航空工業(yè)安徽開樂(lè)專用車輛股份有限公司 朱學(xué)平 李卿 王海涵

我國(guó)粉罐半掛車以臥式結(jié)構(gòu)為主，承擔(dān)著水泥、粉煤灰等常規(guī)散裝物料的運(yùn)輸，占據(jù)著絕對(duì)的市場(chǎng)份額。通過(guò)對(duì)我國(guó)臥式粉罐半掛車技術(shù)現(xiàn)狀分析，從車架、罐體、動(dòng)力系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)鋁合金化、卸料性能等方面進(jìn)行了詳細(xì)描述，闡述了我國(guó)目前臥式粉罐半掛車發(fā)展的水平，并根據(jù)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形式，指出國(guó)內(nèi)臥式粉罐半掛車的發(fā)展趨勢(shì)。

目前，臥式粉罐半掛車在國(guó)內(nèi)主要承擔(dān)著散裝水泥、粉煤灰、膨脹劑、石灰粉等粉狀物料的運(yùn)輸，是粉罐半掛車的主力軍。表1為2011～2017年粉罐半掛車產(chǎn)量數(shù)據(jù)，可以看出近7年粉罐半掛車的平均產(chǎn)量為14581臺(tái)/年，但隨國(guó)家政策、基建工程等的影響波動(dòng)較大。2017年粉罐半掛車產(chǎn)量為33093臺(tái)，是2016年產(chǎn)量16595臺(tái)的2倍，是2015年產(chǎn)量7027臺(tái)的4倍，也是近7年來(lái)年產(chǎn)量的最高峰。

表1 2011～2017年國(guó)內(nèi)粉罐半掛車產(chǎn)量

我國(guó)臥式粉罐半掛車技術(shù)現(xiàn)狀

圖1 臥式單倉(cāng)粉罐半掛車

圖2 臥式雙倉(cāng)粉罐半掛車

臥式粉罐半掛車的快速發(fā)展始于本世紀(jì)初期，特別是2008年前后，隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的加大及政策的影響，粉罐半掛車出現(xiàn)一次產(chǎn)量高峰，實(shí)現(xiàn)了粉罐半掛車的飛速發(fā)展。臥式粉罐半掛車按結(jié)構(gòu)分為臥式單倉(cāng)（如圖1）、臥式雙倉(cāng)（如圖2）及臥式三倉(cāng)粉罐半掛車。由于近年來(lái)治超力度的加大，目前市場(chǎng)上的臥式粉罐半掛車主要為臥式單倉(cāng)、臥式雙倉(cāng)粉罐半掛車，而臥式三倉(cāng)粉罐半掛車已成為歷史中的“超級(jí)大粉罐”。

1．車架（底盤）技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 車架結(jié)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀

臥式粉罐半掛車車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足GB/T 23336《半掛車通用技術(shù)條件》、GB/T 20070《道路車輛牽引車與半掛車之間機(jī)械連接互換性》等要求，以滿足設(shè)計(jì)的臥式粉罐半掛車車架（底盤）滿足半掛車的通用性及與半掛牽引車的匹配性。為實(shí)現(xiàn)車輛的輕量化，臥式粉罐半掛車的車架大梁在滿足基本性能的情況下，其他區(qū)域緊貼罐體，腹板最窄處寬度僅有70mm；同時(shí)在腹板較高處開輕量化孔，最大限度地降低車架的質(zhì)量。從設(shè)計(jì)計(jì)算、CAE分析及市場(chǎng)驗(yàn)證來(lái)看，在車架支腿前端、V型底部、前支架處應(yīng)力較為集中，易引起對(duì)應(yīng)處車架開裂，進(jìn)而造成罐體撕裂，因此需在車架相應(yīng)位置焊接加強(qiáng)腹板進(jìn)行強(qiáng)度的加強(qiáng)。

1.2 車架材料技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)臥式粉罐半掛車的車架大梁多采用Q345B、Q550D、T610L等材質(zhì)，高強(qiáng)度鋼Q550D或T610L的使用大大降低了車架質(zhì)量。設(shè)計(jì)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式t1/ t2= (σ2/ σ1) 1/2進(jìn)行對(duì)比設(shè)計(jì)（式中t1、 σ1和t2、 σ2分別表示兩種材料相對(duì)應(yīng)的厚度和屈服強(qiáng)度）。使用高強(qiáng)度鋼材料，對(duì)車架腹板、橫梁等板材亦可進(jìn)行相應(yīng)減薄，從而實(shí)現(xiàn)臥式粉罐半掛車車架的輕量化目標(biāo)。

