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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 第1章 緒論 1.1 本課題研究的目的及意義 汽車工業(yè)發(fā)展的經濟效益不只是汽車本身，而是集中表現在汽車使用和流通的全過程中，汽車工業(yè)的發(fā)展必然帶動汽車運輸業(yè)的發(fā)展。由于社會對汽車的運物效率和經濟性，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專用化發(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，降低產品成本，同時能實現裝、運、卸、貯機械化。 散裝水泥以其顯著的經濟效益和社會效益，已在世界范圍內得到迅速發(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40萬人的勞動力。我國目前水泥產量已突破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50億元上，技術和高附加值的專用汽車在提高產值、利潤和節(jié)約外匯方面都有著極其重要的作用。我國水泥產量居世界首位，但散裝率卻很低，約為33.5%。散裝水泥的比例與水泥工業(yè)發(fā)展速度顯得極不協調，與發(fā)達國家散裝水泥相比，相距甚遠[1]。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濟政策給予經濟扶持外，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、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力差作用下排出，經管道流入地面容器內[2]。 罐體是氣卸散裝水泥車裝載水泥的容器，其流態(tài)化床，有效容積和總容積等直接影響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[3]。因此，選擇合適的罐體是一項很重要的工作。 使用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%，具有明顯的社會經濟效益[1]。在目前我國木材資源匱乏，能源緊張的情況下，推廣使用氣卸散裝水泥運輸車有著十分重要的現實意義。 隨著我國水泥行業(yè)的飛速發(fā)展，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，汽車壽命以及經濟效益[3]。改進散裝水泥車的卸料速度是我們所要迫切解決的問題。 1.2 氣卸粉罐車的現狀和趨勢 研究國內外專用汽車的發(fā)展，都有一個共同的規(guī)律，這就是：隨著公路運輸的發(fā)展，當汽車保有量增大到一定程度時，必然會出現專用汽車，從改裝特種軍用車開始逐步發(fā)展到各國經濟領域，成為各國汽車工業(yè)的重要組成部分。國外專用汽車的發(fā)展概況及未來發(fā)展趨勢是：底盤生產向專用化方向發(fā)展；向大型、重型及半掛汽車列車方向發(fā)展；注重專用汽車的經濟性；品種日益繁多，分工愈來愈細，并向著精尖產品發(fā)展；零部件專業(yè)性生產程度不斷提高；多品種、系列化、小批量的趨勢越來越明顯?？傊斍拔覈鴮Ｓ闷囆袠I(yè)已經從起始階段進入發(fā)展時期，向高層次、高水平、高技術、高效益方向發(fā)展的時機已經成熟，我國專用汽車面臨一個廣闊的發(fā)展前景[2]。 舉升式粉罐汽車是專用罐式汽車的一種，目前在我國市場具有一定的需求量，但生產量小，不能滿足市場的需求，在國內還處于不成熟階段。隨著我國經濟的發(fā)展，舉升式粉罐汽車的市場需求必定逐漸增加。粉罐汽車是指運輸散裝粉料，如水泥、煤粉、粉煤灰、滑石粉、面粉等粉料的專用罐式汽車。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[4]。 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；少數粉罐車按用戶要求，采用液壓或簡單的舉升卸料結構。粉料顆粒的運送，多靠自重從罐體底部錐形口卸出，或是將罐體舉升30°以上，顆粒靠自重向下滾滑，從罐尾卸出。粉罐汽車按其罐體型式不同可分為下列四種： 1.2.1舉升式粉罐汽車 舉升式粉罐汽車的罐內底部通常僅在出料口處設置流態(tài)化床，卸料時罐體呈傾斜狀態(tài)，粉料在重力作用下自動下滑，集中到出料口處后卸出。所以，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。如圖1-1所示。 1.2.2立式粉罐汽車 圖1-1 舉升式粉罐汽車 立式粉罐汽車的罐體中心線呈鉛垂方向，如圖1-2所示。車輛可載一個或多個立式罐。立式粉罐汽車適用范圍廣，能用于粉料、顆粒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。 圖1-2 立式粉罐汽車 1.2.3臥式粉罐汽車 罐體中心線呈水平方向，罐體可以是單個艙，也可分隔兩個艙。