浅析渐成风向标的立式粉罐半挂车

安徽开乐专用车辆股份有限公司 朱学平

技术与产品

浅析渐成风向标的立式粉罐半挂车

安徽开乐专用车辆股份有限公司 朱学平

立式粉粒物料运输半挂车流化元件小，运输物料范围广、物料残余率低，渐已成为粉罐车发展的风向标。故此针对该类产品的罐体结构、卸料特征及应用场合进行了论述，并对其技术现状及发展趋势进行了初浅分析。

粉罐定义

粉粒物料运输半挂车简称为粉罐半挂车，是用于运输散装粉粒物料介质的罐式运输半挂车。该类车型装备有专用装置，通过充入压缩空气使罐体内的粉粒物料流态化，再经管道输送到一定距离和高度，卸料到指定的容器或场地。根据运输介质堆积密度的不同，可分为低、中、高密度三种物料类型的粉罐半挂车。按罐体结构的不同，还可分为卧式、立式、举升式三种类型的粉罐半挂车。

卧式粉罐半挂车，罐体内底部设置有流化床装置，罐体前、后倾角与水平面夹角小于粉粒物料的安息角，大于临界流化角度，物料流态化（呈拟流体状）后流动到出料口处，通过使用气力输送的方式进行卸料，罐体与半挂车行走机构永久性连接组成，由牵引车拖挂。

立式粉罐半挂车（如图1），其罐体为水平柱状筒体与多个竖直倒置锥仓相贯组合，锥仓与水平面最小夹角须大于粉粒物料的安息角，物料依靠重力流动到出料口处，通过使用气力输送的方式进行卸料，罐体与半挂车行走机构永久性连接组成，由牵引车拖挂。

举升式粉罐半挂车，罐体可举升角度大于粉粒物料的安息角，物料主要依靠重力流动到出料口处，或通过使用气力输送的方式进行卸料，罐体与半挂车行走机构是通过前端举升装置和尾部旋转轴永久性连接组成，由牵引车拖挂。

主要结构

1.罐体结构

立式粉罐半挂车罐体为直筒加多个倒置的圆锥组成，制作工艺复杂，锥仓与上部直筒体之间采用圆弧切线过渡，杜绝了罐内的死角存在，有效防止了物料挂壁、堆积现象。根据使用及容积需求，立式粉罐半挂车可做成单仓、双仓、三仓、四仓等结构。图2为A型立式粉罐半挂车，其罐体的前、后封头均为竖直放置，具有容积利用率高、封头处筒体易于加工等特点。各个锥仓既可装运同种物料，也可装运不同物料。例如同一饲养厂养殖有不同的牲畜，需要配送不同的饲料，故各个锥仓便可装运不同的饲料。锥仓之间通过隔仓板完全或非完全隔开，一般情况下，锥仓之间并非完全隔开，各锥仓若需装运不同物料，才会在设计制作中考虑锥仓间进行完全分隔。

图3为两仓结构立式粉罐半挂车的B型罐体结构，封头倾斜放置，具有筒体强度高的优点，但存在封头处筒体不便加工制造、容积利用率低等缺点。

另有两种在国内不常见的C型和D型立式粉罐半挂车（如图4、图5）。C型立式粉罐半挂车罐体整个前、后封头十分对称美观，通过外筒体和封头包裹着各个锥体，具有便于制作的优点，但相对而言其自重大，不利于产品的轻量化；D型立式粉罐半挂车罐体各个锥体裸露，自重轻，但罐体和车架强度低，容积利用率也偏低。由于这两种立式粉罐半挂车的弊端较为突出，目前在国内几乎看不到。

2.车架

立式粉罐半挂车的车架一般为两段式，罐体采用全承载式结构。分段式车架可提高罐体与车架合拢时的工艺性，降低合拢的难度，同时可减轻车架自重，有利于产品的轻量化。前车架延伸到第一锥的后侧，纵梁呈弧状非规则形态。后车架从第一个隔仓板处延伸到后尾，纵梁呈收缩状态。为提高前、后封头处车架的强度，前后封板做成弧形、且一般情况下与封头相切，以提高车架与罐体结构的强度。

3.进气管道

立式粉罐半挂车的进气管道的进气原理与卧式粉罐半挂车的基本一致，通过主进气管道的止回阀后流经各个锥仓。管道上布置的阀门有压力表、安全阀、泄压阀、各仓进气阀等。最大工作压力为0.2MPa，超出压力时将从安全阀自动排气，以保证罐车在额定压力内工作。由于立式粉罐半挂车锥仓数量较卧式粉罐半挂车、举升式粉罐半挂车多，进气管道的进气分支相对较多，故结构较为复杂，操作上也相对繁琐。

