一种经济有效的检验散装水泥车可靠性的试验方法

【摘 要】随着中国经济的发展和基础设施建设的加快，人民生活品质越来越好，对环境保护的期望越来越高，落后的运输方式必将被淘汰。文章以一种新型的散装水泥车为例，首先介绍了水泥车的基本结构、工作原理及用途，散装水泥的主要用途是运输粉粒物料，其装卸是通过气力输送，可以实现节能减排的目的，拥有很好的市场前景。然后重点介绍了进行散装水泥车可靠性试验的必要性，并提出一种新的、经济有效的检验散装水泥车可靠性的试验方法。

【关键词】散装水泥车；节能减排；经济有效；可靠性试验

【中图分类号】U469.65 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）06-0035-04

散装水泥车又称粉粒物料运输车（如图1所示），由专用汽车底盘、空气管路、空压机、密闭罐体、流化床、卸料管路、装料装置、控制部分等组成，适用于粉煤灰、水泥、石灰粉、矿石粉、颗粒碱等颗粒直径不大于0.1 mm粉粒干燥物料的散装运输。

散装水泥车的工作原理是由汽车底盘取力器输出轴带动专门的空压机排出一定压力和排量要求的压缩空气，经过压缩空气管道进入罐体内部的气室，气室上部装有多孔钢板和尼龙滤布（即流化床透气层）。压缩后的空气透过透气层气隙进入水泥空隙。当气流速度增加足以克服水泥颗粒的自身重力、挤压力、摩擦力而完全悬浮于气流之中，整个流化床附近的水泥达到“沸腾”状态，水泥的状态就如同气体一般在罐体内部翻滚，此刻还可以继续往罐体内部加压，一般现代存储库的储料塔高度在20～26 m，需要将水泥压上最高点然后再往下卸料，经过反复试验，0.2 MPa是最佳卸料压力，在0.02 MPa卸料开启后，气固混合体向储料罐开始排气，在出料口附近安装有助风管与卸料管相通，它的作用是调节水泥与空气的混合比，即气固比。如果进入卸料口的空气量大，水泥和空气混合比降低，输送距离及高度增大，卸料时间将增长，卸料期间空压机继续保持供气状态，整个状态会一直维持到卸料的尾声，一般为40～50 min，当气固比发生明显的变化时，压力会在1～2 min内急剧下降，说明卸料即将完成，最后降至0.02 MPa以下，这时整个过程完成。

以上高效的气力输送工作方式完全替代了以往的低效率的人工装卸的办法，水泥装卸效率比人工装运效率提高了数百倍，节约了大量的人力、物力，因此发展散装水泥具有节约资源、保护环境、改善劳动条件等多方面的综合经济效益。发展可重复使用的专用水泥车装卸水泥节约了袋装水泥的包装袋，降低了资源的消耗。可靠性非常高，防止在运输过程中受雨水的影响，而且防潮，也减轻了固体废弃物对环境带来的压力。同时，散装水泥车利于水泥运输的计量[3]，是道路保护、节能减排、保护环境、实现资源节约与综合利用的一条重要途径。

因此，在我国大力推广散装水泥车的应用的背景下，如何使散装水泥车可靠高效地运行，是评判其质量好坏的重要标准，是生产企业竞争的关键，也是使用者最关心的问题。为了提高散装水泥车的可靠性，检验现有汽车产品的可靠性是必不可少的环节，因此如何对水泥车在投入市场前进行可靠性试验成为指标评价的关键。在有限的条件下对散裝水泥车进行可靠性试验，选对了方法就能起到事半功倍的作用。

1 汽车可靠性定义

GB 3187规范中，将可靠性定义为“产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”。可靠性水平是用可靠度来度量的，而可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。汽车可靠性就是汽车产品在规定条件下和规定里程（时间）内，完成规定功能的能力。汽车可靠性是一种工程技术，它包含设计、试验和验证等。汽车可靠性必须从设计阶段开始考虑，并且贯穿于设计、研制、制造、调试、运输、存放、使用、维修直到报废的全过程。汽车可靠性水平主要取决于从零部件到系统的可靠性设计。

2 散装水泥车可靠性试验方法

由于散装水泥车是重载汽车，其价格成本相对较高，性能验证需要全面考虑，以降低试验成本，提高试验效率，避免出现不必要的损失。因此，试验前需要考虑其工况，可靠性试验通常考虑在极端工况下进行，因此在实际工作中，针对散装水泥车使用特点从运输、取力传动、罐体耐压及密闭性、专用性能等方面进行研究，采用正确而又恰当的试验方法有利于保证和提高产品的可靠性，而且能够大大地节省时间、人力和费用。

