多仓油罐运输车毕业设计.docx

多仓油罐运输车毕业设计.docx

《多仓油罐运输车毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多仓油罐运输车毕业设计.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

多仓油罐运输车毕业设计

摘要

油罐车是罐式车的一种，主要用于液体油品的异地转移运输和实现车辆飞机的流动加油。

油罐车技术含量不太高,而且制造工艺相对于其他橄式专用车而言比较简单,生产企业相对较多,市场竞争非常激烈。

企业最重要的战略任务之一就是保障其长久的生存能力。

目前市场上汽车使用的燃料主要以汽油与柴油为主（汽油又有93和97两种标号，柴油又分为0、-10、-30号等）设计出两种或两种以上的多仓燃料运输车能够满足不同用户对燃料的需求。

能够适应工地、矿山、农场等多种型号车辆的需要。

汽车材料轻量化是汽车发展的必然趋势。

所谓汽车轻量化，就是降低汽车产品自身重量，达到减重、降耗、环保、安全的综合目标。

用科学方法和手段对汽车产品进行优化设计，在确保汽车综合性能指标的前提下，通过使用新型材料，尽可能降降低运输成本，提高企业的运营效率。

铝合金是具有广阔应用前景的轻型材料，采用该材料生产的油罐半挂运输车自身质量轻，不仅可以完全满足运输油料的强度和刚度要求，而且可以显著降低运输成本，提高企业的运营效率。

关键词：

油罐多仓半挂车运输铝合金

Abstract

Ofallthetankcars,theoil-tankersmainlyforthetransferofliquidpet-roleumtransportationandoff-sitemovementofvehiclestoachieveairrefueling.Themarketisverycompetitivebecausethetechnologyofthetankisnotsomuchhighandthemanufacturingprocessismoresimplecomparedwiththeotherolivine-typespecialpurposevehicles.Oneofthemostimportantstrategictasktoacompanyistoensureitslongtermviability.

Currentlyonthemarketthecarusefueltogasolineanddiesel（gasolineandmainly93and97twograde,dieselwasdividedinto0,-10,-30,etc.）toproducetwoormorethantwokindsofmultichamberfueltransportvehiclecanmeetdifferentusersdemandforfuel.Toadapttothesite,mines,farmsandothertypesofvehicleneeds.

Lightweightautomotivematerialsistheinevitabletrend.Thesocalledlightweightvehiclesistoreduceweightoftheproductitself,toachieveweightloss,energysaving,enviromentalprotection,saftyandtheothercomprehensivegoals.Usingscientificmethodsandmeanstooptimisethedesignofautomotiveproducts,underthepremiseofensuringthecar'scomprehensiveperformanceindicators,throughtheuseofnewmaterials,reducethetransportcostsasmuchaspossibleandimproveoperationalefficiency.

Aluminumisabroadprospectoflightweightmaterials.Theoil-tanksemi-trailerisproducedbytheuseofthematerial,notonlycanfullymeetthestrengthandstiffnessofthetransportation,butalsocanreducetransportationcostssignificantlyandimproveoperationalefficiencyofenterprises.

Keywords：

TankMulti-chamberSemi-trailerTransportAluminum

第1章绪论

油罐车又称流动加油车，主要用作石油的衍生品，如：

汽油、柴油、原油、润滑油及煤焦油等油品的运输和储藏。

根据不同的用途和使用环境有多种加油或运油功能，具有吸油、泵油，多种油分装、分放等功能。

目前市场上汽车使用的燃料主要以汽油与柴油为主（汽油又有93和97两种标号，柴油又分为0、-10、-30号等）设计出两种或两种以上的多仓燃料运输车能够满足不同用户对燃料的需求。

能够适应工地、矿山、农场等多种型号车辆的需要。

半挂车是车轴置于车辆重心（当车辆均匀受载时）后面，并且装有可将水平或垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车。

