高效、便捷的立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車

本刊記者 紀(jì)鵬飛 中航工業(yè)安徽開樂專用車輛股份有限公司 李卿

立式粉粒物料運(yùn)輸車因具有運(yùn)輸物料范圍廣——可運(yùn)輸粉狀、顆粒狀物料，以及無物料殘余的優(yōu)點(diǎn)，在歐洲的散裝物料運(yùn)輸方面廣為使用。在我國粉粒物料運(yùn)輸車幾乎都是臥式，立式罐體可謂鳳毛麟角。近幾年國內(nèi)粉粒物料運(yùn)輸車闊步進(jìn)入國際化擴(kuò)張，一些新產(chǎn)品的引進(jìn)也成為罐車行業(yè)的趨勢。最近兩年，隨著國家道路管理的逐步規(guī)范化，粉粒物料運(yùn)輸車也在多用途發(fā)展，立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車由此成為粉粒物料運(yùn)輸半掛車的重要發(fā)展方向。

定義

粉粒物料運(yùn)輸車，指裝備有專用裝置，采用壓縮空氣使粉粒物料流態(tài)化后，通過管道輸送到一定距離和高度，用于運(yùn)輸散裝粉粒物料介質(zhì)的罐式運(yùn)輸車。根據(jù)運(yùn)輸介質(zhì)堆積密度不同，分為低密度粉粒物料運(yùn)輸車、中密度粉粒物料運(yùn)輸車、高密度粉粒物料運(yùn)輸車。按罐體結(jié)構(gòu)不同，分為臥式粉粒物料運(yùn)輸車、立式粉粒物料運(yùn)輸車、舉升式粉粒物料運(yùn)輸車。

圖1 立式粉罐半掛車

立式粉粒物料運(yùn)輸車指裝運(yùn)介質(zhì)為粉粒物料，罐體為水平柱狀筒體與多個(gè)豎直倒置錐倉相貫組合的，錐倉與水平面最小夾角大于粉粒物料的安息角，物料依靠重力流動(dòng)到出料口處，使用氣力輸送的卸料方式，用于運(yùn)輸散裝粉粒物料介質(zhì)的罐式運(yùn)輸車。

圖2 立式粉罐單車

立式粉罐車分類

按照車輛類型，立式粉罐車可以分為單車（如圖1）、列車、罐式集裝箱三類，列車按照組合形式，可以分為半掛列車（如圖2）和全掛列車（如圖3）。由于立式粉罐半掛車特別適合長途、高級(jí)公路運(yùn)輸，且具有承運(yùn)量大、車身長的特點(diǎn)，縱觀國內(nèi)外，立式粉罐半掛車為主要形式。立式粉罐集裝箱（圖4）多用于碼頭、港口運(yùn)輸，及將立式粉罐集裝箱坐在集裝箱運(yùn)輸半掛車上或?qū)⒘⑹椒酃尴渥谄桨遄孕栋霋燔嚿嫌糜诠愤\(yùn)輸。

按照罐體材質(zhì)不同，可分為碳鋼、不銹鋼、鋁合金立式粉罐半掛車。由于立式粉罐半掛車以運(yùn)輸高檔散裝顆粒狀化工物料為主，鋁合金立式粉罐半掛車為主要結(jié)構(gòu)。針對(duì)特殊物料，罐體也可做成碳鋼或不銹鋼材質(zhì)。

按照運(yùn)輸介質(zhì)不同，立式粉罐車又分為散裝水泥運(yùn)輸車、干混砂漿運(yùn)輸車、散裝面粉運(yùn)輸車等。

主要結(jié)構(gòu)

2.1 罐體結(jié)構(gòu)

