高效、便捷的立式粉粒物料运输半挂车

本刊记者 纪鹏飞 中航工业安徽开乐专用车辆股份有限公司 李卿

立式粉粒物料运输车因具有运输物料范围广——可运输粉状、颗粒状物料，以及无物料残余的优点，在欧洲的散装物料运输方面广为使用。在我国粉粒物料运输车几乎都是卧式，立式罐体可谓凤毛麟角。近几年国内粉粒物料运输车阔步进入国际化扩张，一些新产品的引进也成为罐车行业的趋势。最近两年，随着国家道路管理的逐步规范化，粉粒物料运输车也在多用途发展，立式粉粒物料运输半挂车由此成为粉粒物料运输半挂车的重要发展方向。

定义

粉粒物料运输车，指装备有专用装置，采用压缩空气使粉粒物料流态化后，通过管道输送到一定距离和高度，用于运输散装粉粒物料介质的罐式运输车。根据运输介质堆积密度不同，分为低密度粉粒物料运输车、中密度粉粒物料运输车、高密度粉粒物料运输车。按罐体结构不同，分为卧式粉粒物料运输车、立式粉粒物料运输车、举升式粉粒物料运输车。

图1 立式粉罐半挂车

立式粉粒物料运输车指装运介质为粉粒物料，罐体为水平柱状筒体与多个竖直倒置锥仓相贯组合的，锥仓与水平面最小夹角大于粉粒物料的安息角，物料依靠重力流动到出料口处，使用气力输送的卸料方式，用于运输散装粉粒物料介质的罐式运输车。

图2 立式粉罐单车

立式粉罐车分类

按照车辆类型，立式粉罐车可以分为单车（如图1）、列车、罐式集装箱三类，列车按照组合形式，可以分为半挂列车（如图2）和全挂列车（如图3）。由于立式粉罐半挂车特别适合长途、高级公路运输，且具有承运量大、车身长的特点，纵观国内外，立式粉罐半挂车为主要形式。立式粉罐集装箱（图4）多用于码头、港口运输，及将立式粉罐集装箱坐在集装箱运输半挂车上或将立式粉罐箱坐在平板自卸半挂车上用于公路运输。

按照罐体材质不同，可分为碳钢、不锈钢、铝合金立式粉罐半挂车。由于立式粉罐半挂车以运输高档散装颗粒状化工物料为主，铝合金立式粉罐半挂车为主要结构。针对特殊物料，罐体也可做成碳钢或不锈钢材质。

按照运输介质不同，立式粉罐车又分为散装水泥运输车、干混砂浆运输车、散装面粉运输车等。

主要结构

2.1 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5型立式粉罐半挂车罐体的特点为前、后封头为竖直放置，具有容积利用率高、封头处筒体易于加工的特点。各个锥仓可装运同种物料，也可装运不同物料。例如同一饲养厂养殖不同牲畜，需要不同的饲料，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，锥仓之间非完全隔开，各锥仓仅在装运不同物料的情况下，锥仓之间完全隔开。图6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，具有筒体强度好的优点，但存在封头处筒体不便加工制造、容积利用率低的缺点。

图4 立式粉罐集装箱

2.2 车架

立式粉罐半挂车的车架一般为两段式，采用罐体全承载式结构，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，同时可减轻车架重量，有利于产品的轻量化。前车架延伸到第一锥的后侧，纵梁呈弧状非规则型。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、且与封头相切，可提高车架与罐体结构的强度。

2.3 进气管道

立式粉罐半挂车的进气管道与卧式粉罐半挂车的基本进气原理一致，通过主进气管道的止回阀后流经各个锥仓。管道上布置的阀门还有压力表、安全阀、泄压阀、各仓进气阀等。安全阀调定工作压力为0.2MPa，超出压力时自动排气，保证罐车在额定压力之内工作。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多些，结构较复杂，操作也相对繁琐些。

2.4 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，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，重心低、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，在运输面粉的情况下残余量约20kg/6锥仓，停段时间再运输的情况下，需对料仓进行清理（由于锥仓的流化床面积小，清理十分方便）。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，重心高、车辆行驶稳定性差，出料管道及出料蝶阀不便于维护。由于下出料结构的出料管道需考虑离地间隙及避免与桥轴、分泵干涉等因素，下出料结构出料管道的设计及生产制造难度系数要大些。

2.5 流化元件

图5

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它气体与散装物料混合的作用，将混合的空气或其它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，锥形帆布式流化床已实现国产化，而料斗助吹器仍需要从国外进口。

卸料

3.1 卸料操作

卸料时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。以6仓立式粉粒物料运输半挂车卸料操作说明为例介绍。

（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、第6仓进气阀、第6仓卸料阀，开始第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，说明第6仓卸料完成，依次关闭第6仓进气阀、第6仓卸料阀、助吹阀；然后开启第5仓进气阀；

图6

（4）当罐车压力表压力再次升至0.2MPa时，依次开启助吹阀、第5仓卸料阀， 第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，说明第5仓卸料完成，依次关闭第5仓进气阀、第5仓卸料阀、助吹阀，然后开启第4仓进气阀；

（5）按照上述步骤依次进行第4仓卸料、第3仓卸料、第2仓卸料、第1仓卸料，直至第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5-10秒），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，直至压力表表值为0，卸料结束。

3.2 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。

3.3 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15 m，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%。

3.4 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，可达到零残余，具有卸得干净的优点。

(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、潮细粉煤灰、加粒粉煤灰、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。

4.1 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。

4.2 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。

4.3 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，还可同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。

设计要点

5.1 基本要求

（1）尺寸参数：根据设计的目标容积，确定主要包括罐体尺寸、外廓尺寸、轴距、轮距、和挂车的连接尺寸等。

（2）主车与挂车运动校核：包括前/后回转半径、半挂牵引车牵引座承载面高度比半挂车鞍座结合面高度高出的数值。

（3）车轴数及型式，以及其他附件的布置。

立式粉罐半挂车应符合GB 1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》、GB/T 23336-2009《半挂车通用技术条件》等标准法规的要求。而半挂牵引车与半挂车的匹配，则应满足QC/T 912-2013《半挂牵引车与半挂车匹配技术要求》的要求，包括一般要求和机械连接、电气连接、结构安全、动力性能和节能环保等专项要求。相关行业标准《粉粒物料运输半挂车》正在制定中，对粉粒物料运输半挂车进行了规范，及对行业人员的设计、制造等具有一定的指导意义。

5.2 材料

根据运输介质不同，立式粉罐半挂车的罐体材质可选用低合金高强度钢Q345、T610，不锈钢304，铝合金5083、5182等。由于铝合金具有密度小、强度高的特点，国内近几年，镁铝系列的铝合金被广泛应用到油品、易燃液体运输半挂车的罐体上。铝合金材料在立式粉罐半挂车的罐体、车架及整车上也进行了初步应用。

5.3 罐体计算厚度

筒体计算厚度按下式计算：

式中：

δ——罐体计算厚度，单位为毫米（mm）。

Pc——计算压力，单位为兆帕（MPa）。

Di——罐体内直径，单位为毫米（mm）。

[Σ]t——设计温度下，罐体材料许用应力，单位为兆帕（MPa）。