量與粉料流態(tài)化的關系：透過氣體分布板的氣流速度要滿足粉料形成流態(tài)化，因此壓縮空氣流量必須符合以下要求 壓縮空氣流量（） 流態(tài)化床的面積（） 透過氣體分布板的氣流速度（） 臨界流態(tài)化速度（） （2） 壓縮空氣流量與管道輸送要求：對于管道氣力輸送，由于在卸料過程中，粉粒體與罐壁之間、粉粒體之間的碰撞、摩擦和粘附作用，以及輸料管中氣流速度分布不均勻；所以粉粒物料運輸車要實現穩(wěn)定氣力輸送，管內的氣流速度要比粉粒體的懸浮速度大幾倍，甚至是十幾倍。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，用表示。實驗證明，當管內氣流速度，就不會形成粉粒體沉積堵塞。在垂直輸送中，粉粒體到某一高度停滯稱為噎塞，此時氣流速度稱為噎塞速度。一般沉積速度大于噎塞速度，可用下式確定壓縮空氣流量 壓縮空氣流量（） 卸料管內經（） 水平輸送安全氣速（） 3.3粉粒物料運輸車罐體總成結構和設計3.31臥式罐體總成結構和工作原理3.32罐體尺寸的確定和容積計算3.33流態(tài)化裝置3.34進出料裝置和卸壓裝置3.35簡要強度校核 3.4氣力輸送系統結構與設計3.41輸送空氣量的確定3.42輸料管結構設計3.43壓力損失分析3.44空氣壓縮機的選擇 4動力和控制原理分析4.1車輛的動力性能分析4.2取力系統結構和設計4.3工作原理 5改裝的經濟性分析 結論 致謝 參考文獻 第 13 頁