散装水泥车罐体快速设计及故障分析

散装水泥车罐体快速设计及故障分析

陈新君陈庆曦

东莞市永强汽车制造有限公司523400

摘要：分析了散装水泥车罐体在实际设计中遇到的诸如设计过程繁杂等设计现状后，论述了建立散装水泥车罐体快速设计系统的重要性。文中将变型设计的理念融入罐体设计中，提出了快速设计系统建立的基本思想，阐述了快速设计系统的结构及实现方法以及介绍了国内主流散装水泥车罐体的结构与工作原理，对罐体使用过程中常见的故障进行归纳和分析，并提出了一种较为有效的操作流程。

关键词：散装水泥车；罐体；快速设计系统；故障分析

0引言

近年来，散装水泥车的需求随着国家建设的深入，不断的增多，但散装水泥车的产品确实良莠不齐，产品质量故障不少。本文从散装水泥车的工作原理出发，提出罐体设计的要求，进而建立快速设计系统，分析故障发生的原因，进一步提出检验和改进意见。

1散装水泥车总体介绍

散装水泥车主要由罐体总成、底盘及车架总成、动力系统、管路系统及附件总成组成。其中，罐体总成中设置有流化系统，将罐内的粉粒物料转换为流化体。而管道系统还包括进卸料装置和供气装置等。散装水泥车的主要工作原理是通过动力系统，对罐体内输入一定压力的压缩空气（目前一般为0.15MPa以下的压力），然后介质通过成倒锥形的流化装置，将介质流态化，使其具有似液性，具有流动性，再从卸料口处将物料排出罐体。罐体的设计，需考虑到罐内的流化装置必须要大于所装介质的静态稳定角，典型的直筒式罐体结构如下图。

散装水泥车的主要性能指标为平均卸料速度和残余率。散装水泥车卸料时，所卸下的水泥质量与卸料时间的比值，称为平均卸料速度；卸料作业完毕后，罐内剩余的水泥质量与散装水泥车装载质量的比值，称为残余率。这两个参数反映了散装水泥车卸料作业的效率和经济性，也是评价散装水泥车设计水平的重要指标。

而根据多年的设计经验，通过散装水泥车流化元件的气流速度，必须满足下式才能产生流态化。

其中，

Q——压缩空气流量（m3/s）；

A——流态化床面积（m2）；

Vg——通过流化元件的气流速度（m/s）；

Vf——临界流态化气流速度（m/s）。

理想状态下的流态化气力卸料是粉粒体和气体组成的固气二相——密相气力输送状态，即能实现空压机输出的高压气体经流化元件进入仓室，当流态化气流速度V大小介于粉粒体流态化速度和临界流态化速度两者之间。此时粉粒体的空隙率和粉粒间摩擦损失造成的压力降达到最佳状态。因此在罐体设计的时候，应综合考虑到罐体的结构、动力系统所提供的压缩空气压力和通过管道打入罐体中的流量、物料卸料时，管道通过管道的流阻等各方面的因素，在各方面寻求平衡点，使性能得到最优。

而残余率也是整个散装水泥车的使用需要考虑的重要因素，残余率可用下式计算：

其中，

△m——罐内剩余的水泥净质量（kg）；

me——装载总质量（kg）。

物料的残余率的主要决定因素罐体的结构。首先必须要考虑到物料的静态稳定角度，滑料板的角度应大于物料的静态稳定角，使物料能顺利的下滑到卸料口处。其实，应考虑到所运输的物料的湿度、粘度等因素，从而控制卸料口处应该设计二次供气系统，从而增加卸料的稳定性。最后，罐内的设计应充分考虑，不能有任何的集料现象，最大的减少突出结构，影响到卸料。

2罐体快速设计系统建立

通过上面的分析，散装水泥车罐体快速设计系统应充分考虑到充入罐体的压缩空气的压力和流量，优化罐体结构不能有任何影响到卸料的结构设计。在如上情况的前提下，在考虑罐体的结构是否能满足受力情况等。

通过分析，结合系统管理软件，应建立从资源库建立到产品设计再到用户调用资源库的整体框架结构，如下图：

快速设计系统是通过大量收集了多年设计的经验，建立完善的资源库后对资源库的数据进行运用的一个过程。因此前期的资源库的建立，需要话费大量的时间和精力，而在使用的过程中，还需根据各种设计需求进行必要的变更。

3系统的实现

3.1初始基型产品模型的构建

本文选用UG软件作为模型设计的软件。基本思路是选用较为通用的产品作为基础，通过自顶向下的思想，利用WAVE技术建立参数化基本模型，这样上层总成包含控制下层几何对象的信息，当上层总成的参数更改时，其几何对象的位置、大小会随之改变，而与上层几

何对象建立了装配参数化和关联性的下层对象其位置、大小等参数也将随着上层参数的更改而更新。因此建立散装水泥车罐体初始基本型之前，须对罐体的结构进行全局分析，理清零部件间的上下层关系并以此确定建模的顺序。罐体全局结构分析如，如图2框图所示，罐体结构图，如图3所示。