1.3 行走系統(tǒng)等技術(shù)現(xiàn)狀

1.3.1 懸架

慢性鼻-鼻竇炎術(shù)后3種不同填塞方法對(duì)患者不適感的影響（丁鋒 王然然 劉艷 李波蓬 蔡潔 楊莎莎 劉雪萍）5∶354

目前國(guó)內(nèi)臥式粉罐半掛車行走系統(tǒng)多采用鋼板彈簧懸架，對(duì)32～40m3的臥式粉罐半掛車多采用少片簧結(jié)構(gòu)，如3、4片簧結(jié)構(gòu)；大立方臥式粉罐半掛車采用多片簧結(jié)構(gòu)，如10片簧。同時(shí)對(duì)應(yīng)片數(shù)的板簧又有不同的厚度，如4片鋼板彈簧有20mm、22mm、24mm厚等，對(duì)不同設(shè)計(jì)總重的臥式粉罐半掛車，選用不同規(guī)格的鋼板彈簧。

1.3.2 橋軸

臥式粉罐半掛車的橋軸多為鼓式橋軸，按噸位分有10t、13t、14t、15t、16t等。10噸位橋軸為近年來(lái)治超、限載情況下，富華、BPW等廠家推出的輕量化橋軸，但剎車片同13t橋軸有普通型（180）、加寬型（220）剎車片。

1.3.3 輪胎

臥式粉罐半掛車的輪胎多采用12R22.5子午線真空胎，少量亦有11.00R20子午線鋼絲胎、11R22.5子午線胎及12.00R20子午線鋼絲胎等。

1.3.4 鋼圈

鋼圈規(guī)格與輪胎規(guī)格匹配，臥式粉罐半掛車多采用9.0×22.5的鋼圈，鐵質(zhì)鋼圈厚度分12mm、14mm、16mm，根據(jù)不同設(shè)計(jì)總重及行駛路況選擇不同的鋼圈。近年來(lái)，隨著治超、限載力度的加大，對(duì)標(biāo)載車輛多采用輕量化12 mm厚鐵質(zhì)鋼圈或鋁合金鋼圈。

由于臥式粉罐半掛車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，聯(lián)動(dòng)支腿的連桿與罐體干涉，因此臥式粉罐半掛車的支腿多選用單動(dòng)支腿。按可承受的動(dòng)載可分為8、24（25）、30（28）噸位，其中目前使用的8t支腿為鋁合金結(jié)構(gòu)，僅能在車輛空載時(shí)撐起支腿；8t支腿是近年來(lái)治超、限載政策下的市場(chǎng)產(chǎn)物。

2. 罐體技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)臥式粉罐半掛車的罐體主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是罐體呈單V型，又稱單倉(cāng)結(jié)構(gòu)；另一種則是雙V型，又稱雙倉(cāng)結(jié)構(gòu)。在罐體內(nèi)部布置有氣室結(jié)構(gòu)及流化床，作用為依靠壓縮氣體將裝載在密封罐內(nèi)的物料流態(tài)化。

2.1 筒體結(jié)構(gòu)的技術(shù)現(xiàn)狀

臥式單倉(cāng)粉罐半掛車筒體由標(biāo)準(zhǔn)蝶形或橢圓型封頭及2段或4段斜錐形筒體構(gòu)成；臥式雙倉(cāng)粉罐半掛車筒體由標(biāo)準(zhǔn)蝶形或橢圓封頭、2段或3段斜錐筒筒體（前V型）、2段斜錐型筒體（后V型）、或直筒段構(gòu)成；封頭與筒體、筒體與筒體間采用混合氣體保護(hù)焊雙面焊接而成。封頭材質(zhì)一般選用低合金高強(qiáng)度壓力容器鋼Q345R或普通牌號(hào)的Q345B，封頭經(jīng)旋邊板材有減薄量，但成型后的最小厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。斜錐筒的材質(zhì)可選用Q345B、T610L等低合金高強(qiáng)度鋼，筒體厚度根據(jù)壓力容器[1]筒體計(jì)算公式計(jì)算。2017年初安徽開樂(lè)推出了異形封頭結(jié)構(gòu)的臥式單倉(cāng)粉罐半掛車[2]，封頭采用類橢圓型，有效提高了罐體的傾角，容積利用率及卸料速度，同時(shí)罐體、整車外形美觀，受到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的青睞。