它的类别分为全挂车（载货部位为栏板结构的全挂车，下分厢式全挂车载货部位为封闭厢体结构的全挂车）罐式全挂车（载货部位为封闭罐体结构的全挂车）平板全挂车（载货部位的地板为平板结构且无栏板的全挂车）集装箱全挂车（载货部位为框架结构且无地板，专门运输集装厢的全挂车）自卸半挂车（载货部位具有自动倾卸装置的半挂车）。

它的特点，半挂车是主要运输体积大,且不易拆分的大件货物,比如挖掘机等等,栅栏式比较适合拉鲜活类的货物,比如蔬菜,水果等等.厢式比较适合拉散货及防湿较贵重货物。

图1.1半挂车

1.1铝合金

汽车材料轻量化是汽车发展的必然趋势。

所谓汽车轻量化，就是降低汽车产品自身重量，达到减重、降耗、环保、安全的综合目标。

用科学方法和手段对汽车产品进行优化设计，在确保汽车综合性能指标的前提下，通过使用新型材料，尽可能降降低运输成本，提高企业的运营效率。

铝合金是具有广阔应用前景的轻型材料，采用该材料生产的油罐半挂运输车自身质量轻，不仅可以完全满足运输油料的强度和刚度要求，而且可以显著降低运输成本，提高企业的运营效率。

在工业生产中铝及其合金的应用量仅次于钢铁，据有色金属的首位，其最大的特点是质量轻、比强度和比刚度高、导热导电性能好、耐腐蚀，广泛用于食品、电力和制造业，是航空工业的主要材料。

以铝为基的合金相图大多属于共晶型，如图1.2所示。

根据铝合金的成分和生产加工的方法不同，可以把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。

图1.2二元铝合金分类示意图

1.2半挂车的发展状况

近年来，随着汽车工业的发展，世界汽车产量和保有量与日俱增。

汽车在给人们出行带来方便的同时也产生了油耗、环保、安全三大问题。

着眼于长远的可持续发展,降低燃油消耗和减少排放污染显得尤为迫切,在市场日益竞争激烈的情况下，采用新技术，新方法成为提高产品竞争力的主要方法。

减少汽车自身质量（汽车轻量化）是汽车降低燃油消耗及减少排放污染的最有效措施之一。

据国际权威部门统计,汽车所用燃料约60%消耗于汽车自重,汽车质量每减轻10%,可降低油耗6%～8%。

测试表明,在经济行驶速度下,汽车质量每减少1kg,1L汽油可多运行1.1m。

实现汽车轻量化的途径主要有两种:

一是优化汽车框架结构;另一个是在汽车制造上采用轻质材料，而目前汽车上使用量最大的轻质材料为轻合金，铝、镁、钛等金属的密度小,分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3和4.5g/cm3,因此,这几种金属通常被称为轻金属,其相应的铝合金、镁合金、钛合金则称为轻合金。

铝是人们最熟悉的金属之一,在纯铝中加入Cu、Mg、Zn、Si、Mn、稀土等合金元素配制成各种铝合金,再用强化措施来提高其强度、硬度、疲劳性能等材料综合性能,以满足工程应用的需要。

与钢铁相比,铝合金具有质量轻、导热性好、耐腐蚀性好、易于加工等特点。

而且铝材几乎可以全部回收,重新加工使用,有利于环境保护;有些铝合金材料的物理性能已与车用钢材相似,具有相当的强度和刚度。

铝合金零部件的应用,可以大大减轻整车质量,根据美国铝学会的报告,汽车上每使用0.45kg铝就可减轻车重lkg,理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。

