立式粉罐半挂车结构及应用探析

摘要：根据多年的粉罐车设计经验，概括了现有立式粉粒物料运输半挂车的结构，并总结了该车辆的用途及未来发展方向。旨在帮助各有关行业工作者对该车型深入了解、探索，希望该类车型在国内能有更广阔的前景。

关键词：立式粉罐半挂车;结构;应用探析

中图分类号：U469.53

收稿日期：2021-01-05

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.03.008

随着国内经济的快速发展，国内散装运输行业也在快速发展。我国于20世纪60年代中期开始推广水泥散装运输，由此粉粒物料运输车逐渐发展起来。

散装运输是指货物不经包装，基本上以自然形态装载上车、船进行运送的运输方法，适用于大宗的块状（矿石）、粒状、粉状以及液态货物的运输。通常采用的散装运输工具有：粮食散装车、水泥散装车、罐车、散装船、气动输送系统、管道、散货集装箱等进行装运。实现散装运输需要生产、装载、运输、卸载、储存、使用等主要环节设备。

散装运输的特点是：a.由于采用了机械化装御技术，减轻了搬运过程的劳动强度，从而提高劳动生产率;b.节约包装材料，降低物流成本;c.途中损耗少，有利于提高运输工作质量等。由于散装运输的这些优势和特点，目前国内散装运输行业中粉粒物料通常采用粉粒物料运输半挂车进行运输，且已成为运输主流。

立式粉罐运输半挂车作为粉罐运输半挂车中的一种主要结构，由于在面粉、PA66、尿素颗粒、钙粉等行业中运输的节能、节原、降成本等优势，现已被广泛应用。由于立式粉罐运输半挂车的发展潜力，本文对立式粉罐运输半挂车的结构和应用进行探讨，旨在推进国内外散装运输市场。

1粉粒物料运输半挂车的定义和分类

粉粒物料运输半挂车的定义是：装运介质为粉粒物料，一般由罐体、安全附件、管道、动力系统（选装）、行走机构组成，可实现正压气力输送的半挂车。其按罐体结构及御料方式可分为卧式、立式及举升式粉粒物料运输半挂车，分别适应不同的粉粒物料在不同工况条件下的运输。该类车型一般配备有专用装置，通过充入压缩空气使罐体内的粉粒物料流态化，再经管道输送至一定距离和高度后到达指定的容器或场地内。

其中，卧式粉粒物料运输半挂车简称卧式粉罐，罐体底部设有流化床，流化床平面与水平面的夹角介于粉粒物料的安息角和临界流化角度之间，是依靠流态化向卸料口流动（悬浮型）卸料的粉粒物料运输半挂车。卧式粉罐适用于常见松散粉粒物料中容易实现流态化的物料（一般含水量不大于6%，粒径小于0.147mm的粉末）的散装运输。

立式粉粒物料运输半挂车简称立式粉罐，罐体下部为锥体，锥体与水平面的最小夹角大于粉粒物料的安息角、内摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，是依靠重力向御料口流动（重力型）卸料的粉粒物料运输半挂车。立式粉罐适用于常见松散的粉粒物料。

举升式粉粒物料运输半挂车简称举升罐，罐体可举升，卸料时罐体的举升角度大于粉粒物料的安息角、内摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，是依靠重力向卸料口流动（重力型）卸料的粉粒物料运输半挂车。举升罐适用于常見的松散粉粒物料。

2立式粉罐的结构和特点

本文主要分析和探讨的是立式粉罐。立式粉罐罐体部分是由水平柱状筒体与多个竖直锥仓相贯组合而成，结构和加工工艺较卧式粉罐车复杂。

由于它的罐体是由多个竖直锥仓相贯组合而成，更容易通过控制锥仓的倾角来调整自身的流化床角度，一般流化床角度可控制在30°～60°之间，而卧式粉罐的流化床角度仅为20°左右。因此，很多卧式粉罐不能运输的介质，立式粉罐可轻松应对。