4.出料管道

立式粉罐半挂车的出料管道可采用上出料方式或下出料方式，这两种方式各有优缺点。上出料方式的优点为罐体容积利用率高、装载量大，质心低、车辆行驶稳定，出料管道及出料蝶阀便于安装、维护；缺点是卸料后稍有残余，比如运输面粉，6个锥仓的残余量约为20kg，若过段时间再运输时，必须对料仓进行清理（由于锥仓的流化床面积小，清理尚十分方便），以杜绝残余面粉霉变而导致对罐内新装面粉的污染。下出料方式的优点为物料残余量低，可实现物料的零残余；缺点为容积利用率低、装载量小，质心高、车辆行驶稳定性差，出料管道及出料蝶阀不易于维护。由于下出料结构的出料管道在设计时需考虑离地间隙及避免与桥轴、分泵等干涉问题，因此下出料结构出料管道的设计及生产制造难度系数相对要大些。

5.流化元件

立式粉罐半挂车罐体锥仓底部的流化元件起到将空气或其他气体与散装物料混合的作用，将混合的空气或其他气体与散装物料达到一种拟流体的状态（称为气-固两项流），在压力差的作用下通过卸料管道输送到物料塔内或指定位置。目前常用的流化元件有锥形帆布式流化床及料斗助吹器，锥形帆布式流化床现已实现国产化，而料斗助吹器仍需要从国外进口。

卸料过程

1.卸料原理

粉罐半挂车的卸料原理为依靠压缩气体将装载在密封罐内的物料流态化后，利用罐内外的压力差将物料卸出的过程。其核心原理为气力输送技术，气力输送是利用气流的能量在管道中输送物料的一种输送方式，分负压气力输送系统和正压气力输送系统，粉罐半挂车卸料过程为正压输送过程。

2.卸料性能

根据QC/T560-2008《散装水泥车技术条件及性能试验方法》规定，卸料能力的测试条件为：垂直高度15m，水平距离5m，在工作压力为0.2MPa的条件下，平均卸料速度不小于1.2t/min，剩余率不大于0.3%。运输其它介质时的相关行业标准正在制定中，一般要求卸料性能为在垂直高度15m，水平距离5m，工作压力为0.2MPa的条件下，平均卸料速度应不小于1.0m³/min，剩余率应不大于0.1%。

3.卸料操作

卸料是通过罐体顶部的人孔或通过负压抽吸系统将粉粒物料装进罐内，加入到额定装载量后，关闭顶部的人孔盖。图6为正在卸料状态的立式粉罐半挂车，现以6仓立式粉粒物料运输半挂车卸料操作说明为例进行介绍。

（1）检查所有人孔盖，确认处于正常关闭状态；打开罐顶进气阀，并确认其他所有阀门均处于关闭状态；接通进气软管和卸料软管。

（2）开启气源总开关，观察罐体压力表，当压力升至0.2MPa时，依次开启助吹阀、6仓进气阀、6仓卸料阀，开始6仓卸料（此时可适当调整罐顶进气阀开启度，使其开启约1/3处）。

（3）观察压力表，当表值明显下降或卸料软管抖动、声音明显变化时，说明6仓卸料完成，依次关闭6仓进气阀、6仓卸料阀、助吹阀；然后开启5仓进气阀；

（4）当罐车压力表压力再次升至0.2MPa时，依次开启助吹阀、5仓卸料阀，5仓卸料阀；当压力表值明显下降或卸料软管抖动、声音明显变化时，说明5仓卸料完成，依次关闭5仓进气阀、5仓卸料阀、助吹阀，然后开启4仓进气阀。

（5）按照上述步骤依次进行4仓卸料、3仓卸料、2仓卸料、1仓卸料，直至1仓卸料完成。

（6）从前至后依次开启各仓进气阀和卸料阀（约5～10s），同时关闭其他仓进气阀和卸料阀，进行清仓作业；待全部清仓完毕，即可关闭气源总开关，并打开排气阀，直至压力表的表值为0，卸料结束。

4.卸料特点

立式粉罐半挂车与国内目前常用的罐内为流化气带式的卧式粉罐半挂车相比具有如下优点。

（1）由于具有合理的罐体形状以及先进的流化元件，使得卸料残余率极低，甚至可达到零残余，具有卸料彻底的优点。

（2）适用范围广，可以输送流化性能不好的粉状、颗粒状物料，如面粉、超细粉煤灰、粗颗粒粉煤灰、重质纯碱、饲料、花岗岩石料、PA66等。

主要用途

物料的散装化节省了大量的包装袋及包装费用；省去了打包、堆包、装车、卸车等多道工序，节约了大量的人工和成本费用；避免了物料在打包、搬运及倒包时的撒漏；消除了袋装物料在流通过程中的污染问题。由于立式粉罐半挂车运输物料范围广、物料残余量低，在食品、化工等方面的市场应用前景广阔。目前，立式粉罐半挂车主要用于运输散装粉状、粒状物质，如面粉、淀粉、纯碱、饲料、花岗岩石料及各种矿粉或化工原料等，并能运用气力输送方式将罐内粉粒物料排出。

