立式粉罐半掛車結(jié)構(gòu)及應(yīng)用探析

摘要：根據(jù)多年的粉罐車設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，概括了現(xiàn)有立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車的結(jié)構(gòu)，并總結(jié)了該車輛的用途及未來發(fā)展方向。旨在幫助各有關(guān)行業(yè)工作者對(duì)該車型深入了解、探索，希望該類車型在國(guó)內(nèi)能有更廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：立式粉罐半掛車;結(jié)構(gòu);應(yīng)用探析

中圖分類號(hào)：U469.53

收稿日期：2021-01-05

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.03.008

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)散裝運(yùn)輸行業(yè)也在快速發(fā)展。我國(guó)于20世紀(jì)60年代中期開始推廣水泥散裝運(yùn)輸，由此粉粒物料運(yùn)輸車逐漸發(fā)展起來。

散裝運(yùn)輸是指貨物不經(jīng)包裝，基本上以自然形態(tài)裝載上車、船進(jìn)行運(yùn)送的運(yùn)輸方法，適用于大宗的塊狀（礦石）、粒狀、粉狀以及液態(tài)貨物的運(yùn)輸。通常采用的散裝運(yùn)輸工具有：糧食散裝車、水泥散裝車、罐車、散裝船、氣動(dòng)輸送系統(tǒng)、管道、散貨集裝箱等進(jìn)行裝運(yùn)。實(shí)現(xiàn)散裝運(yùn)輸需要生產(chǎn)、裝載、運(yùn)輸、卸載、儲(chǔ)存、使用等主要環(huán)節(jié)設(shè)備。

散裝運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是：a.由于采用了機(jī)械化裝御技術(shù)，減輕了搬運(yùn)過程的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率;b.節(jié)約包裝材料，降低物流成本;c.途中損耗少，有利于提高運(yùn)輸工作質(zhì)量等。由于散裝運(yùn)輸?shù)倪@些優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)散裝運(yùn)輸行業(yè)中粉粒物料通常采用粉粒物料運(yùn)輸半掛車進(jìn)行運(yùn)輸，且已成為運(yùn)輸主流。

立式粉罐運(yùn)輸半掛車作為粉罐運(yùn)輸半掛車中的一種主要結(jié)構(gòu)，由于在面粉、PA66、尿素顆粒、鈣粉等行業(yè)中運(yùn)輸?shù)墓?jié)能、節(jié)原、降成本等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。由于立式粉罐運(yùn)輸半掛車的發(fā)展?jié)摿?，本文?duì)立式粉罐運(yùn)輸半掛車的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進(jìn)行探討，旨在推進(jìn)國(guó)內(nèi)外散裝運(yùn)輸市場(chǎng)。

1粉粒物料運(yùn)輸半掛車的定義和分類

粉粒物料運(yùn)輸半掛車的定義是：裝運(yùn)介質(zhì)為粉粒物料，一般由罐體、安全附件、管道、動(dòng)力系統(tǒng)（選裝）、行走機(jī)構(gòu)組成，可實(shí)現(xiàn)正壓氣力輸送的半掛車。其按罐體結(jié)構(gòu)及御料方式可分為臥式、立式及舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車，分別適應(yīng)不同的粉粒物料在不同工況條件下的運(yùn)輸。該類車型一般配備有專用裝置，通過充入壓縮空氣使罐體內(nèi)的粉粒物料流態(tài)化，再經(jīng)管道輸送至一定距離和高度后到達(dá)指定的容器或場(chǎng)地內(nèi)。

其中，臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車簡(jiǎn)稱臥式粉罐，罐體底部設(shè)有流化床，流化床平面與水平面的夾角介于粉粒物料的安息角和臨界流化角度之間，是依靠流態(tài)化向卸料口流動(dòng)（懸浮型）卸料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。臥式粉罐適用于常見松散粉粒物料中容易實(shí)現(xiàn)流態(tài)化的物料（一般含水量不大于6%，粒徑小于0.147mm的粉末）的散裝運(yùn)輸。