2.2 氣室、流化床結(jié)構(gòu)的技術(shù)現(xiàn)狀

臥式粉罐半掛車筒體內(nèi)部的封頭處或臥式雙倉(cāng)粉罐半掛車的前、后倉(cāng)的連接處布置有氣室結(jié)構(gòu)，在筒體底部鋪設(shè)有喉管狀帆布流化床。近年來(lái)單倉(cāng)無(wú)側(cè)化板結(jié)構(gòu)[3]、 雙倉(cāng)無(wú)側(cè)化板結(jié)構(gòu)[4]得到了充分的發(fā)展，經(jīng)過(guò)5年多的市場(chǎng)實(shí)際使用，單倉(cāng)或雙倉(cāng)無(wú)側(cè)滑板結(jié)構(gòu)的臥式粉罐半掛車流化床性能基本穩(wěn)定，卸料速度、物料殘余率均得到了客戶的認(rèn)可。而單倉(cāng)或雙倉(cāng)無(wú)側(cè)滑板結(jié)構(gòu)的根本目的是實(shí)現(xiàn)氣室結(jié)構(gòu)的輕量化，降低氣室結(jié)構(gòu)維護(hù)的難度和維護(hù)的頻次。2017年年底安徽開樂(lè)開發(fā)出了無(wú)前后封頭內(nèi)氣室的結(jié)構(gòu)，對(duì)封頭內(nèi)的氣室進(jìn)行了改進(jìn)，起到進(jìn)一步氣室輕量化、便于維護(hù)氣室的目的。

3. 動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)臥式粉罐半掛車一般配有車載空壓機(jī)，空壓機(jī)主要分為擺式、螺桿空壓機(jī)。由于擺式空壓機(jī)價(jià)格低、空氣排量大，為目前臥式粉罐半掛車車載空壓機(jī)的首選。擺式空壓機(jī)根據(jù)排量不同分為10/2、12/2、14/2、16/2空壓機(jī)，換算成空壓機(jī)進(jìn)口處空氣流量分別為10m3/min、12m3/min、14 m3/min、16m3/min，空壓機(jī)出口處的額定氣壓為0.2MPa；擺式空壓機(jī)根據(jù)氣缸的數(shù)量又分為單缸、雙缸空壓機(jī)，由于單缸擺式空壓機(jī)質(zhì)量輕，在治超、限載后，單缸擺式空壓機(jī)得到了廣泛應(yīng)用和推廣。螺桿式空壓機(jī)具有質(zhì)量輕、排量大、可持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，如格林眾福XK18、英格索蘭的GHH RAND CS90以及國(guó)內(nèi)聯(lián)漢晟的主車取力用螺桿空壓機(jī)，但由于價(jià)格高出擺式空壓機(jī)的數(shù)倍，使用市場(chǎng)受到限制。

臥式粉罐半掛車的車載空壓機(jī)的動(dòng)力源可選用獨(dú)立的動(dòng)力源如柴油機(jī)（如圖3）、電機(jī)、柴油機(jī)與電機(jī)組成的雙動(dòng)力（如圖4）、使用半掛牽引車的動(dòng)力（即主車取力，如圖5）、電機(jī)與主車取力組成的雙動(dòng)力（如圖6）等。由于主車取力動(dòng)力系統(tǒng)采用半掛牽引車的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，省去了配柴油機(jī)、電機(jī)的裝置，因此在質(zhì)量及成本上具有優(yōu)勢(shì)；在2016年9月21日國(guó)家加大對(duì)治超、限載力度后，主車取力動(dòng)力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。

4. 結(jié)構(gòu)鋁合金化技術(shù)現(xiàn)狀

鋁合金材料的密度約2.7t/m3，僅是鋼材密度的1/3，鋁錳（3系）、鋁鎂（5系）、鋁鎂硅（6系）系列的鋁合金材料具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，目前在臥式粉罐半掛車上得到了廣泛的應(yīng)用。圖7為鋁合金附件結(jié)構(gòu)的臥式單倉(cāng)粉罐半掛車，在外購(gòu)件方面如六爪快開式人孔蓋，輕型、標(biāo)準(zhǔn)支腿，液壓成型弧形擋泥板，側(cè)防護(hù)，儲(chǔ)氣筒、后防護(hù)、鋼圈等結(jié)構(gòu)件上均應(yīng)用有鋁合金材料；在自制件方面如罐頂走道、進(jìn)氣管道、車架的前后圍板、工具箱等方面均可應(yīng)用鋁合金材料。隨著國(guó)內(nèi)鋁合金專用車的迅速發(fā)展，目前全鋁合金結(jié)構(gòu)的臥式單倉(cāng)粉罐半掛車（如圖8）在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也嶄露頭角。全鋁合金臥式粉罐半掛車的核心技術(shù)為罐體的安全質(zhì)量、流化床布置、車架行走機(jī)構(gòu)的布置、整車承受動(dòng)載的安全性等。表2為室溫下厚度為3～6mm罐體常用鋁合金板的力學(xué)性能，可以看出，5083-O/H111作為鋁合金粉罐半掛車筒體材料具有較好的強(qiáng)度理論基礎(chǔ)；以及從歐洲粉罐半掛車市場(chǎng)看，具有較好的市場(chǎng)實(shí)踐基礎(chǔ)。由于全鋁合金結(jié)構(gòu)的臥式單倉(cāng)粉罐半掛車的罐體安全質(zhì)量、整車承受動(dòng)載的安全性有待市場(chǎng)的驗(yàn)證，全鋁合金結(jié)構(gòu)的臥式單倉(cāng)粉罐半掛車在國(guó)內(nèi)還處于市場(chǎng)試驗(yàn)階段。

