粉粒物料运输半挂车改装设计

本科学生毕业设计

粉粒物料运输半挂车改装设计

系部名称：汽车工程系

专业班级：车辆工程B07-8班

学生姓名：

指导教师：

职称：教授

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Powder materials transport semi-trailer design modifications

Candidate：

pecialty：Vehicle Engineering

Class：B07-8

Supervisor：

Heilongjiang Institute of Technology

2011-06·HarBin

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。

本课题以气卸散装粉煤灰车为具体研究对象，文中介绍了气卸散装粉煤灰车的发展现状，确定了承载粉煤灰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；二类底盘；粉煤灰；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 Words：Silt material；the second unperpan；Flyash

；Gas Disposal Plant；Design Modifications

目 录

摘 要 .............................................................. I Abstract ............................................................. II 第1章 绪 论 (1)

1.1研究现状 ........................................................ 1 1.2选题目的 ........................................................ 3 1.3意义 ............................................................ 3 1.4主要内容和技术路线 . (3)

第2章 总体方案的选择 (5)

2.1 牵引车的的选择 .................................................. 5 2.2 罐体型式的选择 .................................................. 5 2.3 空气压缩机的选择 ................................................ 6 2.4 卸料装置的选择 .. (6)

2.4.1 卸料方式分类 .............................................. 6 2.4.2 出料装置方案的选择 ........................................ 6 2.5 本章小结 .. (6)

第3章 半挂车的选型及总布置 (7)

3.1 半挂车的选型 .................................................... 7 3.2总体布置的原则 .................................................. 9 3.3整车参数的确定 . (10)

3.3.1 装载质量

e

m 和总质量

a

m 的确定 .............. 错误！未定义书签。

3.3.2 尺寸参数的确定 ........................................... 10 3.4 本章小结 . (11)

第4章 罐体的总体结构和设计 (12)

4.1 罐体总成结构及工作原理 ......................................... 12 4.2 罐体容积计算 ................................... 错误！未定义书签。

4.2.1 总容积V .................................. 错误！未定义书签。

4.2.2 有效装载容积计算 ......................... 错误！未定义书签。

4.2.3 扩大容积计算 ............................. 错误！未定义书签。

4.2.4 装载容积计算 ............................. 错误！未定义书签。

4.2.5 气室容积计算 ............................. 错误！未定义书签。

4.3 流态化装置的设计............................... 错误！未定义书签。

4.3.1 流态化装置的类型和结构 ................... 错误！未定义书签。

4.3.2 多孔板的设计 ............................. 错误！未定义书签。

4.3.3 流态化元件选择 ........................... 错误！未定义书签。

4.4 流态化床主要参数计算........................... 错误！未定义书签。

4.5 进料装置设计 (18)

4.6 出料装置、卸料软管及卸压装置的布置 (18)

4.6.1 出料装置 (18)

4.6.2 卸料软管 (18)

4.6.3 卸压装置 (18)

4.7 罐体内部结构的设计 (19)

4.7.1 气室结构的设计 (19)

4.7.2 中央气室长度的设计 (19)

4.7.3 气化板宽度的设计 (19)

4.7.4 流态化板倾斜角度及气化层倾斜角度的设计 (19)

4.8 罐体的材料选择 (20)

4.9 罐体厚度的计算 (20)

4.9.1 罐体的最小厚度 (20)

4.9.2 厚度附加量 (20)

4.10 封头设计 (21)

4.11 罐体支承座设计 (22)

4.11.1 支承座的截面形状及尺寸 (22)

4.11.2 支承座的前端形状及安装位置 (22)

4.11.3 罐体支承座的固定 (22)

4.12 本章小结...................................... 错误！未定义书签。第5章气卸及输料装置的设计 (24)

5.1 空压机选择 (24)

5.2 输料管设计 (24)

5.2.1 输料管内径和气流速度的确定 (24)

5.2.2输送系统的压力损失 (25)

5.3 气压控制系统的设计 (27)

5.4 本章小结 (28)

第6章整车主要性能参数的计算 (29)

6.1 动力性计算 (29)

6.1.1 发动机的外特性 (29)

6.1.2 计算各档位是的系数A、B、C

1、C

2

和D值 (29)

6.1.3 动力性评价指标的计算 (29)

6.2 燃油经济性计算 (32)

6.3 静态稳定性计算 (33)

6.4 本章小结 (34)

结论 (35)