1.散装面粉的运输

面粉是一种由小麦磨成的粉末，按加工精度分为特制一等粉、特制二等粉、普通粉。等级不同，面粉的颗粒度、堆积密度不同。经调研，个别面粉厂的面粉采用卧式粉罐半挂车运输，物料残余量通常可达到300～500kg，由于卧式粉罐半挂车流化床面积大，面粉不便清理，同时夹杂在流化气带之间的面粉难以清理。残余的面粉在罐体内的时间呆久后容易引起变质，对食品健康存在着极大的危害，而使用立式粉罐半挂车可实现面粉的零残余。如图7为运输面粉后的罐内残余情况，卸料后罐内十分干净。

2.散装花岗岩石料的运输

花岗岩石料为一类堆积密度较大、流动性差的物料，若使用卧式粉罐半挂车运输，物料残余通常可达1～2t，有的卧式粉罐半挂车的残余量甚至更多。由于立式粉罐半挂车采用重力及气力卸料，也可实现该类物料的零残余。

3.散装PVC、PA6、PE的运输

PVC（聚氯乙烯)、PA6（聚酰胺6）、PE（聚乙烯）为一类颗粒状的聚合物，广泛应用于制作机械、汽车及生活物品。使用立式粉罐半挂车实现该类物料的装、运、卸，同样可实现卸料的零残余。

立式粉罐半挂车不仅可用于运输上述粉状、颗粒状物料的运输，还可类同于国内广泛使用的卧式粉罐半挂车，用于运输水泥、粉煤灰、膨胀剂、干混砂浆、石粉等。

产业技术现状及发展趋势

立式粉罐半挂车是粉罐半挂车未来的发展方向。随着国内食品、化工等行业对散装物料运输的需求，近年来立式粉罐半挂车在国内得到了一定的发展。目前国内中集通华、广东永强、安徽开乐等公司量产的立式粉罐半挂车已初具规模。而在欧洲，立式粉罐半挂车市场占有率极高，已经占据了欧洲粉罐半挂车市场的半壁江山。欧洲半挂车产业及技术代表着国内半挂车发展的风向标，相信不远的将来，立式粉罐半挂车也将会在国内市场得到普及。

随着GB1589-2016的实施以及治超、限载监管力度的加大，轻量化技术是立式粉罐半挂车极为重要的发展方向。为实现立式粉罐半挂车的轻量化，应广泛采用高强度钢、铝合金材料、复合材料、单胎结构、轻量化悬挂等。

高强度钢板材由于抗拉强度、屈服强度高，根据罐体计算厚度公式，许用应力提高，可降低筒体、封头的厚度，使用高强度钢替代Q345材料，可实现罐体自重降低近1000kg。对于分段式车架，其前、后车架的设计可根据经验公式进行对比设计和分别表示两种材料相对应的厚度和屈服强度）。使用高强度钢材料，对车架腹板、横梁等板材亦可进行相应减薄，以及对车架适当部位进行开孔减重，从而实现立式粉罐半挂车轻量化的目标。

铝合金材料是未来立式粉罐半挂车轻量化技术发展的不二选择。铝合金材料的密度约2.7t/m3，仅是钢材密度的1/3，铝镁系列的板材抗拉强度可达275～350MPa（如5083-H111），具有强度高的特点，在油品、易燃液体运输半挂车方面得到了广泛应用。罐体、车架、附件等采用铝合金材料，可实现整车整备质量降低近4000kg。铝合金立式粉罐半挂车在发达国家采用比例已相当高，而我国正处于起步阶段，如近年来安徽开乐研发的立式粉罐半挂车主要采用铝合金5083材料以及采用空气悬挂、425/65R22.5单胎结构等，大大降低了半挂车的整备质量，三轴半挂车的整备质量仅7300kg，深受用户的青睐。

舒适化、专用化也是立式粉罐半挂车未来发展的方向。采用自动卸料系统、空气悬挂、自动升降支腿、主车和半挂车自动结合与脱开技术等。将极大地改善和提升立式粉罐半挂车的专用性、舒适性，这对90后的主力军更具人性化和吸引力。

2017-04-18