立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車簡(jiǎn)稱立式粉罐，罐體下部為錐體，錐體與水平面的最小夾角大于粉粒物料的安息角、內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，是依靠重力向御料口流動(dòng)（重力型）卸料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。立式粉罐適用于常見松散的粉粒物料。

舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車簡(jiǎn)稱舉升罐，罐體可舉升，卸料時(shí)罐體的舉升角度大于粉粒物料的安息角、內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，是依靠重力向卸料口流動(dòng)（重力型）卸料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。舉升罐適用于常見的松散粉粒物料。

2立式粉罐的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

本文主要分析和探討的是立式粉罐。立式粉罐罐體部分是由水平柱狀筒體與多個(gè)豎直錐倉(cāng)相貫組合而成，結(jié)構(gòu)和加工工藝較臥式粉罐車復(fù)雜。

由于它的罐體是由多個(gè)豎直錐倉(cāng)相貫組合而成，更容易通過控制錐倉(cāng)的傾角來調(diào)整自身的流化床角度，一般流化床角度可控制在30°～60°之間，而臥式粉罐的流化床角度僅為20°左右。因此，很多臥式粉罐不能運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)，立式粉罐可輕松應(yīng)對(duì)。

此外，一些特殊的物料（如無黏性、弱吸附性或者顆粒狀等物料），比如大豆、小麥、玉米粒、PA66等，在使用立式罐車裝載運(yùn)輸卸料時(shí)，并不需要將運(yùn)載物料流化，只需在具備一定角度的流化床上，僅靠重力及壓力管道作用便可將運(yùn)載物料輸送至指定場(chǎng)地內(nèi)，這樣所裝載的物料便不會(huì)有物理?yè)p傷，這也是臥式粉罐做不到的。

立式粉罐的主要結(jié)構(gòu)包括：罐體、車架、行走機(jī)構(gòu)、進(jìn)氣管道、出料管道、流化系統(tǒng)及安全附件，其中安全附件包含有罐頂走道及扶手、爬梯、人孔、支撐、側(cè)防護(hù)、后防護(hù)、燈具等（圖1）。

3立式粉罐各結(jié)構(gòu)分析

3.1罐體結(jié)構(gòu)

立式粉罐的罐體多為直筒加圓錐相貫而成（圖2），前后使用封頭使之閉合形成密閉空間，拼接處需加工處大

R弧過渡，避免夾角、死角出現(xiàn)。

封頭選型需根據(jù)罐車的工作壓力及工況，多采用標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭和標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭;錐體與封頭間連接、錐體與直筒間連接需大R弧過渡;錐體與錐體間一般設(shè)置有隔艙板，以提高罐體整體的強(qiáng)度和剛度;針對(duì)不同的運(yùn)載物料，錐體角度的調(diào)節(jié)范圍在30°～60°。立式罐車的罐體材質(zhì)選擇并不局限，目前我國(guó)碳鋼、不銹鋼、鋁合金都有相應(yīng)的材料適用立式罐體的加工，比如Q345B、SUS304、5083等強(qiáng)度適中且易成型的板材。

文中介紹的只是一種較為普遍的立式罐罐體結(jié)構(gòu)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)輸條件、工況等具體情況來處理每個(gè)細(xì)節(jié)，以達(dá)到更好的運(yùn)載效果。

3.2車架結(jié)構(gòu)

立式粉罐多采用罐體全承載式車架結(jié)構(gòu)。立式粉罐罐體部分的強(qiáng)度和剛度是足夠的，所以車架多設(shè)計(jì)成前車架和后車架組合兩段式（圖3）。這種分段式車架的優(yōu)點(diǎn)既保證了立式粉罐車的加工工藝，又可大幅度降低加工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還減輕了車架重量。

