水泥罐车改装毕业设计

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

ABSTRACT

The 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 W ords：Powder Cans；the second unperpan；cement；Gas Disposal Plant；Design Modifications

目 录

摘 要 .............................................................. I ABSTRACT ............................................................. II

第1章 绪 论 (6)

1.1本课题研究的目的及意义 (6)

1.2气卸粉罐车的现状 (7)

1.3本课题研究的主要内容与技术路线 (10)

第2章 总体方案的选择 (11)

2.1 二类底盘的的选择 (12)

2.2 罐体型式的选择 (12)

2.3 空气压缩机的选择 (12)

2.4 卸料装置的选择 (13)

2.4.1 卸料方式分类 (13)

2.4.2 出料装置方案的选择 (13)

2.5 本章小结 (13)

第3章 二类底盘的选型及总布置 (14)

3.1 二类底盘的选型 (14)

3.2总体布置的原则 (14)

3.3整车参数的确定 (15)

3.3.1 装载质量e m 和总质量a m 的确定 (15)

3.3.2 轴载质量的确定 (15)

3.3.3 尺寸参数的确定 (16)

3.4 取力器的选择 (16)

3.4.1 取力器布置方案选择 (16)

3.4.2 取力器基本参数确定 (17)

3.5 本章小结 (17)

第4章 罐体的总体结构和设计 (18)

4.1 罐体总成结构及工作原理 (18)

4.2 罐体容积计算 (19)

4.2.1 总容积V (19)

4.2.2 有效装载容积计算 (20)

4.2.3 扩大容积计算 (21)

4.2.4 装载容积计算 (21)

4.2.5 气室容积计算 (21)

4.3 流态化装置的设计 (21)

4.3.1 流态化装置的类型和结构 (21)

4.3.2 多孔板的设计 (22)

4.3.3 流态化元件选择 (22)

4.4 流态化床主要参数计算 (23)

4.5 进料装置设计 (24)

4.6 出料装置、卸料软管及卸压装置的布置 (25)

4.6.1 出料装置 (25)

4.6.2 卸料软管 (25)

4.6.3 卸压装置 (25)

4.7 罐体内部结构的设计 (26)

4.7.1 气室结构的设计 (26)

4.7.2 中央气室长度的设计 (26)

4.7.3 气化板宽度的设计 (26)

4.7.4 流态化板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计 (26)

4.8 流态化板结构尺寸的计算 (26)

4.8.1 中央气室部分流态化板尺寸计算 (27)

4.8.2 OO截面至AA截面处流态化板尺寸计算 (28)

4.8.3 AA截面至BB截面处流态化板尺寸计算........ 错误！未定义书签。

4.8.4 封头部分流态化板尺寸设计 ................. 错误！未定义书签。

4.9 罐体的材料选择................................. 错误！未定义书签。

4.10 罐体厚度的计算................................ 错误！未定义书签。

4.10.1 罐体的最小厚度 .......................... 错误！未定义书签。

4.10.2 厚度附加量 .............................. 错误！未定义书签。

4.11 封头设计...................................... 错误！未定义书签。

4.12 罐体支承座设计................................ 错误！未定义书签。

4.12.1 支承座的截面形状及尺寸 .................. 错误！未定义书签。

4.12.2 支承座的前端形状及安装位置 .............. 错误！未定义书签。

4.12.3 罐体支承座的固定 ........................ 错误！未定义书签。

4.13 本章小结...................................... 错误！未定义书签。第5章气卸及输料装置的设计....................... 错误！未定义书签。

5.1 空压机选择..................................... 错误！未定义书签。

5.2 输料管设计..................................... 错误！未定义书签。

5.2.1 输料管内径和气流速度的确定 ............... 错误！未定义书签。

5.2.2输送系统的压力损失........................ 错误！未定义书签。

5.3 气压控制系统的设计............................. 错误！未定义书签。

5.4 本章小结....................................... 错误！未定义书签。第6章整车主要性能参数的计算..................... 错误！未定义书签。

6.1 动力性计算..................................... 错误！未定义书签。

6.1.1 发动机的外特性 ........................... 错误！未定义书签。

6.1.2 汽车的行驶方程式 ......................... 错误！未定义书签。

6.1.3 动力性评价指标的计算 ..................... 错误！未定义书签。

6.2 燃油经济性计算................................. 错误！未定义书签。

6.3 静态稳定性计算................................. 错误！未定义书签。

6.4 本章小结....................................... 错误！未定义书签。结论............................................. 错误！未定义书签。参考文献............................................. 错误！未定义书签。致谢............................................. 错误！未定义书签。附录............................................. 错误！未定义书签。

附录A 外文资料 .................................... 错误！未定义书签。

附录B 外文资料中文翻译 ............................ 错误！未定义书签。

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

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50~70t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30~60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1.5~1.8t/rnin（国产散装水泥车现行指体是1.0~1.3t/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）8×4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。[]2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。[]3

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。[]4

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。[]4

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。[]4

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。