此外，一些特殊的物料（如无黏性、弱吸附性或者颗粒状等物料），比如大豆、小麦、玉米粒、PA66等，在使用立式罐车装载运输卸料时，并不需要将运载物料流化，只需在具备一定角度的流化床上，仅靠重力及压力管道作用便可将运载物料输送至指定场地内，这样所装载的物料便不会有物理损伤，这也是卧式粉罐做不到的。

立式粉罐的主要结构包括：罐体、车架、行走机构、进气管道、出料管道、流化系统及安全附件，其中安全附件包含有罐顶走道及扶手、爬梯、人孔、支撑、侧防护、后防护、灯具等（图1）。

3立式粉罐各结构分析

3.1罐体结构

立式粉罐的罐体多为直筒加圆锥相贯而成（图2），前后使用封头使之闭合形成密闭空间，拼接处需加工处大

R弧过渡，避免夹角、死角出现。

封头选型需根据罐车的工作压力及工况，多采用标准蝶形封头和标准椭圆型封头;锥体与封头间连接、锥体与直筒间连接需大R弧过渡;锥体与锥体间一般设置有隔舱板，以提高罐体整体的强度和刚度;针对不同的运载物料，锥体角度的调节范围在30°～60°。立式罐车的罐体材质选择并不局限，目前我国碳钢、不锈钢、铝合金都有相应的材料适用立式罐体的加工，比如Q345B、SUS304、5083等强度适中且易成型的板材。

文中介绍的只是一种较为普遍的立式罐罐体结构。在实际设计过程中，应当根据相应的运输条件、工况等具体情况来处理每个细节，以达到更好的运载效果。

3.2车架结构

立式粉罐多采用罐体全承载式车架结构。立式粉罐罐体部分的强度和刚度是足够的，所以车架多设计成前车架和后车架组合两段式（图3）。这种分段式车架的优点既保证了立式粉罐车的加工工艺，又可大幅度降低加工劳动强度，同时还减轻了车架重量。

这里需要强调的是，立式粉罐的车架设计并不局限于此结构，目前国内外现有的立式粉罐车的车架结构种类非常多，归根结底其结构设计要点是需要把控住车架部分的自身强度，以及对车架与罐体相连接时的柔性控制，避免出现焊缝开裂。

3.3行走机构

行走机构[2]包含有悬架、桥轴、轮胎等零部件，是配合挂车行驶的主要总成机构。行走机构的确定需要根据立式粉罐标载运输的总重量等实际条件，并遵循GB1589-2016的要求进行匹配设计。目前国内外常见的行走机构有如下分类：按桥轴数量分，有三轴双胎、三轴单胎、二轴双胎、二轴单胎等类型;按悬挂类型分，有钢板弹簧式、空气悬挂式等类型。

3.4进气管道

立式粉罐的进气管道（图4）是用来将外界的气（立式粉罐自装的动力系统或场地上提供的外接气源）连接并输送给罐体。管道连接供气源头后主要分成三条供气支管路：a.为罐体腔体供气;b.给各锥体流化床供气;c.为出料管道上的二次助吹供气。

为保护供气源，一般在进气管道端设有定向止回阀;由于受管道上各气路元件口径影响，罐体腔体的内部压力与管道内部的瞬时压力不同，所以一般罐体与管道上各设置一组压力表与安全阀系统。随着智能化的发展，可以预计未来立式粉罐的进气管道上将极有可能布置气动球阀等可远程控制设备，结构将更合理，且操作更方便、快捷和简单。

3.5出料管道

立式粉罐的出料管道是连接罐体腔体与外界御料点的管路系统，常用通径口径为DN100和DN125。但一些特殊的超细物料或需要控制其卸料速度不宜过快时，也可采用更小的口径。对于一般物料而言，已论证过较粗的出灰管道将在一定程度上提升御灰速度，但由于供气源供气量限制，口径不宜超过DN125。

