多仓油罐运输车设计.docx

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多仓油罐运输车设计

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-sitemovementofvehiclestoachieveair

refueling.Themarketisverycompetitivebecausethetechnologyofthe

tankisnotsomuchhighandthemanufacturingprocessismoresimplecomparedwiththeotherolivine-typespecialpurposevehicles.Oneofthemostimportantstrategictasktoacompanyistoensureitslongtermviability.

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

Lightweightautomotivematerialsistheinevitabletrend.Thesocalledlightweightvehiclesistoreduceweightoftheproductitself,toachieve

weightloss,energysaving,enviromentalprotection,saftyandtheothercomprehensivegoals.Usingscientificmethodsandmeanstooptimisethedesignofautomotiveproducts,underthepremiseofensuringthecar'scomprehensiveperformanceindicators,throughtheuseofnewmaterials,reducethetransportcostsasmuchaspossibleandimproveoperationalefficiency.

Aluminumisabroadprospectoflightweightmaterials.Theoil-tanksemi-trailerisproducedbytheuseofthematerial,notonlycanfully

meetthestrengthandstiffnessofthetransportation,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

罐体底部的底阀座孔可以与放油管路连接形成运油车，也可以与油泵及连接管路连接形成加油车。

2.人孔盖

人孔盖装在罐体上部人孔盖孔上，大都采用螺栓固定，如图所示。

人孔盖上设有加注口盖，呼吸阀、连通气管接头、加油导管、装满报警器和观察孔等。

平常人孔盖是不打开的，只有检修内部时才卸下紧固螺栓，拆下人孔盖，便于工人出入检修或清洗。

（1）加注口：

图所示的人孔盖上两个加注口盖，每个加注口盖均由各自的铰链，加注口与其盖之间垫有耐油橡胶垫圈，两个加注口盖内侧各焊有一个压块，盖住加注口时，两个压块相对但不相碰，靠压杆压住压块，进而压紧加注口盖，使之密封，并用锁扣和锁扣柄锁住。

锁扣与锁扣柄通过一根轴固定在一起，并与压杆的活动端铰接。

在使用过程中，由于橡胶密封垫的磨损或破裂造成漏油时，可以更换耐油橡胶密封垫。

当锁件等磨损造成密封不严时，可在压杆与压块在接触处，用一块能消除磨损间隙并保证压紧橡胶密封垫的钢板钢板焊在压杆的下方，也可改变有关铰支点位置的方法来修复。

（2）通气管：

通气管又称排气管，其一端用铰接头固定在罐体上部单室的前端或后端，其另一端用铰接头固定在人孔盖上，从而通气管便连通了每个单室两端和人孔盖。

通气管的作用是当向容器的每个单室加注液体时，排出单室两端角部位的空气，也可将两个单室连通起来，使两个单室共用一个呼吸阀。

该通气管一般是用无缝钢管焊上铰接头制成的。

（3）加油导管：

加油导管装在加注口的下方，它是作用是缩短加注口与罐体底之间的距离，当燃油进入罐体内使加油导管淹入油液中，避免加油时的飞溅现象，从而减少或消除加油时所产生的静电。

（4）呼吸阀：

呼吸阀又称安全阀，如图2-7-6所示。

该阀能自动调节容器内的压力，使压力保持在一定范围之内。

这样既能保护液罐，又能减少易挥发油液的挥发损失。

呼吸阀由吸气阀和排气阀两部分组成。

吸气阀2和排气阀4为两个安装方向相反的单向阀。

吸气阀受气体的作用面积小，其弹簧7的刚度也小，开启的压力较低，一般为4.9千帕~9.8千帕；排气阀受气体的作用面积大，其弹簧8的刚度也大，开启的压力较高，一般为14.7千帕~24.5千帕。

当容器内的气体压力低于4.9千帕~9.8千帕，吸气阀在容器内外压差得作用下，克服弹簧7的弹力而打开，吸入部分空气，使容器内的压力升高到正常值，吸气阀关闭；当容器内的气体压力由于挥发量增大或温度升高而超过14.7千帕~24.5千帕时，排气阀在容器内外压差的作用下，克服弹簧8的弹力而打开，排出容器内的部分气体，使容器内的压力降至正常值。