参考文献 (36)

致谢 (37)

附录 (38)

附录A 外文资料 (38)

附录B 外文资料中文翻译 (43)

黑龙江工程学院本科生毕业论文

第1章绪论

1.1研究现状

专用汽车是指装置有专用设备、具有专用功能、用于承担专门运输任务或专项作业以及其他专门用途的汽车。专用汽车是相对于普通汽车而言的。普通汽车的用途比较广泛，成为基本车型，而专用汽车只要是在基本车型的基础上装设专用车身或用来完成某种货物装运的容器以及完成某种作业项目的装备的汽车。

按照GB/T 17350—2009《专用汽车和专用挂车术语、代号和编制方法》的规定，将我国的专用汽车划分为厢式汽车、罐式汽车、专用自卸汽车、起重举升汽车、仓栅式汽车和特种结构汽车六大类。

美国和西欧是最早发展专用汽车产品的国家，在日本和前苏联等国家第二次世界大战后也得到了发展。20世纪70年代末，汽车工业遇到了世界范围的萧条和滞销，发展专用汽车成了当时各个国家摆脱危机的救命稻草，于是专用汽车就在世界范围内发展了起来。进入二十一世纪后随着世界各个国家的国民经济的增长，对汽车的专业化、高速化、重型化的要求越来越明显，世界各国对专用汽车的需求逐年增加。专用汽车占载货汽车市场的半壁江山。

国外专用汽车的发展趋势为，（1）专用汽车重型化趋势：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喝重型车功率大、强度高，有中小型专用车无法替代的有点。（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原件的研究，使卸料速度达到1.5~1.8t/min。（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，使专用车功能油单一向多功能发展。（4）专用底盘专业化趋势：国外不少汽车厂专门从事专用汽车底盘的生产，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、新技术和微计算机的应用：近年来，国外专用汽车厂逐步重视新材料、新技术在专用汽车上的应用，如采用GRP替代金属材料制造冷藏车箱体，具有强度高、质量轻、寿命长等优点，应用广泛。

我国专用车起步于20世纪50年代末60年代初，早期主要侧重于应用。虽然应用较早单全面发展始于20世纪80年代，比发达国家晚了近30年。经过20余年的发展，我国专用汽车已经具有一定规模，特别是近年来，我国专用汽车发展迅速。专用

汽车呈现出向箱式化、重型化、智能化、高档化。多级化发展的趋势，其中表现比较明显的是：普通货物运输箱式化。专用汽车运输重型化、列车化，货物运输专业化；特种用途车辆发展迅速。

近几年我国专用汽车有如下特点。1、专用汽车生产企业逐年增加。2、专用汽车产量占当年载货汽车产量的比例逐年提高。3、改装厂改装的专用汽车与主机厂生产的专用汽车取得同步增长。4、主机厂在重视生产普通自卸车和半挂汽车、列车的同时，更加重视专用功能较强的专用汽车的开发和生产，并使其产量大幅度提高。

与外国同行相比，中国专用汽车还存在一些问题，主要表现为：（1）科技含量不高，产品附加值低：国产专用汽车主要分布在自卸车、牵引车、厢式车、罐式车、起重机等中、抵挡车领域，具有结构简单、功能单一、可靠性差、成本较高等缺点。（2）产品质量不高，可靠性差：我国专用汽车上装的关键件总体水平不太高，如液压件、泵类、阀类、控制仪表等现在还未达到较高的技术水平，制约了高水平专用车的开发生产。（3）专用汽车品种少，难以满足各种需要：目前，国内总质量30t、功率224kW以下自卸车、厢式车、罐式车、半挂牵引车等运输类专用汽车底基本可以满足市场供应，但是一些技术含量较高、结构复杂、批量较小的作业类专用汽车底盘，只有少量供应（4）专用汽车底盘资粮匮乏：专用底盘的匮乏是长期困扰我国专用汽车发展的主要问题。（5）产结构不合理：国内专用汽车生产存在散、乱、差等问题。机械化程度低，手工作坊式的生产厂多，产品治疗参差不齐，在生产工艺工装方面，缺少规模的技术制造，工人水平低，限制了产品的质量单词的提高，制约了专用汽车的发展。