按出料形式分类，立式粉罐出料管道有如图5所示的上出料和下出料两种结构。

3.5.1上出料结构

上出料结构的特点是出料管道从罐体内部穿出，与外界相连，管道分布在罐体中部（图6）。

上出料结构的优势主要如下：a.由于不占有罐体分布空间，该管路排布一定程度上降低了车辆重心，因此对于限高车辆而言，该结构是合适的选择;b.该结构的管道加工工艺好，加工、制作成本这两方面都要优于下出料结构。

3.5.2下出料结构

下出料结构的特点是出料管道与罐体最下端相连，再与外界对接，管道分布在罐体下部（图7）。

该出料结构的管路排布与上出料结构不同的是需要占据一定的罐体分布空间，所有管路均分布在罐体下部，根据罐体底部外廓，再避开相对应的其他部件干涉空间，所以下出料管道结构相对弯曲复杂，加工、制作难度都要高于前者。

但是下出料结构更有利于物料卸载。针对一些黏性小的颗粒物料，御料后的物料残余率仅在3%以下（体积占比），对于那些无黏性的颗粒物料甚至可以达到零残余，比如PA66、大豆、玉米等物料，因此下出料结构备受广大客户的青睐。根据市场需求，笔者推荐一种出料管道连接结构（图8），该结构可以更充分地利用上下空间，弥补因下出料结构带来的罐体空间损失。

3.6流化系统

粉罐车卸料的核心原理是利用压缩气体将粉粒物料吹起并与之混合，在一定空间内形成气固两相流，再利用压力差作用，通过卸料管道将粉粒物料输送至指定位置。

立式粉罐流化系统的作用则是用压缩气体将粉粒物料吹起并与之混合，在底部小锥内形成气固两相流。现我国该系统较为成熟的结构有透气帆布式流化床和流化器两种。

4立式粉罐的应用场景

立式粉罐具有合理的罐体形状及先进的管道、流化系统，卸料残余率极低，可实现卸料后罐内零残余，具有非常高的商业价值。立式粉罐适用范围非常广，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、重质纯碱、饲料、花岗岩石料等，也可以输送黏性弱、吸附性弱的颗粒状物料，如大豆、小麦、玉米、PA66、粗颗粒粉煤灰等。

立式粉罐的作用主要如下：a.为粉粒物料的散装化运输奠定了坚实的基础，为粉粒物料散装化运输大量节省了包装费用;b.省去了打包、运包、堆包、装车、卸车、拆包等多道工序，节约了大量人工成本费用;c.避免了物料在打包、搬运及倒包时被污染或撤漏。所以在食品、高端化工原材料等转运方面有着巨大的应用价值，市场前景广泛。目前国内已应用立式粉罐进行运送的物料有面粉、淀粉、纯碱、饲料、花岗岩石料粉、矿粉以及PA66等化工原料，而在一些发达国家像大豆、小麦、玉米等食品也均以散装运输为主。

5结语

随着国内食品、化工等行业对物料实现散装运输的需求，预计立式粉罐将在国内迅速得到广泛应用和发展。目前国内一些大型专用车辆生产厂家生产的立式粉罐半挂车已形成一定的规模。在欧洲，立式粉罐则更为普遍。

随着GB1589-2016的实施以及治超、限载监管力度的加大，轻量化将是立式粉罐车的一大发展方向，由此可推测高强钢、铝合金等材料將在立式粉罐车上得到更为广泛的应用。同时，随着时代的发展和科学的进步，粉罐的智能化技术也日渐成为各个终端客户的硬性需求，比如：人孔盖一键式开启、关闭、装御物料半自动化甚至全自动化操作、智能控制支腿;扶手自动升降等。立式粉罐必将成为我国运输行业中不可代替的一类产品，将会在国内市场更加普及。参考文献：

[1]JT/T1332-2020粉粒物料运输半挂车[S]

[2]GB7258-2017机动车运行安全技术条件[S].

作者简介：

李卿，男，1983年生，工程师，研究方向为事特种车设计。