立式粉罐半掛車，罐體為直筒加多個(gè)倒置的圓錐組成，制作工藝復(fù)雜，錐倉與上部直筒體之間采用圓弧切線過渡，杜絕了罐內(nèi)的死角存在，有效防止了物料掛壁、堆積現(xiàn)象。根據(jù)使用及容積需求，立式粉罐半掛車可做成單倉、雙倉、三倉、四倉等結(jié)構(gòu)，圖5型立式粉罐半掛車罐體的特點(diǎn)為前、后封頭為豎直放置，具有容積利用率高、封頭處筒體易于加工的特點(diǎn)。各個(gè)錐倉可裝運(yùn)同種物料，也可裝運(yùn)不同物料。例如同一飼養(yǎng)廠養(yǎng)殖不同牲畜，需要不同的飼料，各個(gè)錐倉便可裝運(yùn)不同的飼料。錐倉之間通過隔倉板完全或非完全隔開，一般情況下，錐倉之間非完全隔開，各錐倉僅在裝運(yùn)不同物料的情況下，錐倉之間完全隔開。圖6為兩倉結(jié)構(gòu)立式粉罐半掛車的B型罐體結(jié)構(gòu)，封頭傾斜放置，具有筒體強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)，但存在封頭處筒體不便加工制造、容積利用率低的缺點(diǎn)。

圖4 立式粉罐集裝箱

2.2 車架

立式粉罐半掛車的車架一般為兩段式，采用罐體全承載式結(jié)構(gòu)，分段式車架可提高罐體與車架合攏時(shí)的工藝性，降低合攏的難度，同時(shí)可減輕車架重量，有利于產(chǎn)品的輕量化。前車架延伸到第一錐的后側(cè)，縱梁呈弧狀非規(guī)則型。后車架從第一個(gè)隔倉板處延伸到后尾，縱梁呈收縮狀態(tài)。為提高前、后封頭處車架的強(qiáng)度，前后封板做成弧形、且與封頭相切，可提高車架與罐體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

2.3 進(jìn)氣管道

立式粉罐半掛車的進(jìn)氣管道與臥式粉罐半掛車的基本進(jìn)氣原理一致，通過主進(jìn)氣管道的止回閥后流經(jīng)各個(gè)錐倉。管道上布置的閥門還有壓力表、安全閥、泄壓閥、各倉進(jìn)氣閥等。安全閥調(diào)定工作壓力為0.2MPa，超出壓力時(shí)自動(dòng)排氣，保證罐車在額定壓力之內(nèi)工作。由于立式粉罐半掛車錐倉數(shù)量較臥式粉罐半掛車、舉升式粉罐半掛車多，進(jìn)氣管道的進(jìn)氣分支相對(duì)多些，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作也相對(duì)繁瑣些。

2.4 出料管道

立式粉罐半掛車的出料管道可采用上出料方式或下出料方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。上出料方式的優(yōu)點(diǎn)為罐體容積利用率高、裝載量大，重心低、車輛行駛穩(wěn)定，出料管道及出料蝶閥便于安裝、維護(hù)；缺點(diǎn)是卸料后稍有殘余，在運(yùn)輸面粉的情況下殘余量約20kg/6錐倉，停段時(shí)間再運(yùn)輸?shù)那闆r下，需對(duì)料倉進(jìn)行清理（由于錐倉的流化床面積小，清理十分方便）。下出料方式的優(yōu)點(diǎn)為物料殘余量低，可實(shí)現(xiàn)物料的零殘余；缺點(diǎn)為容積利用率低、裝載量小，重心高、車輛行駛穩(wěn)定性差，出料管道及出料蝶閥不便于維護(hù)。由于下出料結(jié)構(gòu)的出料管道需考慮離地間隙及避免與橋軸、分泵干涉等因素，下出料結(jié)構(gòu)出料管道的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造難度系數(shù)要大些。

2.5 流化元件

圖5

立式粉罐半掛車罐體錐倉底部的流化元件起到將空氣或其它氣體與散裝物料混合的作用，將混合的空氣或其它氣體與散裝物料達(dá)到一種擬流體的狀態(tài)（稱為氣-固兩項(xiàng)流），在壓力差的作用下通過卸料管道輸送到物料塔內(nèi)或指定位置。目前常用的流化元件有錐形帆布式流化床及料斗助吹器，錐形帆布式流化床已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，而料斗助吹器仍需要從國外進(jìn)口。

卸料

3.1 卸料操作

卸料時(shí)通過罐體頂部的人孔或通過負(fù)壓抽吸系統(tǒng)將粉粒物料裝進(jìn)罐內(nèi)，加入到額定裝載量后，關(guān)閉頂部的人孔蓋。以6倉立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車卸料操作說明為例介紹。