若罐體內的流態(tài)化床與水平面成一個傾角，稱為內傾臥式粉罐汽車，如圖1-3所示。若罐體中心線與水平面成一個不大的傾角，則為外傾臥式粉罐汽車。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。但適用性受到限制，一般僅用于流態(tài)化性能較好的粉料散裝運輸。 圖1-3 臥式粉罐汽車 1.2.4斗式粉罐汽車 斗式粉罐汽車的罐體由中心線呈水平位置的直圓筒或長方筒和與中心線垂直的錐筒組合而成，如圖1-4所示。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。所以，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。 圖1-4斗式粉罐汽車 隨著我國水泥行業(yè)的飛速發(fā)展，散裝水泥車新產品的開發(fā)也顯得迫切需要，氣卸散裝水泥車將成為散裝水泥車市場上新的寵兒[6]。 1.3 課題研究的主要內容與技術路線 本課題研究的主要內容有： （1）通過初步確定載重來對二類底盤進行選型； （2）重點對罐體進行設計，其中包含對罐體材料選擇，罐體內部流化板，多孔板的設計； （3）對氣卸及輸料裝置進行設計； （4）對整車性能進行分析，看其是否合理； （5）對罐體總成內部各元件的連接，及罐體總成與車架之間的連接進行研究。 本課題研究的主要技術路線如圖1-5所示。 罐體總成的設計 氣卸裝置設計 方案選擇 二類底盤選擇 整車性能的確定 氣卸粉罐車 圖1-5 技術路線 第2章 方案的選擇與分析 2.1 罐體型式的選擇 粉罐汽車按其罐體型式不同可分為立式粉罐汽車、臥式粉罐汽車、舉升式粉罐汽車和斗式粉罐汽車[7]。 立式粉罐汽車的罐體中心線呈鉛垂方向，車輛可載一個或多個立式罐。立式罐汽車適用范圍廣，能用于粉料、顆粒料等多種粉粒物料的散裝運輸。但整車質心教高，采用多個罐體時結構復雜，制造成本較高。 臥式粉罐汽車是目前使用最為廣泛的一種罐式車型。其特點是罐體中心線呈水平方向，罐體可以是單個倉也可以分隔兩個倉。若罐體內的流態(tài)化床與水平面成一個傾角，稱為內傾臥式粉罐汽車。若罐體中心線與水平面成一個不大的傾角，則為外傾臥式粉罐汽車。臥式粉罐汽車僅在出料口處設置流態(tài)化床，卸料時罐體呈傾斜狀態(tài)，粉料在重力作用下自動下滑，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，但適用性受到限制，一般僅用于流態(tài)化性能較好的散裝粉料運輸。 舉升式粉罐汽車罐體內部結構簡單，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，使用范圍廣，剩余量小，罐內易于清掃等優(yōu)點。但該型汽車整車質量較大，制造成本也比較高，經濟性較差。 綜上所述，本設計中選擇雙錐內傾臥式粉罐，如圖2-1所示。 圖2-1 雙錐內傾臥式粉罐結構圖 2.2 二類底盤的選擇 本次設計所選的二類底盤為CA1189P4K2L11T8型就可滿足其相關要求，第三章將對其技術參數做詳細介紹。 2.3 卸料裝置的選擇 2.3.1卸料方式分類 卸料方式可以分為氣卸和自卸兩種。 氣卸式就是利用空氣壓縮機向罐體內吹入壓縮空氣，使罐內的粉料迅速流態(tài)化，當罐內壓力達到一定值的時候，打開卸料閥，粉料隨著氣流流出，實現卸料。 自卸式是利用粉料的自身重力進行卸料，這個過程依靠液壓系統來實現。卸料前，液壓系統將罐體舉升到某一高度，然后打開卸料口，粉料在自身重力作用下實現卸料。 液壓系統的布置難度較大，自身質量較大，卸料對穩(wěn)定性要求比較高。 對于臥式罐體，氣卸式卸料更為便利，所以本設計選用氣卸式卸料系統。 2.3.2空氣壓縮機選擇及布置方案 1、空氣壓縮機的分類 常用的空氣壓縮機有回轉滑片式和擺桿式兩種?；剞D滑片式具有體積小，排量大等優(yōu)點，但所排出的壓縮空氣含有油氣，須經過過濾才能進入罐體氣室。而擺桿式應不需要潤滑油來潤滑，故排出的壓縮空氣比較潔凈，對粉料無污染，是一種比較理想的空氣壓縮機。因此選擇擺桿式空氣壓縮機。 2、空氣壓縮機的布置方案 空氣壓縮機工作所需要的動力通過取力器獲得。取力器的布置方案將在第三章作詳細的闡述。這里初步定為取力器從變速器側端取力，以驅動空氣壓縮機運轉?？諝鈮嚎s機固定在汽車駕駛室與罐體之間的車架上，具體位置見整車結構圖。 2.3.3出料裝置方案的選擇 出料裝置有上吸式和下排式兩種形式：本次設計采用上吸式出料裝置。 （1）下排式出料裝置具有結構簡單，維修方便，節(jié)約罐體有效容積等優(yōu)點，但易產生堵塞。它的基本結構特點是：出料口開設在罐體下部中央的多孔板和罐體殼上，與出料管的一端焊接。 （2）上吸式出料裝置具有卸料平順，吸嘴高度可以調節(jié)，不易產生堵塞等優(yōu)點，目前應用較廣。如圖2-1所示。 2.4 二類底盤選型 專用汽車性能的好壞對專用汽車性能影響很大，通常專用車輛采用的基本底盤按結構分可分為二、三、四類底盤，而該水泥運輸車是在二類底盤的基礎上進行改裝設計。所謂二類底盤，就是指在基本型整車基礎上去掉貨廂。 專用汽車底盤的選擇主要是根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定，目前，80%以上的專用車輛采用二類底盤進行改裝設計。