我国专用汽车面临的有利条件：（1）我国国民经济的长期、快速、稳定发展为专用汽车的发展带来很大的机遇。（2）“十五”期间，国家加大了对基础设施建设的投入力度。（3）北京举办2008年奥运会，已经为建筑用车、市政用车、物流用车等专用汽车提供一个巨大的市场平台。（4）加入WTO后，我国关税和非关税措施逐步取消，将引起农业产品结构的很大变化，农产品将逐步由粮食作物生产向农作物向加工农副产品过渡。(5)我国城镇建设和城市生活服务设施需要大量专用汽车（6）能源、交通、国防、市政、医疗等各行业都在寻求新的发展和突破，其中按需装备先进的专业运输车辆和作业车辆时最为重要的物质手段（7）从2000年开始，我国公路基础设施建设投资每年在3000亿元以上（8）2004年国家《汽车产业发展政策》的颁布，为营造良好的专用汽车市场环境发挥了积极地作用，对汽车行业产生了巨大的影响。（9）从价格走向分析，入市以来，我国专用汽车市场逐渐走向了国际化。

1.2选题目的

1.节省劳动力，降低装卸费用。

2.节约包装费用及木材，对环境保护具有重要意义。

3.减少粉粒物料的损耗。

4.改善工人的劳动条件，提高工作效率。

5.训练学生的实际动手能力，学习能力，总结学生所学到的知识。

6.制造出满足客户需求的商品

1.3意义

粉粒物料作为重要的生产资料和生活资料，其运输总量不断扩大，运输方式也随着用户对车辆运输效率和低成本经营等要求的提高而面着大型化、散装化、高效化方向发展。设计制造出更加先进适用的产品，已经成为现在各大用户的心愿。设计此产品正式满足广大用户和社会的需求。

经济意义：提高运输效率、降低运输成本，为更多的人带来实在的经济利益。社会意义：使我国的专用汽车在国际市场更有竞争力，让我国的专用汽车科技含量更高、质量更加的过关，推动我工业的发展，让我国的专用汽车国际化。

1.4本课题研究的主要内容与技术路线

设计主要内容及分析、校核：

1.进行半挂车底盘的选择；

2.根据设计总成进行汽车动力性、经济性、稳定性校核，实现整车的优化匹配；

3.进行罐体结构、流化床、硫化和送料动力系统、送料系统、罐体与底盘连接结

构等的设计与校核；

4.绘制设计车辆的总图和上述部分的结构装配图、零件图。

本课题研究的主要技术路线如图1.4所示。

任务下达

分析

资料收集调研

方案设计

总图草图设计

部件图零件图设计

总图修订

校核

整理出图

编写设计说明书

图1.4 技术路线图

第2章总体方案的选择

2.1 牵引车的的选择

由于本课题所设计的是半挂车质量3980Kg的粉罐车，这里选用9320TP型平板半挂车，东风天龙重卡340马力6x4牵引车（DFL4251A10）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柴油机获得。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章半挂车的选型及总布置

3.1 半挂车的选型

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，本设计选用9320TP型平板半挂车。

平挂车的具体参数如表3.1所列。

表3.1牵引车具体参数列表

公告型号：DFL4251A10驱动形式：6X4发动机型号：东风天龙 dCi340-30轴距：3200+1300mm马力：340马力额定载重：0吨扭矩：1500N·m牵引总质量：40吨排量：11.12L排放标准：欧Ⅲ汽缸数：6变速箱档位数：9个最高车速：95KM/h产地：湖北

基本信息>>

公告型号：DFL4251A10 类型：牵引卡车

驱动形式：6X4 轴距：3200+1300mm

车身长度： 6.81米车身宽度： 2.5米

车身高度： 3.7米轮距：前轮距：2039后轮距：1860/1860mm

前悬： 1.5米后悬：0.81米整车重量：8.7吨额定载重：0吨

最大总质

量：

25吨最大载重：0吨

牵引总质

量：

40吨最高车速：95KM/h 最小转弯

直径：

0M 接近角：18度

离去角：32度产地：湖北

吨位级别：重卡备注：D310平头一排半平顶驾驶室,东风dCi290-30发动机,轴距4600+1350mm,前宽940mm

货箱参数>>

货箱(斗)长度：0米

货箱(斗)

宽度：

0米

货箱(斗)高度：0米

货箱(斗、

罐)体积：

0立方米

货箱(斗)