（1）檢查所有人孔蓋，確認(rèn)處于正常關(guān)閉狀態(tài)；打開罐頂進(jìn)氣閥，并確認(rèn)其他所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)；接通進(jìn)氣軟管和卸料軟管；

（2）開啟氣源總開關(guān)，觀察罐體壓力表，當(dāng)壓力升至0.2MPa時(shí)，依次開啟助吹閥、第6倉進(jìn)氣閥、第6倉卸料閥，開始第6倉卸料（此時(shí)可適當(dāng)調(diào)整罐頂進(jìn)氣閥開啟度，使其開啟約1/3處）；

（3）觀察壓力表，當(dāng)表值明顯下降或卸料軟管抖動(dòng)、聲音明顯變化時(shí)，說明第6倉卸料完成，依次關(guān)閉第6倉進(jìn)氣閥、第6倉卸料閥、助吹閥；然后開啟第5倉進(jìn)氣閥；

圖6

（4）當(dāng)罐車壓力表壓力再次升至0.2MPa時(shí)，依次開啟助吹閥、第5倉卸料閥， 第5倉卸料閥；當(dāng)壓力表值明顯下降或卸料軟管抖動(dòng)、聲音明顯變化時(shí)，說明第5倉卸料完成，依次關(guān)閉第5倉進(jìn)氣閥、第5倉卸料閥、助吹閥，然后開啟第4倉進(jìn)氣閥；

（5）按照上述步驟依次進(jìn)行第4倉卸料、第3倉卸料、第2倉卸料、第1倉卸料，直至第1倉卸料完成；

（6）從前至后依次開啟各倉進(jìn)氣閥和卸料閥（約5-10秒），同時(shí)關(guān)閉其他倉進(jìn)氣閥和卸料閥，進(jìn)行清倉作業(yè)；待全部清倉完畢，即可關(guān)閉氣源總開關(guān)，并打開排氣閥，直至壓力表表值為0，卸料結(jié)束。

3.2 卸料原理

粉罐半掛車的卸料原理為依靠壓縮氣體將裝載在密封罐內(nèi)的物料流態(tài)化后，利用罐內(nèi)外的壓力差將物料卸出的過程。其核心原理為氣力輸送技術(shù)，氣力輸送是利用氣流的能量在管道中輸送物料的一種輸送方式，分負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)和正壓氣力輸送系統(tǒng)，粉罐半掛車卸料過程為正壓輸送過程。

3.3 卸料性能

根據(jù)QC/T560-2008《散裝水泥車技術(shù)條件及性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，卸料能力的測試條件為：垂直高度15 m，水平距離5m，在工作壓力為0.2MPa的條件下，平均卸料速度不小于1.2t/min，剩余率不大于0.3%。運(yùn)輸其它介質(zhì)時(shí)的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，一般要求卸料性能為在垂直高度15m，水平距離5m，工作壓力為0.2MPa的條件下，平均卸料速度應(yīng)不小于1.0m3/min，剩余率應(yīng)不大于0.1%。

3.4 卸料特點(diǎn)

立式粉罐半掛車與國內(nèi)目前常用的罐內(nèi)為流化氣帶式的臥式粉罐半掛車相比具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)、由于具有合理的罐體形狀以及先進(jìn)的流化元件，使得卸料殘余率極低，可達(dá)到零殘余，具有卸得干凈的優(yōu)點(diǎn)。

(2)、適用范圍廣，可以輸送流化性能不好的粉狀、顆粒狀物料，如面粉、潮細(xì)粉煤灰、加粒粉煤灰、重質(zhì)純堿、飼料、花崗巖石料、PA66等。

主要用途

物料的散裝化節(jié)省了大量的包裝袋及包裝費(fèi)用；省去了打包、堆包、裝車、卸車等多道工序,節(jié)約了大量的人工和成本費(fèi)用；避免了物料在打包、搬運(yùn)及倒包時(shí)的撒漏；消除了袋裝物料在流通過程中的污染問題。由于立式粉罐半掛車運(yùn)輸物料范圍廣、物料殘余量低，在食品、化工等方面的市場應(yīng)用前景廣闊。目前，立式粉罐半掛車主要用于運(yùn)輸散裝粉狀、粒狀物質(zhì)，如面粉、淀粉、純堿、飼料、花崗巖石料及各種礦粉或化工原料等，并能運(yùn)用氣力輸送方式將罐內(nèi)粉粒物料排出。