因为铝合金具有以上优点,所以铝合金成为近二十年来在国内外汽车上使用最多的轻量化材料。

铝合金罐车自重轻,满载时可以多装成品油,空载时则可以节省燃油和减少轮胎磨损。

实验和统计的结果表明,不管在何种运行状况下,铝合金罐车的营业收入比碳钢罐车要高出12%左右。

在美国,每年生产5000多台的成品油罐车,几乎全部采用铝合金材料;不锈钢材料用于其他化学品、液态食品等罐式车;低合金高强度钢板仅用于低温高压液体的运输罐车。

欧洲年销售各种罐式车40000台以上。

欧洲对危险品运输安全要求非常高。

为防止超载,在确保安全的前提下提高运输效益,无论是油罐车或粉罐车,罐体都采用铝合金材料,甚至空气悬架的支架和钢圈也使用了铝合金制造,以减轻自重。

在日本,每年新增成品油罐车约800台,85%以上采用铝合金材料进行生产,其余15%采用不锈钢和碳钢生产。

中国的油罐车年需求量在10000台以上,目前,98%以上采用普通碳钢罐体,极少数采用铝合金罐体。

国家发改委以《关于部分专用车项目备案意见的函》同意宁夏三特种汽车制造有限公司年产万辆特种专用汽车生产改装建设项目备案。

该项目成为宁夏第一个获得国家发改委同意建设的专用车项目。

据宁夏发改委工业处介绍，宁夏三庆特种汽车制造有限公司年产万辆特种专用汽车生产改装建设项目总投资亿元，项目建设地点为石嘴山经济开发区，建设规模为年产电石运输车、环卫泥水分离运输车、罐式危险品运输车、公安武警专用车、运钞车、工程运输车万辆。

对于经济发达的国家，选择汽车工业作为国民经济的支柱产业是完全正确的。

实现油罐车罐体轻量化的途径一般有两种一是从结构的设计入手,通过有限元法和优化设计法对现有钢结构罐体进行结构分析和结构优化,在保证承载能力和可靠性的前提下减轻其质量;二是从材料入手,通过采用轻材料或现代复合材料等低密度材料替代现有的钢材料,达到罐体轻量化的目的。

铝是最早用于汽车制造的轻质金属材料,也是结构材料中最为经济实用、最具竞争力的汽车用轻金属材料。

从生产成本、零件质量、材料利用率等方面,铝合金具有多种优势,如密度较小,用其替代传统钢铁,可减小整车重量的回收率高,仅次于钢铁,目前可达87％,符合环保要求。

它还具有优良的抗腐蚀性、压力加工和铸造加工性,也为专用汽车生产企业所认可。

1.3半挂车的分类

一、按半挂车车轴数分类

半挂车按车轴分类通常可以分为单轴、双轴、三轴和多轴四类（图1.3）。

图1.3半挂车按车轴数分类

单轴半挂车是最简单的半挂车，国标GB6420—86规定半挂车总质量13.3t以及13.3t以下都为单轴。

其整备质量小、制造方便，并且轮胎磨耗和燃油消耗较少。

随着所要求的半挂车装载质量的增加，为了不超过轴负荷和总载量的规定，主要途径是增加半挂车轴数。

二、按半挂车的结构特点分类

半挂车按结构特点分类可以分为变轴距半挂车、车轴可提升的半挂车、多牵引销半挂车以及活动牵引销半挂车等。

可变轴距半挂车可以是轮距相对半挂车车架移动的形式。

我国的J10BZ、J15BZ和J140BZ转载质量分别为7t、8t和10t，纵梁可伸缩，货箱长度在7～11m内变化。

车轴可提升半挂车，在提起轮轴后改变了附着条件，减少行驶阻力和轮胎磨耗，但结构复杂，其执行装置为气动或液压元件。

多牵引销半挂车，一般有双牵引销和三牵引销式。

三、按形式和用途分类

半挂汽车列车的使用范围和广，按形式和用途分类实际上包含了所类别的专用汽车，在基本型即普通栏板式半挂车和低平台半挂车的基础上，可按GB6420—86分类如下：

平板半挂车、低平板半挂车、凹式平板半挂车、箱式半挂车、自卸半挂车、集装箱专用半挂车、集装箱平板半挂车、集装箱栏板半挂车、液罐半挂车、粉状集装箱半挂车、牲畜家禽半挂车、预制件半挂车、长货半挂车、冷藏半挂车、横伸半挂车、纵伸半挂车和组合半挂车等。