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作重點是整車總體布置和工作裝置設計，對底盤僅作性能適應性分析和必要的強度校核，以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。 目前國內市場上底盤的種類多、品種全，如解放、東風、紅巖等系列底盤性能好，價格便宜，市場保有量大，選用的底盤也多為這些系列的產品。一般專用改裝車輛在選用底盤時不但要根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標進行考慮，還從適用性、可靠性、先進性、方便性等方面進行比較分析，表2-1是常用二類底盤的性能對比列表： 表2-1 底盤性能對比列表 解放 東風 紅巖 適用性 適用于各類載重貨車及專用汽車特殊功能的要求 適用于各類載重貨車及專用汽車特殊功能的要求 適用于各噸位載重貨車的改裝設計要求以及部分專用車輛的特殊要求 可靠性 工作可靠，出現故障的幾率少，零部件有足夠的強度 工作性能好，故障率低，零部件要有足夠的強度和壽命 性能可靠，出現故障率低，各部件要有足夠的強度 先進性 動力性、經濟性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平 動力性、經濟性、操縱穩(wěn)定性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平 動力性、經濟性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平 方便性 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結構緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結構緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結構緊湊 價格 較便宜 比較便宜 便宜 供貨來源 市場擁有量多 市場擁有量多 市場擁有量較多 噸位 各種噸位車型 各種噸位車型 輕、中型載貨車型 通過調研與分析，并結合本次改裝設計的特點，選用東風系列底盤相對較合理。確定東風CA1189P4K2L11T8底盤作為本次高壓清洗汽車的底盤，其主要技術參數見表2-2所示： 表2-2 底盤技術參數列表 底盤型號 CA1189 整備質量（Kg） 8950 發(fā)動機 CA6DF2 額定載質量(Kg） 16758 軸距（mm） 4725+1350 廠定最大設計總質量（kg） 8950 車架前懸/后懸 1255/1858 規(guī)格（mm） 6800×2140×2395 接近角/離去角 24/29.5 輪胎規(guī)格 11.00R20 2.5 取力器的選擇 氣卸散裝水泥運輸車上的專用設備—空氣壓縮機，是以汽車底盤自身的發(fā)動機為動力源，經過取力器取力來驅動的。由于在設計變速器時已經考慮了動力輸出，因而在變速器的左側或右側留有標準的取力器接口。 2.6 取力器布置方案選擇 專用車取力總布置方案決定于取力方式。常見的取力方式如圖2-3所示。 從發(fā)動機前端取力的特點是采用液壓傳動，適合于遠距離輸出動力。固此種取力方式常用于由長頭式汽車底盤改裝的大型混泥土攪拌運輸車。 從飛輪后端取力的特點是取力器不受主離合器影響，傳動系統與發(fā)動機直接相連，取力器到工作裝置距離短、傳動系統簡單可靠、取出的功率大、傳動效率高。這種方案應用較廣，如平頭式汽車改裝的大、中型混泥土攪拌車等。 從變速器軸取力的布置方案又稱變速器上置式方案。此種方案將取力器疊置于變速器之上，用一惰輪與軸常嚙合齒輪嚙合獲取動力，固需改制原變速器頂蓋。此方案應用很廣，如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。 從以上方案中選著用發(fā)動機飛輪后端取力。 2.7 本章小結 本章確定了整車總體設計方案，即為設計一種采用擺桿式空氣壓縮機和上吸式氣卸式裝水泥運輸改裝車。通過比較立式粉罐汽車、臥式粉罐汽車、舉升式粉罐汽車和斗式粉罐汽車的罐體的結構特點選定雙錐臥式罐體。 取力方式分類 發(fā)動機取力 變速器取力 傳動軸取力 分動器取力 從前端取力 從飛輪后端取力 從軸取力 從中間軸末端取力 從取力 從倒檔齒輪取力 圖2-3取力器布置結構圖 第3章 總布置以及參數的確定 3.1 總體布置的原則及布置圖 總體布置的任務是正確選定整車參數，合理布置工作裝置和附件，使取力裝置、專用工作裝置、其它附件與所選定的汽車底盤構成相互協調和匹配的整體，達到設計任務書所提出的要求，（圖3-1為氣卸粉罐車整車結構圖）布置時應按照以下原則： （1）盡量避免對汽車底盤各總成位置的否定； （2）應滿足專用工作裝置性能的要求； （3）裝載質量，軸荷分配等參數的估算和校核； （4）應避免工作裝置的布置對車架造成載荷集中； （5）應盡量減少專用汽車的整車整備質量，提高裝載質量； （6）應符合有關法規(guī)的要求。 圖3-1 氣卸粉罐車整車結構圖 3.2 整車參數的確定 初步選定的裝載質量為16t，由上述列表可知整備質量為8950kg，對于汽車總質量以座位數為2個，按65kg每人算，經計算可知總質量為25080 kg。 