4.1 散裝面粉的運(yùn)輸

面粉是一種由小麥磨成的粉末，按加工精度分為特制一等粉、特制二等粉、普通粉。等級(jí)不同，面粉的顆粒度、堆積密度不同。經(jīng)調(diào)研，個(gè)別面粉廠的面粉采用臥式粉罐半掛車運(yùn)輸，物料殘余量通常可達(dá)到300～500kg，由于臥式粉罐半掛車流化床面積大，面粉不便清理，同時(shí)夾雜在流化氣帶之間的面粉難以清理。殘余的面粉在罐體內(nèi)的時(shí)間呆久后容易引起變質(zhì)，對(duì)食品健康存在著極大的危害，而使用立式粉罐半掛車可實(shí)現(xiàn)面粉的零殘余。

4.2 散裝花崗巖石料的運(yùn)輸

花崗巖石料為一類堆積密度較大、流動(dòng)性差的物料，若使用臥式粉罐半掛車運(yùn)輸，物料殘余通?？蛇_(dá)1～2t，有的臥式粉罐半掛車的殘余甚至更多。由于立式粉罐半掛車采用重力及氣力卸料，也可實(shí)現(xiàn)該類物料的零殘余。

4.3 散裝PVC、PA6、PE的運(yùn)輸

PVC（聚氯乙烯)、PA6（聚酰胺6）、PE（聚乙烯）為一類顆粒狀的聚合物，廣泛應(yīng)用于制作機(jī)械、汽車及生活物品。使用立式粉罐半掛車實(shí)現(xiàn)該類物料的裝、運(yùn)、卸，同樣可實(shí)現(xiàn)卸料的零殘余。

立式粉罐半掛車不僅可用于運(yùn)輸上述粉狀、顆粒狀物料的運(yùn)輸，還可同國內(nèi)廣泛使用的臥式粉罐半掛車，用于運(yùn)輸水泥、粉煤灰、膨脹劑、干混砂漿、石粉等。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 基本要求

（1）尺寸參數(shù)：根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)容積，確定主要包括罐體尺寸、外廓尺寸、軸距、輪距、和掛車的連接尺寸等。

（2）主車與掛車運(yùn)動(dòng)校核：包括前/后回轉(zhuǎn)半徑、半掛牽引車牽引座承載面高度比半掛車鞍座結(jié)合面高度高出的數(shù)值。

（3）車軸數(shù)及型式，以及其他附件的布置。

立式粉罐半掛車應(yīng)符合GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》、GB/T 23336-2009《半掛車通用技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求。而半掛牽引車與半掛車的匹配，則應(yīng)滿足QC/T 912-2013《半掛牽引車與半掛車匹配技術(shù)要求》的要求，包括一般要求和機(jī)械連接、電氣連接、結(jié)構(gòu)安全、動(dòng)力性能和節(jié)能環(huán)保等專項(xiàng)要求。相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《粉粒物料運(yùn)輸半掛車》正在制定中，對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車進(jìn)行了規(guī)范，及對(duì)行業(yè)人員的設(shè)計(jì)、制造等具有一定的指導(dǎo)意義。

5.2 材料

根據(jù)運(yùn)輸介質(zhì)不同，立式粉罐半掛車的罐體材質(zhì)可選用低合金高強(qiáng)度鋼Q345、T610，不銹鋼304，鋁合金5083、5182等。由于鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，國內(nèi)近幾年，鎂鋁系列的鋁合金被廣泛應(yīng)用到油品、易燃液體運(yùn)輸半掛車的罐體上。鋁合金材料在立式粉罐半掛車的罐體、車架及整車上也進(jìn)行了初步應(yīng)用。

5.3 罐體計(jì)算厚度

筒體計(jì)算厚度按下式計(jì)算：

式中：

δ——罐體計(jì)算厚度，單位為毫米（mm）。

Pc——計(jì)算壓力，單位為兆帕（MPa）。

Di——罐體內(nèi)直徑，單位為毫米（mm）。

[Σ]t——設(shè)計(jì)溫度下，罐體材料許用應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）。