四、按半挂车驱动方式分类

（1）自驱动半挂汽车列车，半挂车上装有发动机驱动，列车共装置两台发动机。

南京电子工程研究所、南京汽车研究所和705厂曾分别联合批量研制过自驱动半挂汽车列车。

（2）自驱动半挂汽车列车通过性好，具有军事和野外作业的意义。

由于减少了牵引车功率，因此使列车尺寸减小，提高了行驶稳定性、机动性和经济性。

在半挂车上增加导向轮后还可以在摘挂后单独使用半挂车，但结构较复杂。

（3）其他驱动半挂汽车列车即通常的半挂汽车列车，半挂车本身不装置发动机及其传动装置。

1.4油罐汽车的结构与设计

1.4.1油罐汽车

油罐汽车按其功能不同可以分为运油汽车和加油汽车两种。

运油汽车一般指运输轻质燃油、重油、润滑油、植物油等罐式汽车，也可作为储存油料用。

加油汽车除能运油外，还有如下功能：

1.能为本车油罐加油。

2.能将本车的燃油加给其他容器。

3.能不经本车油罐将一个容器的燃油注入另一容器内，其移动泵站的作用。

4.能抽回加油软管中的燃油。

5.能把燃油在本车内循环、搅拌，即所谓倒油。

1.4.2油罐汽车结构与设计

确定罐体形状时，应有利于降低整车质心高度，减少自身质量，增大容积效率，减少空气阻力，并与驾驶室外形相称，是整体造型美观等。

一般罐内压力小于0.1MPa时，罐体横截面取椭圆形；压力大于0.1MPa时，多采用圆形横截面。

图1.4椭圆形横截面罐体容积计算图

椭圆形横截面罐体实际总容积V（m3）按下式计算（参见图1.4）

公式（1-1）

式中a、b-----椭圆长、短轴长度

L---------椭圆筒体长度

L1、L2-----封头长度

--------罐体附件的体积总和

第2章铝合金油罐半挂车的设计

2.1本次设计的主要参数

原始数据：

（1）牵引车参数：

牵引车型号：

CA4222P21K2T3A1E

底盘厂家：

一汽解放汽车股份有限公司

准拖挂车总质量（kg）：

37900

鞍座承载能力（kg）：

14370

最高车速（km/h）：

105

（2）材料参数：

罐体材料：

6005A·T6型铝合金，其屈服强度为：

厚度

5mm时

=225Mpa，5mm<厚度

10mm时

=215Mpa。

由罐体结构厚度可知，防波板处

=225MPa，罐体处

=215MPa。

车架材料：

7005·T6型铝合金，其屈服强度为：

厚度

40mm时

=290MPa

E=69000MPa，

=0.34，

=2.7g/cm3

半挂车技术要求：

载质量（kg）：

30000

半挂车鞍座最大允许承载质量（kg）：

9500

轴数：

3

外型尺寸（长×宽×高）（mm）≤：

13000×2500×3750

轴距（mm）：

3-4轴6530

4-5轴1310

5-6轴1310

离去角（°）：

≥14

最小离地间隙（mm）：

≥310

2.2半挂车的总体设计

半挂车的主要结构形式有平板式、阶梯式和凹梁式。

平板式半挂车：

整个货台是平直的，且在车轮之上，适于运输钢材、木材及大型设备（如图2.1所示）。

图2.2阶梯式半挂车

图2.1平板式半挂车

阶梯式半挂车：

半挂车车架呈阶梯形，货台平面在鹅颈之后，最早的阶梯式平板半挂车，其鹅颈均为弧形结构，在鹅颈上端形成第二货台平面。

由于阶梯式结构货台平面降低，从而适合运输各种大型设备、钢材等（如图2.2所示）。

图2.3凹梁式半挂车