3.3 取力器基本參數確定 取力器實質上是一種單級變速器。其基本參數有取力器總速比、額定輸出轉矩、輸出軸旋向以及結構質量等。 CA1189P4K2L11T8系列汽車取力器有PT012/252 、PT012/263、PT012/264、PT012/273等30幾種型號。其總速比（發(fā)動機轉速與取力器輸出轉速之比）有1.06、0.892、1.253、1.199等多種配比。其額定輸出扭矩有210Nm、170Nm、100Nm和392Nm 等。輸出旋向均為與發(fā)動機旋向相反。結構參考質量為12 kg、12.5kg。本設計選用取力器型號為PT012/264，其總速比為1.253。 3.4 本章小結 本章對二類底盤及其參數做了詳細介紹，初步確定了整體布置圖，并確定了整車的質量參數和尺寸參數。最后確定了取力方式和以及完成了對取力器的選擇。本章的獨特地方之一增設了一柴油機作為氣泄動力源，采用了用發(fā)動機取力提供外接。 第4章 罐體的設計 4.1 罐體的材料選擇 普通碳素鋼的機械性能好，有足夠的強度、韌性和良好的工藝性，價格便宜，是目前制作罐體的最常用的材料。本設計中的罐體部分采用普通碳素鋼Q235為制作材料。 4.2 罐體尺寸的確定 臥式罐體一般是由圓柱體、斜錐體、封頭等幾部分組成，見圖4-1。依據對罐體裝載量、罐體整體尺寸的要求，通過試算罐體有效容積，可基本確定罐體的外觀尺寸。 圖 4-1 罐體結構圖 4.3 流態(tài)化裝置的設計 粉料的流態(tài)化是使粉料變成具有流動特性的過程，流態(tài)化裝置是完成上述過程的必要部件，是完成氣卸粉料罐的核心。它能使粉料在氣體自下而上的作用下，穿過粉料層，使之像沸騰的液體一樣，排出罐體。流態(tài)化裝置又稱為流化床。 4.3.1流態(tài)化裝置的構造 雙錐內傾式罐體所采用的復合型流態(tài)化裝置的結構如圖4-2所示。它由滑板、支承架、多孔板、流態(tài)化元件、壓板等組成。 滑料板與罐體構成氣室殼體，多孔板置于其上構成氣室。滑料板與罐體的母線平行，多孔板向罐體的出料口傾斜。流態(tài)化元件被壓條壓在多孔板上，用螺栓將壓板、流態(tài)化元件和多孔板三者固定在一起。這樣便形成了完整的流態(tài)化裝置。 1-罐體；2-滑料板；3-支承架；4-流態(tài)化裝置；5-多孔板；6-流態(tài)化元件；7-壓板； 8-螺栓 圖4-2 復合型流態(tài)化裝置圖 4.3.2流態(tài)化元件選擇 流態(tài)化元件是流態(tài)化裝置的核心，它對粉料的流態(tài)化有極其重要的的影響。目前，流態(tài)化元件有軟、硬兩類。 硬質流態(tài)化元件是用陶瓷、粉末冶金、燒結塑料等制成的。它具有很好的剛性，不需要多孔板支撐，且不易受潮和堵塞，耐磨性好。但他易破碎，制造工藝復雜，價格較高，目前還很少采用。 軟質流態(tài)化元件的材料有棉織帆布、化纖帆布、毛織物等。多層棉織帆布以及帆布夾毛氈曾被廣泛的用來制作流態(tài)化元件。近年來，滌綸等合成纖維的應用越來越廣泛。干燥的棉織帆布透氣性好，但容易受潮，導致透氣性下降；表面粗糙，卸料結束后布層上殘留的水泥較多；耐磨性差、易破損，國外已經很少采用。滌綸等化纖織物制成的流態(tài)化元件韌性和抗拉強度高、表面光滑，且不易受潮，使用壽命長，是一種比較理想的流態(tài)化元件。 因此可采用有滌綸帆布編織而成的軟質流態(tài)化元件。 4.3.3流態(tài)化元件壓緊方式的確定 氣卸粉罐車的軟質流態(tài)化元件多采用壓板直接壓緊的方式：即使用螺栓穿過壓板及軟質流態(tài)化元件壓緊在多孔板上。 4.3.4多孔板的設計 多孔板的作用是支承流態(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一般取粉料靜態(tài)安息角的三分之一，常取10°～15°，此角度越大，卸料速度越快，但角度過大，容器的空間利用率越小。根據經驗，選擇該角度為10°。多孔板常采用4mm厚的鋼板制造，上面均勻分布直徑為20～30mm的孔，孔距大小與孔數多少以有利于均勻布氣、支承強度和節(jié)約鉆孔工時來確定。多孔板沿罐體全長布置,圖4-3為多孔板結構示意圖。 （孔的直徑為20mm，孔距為50mm） 圖4-3 多孔板結構示意圖 4.4 罐體內部結構的設計 4.4.1氣室結構的設計 采用兩個氣室的結構，即中央氣室和兩側的氣室。中央氣室位于罐體的中間部位（出灰口設置于中央氣室處），設置單獨管道對中央氣室供給壓縮空氣，該結構兩側氣室相通，結構對稱公用同一管道輸送壓縮空氣。 4.4.2中央氣室長度的設計 中央氣室的長短影響?；衣屎凸摅w的有效容積。增加中央氣室的長度，?；衣蕰鄳脑黾樱摅w有效容積增加，減小中央氣室的長度剩灰率降低，罐體有效容積減小，整個罐體質心增高，依據實踐經驗確定該散裝水泥車罐體的中央氣室的長度為460mm。 4.4.3氣化板寬度的設計 氣化板的寬度影響罐體的剩灰率和有效容積，增加氣化板寬度，?；衣试龃螅摅w有效容積增大，減小氣化板寬度，剩灰率減小。整個罐體質心增高，國內生產的散裝水泥車氣化板寬度一般在500～600mm 之間，這里取氣化板寬度為600mm。 4.4.4流板傾斜角度及氣化層傾斜角度的設計 罐體內大部分水泥是在重力作用下通過流板集中于透氣層上，然后由透氣層輸送到出料口，一般硅酸水泥的的靜止休止角為40°～45°。