形式：

牵引

发动机>>

发动机型

号：

东风 dCi340-30 汽缸数： 6

燃油种类：柴油汽缸排列

形式：

直列

排量：11.12L 排放标准：欧Ⅲ

马力：340马力最大输出

功率：

250KW

扭矩：1500N·m 最大扭矩

转速：

1300

额定转速：1900RPM 发动机厂

商：

东风

系列：dCi 发动机形

式：

六缸、直列、四冲程、四

气门、共轨直喷、增压中

冷

全负荷最

低燃油耗率：190g/kW.h

发动机净

重：

1000KG

发动机尺

寸：

1288x817x1121mm 压缩比：16.4：1 一米外噪

音：

dB 汽缸行程：156mm

汽缸缸径：123mm 每缸气门

数：

点火次序：1-5-3-6-2-4 进气形式：增压中冷

驾驶室参数>>

准乘人数：3人卧铺尺寸：0mm

座位排数：1排

半挂平板运输车技术参数

产品名称：9320TP型平板半挂车外型尺寸(m

m)：

13000,12500×2500×318 0,1560

底盘型号：货厢尺寸：××(mm) 总质量（kg）：32000(kg) 接近/离去

角：

-/15(°)

额定质量(k g)：25000(kg) 前悬后悬(m

m)：

-/2200,2000(mm)

整备质量(k

g)：

7000(kg) 最高车速：

轴数： 3 轴距：7120+1310+1310,6820+13

10+1310(mm)

前轮距：后轮距：1840/1840/1840(mm)

轮胎数：12 轮胎规格：11.00-20,11.00R20,10.0

0-20,10.00R20

燃料种类：弹簧片数：-/8/8/8,-/10/10/10

轴荷：-/21450(并装三轴) 驾驶室乘人数

整车备注：货台承载面离地高度为1140mm。该车只可运输不可拆解物体。

车宽超限

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

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：压缩空气具有一定的压力、流量和调节二相流浓度的功能；压缩空气不含水、油以及其他的杂质；结构紧凑，工作可靠、操作方便、压力损失小。

5.1 空压机和柴油机选择

系统需要的输送空气量Q 用下式确定：

g

v

Q Ka

ρ=μ (m 3/min) （5.1） 式中 Ka ——输送系统的漏气系数，1.1～1.2，取1.15；

v ——卸料速度，1.2310?kg/min ；

μ——固气二相流浓度，取70；

g ρ——空气密度，2.75kg/m 3。

3

1.2101.157.1670

2.75

Q ?=?=?( m 3/min)

固选择Q =7.5 m 3/min 规格的空压机，型号为WBK-7.5/2型。WBK 系列无油摆杆式空气压缩机属容积式中回转类的一种，它通过曲柄摇杆机构使转子做90度往复摆动，周期性改变气缸内工作容积。从而实现连续吸气，压缩与排气。

该机具有结构独特、性能可靠、具有体积小、重量轻、耗能低、震动小、排气量大、维修方便等特点，并具有其它空压机无可相比的优点，既气缸内不需加油润滑、压缩空气纯洁无油。具体参数如下：

空压机尺寸：670mm ?472mm ?450mm ； 排气公称压力：0.2Mpa ； 轴功率：28kw ； 排气量：7.5m 3/min 。

柴油机选择 侨丰牌/170发动机

5.2 输料管设计

5.2.1 输料管内径和气流速度的确定

我国气卸散装粉料罐式汽车的输料管直径一般都采用100mm ，实践证明是可行的。

粉料必须有足够的能量来克服各种阻力，始终维持其悬浮状态到达输料管出口。这个能量由罐内压力和气流速度来提供。输料管入口处的固气二相流速度用下式确定。

12

14()

60s Q v v d ρπ+=

（5.2）

式中 1Q ——在入口处压力下空气流量，约等于空压机的额定流量； s ρ——粉料的密度，33.210?kg/m 3；

d ——粉料管的内径，100mm ；

312

4(7.5 1.2103200)

60 3.14(0.1)v ?+?=??=16.7m/s ()t v > 5.2.2输送系统的压力损失

固气二相流在管道中经过直管、弯管以及阀门等到达出口时有压力损失。它包括动态损失和静态损失两部分。即：

1d j H H H =+ （5.3）

式中 1H ——输料系统全部压力损失； d H ——动压损失；。 j H ——静压损失

动压损失用下式计算：

22

2(1)2g g

s d g

v v H v ρμ=+ （5.4）

式中 g ρ——空气密度，2.75 kg/m 3； g v ——气体速度，16.7m/s ；