本文以罐体总成中横向隔板为例，说明建立具有参数化WAVE关系的系统模型的建立。罐体的中间的横向隔板作用主要是支撑罐体筒节的形状，连接换料板。如图4先建立罐体的筒节，该部件则为整个模型的上层结构，定义罐体快速设计的关键参数即罐体体积。罐体的体积可以由罐体长度、罐体直径来确定，这两个参数变成相互关系的关系式后，可以只将罐体体积一个参数直接和用户交互，并通过罐体体积决定罐体的长度和罐体直径等，从而控制下面的几何体。

然后，建立横向隔板的参数化依据，即通过偏置罐体端面曲线建立横向隔板的线型依据，如图5所示。在此线型的基础上构建横向隔板，则如此，横向隔板的大小就会与罐体的截面相同。而如果，再进一步的设置参数，使隔板间的容积与隔板的间距进行关联，成为一个表达式的关系，则可以通过指定每个仓的容积来实现控制横向隔板的间距。

3.2设计资源库的建构

快速设计系统的建构是基于SQLServer数据库来管理与设计相关的资源数据。通过SQLServer设计数据库建立4个数据表，分别为包含罐体型谱的主表、带有模型路径指引的子表、可选零部件属性的明细表以及可根据数据属性建立的模型数据表，变型后模型机分析计算产生的各种计算结果和图表文件都存储在数据中，从而确认罐体数据的正确性，而且利于知识的保存和传承。数据库的运用，能将各个工程师的经验统一，从而提供更加细化、正确的基本模型。。

3.3系统的实现

在资源库建立之后，再通过VisualC++，利用UG/Open提供的应用程序、开发工具及API函数接口的集成，结合SQLServer数据库平台，实现了快速设计系统设计过程与数据库的良好衔接，从而实现初始零件模型的参数、尺寸以及特征动态更新及存储，如图6所示。用户能通过很简单的界面，输入需要指定的数据，从而快速的建立系统，实现开速设计。而由于模型的建立是通过调用数据库里的数据，而参数化系统的极限性，模型出来后，需要根据实际情况有部分的调整。但是，由于方便快捷的操作和综合了各种有经验的工程的经验，所建立的模型能最大化的减少设计错误，增加设计的安全性。

4关键特性不能满足的故障分析

通过以上的快速设计后，能尽量大减少设计错误，增大罐体设计的安全性，然而，故障总是不可避免的，因此，下面将对关键特性的故障进行分析。

4.1卸料速度慢的分析检查

4.1.1原因分析

通过对散装水泥车的工作原理可知，卸料主要与介质的流化情况和管路情况有关。因此分析其原因主要有以下几点：

a)卸料时，空气压力或罐体结构设计不合理，导致介质流化效果不理想；

b)卸料管道的不顺畅，有卡滞；

c)进气管路有泄露，导致长时间无法达到要求的气压；

d)罐体内吸灰口与流化元件的高度是否过低，影响水泥粉料排出的速度；

e)空压机的空滤堵塞；

4.1.2故障检查

检查故障时的顺序为：

a)检查罐内各流化元件的流化作用是否已丧失功能，是否因水泥潮湿将流化元件堵塞；

b)检查卸料管路是否顺畅；

c)查看进气管路和各阀体工作是否有泄漏；

d)检查罐内吸灰口高度，是否低于40mm。

e)检查空压机滤芯，定时维护

4.2残余率过高的分析检查

4.2.1原因分析

残余率过高的原因主要有：

①罐体内部各板件，特别是滑料板有漏气现象。漏气使得作用到介质中的气体量减少，而通过流化元件的气体大量减少，则会导致介质流化效果不理想，甚至当水泥粉料卸料到漏气处附近，水泥从漏气处进入气仓，而无法卸出，成为车辆自重的一部分。

②罐体吸灰口过高，导致吸灰口附近的水泥无法卸出。

4.2.2故障检查

根据上述分析，检查时必须：

①检查罐体内的滑料板、流化板是否有气孔，尤其是对接焊缝处；

②检查罐体吸灰口的高度，根据经验，不得大于120mm。同时在设计过程中，应尽量减少此处的拼接焊缝，多采用一体式设计。

5结束语

散装水泥车罐体是典型的根据用户使用要求进行定制的个性化产品，能否快速开发出用户所需要的产品是企业市场竞争力的重要体现。本文通过散装水泥车的使用工作原理开始出发，对散装水泥车的罐体结构设计进行讨论，并在此基础上，将变型设计的理念融入罐体设计中，建立快速设计系统的基本思想。通过收集工程师的经验数据建立数据库，再通过软件进行调用，从而快速建立模型。快速设计系统设计简单，能最大限度的避免设计错误的发生。最后在罐体设计的基础上，对关键特性的问题进行基本的故障分析和提出简单的检验步骤。

参考文献：

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⑤金涌，祝京旭，汪展文．流态化工程原理［M］．北京：清华大学出版社，2001：55-97．