流化板的的傾角必須大于水泥的休止角，一般取45°。氣化層上的水泥經壓縮空氣流態(tài)化后，流動性增加，增加氣化層的傾斜角，則水泥的輸送角增大，剩灰率減小，但罐體無效容積增大，罐體質心高。反之如果減小氣化層的角度，則水泥輸送速度減小，罐體有效容積增加。國內生產的散裝水泥車氣化層的傾斜角度為6°～10°，這里取10°。 4.5 流板結構尺寸的設計 在罐體的圓柱體、斜錐體等部分上，每一處的橫截面均為圓形（圖4-4）。截面內流板尺寸按以下公式計算。 圖4-4 罐體截面幾何圖 (4-1） (4-2） (4-3） (4-4） (4-5） (4-6） (4-7） 4.5.1中央氣室部分流板尺寸計算 由m m m 取m 將數值代入公式（4-1）～（4-7） 可得： m；；m；； ； m 4.5.2OO截面至AA截面處流板尺寸計算 在OO截面和AA 截面間選取若干截面計算出各截面處流板折邊的高度b和流板的長度e，結合圖4-5進行計算，計算出的相關尺寸見表4-1。 圖4-5 OO截面至AA截面幾何圖 表4-1 OO截面至 AA流板尺寸 （單位：m） 0 0.1176 0.046 70.270 0.8886 62.2560 64.7320 53.4730 0..9745 0.6 0.1529 0.046 69.470 0.8554 63.340 65.5310 51.130 0.9821 0.8 0.1882 0.046 68.600 0.8221 64.720 66.40 48.880 0.9868 1 0.2234 0.046 67.680 0.790 65.8870 67.3250 46.7880 0.9892 4.5.3AA截面至BB截面處流板尺寸計算 該段為斜錐體部分，由于斜錐體的水平傾角與氣化板的傾角相等。 則 A點即x=1時的點m y-y截面處截面圓的半徑 AA 截面至BB截面處流板尺寸見表4-2。 表4-2 AA截面至BB截面流板尺寸 （單位：m） 2 0.9118 0.051 64.790 0.7046 63.150 70.210 46.640 0.8646 3 0.8237 0.057 61.090 0.6221 59.660 73.910 46.420 0.7399 4 0.1882 0.046 68.600 0.8221 55.20 78.80 46.030 0.6157 根據以上數據可以畫出流板的零件圖和展開圖。 4.5.4封頭部分流板尺寸設計 封頭部分流板折邊底線的形狀以及流板斜邊邊緣的形狀都為不規(guī)則曲線，難以計算。比較簡單可行的辦法是在試制過程中根據所采用的封頭確定其流板各部的尺寸，然后制作成樣板進行加工。 4.6 罐體厚度的確定 4.6.1罐體的最小厚度 對于薄壁容器，為了滿足制造工藝要求以及運輸和安裝過程中的剛度要求，根據工程實踐經驗，規(guī)定了不包括腐蝕余量的圓筒最小厚度。對于普通碳素鋼，當內徑 3800mm時，其最小厚度由以下經驗公式確定： （4-8） 即有 mm 4.6.2厚度附加量 罐體的厚度附加量C包括鋼板或者鋼管的厚度負偏差和腐蝕余量。即 （4-9） 當不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，可取=0。查有關手冊可知，對于普通碳素鋼，當鋼板厚度在3.8～4.0mm時，負偏差=0.3mm。 腐蝕余量應根據截止的腐蝕性和容器的使用壽命而定。我國《鋼制壓力容器》規(guī)定：對于碳素鋼，取1mm。考慮到散裝水泥罐裝的是干水泥，腐蝕性較小，取=1.7mm。則有： C=C1 ＋C2 =0.3+1.7=2.0mm 因此筒體部分鋼板的厚度可選定為： +C=3.6+2.4=6.0mm 參考其他橢圓封頭式罐體，封頭部分的鋼板厚度比筒體部分大1mm，即封頭部分采用7mm普通碳素鋼板。 綜上所述，罐體選材確定為：筒體部分采用6mm碳素鋼板，封頭部分采用7mm碳素鋼板。 4.7 封頭設計 封頭包括半球形、碟形、橢圓形和無拆邊球面形等凸形封頭，以及錐形封頭和平蓋等。 橢圓形封頭的受力情況好，質量小，國家已經有標準的封頭系列，應用最廣泛。 橢圓形封頭是由半個橢球及高度為的直邊部分組成。圖4-6為橢圓封頭各參數示意圖。 圖4-6 橢圓封頭參數關系示意圖 查閱中華人民共和國行業(yè)標準GB/T8844-1990異形筒體和封頭的規(guī)定，可知對于橢圓封頭有，即H=370mm 同樣可以查得與有以下關系，如表4-3所列。 表4-3 Di與h關系列表 (mm） 400 450-900 900-1500 1500 (mm） 40 60 80 120 =1480mm，處于900～1500mm區(qū)間內，所以取h=80mm。 4.8 流態(tài)化主要參數的設計 1.流態(tài)化床氣流速度 (m/s）　　　　　　　　　 (4-8） 式中 ——水泥顆粒直徑， ——顆粒真密度，水泥為3200kg/； ——氣體密度，空氣取為2.75kg/； ——氣體的動力粘度，一般取為0.0218Pas； 那么水泥的臨界流態(tài)化氣流速度為： ＝m/s 2.流態(tài)化床面積A 流態(tài)化床面積的大小與流態(tài)化床結構形式、罐體形式和尺寸、所裝粉料的性質有關，其中起主要作用的是粉料的臨界流態(tài)化速度。故流態(tài)化床的面積應滿足以下要求： (4-9） 式中 Q——氣體的流量； ——粉料臨界流態(tài)化速度。 