呼吸阀的阀体1用镍镉不锈钢制造，其余零件也均用不锈耐酸钢制造，以防生锈。

中小型油罐一般各个单室共装一个呼吸阀，而大型油罐每个单室各装一个呼吸阀。

呼吸阀的吸气压力和排气压力分别由调整螺母9和10来调整。

密封圈3破损或发胀可以更换。

铜丝网5沾满油污时可以清洗或更换，保证其通气。

应经常检查呼吸阀的工作情况，确保其工作灵敏可靠。

图2.14呼吸阀

（5）装满报警器：

装满报警器也装在人孔盖上，如图2-7-7所示。

当罐体内的液面高度变化较快时，气体便由排气管2通过双音哨3而发出响声。

当液面达到额定高度时，浮球1随液面浮起面堵住排气管2，哨声停止，从面起到装满报警的作用；当罐体内的液体卸空时，哨声也停止。

图2.15装满报警器

底阀是液体排出或吸入液罐的控制阀，罐体的每个单室的底部都装有一个底阀，底阀的结构型式与罐车的类别（如运油车或加油车）及所装运的货物有关。

底阀的操纵形式有手动、起动、电动和液动等。

手动的简单可靠，大都选用这种操纵形式。

罐体的底部还设有沉淀槽和排污阀，可根据情况不定期地打开排污阀，放掉沉积在沉淀槽中的污物。

3.静电消除装置

为了消除油罐车在加油、放油和运油过程中产生的静电，防止静电引起火灾，保证安全生产，油罐车均设有多种静电消除装置。

拖地胶带或链条：

拖地胶带或链条均设在油罐车的尾部，是随车必备装置，常称接地链。

其一端与罐体相连接，另一端拖地，在使用过程中绝对不允许将拖地胶带或链条离开地面，以消除油罐车在行驶过程中产生的静电。

当拖地胶带或链条使用一段时间而被磨短时，可将车架后段的固定螺栓松开，将拖地胶带拉出一段，或将拖地链条放出几节。

如果拖地胶带或链条使用到不能再延长时，应及时更换或再接上几节链条。

4.防火消音器

油罐车装用的防火消音器直接装在汽车前保险杠的下面，使发动机的排气经过该防火消音器，确保油罐车安全防火。

若使用普通汽车所装用的消音器，使用时必须在排气口加装防火帽。

第3章取力器的设计

3.1取力器的工作原理

取力器就是一组变速齿轮，又称功率输出器，一般是由齿轮箱、离合器组合而成，与变速箱使用齿轮连接，与举升泵是轴连接，是变速箱里的一个单独的档位，挂上这一档，一加油门，举升泵就可以运转了。

举升泵是一个液压装置，举升车箱，实现自卸功能。

自卸车、消防车、水泥搅拌车、制冷等需要额外动力的专用车辆，是通过取力器获取的，取力器是装在变速箱外侧的附加装置（水泥搅拌车的取力器是在离合器外壳上），它从变速箱的某个齿轮获取动力。

这个动力的接通或断开是通过驾驶室内的一个电磁伐来控制的。

由取力器带动高压油泵供自卸车；带动水泵供消防车；带动压缩机供制冷车；带动液压马达旋转搅拌罐。

取力器一般是连接传动轴或者直接跟齿轮泵相连，在国内一般是接传动轴，很少有人设计跟齿轮泵直接连接，在欧洲、北美，由于取力器的设计多样，种类繁多。

取力器生产厂家（例如：

意大利Hydrocar、PZB公司、美国Muncie公司等）在取力器输出端设计了不同的接口，满足不同类型的接口需求。

常用的输出接口形式有：

DIN5462、SAE"B"2&4、SAE"C"2&4等，输出法兰形式一般是：

DIN20、DIN10、SP1300、SP1400等。

在欧洲DIN5462接口非常常见，齿轮泵的生产厂家都会按照这个接口来设计，为了和取力器完美相接，省了中间的传动轴，减少了空间。

国内的取力器多数用在自卸车上，所以对取力器的要求比较单一。

在欧洲、北美,由于特种车对取力器的要求很高，取力器生产厂家会设计多输出端的取力器,或者带离合器的取力器，取力器的控制方式也多样，有：

机械控制、液压控制、气控、真空源控制、电控等，其中气控比较常见。

近年来，由于中国商用车市场的迅猛发展，一些国际上专业的取力器制造商，如：

意大利英特帕普也登陆到了中国。

随着时间的发展，中国的取力器也会越来越多样化，专业化。

取力窗口通过变速箱中间轴上的高挡齿或倒挡轴上的倒挡齿取力。

在汽车取力器中使用最为广泛。

总体结构：

有一轴式、两轴式、三轴式、带副箱式、单操纵双输出式和双操纵双输出式等几种形式。

其中以两轴式结构最为普遍；一轴式结构最为简单；三轴式主要用于输出有双速异向用途的取力器，如越野车绞盘取力器；也有原为一轴式或两轴式后为改变输出轴旋向而增加一轴新成为两轴式或三轴式；带副箱式主要是在原取力器基础上进一步增速或减速，以扩展其使用性能；单操纵双输出式的两输出可同轴也可不同轴，但由同一操纵机构同时控制；双操纵双输出式的两输出可同轴也可不同轴，但由不同的操纵机构独立控制。

二.后端取力器后端取力器是在变速箱后端通过变速箱副轴轴端来取力的取力器，它具有输出扭矩大等特点，在重型汽车变速箱上应用较普遍。

总体结构：

有一轴式、两轴式、三轴式等几种形式。

一轴式直接输出，结构简单可靠；两轴式可一定范围调整速比和输出位置，应用较广泛；三轴式主要用来调整输出位置，应用不太普遍；三.夹心式取力器夹心式取力器又称前夹式取力器或一轴上取力器，系夹在变速箱壳与离合器壳之间并在变速箱一轴上取力的一种多轴齿轮箱，具有传输功率大、使用可靠等特点，用在轻、中、重型车底盘上，可改装消防车和高压清洗车等车型。

四.全功率取力器全功率取力器又称传动轴取力器或分动器，系通过传动轴安装在变速箱与后桥之间并设有取力输出