凹梁式半挂车：

其货台平面呈凹形具有最低的承载平面。

凹型货台平面离地高度一般根据用户要求确定，适合超高货物运输（如图2.3所示）。

2.3半挂车的车架设计

车架是车辆的骨架，是车辆的重要承载部件，连接着各个主要总成，承受着复杂空间力系的作用。

一般，车架应该具有足够的强度、合适的刚度，在保证刚度和强度的前提下质量最小，以及结构应尽量简单等。

随着高速公路的发展，车速不断提高，因而要求车架要具有足够的抗弯曲变形和抗扭转变形的能力。

半挂车车架的特点，主要是车架的前部要安装牵引销及其底板，并通过牵引销与牵引车的牵引座连接。

这样，车架的上面就高出牵引车车架许多。

为了使货物的装载质心降低，保证起初列车必要的行使稳定性，就必须使车架后部的货箱底板平面尽量低一些。

下述三种车架结构形式都与这一特点相关。

同时，半挂车的轴距一般都较长，为了减轻挂车车架的总质量，有时便在纵梁的副板上打一些孔。

这些圆孔或方（长方）孔，也为（制动）管、（电）线的通过提供了方便，同时也为了车架的装配、维护和修理提供了某些便利。

因此，车架设计时应满足以下要求：

（1）满足总布置要求：

牵引车车架的前端宽度最大值受转向轮最大转角的限制，最小值取决于发动机的外廓尺寸；车架的后端宽度的最大值则需要根据轮胎和钢板弹簧的宽度和安装情况而定。

（2）必须有足够的强度：

要保证车架在各种复杂的工作条件下长期使用时不至发生严重的损坏。

（3）要有合适的刚度：

一方面，在各种使用条件下车架不能有很大的变形，要使固定在车架上面的各总成和部件在车架上的相对位置变化不大，保证它们能正常工作而不发生运动干涉或运行噪声；另一方面，车架的刚度，尤其是扭转刚度不宜过大，以免在通过不平道路时使车架发生不必要的断裂现象，同时，还要与车辆的悬架角刚度相匹配。

（4）节省材料、减轻质量：

在保证车架具有足够的刚度和必要的强度的前提下，应尽量简化车架的结构，减少材料的消耗，以降低生产成本。

同时，车架还应便于制造和维修。

车架设计时，应注意以下问题：

（1）车架的各个构件几乎都是冲压件，因此，各构件的形状要尽量符合冲压工艺的要求，拉深量不能太大，余料也不能过多，以节省材料；

（2）由于在每个截面上的扭转应力总是在上、下翼面的翼缘处最大，因此在车架上、下翼面上应尽可能不要钻孔、开口或有其他工艺缺陷。

在前后轴之间车架纵梁的下翼面、后悬架部分纵梁的上翼面等都禁止钻孔。

在车架纵梁的腹板及横梁上钻孔时，孔间距和孔大小都应符合规定。

（3）在车架上焊接零件时，应该采用与车架材料焊接性能相同的材料进行焊接。

不能随意地在车架上进行焊接。

必须焊接时，应注意车架的圆角等处不允许焊接。

（4）对于承受扭转应力的构件，应尽量采用抗扭刚度高的箱形和圆管等闭口截面来制造。

（5）为了避免材料折弯时产生破裂，车架的内圆角半径应比板材的厚度大一些。

（6）纵梁的扭转应力是按不同位置的横梁分段的，每段与横梁连接处扭转应力或为最大或为最小，如果在两根横梁之间加装一根横梁，则车架的扭转应力提高、加装横梁处的扭转应力增加，而纵梁在与原来两根横梁连接处的扭转应力反而下降，布置横梁时应注意这个问题。

（7）对车架需要加强的地方，可采用这样的加强方式：

①将槽形断面的加强板附加在纵梁的内侧或外侧，加强效果十分显著；②采用L形断面的加强板附加在纵梁承受拉伸应力的一侧；③将纵梁的加强成为箱形断面，方法简单，加强效果也较好，但对其扭转刚度有一定的影响；④在翼板上加强，但效果不明显。