m2 很顯然，流態(tài)化床的面積滿足要求。 3.罐體最大空床截面積 對于水泥，=1.85Q 式中 Q——空氣流量 (m3/min） Amax =1.85Q=1.85×7.5=13.875㎡ 4.氣流速度 粉料帶出氣流速度即粉料開始形成稀相流態(tài)化床時的氣流速度(大于）。若氣流速度達到此值，床層的穩(wěn)定操作行為將急劇偏離理想行為，導致操作失常?？砂聪率接嬎悖? (m/s） (4-10） 式中 g——重力加速度，g=9.81m/。 水泥的帶出氣流速度為： 5.最小空床截面積 最小空床截面積出現在罐體頂部的某一位置，即流態(tài)化床頂。在床頂的氣流速度不能超過，否則會導致稀相床出現。最小空床截面積可以用下式計算： ==0.216m2 即最小空床截面積為： =0.216m2 4.9 罐體容積近似計算 罐體由圓柱體,斜錐體及橢圓封頭等部分組成,由于罐體的基本結構尺寸，罐體各部分的長度，直徑流板尺寸對水平面傾角，氣化板對水平面傾角，中央氣室長度氣室寬度k等以確定?，F由這些參數計算罐體的有效容積。罐體縱向每處橫截面的形狀均為圓形。 1.近似計算的理論依據 辛卜生（simpson）公式是近似計算罐體有效容積的理論依據公式如下： 積分 將積分區(qū)間n 等分 令 則 (4-11） 給定誤差范圍D先把積分區(qū)間2等分這時辛卜生公式如下： (4-12） 再將積分區(qū)間4等分即這時辛卜生公式表示為： (4-13） 將公式計算的數值相對比，如果其差值小于給定誤差D則公式 （4-11）計算的積分值即可作為積分的值。如果大于給定誤差D，就需要對積分區(qū)間繼續(xù)等分，直至求出的數值和上一次求出的數值的差值小于給定誤差D為止。 這里給定誤差D=0.01m3 通過實例發(fā)現分段計算罐體的有效容積時公式(4-12）所計算結果，其誤差小于 給定誤差D=0.01滿足罐體設計要求，因此可利用 (4-14） 式中 、、——各截面的有效面積 罐體各段的有效容積之和即為罐體的有效容積。 2.求部分斜錐體體積 求部分錐體的體積，利用圖4-4求解。 可得：m2 m2 m2 m3 3.中央氣室部分體積 求中央氣室部分體積，利用如圖4-4求解 可得：m2 m3 4.OO-AA之間體積的計算 求OO-AA之間體積，利用如圖4-4求解 可得：V3 =(S00 +4SXX +SAA ）=2.8177m3 5.部分封頭體積 m3 6.罐體有效體積計算 m3 由于水泥密度為1.2—1.5 t/m3 13t 則罐體的載重量為13t 7.擴大容積 由于粉料的內摩擦力，進料口的數目、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，裝料時也需要流出這部分空間。在上部流出的空間稱為擴大容積，按下式確定： (m3） 式中 Ka——擴大容積系數，通常取為0.1～0.2。ka取0.1 Vb=Ka=0.1×13.6=1.36m3 8.氣室容積 通過計算可得氣室容積m3。 4.10 罐體支撐座設計 罐體與汽車車架的聯接是通過罐體底部的支承座和固定裝置來完成的。支承座有整體式和分置式兩類，它們都是焊接在罐體的底部，與罐體成一體。通常在焊接處加有補強鋼板。由于雙錐內傾罐體的形狀比較復雜，采用整體式支承座。 整體式支承座的縱梁和橫梁焊成一體，再與罐體焊在一起。支承座與汽車之間用固定裝置聯鎖。 4.10.1支承座的截面形狀及尺寸 散裝水泥運輸車罐體支承座的縱梁截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖所示的槽形結構，其截面形狀尺寸取決于其所承受的載荷的大小。橫梁截面多為L形。圖4-7為支承座的縱梁截面形狀（按經驗公式設計）。 圖4-7 支承座的縱梁截面形狀圖 4.10.2支承座的前端形狀及安裝位置 為了避免由于支承座截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應力集中，支承座的前端形狀應采用逐步過渡的方式。可采用的前裝形狀有四種，U形、角形、L形以及簡易形(如圖4-8所示）。 圖4-8 支承座前端簡易形狀圖 因為加工U形、角形、L形前端工藝要求教高，加工困難，為了節(jié)約成本，可以選擇前端簡易形狀，此時斜面尺寸較大。 對于鋼質支承座：=5～7mm；=200～300mm 可以取 =7mm；=250mm。 4.10.3罐體支承座的固定 罐體支承座與主車架的連接通常通過連接支架和止推板配合使用的方式來實現。 1.止推連接板 圖4-10是止推連接板的結構。連接板上端通過焊接與支承座固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點在于可以承受較大的水平載荷，防止支承座與主車架縱梁產生相對水平位移。相鄰兩個止推連接板之間的距離在500～1000mm范圍內。 1-支承座縱梁；2-止推連接板；3-車架縱梁。 圖4-10 止推連接板的結構圖 2.連接支架 連接支架由相互獨立的上下托板組成，上下托板均通過螺栓分別與支承座和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上下托架相連接。 由于上下托架之間留有間隙，因此連接車架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應和止推連接板配合使用。