表2 室溫下厚度為3～6mm罐體常用鋁合金板的力學(xué)性能[5][6]

5. 卸料性能技術(shù)現(xiàn)狀

未來(lái)我國(guó)臥式粉罐半掛車的發(fā)展趨勢(shì)

1.罐體安全質(zhì)量

隨著市場(chǎng)對(duì)輕量化車輛的追求，臥式粉罐半掛車的罐體在使用高強(qiáng)度鋼的情況下，罐體厚度越來(lái)越小，近年來(lái)市場(chǎng)上多家企業(yè)的的臥式粉罐半掛車出現(xiàn)了臥式粉罐半掛車罐體塌陷、凹癟等變形現(xiàn)象。這與罐體厚度小、未對(duì)罐體薄弱處進(jìn)行加強(qiáng)有關(guān)，需從設(shè)計(jì)計(jì)算、CAE分析方面著手認(rèn)真論證，同時(shí)需對(duì)罐體進(jìn)行嚴(yán)格的耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)。因此，對(duì)罐體進(jìn)行輕量化，采用高強(qiáng)度鋼減輕自重的同時(shí)，需注意罐體的安全質(zhì)量，在兩者求交集的情況下，得出理論可靠、經(jīng)得起市場(chǎng)驗(yàn)證的最小罐體厚度及罐體加固方法。

2.輕量化

縱觀國(guó)內(nèi)臥式粉罐半掛車飛速發(fā)展的二十年，前十年臥式粉罐半掛車在向大立方、大載重方向發(fā)展；近十年來(lái)，臥式粉罐半掛車在向小立方、輕量化發(fā)展，這與市場(chǎng)需求及國(guó)家政策導(dǎo)向息息相關(guān)?？v觀近兩次GB 1589《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》的修訂，緊跟其后交通運(yùn)輸部便會(huì)出臺(tái)超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定加大對(duì)超載、超限車輛的管理，隨之是市場(chǎng)對(duì)輕量化車輛的嚴(yán)重渴求。車輛的輕量化可降低油耗、環(huán)保，多載貨，是爭(zhēng)得市場(chǎng)的必勝法寶。因此，輕量化技術(shù)是專用車輛的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來(lái)臥式粉罐半掛車發(fā)展的重要方向之一。

3.卸料速度更快、剩余率更低

卸料速度、剩余率是粉罐半掛車的重要性能指標(biāo)，一直以來(lái)也是臥式粉罐半掛車需要提升的性能指標(biāo)。根據(jù)伯努利方程式[8]

式中，z1、 z2， P1、 P2、 v1、 v2分別為流體在截?1、截?2的勢(shì)能?度、壓強(qiáng)及平均流速；hw為流體從截?1到截面2的流動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能損失（又稱為總流的水頭損失）。從上述可以看出，為提高卸料速度v2，可從提高初始?jí)簭?qiáng)P1（如提高空壓機(jī)或氣源排量）；降低機(jī)械能損失hw（減少出料管摩擦及沿程能量損失等）方面著手進(jìn)行改進(jìn)；同時(shí)卸料速度還與物料的屬性、含水量、卸料高度等因素有關(guān)。對(duì)降低物料剩余率應(yīng)不斷縮小流化床面積，減少罐體流動(dòng)死角以及采用下出料方式卸料，杜絕罐體卸料剩余的可能。

4.標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、組裝化

隨著輕量化車型的推廣，目前市場(chǎng)的主流區(qū)域基本都是需求32～45m3之間的臥式單倉(cāng)粉罐半掛車，而大多數(shù)廠家的自重基本相差在0～300kg以內(nèi)。同時(shí)在卸料速度、剩余率性能相差不大的情況下，對(duì)于專用汽車企業(yè)而言，對(duì)車輛進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、組裝化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)提車的有效途徑。如德國(guó)的Schmitz公司實(shí)現(xiàn)了側(cè)簾廂式運(yùn)輸半掛車在18h內(nèi)接車。提高產(chǎn)品零部件之間的通用性，實(shí)現(xiàn)小總成部件的模塊化設(shè)計(jì)、制造及裝配，降低整車制造的誤差，提高每個(gè)部件之間焊縫的精細(xì)化是在目前市場(chǎng)臥式粉罐半掛車“同質(zhì)”化嚴(yán)重情況下的提升目標(biāo)。