這里需要強(qiáng)調(diào)的是，立式粉罐的車架設(shè)計(jì)并不局限于此結(jié)構(gòu)，目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的立式粉罐車的車架結(jié)構(gòu)種類非常多，歸根結(jié)底其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是需要把控住車架部分的自身強(qiáng)度，以及對(duì)車架與罐體相連接時(shí)的柔性控制，避免出現(xiàn)焊縫開裂。

3.3行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)[2]包含有懸架、橋軸、輪胎等零部件，是配合掛車行駛的主要總成機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)的確定需要根據(jù)立式粉罐標(biāo)載運(yùn)輸?shù)目傊亓康葘?shí)際條件，并遵循GB1589-2016的要求進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)外常見的行走機(jī)構(gòu)有如下分類：按橋軸數(shù)量分，有三軸雙胎、三軸單胎、二軸雙胎、二軸單胎等類型;按懸掛類型分，有鋼板彈簧式、空氣懸掛式等類型。

3.4進(jìn)氣管道

立式粉罐的進(jìn)氣管道（圖4）是用來將外界的氣（立式粉罐自裝的動(dòng)力系統(tǒng)或場(chǎng)地上提供的外接氣源）連接并輸送給罐體。管道連接供氣源頭后主要分成三條供氣支管路：a.為罐體腔體供氣;b.給各錐體流化床供氣;c.為出料管道上的二次助吹供氣。

為保護(hù)供氣源，一般在進(jìn)氣管道端設(shè)有定向止回閥;由于受管道上各氣路元件口徑影響，罐體腔體的內(nèi)部壓力與管道內(nèi)部的瞬時(shí)壓力不同，所以一般罐體與管道上各設(shè)置一組壓力表與安全閥系統(tǒng)。隨著智能化的發(fā)展，可以預(yù)計(jì)未來立式粉罐的進(jìn)氣管道上將極有可能布置氣動(dòng)球閥等可遠(yuǎn)程控制設(shè)備，結(jié)構(gòu)將更合理，且操作更方便、快捷和簡(jiǎn)單。

3.5出料管道

立式粉罐的出料管道是連接罐體腔體與外界御料點(diǎn)的管路系統(tǒng)，常用通徑口徑為DN100和DN125。但一些特殊的超細(xì)物料或需要控制其卸料速度不宜過快時(shí)，也可采用更小的口徑。對(duì)于一般物料而言，已論證過較粗的出灰管道將在一定程度上提升御灰速度，但由于供氣源供氣量限制，口徑不宜超過DN125。

按出料形式分類，立式粉罐出料管道有如圖5所示的上出料和下出料兩種結(jié)構(gòu)。

3.5.1上出料結(jié)構(gòu)

上出料結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是出料管道從罐體內(nèi)部穿出，與外界相連，管道分布在罐體中部（圖6）。

上出料結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要如下：a.由于不占有罐體分布空間，該管路排布一定程度上降低了車輛重心，因此對(duì)于限高車輛而言，該結(jié)構(gòu)是合適的選擇;b.該結(jié)構(gòu)的管道加工工藝好，加工、制作成本這兩方面都要優(yōu)于下出料結(jié)構(gòu)。

3.5.2下出料結(jié)構(gòu)

下出料結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是出料管道與罐體最下端相連，再與外界對(duì)接，管道分布在罐體下部（圖7）。

該出料結(jié)構(gòu)的管路排布與上出料結(jié)構(gòu)不同的是需要占據(jù)一定的罐體分布空間，所有管路均分布在罐體下部，根據(jù)罐體底部外廓，再避開相對(duì)應(yīng)的其他部件干涉空間，所以下出料管道結(jié)構(gòu)相對(duì)彎曲復(fù)雜，加工、制作難度都要高于前者。