圖4-11是連接支架的結構。 1-上托板；2-下托板；3-螺栓。 圖4-11 連接支架結構圖 4.11 本章小結 本章對罐體總成進行了詳細的介紹，包括其材料的選擇，罐體的尺寸的確定，對罐體內部結構如流化板、多孔板、流化元件進行了設計，確定了他們的連接方式，對罐體容積進行了近似計算。對罐體支承座進行了設計，確定了罐體支承座與罐體，半掛車的連接固定方式。 第5章 氣卸及輸料裝置的設計 一般對氣力輸送系統的基本要求是：壓縮空氣具有一定的壓力、流量和調節(jié)二相流濃度的功能；壓縮空氣不含水、油以及其他的雜質；結構緊湊，工作可靠、操作方便、壓力損失小。 氣卸裝置包括供氣設備(空氣壓縮機）、供料裝置、輸料管等組成。 5.1 空壓機選擇 系統需要的輸送空氣量Q用下式確定： (m3/min） （5-1） 式中 ——輸送系統的漏氣系數，1.1～1.2，取1.15； ——卸料速度，1.2kg/min； ——固氣二相流濃度，取70； ——空氣密度，2.75kg/m3。 ( m3/min） 固選擇Q =7.5 m3/min規(guī)格的空壓機，型號為WBK-7.5/2型。WBK系列無油擺桿式空氣壓縮機屬容積式中回轉類的一種，它通過曲柄搖桿機構使轉子做90度往復擺動，周期性改變氣缸內工作容積。從而實現連續(xù)吸氣，壓縮與排氣。 　　該機具有結構獨特、性能可靠、具有體積小、重量輕、耗能低、震動小、排氣量大、維修方便等特點，并具有其它空壓機無可相比的優(yōu)點，既氣缸內不需加油潤滑、壓縮空氣純潔無油。具體參數如下： 空壓機尺寸：670mm472mm450mm； 排氣公稱壓力：0.2Mpa； 軸功率：28kw； 排氣量：7.5m3/min。 5.2 輸料管設計 5.2.1輸料管內徑和氣流速度的確定 我國氣卸散裝粉料罐式汽車的輸料管直徑一般都采用100mm，實踐證明是可行的。 粉料必須有足夠的能量來克服各種阻力，始終維持其懸浮狀態(tài)到達輸料管出口。這個能量由罐內壓力和氣流速度來提供。輸料管入口處的固氣二相流速度用下式確定。 （5-2） 式中 ——在入口處壓力下空氣流量，約等于空壓機的額定流量； ——粉料的密度，kg/m3； d——粉料管的內徑，100mm； =16.7m/s 5.2.2輸送系統的壓力損失 固氣二相流在管道中經過直管、彎管以及閥門等到達出口時有壓力損失。它包括動態(tài)損失和靜態(tài)損失兩部分。即： （5-3） 式中 ——輸料系統全部壓力損失； ——動壓損失；。 ——靜壓損失 動壓損失用下式計算： （5-4） 式中 ——空氣密度，2.75 kg/m3； ——氣體速度，16.7m/s； ——混合比，取=70。 ——粉料速度平方與氣流速度平方之比，取=0.65～0.85，值大時取小值。這里取=0.70。 Hd=19.17KPa 靜壓損失包括固氣二相流與直管壁的摩擦壓力損失，垂直升高壓力損失及局部阻力壓力損失，即： （5-5） 直管中摩擦壓力損失用下式計算： （5-6） 式中 ——摩擦阻力系數，查有關手冊，當管道直徑mm時，取，也可用下式計算： λ=1.0(0.0125+0.0011/0.1）=0.0235 式中 ——管道內壁系數，無縫鋼管為1.0； ——直管長度，5m； ——氣體速度修正系數，查表得C=0.5。 Hλ =16.23KPa 垂直升高的壓力損失用下式計算： 式中 ——垂直升高的高度； Hh=28.18KPa 各種局部阻力的壓力損失用下式計算： （5-7） 卸料閥的局部阻力系數為4～8，取6；單向閥的局部阻力系數為1.0～2.5，取局部阻力系數為2，則有： Hζ =110.4KPa 于是有 KPa 5.2.3流態(tài)化元件壓力損失的計算 流態(tài)化元件的壓力降取決于流態(tài)化元件材料的種類和特性，由實際測量得到?？紤]到使用一段時間后透氣性有所下降，阻力略有增加，選取值時應略高于實測值。對于紡織品制作的流態(tài)化元件可取9.8KPa。于是總的壓力損失為： 183.78Kpa 可依據此選擇空氣壓縮機的排氣壓力為0.2Mpa。 5.3 進料裝置設計 進料裝置由進料口蓋、密封圈、鎖緊裝置和進料口等組成。 粉罐車上的裝料口有兩個作用：一是裝粉料入罐；二是維修時作為人孔。裝料口的直徑大都在400～500mm之間。為了提高進料速度和便于人進入其中維修，可將裝料口選得大些，固取500mm。圖5-1為裝料口示意圖。 1-手輪；2-絲桿；3、7-銷；4-裝料口蓋；5-密封圈；6-壓桿；8-罐體；9-裝料口 圖5-1 裝料口示意圖 裝料口蓋通過銷與壓桿連在一起，松開手輪即可打開裝料口蓋；蓋上裝料口蓋，把手輪及絲杠扳至壓桿左邊的開口處，旋緊手輪，通過壓桿和銷將裝料口蓋及密封圈壓緊在裝料口座上，裝料口被密封。這種裝料口結構簡單，維修方便，使用壽命長。 5.4 出料裝置、卸料軟管及卸壓裝置的確定 5.4.1出料裝置 出料裝置有上吸式和下排式兩種形式，它們各自的特點如下： （1）下排式出料裝置具有結構簡單，維修方便，節(jié)約罐體有效容積等優(yōu)點。但易產生堵塞。它的基本結構特點是：出料口開設在罐體下部中央的多孔板和罐體殼上，與出料管的一端焊接。 （2）上吸式出料裝置具有卸料平順，吸嘴高度可以調節(jié)，不易產生堵塞等優(yōu)點，目前應用較廣。 本設計選擇上吸式出料裝置。 