2.4纵梁的设计

平板式

车架的纵梁结构是根据货台形式要求，相应的有平板式、阶梯式、凹梁式或桥式等三种，如图2.4所示。

阶梯式

纵梁截面有工字形和槽形,纵

梁截面有工字形和槽形,为防止上

凹梁式

下翼缘受拉伸和压缩作用而破裂,

图2.4车架纵梁的形式

按薄板理论进行校核,其弯曲应

力不应超过临界弯曲应力。

翼缘

最大宽度一般不超过16δ（δ为

钢板的厚度），对于大吨位半挂车多采用工字形截面梁。

纵梁截面高度根据吨位不同有较大的差异。

可参考以下尺寸：

载质量15t，主截面高300mm左右；载质量20～30t，主截面高350～450mm；载质量40～50t，主截面高450～550mm。

半挂车车架纵梁沿其长度方向截面尺寸的变化，主要根据弯曲强度计算和总体布置确定。

车架纵梁均采用高腹板结构，主截面的高和翼板宽度之比为2.7～4.2。

本车主截面的高和翼板宽度之比为3.125。

本次设计的纵梁腹板与翼板的厚度均为10mm，采用的的材料为7500A·T6型铝合金。

（其主要结构见图2.5）。

图2.5纵梁

主截面的高度为500mm，上翼板尺寸为165×10，下翼板的尺寸为500×10。

在纵梁上所有的焊缝应无夹杂、气孔、漏焊咬边等焊接缺陷。

2.5横梁的设计

横梁是连接左右纵梁组成车架的主要构件。

横梁本身的抗扭性能及横梁在车架上的分布，直接影响车架的内应力和车架的刚度，合理的设计横梁可以保证车架具有足够的扭转刚度。

横梁在布置时其间距应在700-1200mm，视具体情况也可以不遵循。

（横梁的具体结构见图2.6和图2.7）。

图2.6横梁一

图2.7横梁二

2.6牵引销座板的设计

牵引连接装置是汽车的重要组成部分。

它把牵引车和挂车机械地连接起来，传递并承受两者之间的连接力和其他作用力，并使挂车实现转向。

商用汽车列车的运输特点要求牵引连接装置具有完全的互换性。

由于汽车列车的牵引连接装置差不多都以标准化和系列化，因此汽车列车牵引连接设计的任务，就是根据列车的类型、总质量和使用条件等，根据制造企业提供的部件系列的型号和承载能力以及价格等其他因素进行选择和使用。

（牵引销座板的主要的结构如图2.8）

图2.8牵引销座板

2.7罐体的设计

罐体

罐体主要由圆桶体、封头和防波板等组成。

在罐体上还设有呼吸阀、油水装满报警器、液位指示器、油量指示表、油量传感器和放油阀等。

罐内都设有若干块横向防波板，以加强罐体刚度及减弱车辆行驶中油料对罐壁的冲击。

防波板可以直接旱灾罐体内，也可以做成可拆卸的。

罐体上部的入孔直径不小于500mm，便于工作人员出入检查和维修。

本次设计的罐体的长度为12260mm，小径为2070mm，大径为2497mm，厚度为5mm。

封头的纵向宽度为40mm，厚度为5mm，防波板的小径为2060mm，大径为2487mm，厚度为35mm。

对于罐体提出技术要求如下：

1.焊缝不得有气孔、砂眼、夹渣、咬边、焊穿、未焊透等焊接缺陷。

外观应均匀一致、美观。

2.罐体应进行盛水试验，60分钟后不得有渗漏现象。

3.油漆涂层应符合QC/T484-1999《汽车油漆涂层》要求。

图2.9罐体总成

图2.10封头

图2.11防波板

图2.12罐体托撑

（1）隔板：

当罐体的容量不大时，整个容器作为一个单室；若罐体的容量较大，容器内部需用隔板将其分隔成几个独立的单室，每个单室均设有人孔盖、底阀总成。

因为车辆行驶时，液罐中留有一定的空隙或未装满，液体在容器中前后、左右波动，若容器的容量很大，则波动的动能就很大，质心的变化也就很大，将引起车辆轴荷的剧烈变化，严重影响汽车行驶的稳定性。

特别是液罐半挂汽车