但是下出料結(jié)構(gòu)更有利于物料卸載。針對(duì)一些黏性小的顆粒物料，御料后的物料殘余率僅在3%以下（體積占比），對(duì)于那些無黏性的顆粒物料甚至可以達(dá)到零殘余，比如PA66、大豆、玉米等物料，因此下出料結(jié)構(gòu)備受廣大客戶的青睞。根據(jù)市場(chǎng)需求，筆者推薦一種出料管道連接結(jié)構(gòu)（圖8），該結(jié)構(gòu)可以更充分地利用上下空間，彌補(bǔ)因下出料結(jié)構(gòu)帶來的罐體空間損失。

3.6流化系統(tǒng)

粉罐車卸料的核心原理是利用壓縮氣體將粉粒物料吹起并與之混合，在一定空間內(nèi)形成氣固兩相流，再利用壓力差作用，通過卸料管道將粉粒物料輸送至指定位置。

立式粉罐流化系統(tǒng)的作用則是用壓縮氣體將粉粒物料吹起并與之混合，在底部小錐內(nèi)形成氣固兩相流。現(xiàn)我國(guó)該系統(tǒng)較為成熟的結(jié)構(gòu)有透氣帆布式流化床和流化器兩種。

4立式粉罐的應(yīng)用場(chǎng)景

立式粉罐具有合理的罐體形狀及先進(jìn)的管道、流化系統(tǒng)，卸料殘余率極低，可實(shí)現(xiàn)卸料后罐內(nèi)零殘余，具有非常高的商業(yè)價(jià)值。立式粉罐適用范圍非常廣，可以輸送流化性能不好的粉狀、顆粒狀物料，如面粉、超細(xì)粉煤灰、重質(zhì)純堿、飼料、花崗巖石料等，也可以輸送黏性弱、吸附性弱的顆粒狀物料，如大豆、小麥、玉米、PA66、粗顆粒粉煤灰等。

立式粉罐的作用主要如下：a.為粉粒物料的散裝化運(yùn)輸?shù)於藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為粉粒物料散裝化運(yùn)輸大量節(jié)省了包裝費(fèi)用;b.省去了打包、運(yùn)包、堆包、裝車、卸車、拆包等多道工序，節(jié)約了大量人工成本費(fèi)用;c.避免了物料在打包、搬運(yùn)及倒包時(shí)被污染或撤漏。所以在食品、高端化工原材料等轉(zhuǎn)運(yùn)方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值，市場(chǎng)前景廣泛。目前國(guó)內(nèi)已應(yīng)用立式粉罐進(jìn)行運(yùn)送的物料有面粉、淀粉、純堿、飼料、花崗巖石料粉、礦粉以及PA66等化工原料，而在一些發(fā)達(dá)國(guó)家像大豆、小麥、玉米等食品也均以散裝運(yùn)輸為主。

5結(jié)語

隨著國(guó)內(nèi)食品、化工等行業(yè)對(duì)物料實(shí)現(xiàn)散裝運(yùn)輸?shù)男枨?，預(yù)計(jì)立式粉罐將在國(guó)內(nèi)迅速得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)一些大型專用車輛生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的立式粉罐半掛車已形成一定的規(guī)模。在歐洲，立式粉罐則更為普遍。

隨著GB1589-2016的實(shí)施以及治超、限載監(jiān)管力度的加大，輕量化將是立式粉罐車的一大發(fā)展方向，由此可推測(cè)高強(qiáng)鋼、鋁合金等材料將在立式粉罐車上得到更為廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，粉罐的智能化技術(shù)也日漸成為各個(gè)終端客戶的硬性需求，比如：人孔蓋一鍵式開啟、關(guān)閉、裝御物料半自動(dòng)化甚至全自動(dòng)化操作、智能控制支腿;扶手自動(dòng)升降等。立式粉罐必將成為我國(guó)運(yùn)輸行業(yè)中不可代替的一類產(chǎn)品，將會(huì)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)更加普及。參考文獻(xiàn)：

[1]JT/T1332-2020粉粒物料運(yùn)輸半掛車[S]

[2]GB7258-2017機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：

李卿，男，1983年生，工程師，研究方向?yàn)槭绿胤N車設(shè)計(jì)。