5.4.2卸料軟管 卸料軟管一般是鋼絲骨架或多層夾布的耐油膠管，其兩端用卡箍與快速接頭相緊密地連接箍緊。O型橡膠密封圈置于快速接頭的圓槽中。使用時，先抬起快速接頭上的勾柄，帶動勾架前移，使兩勾鉤住快速接頭的凸端，然后用力下壓勾柄，凸凹兩端就緊密連成一體。 5.4.3卸壓裝置 卸壓裝置的用途是：裝料前或卸料后，打開卸壓球閥排放罐內剩余的壓力空氣；若卸料過程中出現故障，應用卸壓裝置排氣卸壓后再進行修理。 卸壓管的一端裝有多孔圓管，其上套有濾芯，用卡箍箍緊，伸于罐體內部的上方；卸壓管另一端伸于罐體外部，裝有球閥。卸壓時罐內的氣體通過濾芯經卸壓管、球閥排出，而粉料被過濾不能排出，以免污染空氣。圖5-2所示為卸壓裝置。 1-濾芯；2-卡箍；3-卸壓管；4-卸壓球閥 圖5-2 卸壓裝置示意圖 5.5 氣壓控制系統的設計 氣卸散裝水泥車的液壓系統的作用是對卸料過程進行控制，以實現卸料的平順性、可靠性、安全性。 裝料時，關閉放氣閥、卸料閥和多路閥，開啟排氣口，打開裝料口即可裝料入罐； 卸料時，關閉裝料口及排氣口、打開多路閥、操縱動力輸出裝置來驅動空氣壓縮機，向罐內充氣加壓。當罐內氣壓達到輸送散裝水泥粉料所需要的壓力(196Kpa）時，打開卸料閥進行卸料； 卸料結束后，關閉卸料閥，打開放氣閥，放出罐內剩余的壓縮空氣。 單向閥的作用是防止在卸料過程中，空壓機發(fā)生故障時，流態(tài)化粉料倒流入空壓機內；安全閥的作用是防止空壓機的排氣壓力乃至罐體內的充氣壓力；多路閥的作用是控制系統同時或單獨向兩氣室充氣。圖5-3為氣壓控制系統工作示意圖。 1-空氣壓縮機；2-放氣閥；3-氣壓表；4-安全閥；5-多路閥；6、7-單向閥；8-卸料閥 圖5-3 氣壓控制系統工作示意圖 5.6 本章小結 本章完成了對空氣壓縮機的選擇，確定了輸料管的內徑和氣流速度，計算了輸料系統、流態(tài)元件的壓力損失。最后對出料、卸料裝置以及氣壓控制系統進行了設計。 第6章 整車性能參數的設計 專用汽車性能參數計算是總體設計的重要內容之一，其目的是檢驗整車參數選擇是否合理，使用性能參數能否滿足要求。這里重點介紹整車的動力性、經濟性和穩(wěn)定性等主要性能的計算。 6.1 動力性計算 6.1.1發(fā)動機的外特性 發(fā)動機的外特性是指發(fā)動機油門全開時的速度特性，是汽車動力性計算的主要依據。外特性一般有三種獲得方法，即由發(fā)動機廠家或汽車底盤制造廠家提供，直接由發(fā)動機臺架試驗測出或由經驗公式擬合。 由于廠家未能提供外特性的相關參數沒，這里采用經驗公式計算的方法。 工程實踐表明，可用二次三項式來描述汽車發(fā)動機的外特性，即 (6-1） 式中 ——發(fā)動機輸出轉矩(N﹒m）； ——發(fā)動機輸出轉速(r/min）； a、b、c——待定系數。 從發(fā)動機銘牌上知道該發(fā)動機的最大輸出功率（這里為162Kw）及相應轉速和該發(fā)動機的最大轉矩及相應轉速，可用下列經驗公式來描述發(fā)動機的外特性： (6-2） 式中 ——發(fā)動機最大輸出轉矩，為770N﹒m； ——發(fā)動機最大輸出轉矩時的轉速，為1400r/min； ——發(fā)動機最大輸出功率時的轉速2300r/min； ——發(fā)動機最大輸出功率時的轉矩。 。 以上兩式聯立可得： (6-3） 代入數據可以算得 a=1.2025× b= =0.3367 c=770=534.31 則發(fā)動機的外特性可表示為： =1.2025×+0.3367+534.31 6.1.2汽車的行駛方程式 汽車的動力性可由汽車的行駛方程式表示，其計算公式為： (6-4） 式中 ——驅動力(N）； ——滾動阻力(N）； ——空氣阻力(N）； ——坡道阻力(N）； ——加速阻力(N）。 （1）驅動力 專用汽車在地面行駛時受到發(fā)動機的限制所能產生的驅動力與發(fā)動機輸出轉矩的關系為： (6-5） 式中 ——變速器某一檔得傳動比如表6-1所列。 表6-1 變速器各檔傳動比 檔位 1 2 3 4 5 6 R 7.64 4.714 2.932 1.895 1.337 1 7.017 87% 87% 87% 87% 87% 89% 89% ——主減速器速比，為4.875； ——傳動系統某一檔的機械效率； ——發(fā)動機外特性修正系數，國內標準取為0.85～0.91，取為0.88； ——驅動輪的動力半徑，約等于自由半徑，可取為0.520。 （2）滾動阻力 Ff 專用汽車的滾動阻力由下式計算： (6-6） 式中 ——專用汽車的總質量，滿載時為27450kg； ——道路坡度角（°）； ——滾動阻力系數。 滾動阻力系數取決于輪胎的結構型式及氣壓、路面條件等因數。 (1） 當車速在50km/h以下時，可取為常數。下表為部分路面條件下的測量結果。 (2） 當車速大于50km/h時，可表達成車速的線性函數，有： 式中 v——專用汽車的行駛速度(km/h）； ——滾動阻力系數中的常數項； k——比例系數。 對于10.00R20型輪胎，查表得 =0.011 k=0.00022 此時滾動阻力系數可以表示為： 則滾動阻力為： =9.81(）27450 =(2044.89+40.898v） (6-7） 只要知道汽車的坡度角就能計算出滾動阻力。 表6-2為車速小于50km/h時，部分路面條件下的測量結果。 表6-2 各種路面條件下f的測量結果 路