2.1 道路运输试验方法

采用理论计算结合实际的方法，首先对散装水泥车罐体建立数学模型，然后分别对满载颠簸工况、卸料充气工况进行ANSYS有限元受力分析，分析之后得出受力云图（如图2所示）。

对水泥运输车罐体及支座重点关注区域贴电阻应变片，安装压电式加速度传感器，将DH3816静态应变数据采集仪系统、DH5923动态应变仪、DH5938振动测试仪等设备安装在驾驶室内，对其进行空车自重、静止满载、高速公路运输、颠簸山路运输、紧急制动、卸料作业等工况数据采集。

电阻应变片[如图3（a）、（b）所示]是一种将应变变成电阻变化的变换元件。使用时，将应变片粘贴在被测构件表面，接入测量电路，随着构件受力变形，应变片敏感栅也跟着变形，从而使其电阻发生变化。

本次试验所使用的加速度传感器为压电式加速度传感器，压电式加速度传感器是由弹簧、质量块及阻尼器组成的二阶机械系统，它把被测加速度变换成作用在压电元件上的力，然后通过压电元件的力—电转换，把加速度变成电量输出。测量时，将传感器及其磁力底座一起固定在测量位置。

再根据之前ANSYS的受力分析云图进行样车电阻式应变片布点（如图4所示），布点要求粘贴牢固，不能脱落离空。

主要选择山区公路、坏路、工地等极端路况进行满载运输的动应力数据收集，根据收集的数据进行筛选分析，通过疲劳分析，最后得出车辆运行的可靠性。因此，通过计算机技术，可以有效、可靠地进行道路运输试验。

测试结果发现，当载重量为40 t的动态试验各测点的动载荷很大，动应力最大的是在颠簸路面急刹车的试验，罐体前端滑料板，侧滑料板处出现较大的应力集中情况，中部隔舱板受力均接近需用应力极限，因试验需用载重量较大，实际载重按国家装载质量要求不得超过30 t，所以试验的可靠性还是比较高的。

2.2 取力传动试验方法

2.2.1 取力器试验

实验前，检查传动齿轮的啮合与分离应操纵灵活、运转正常，不允许有异常噪声和卡滞现象，试验时取力传动系统的速比应满足空压机和油泵在额定转速时发动机处于最佳经济转速范围内。连续运转60 min后，无异常响声、无不正常温升及过热现象，密封可靠，没有渗漏。

取力器在安装前要做好除尘清理工作，需要反复检查啮合的齿印，保证正确啮合。

2.2.2 空压机试验

实验前，检查空压机转速应能通过软轴输出或者电控输出的转速调节装置进行调速，保证调速的准确性，转速调节装置应安装在操作时便于观察处，并有转速监控表监控速度。空压机应该在车辆启动热车、转速稳定在怠速情况下启动，最先启动时应该是0负载，然后根据空压机转速要求提速，同时也要测试在额定负荷中的启动，向固定容积的密闭罐体打气，分别记录空压机从0～0.1 MPa、0.1～0.15 MPa、0.15～0.2 MPa的升压时间，并在压力达到0.2 MPa时，调节排气阀门，保持0.2 MPa的压力5 min左右，之后降压至0.15 MPa，重复以上操作3次以上，并用红外温度测量仪记录温度不大于200 ℃。空压机在额定负荷下连续运转60 min后，没有任何异常，排气后反复试验，试验数据取打气平均值，计算得出空压机排量性能。

2.3 罐体耐压及密闭性试验

2.3.1 耐压试验

密封进料口、排料口，由进气管向罐内充压缩空气，记录压力为0.1 MPa、0.15 MPa、0.20 MPa，稳压5 min，观察罐体是否有明显的塑性变形和渗漏，直至试验压力为0.25 MPa、稳压5 min，再观察罐体是否有明显的塑性变形和渗漏，该试验可以与空压机试验同时进行，并将测量结果记录好。

2.3.2 密封性试验

在进行罐体强度试验后，进行罐体和气路系统的密封性试验，关闭进料口、放气阀、二次风口、球阀和放料阀，密封卸料口，向罐内充压缩空气，待压力达到设计压力0.2 MPa后，停止送气，保持5 min后测量气压下降量。5 min测量一次气压下降值，测量3次，压降小于0.015 MPa时表示合格。该试验也可以与空压机试验同时进行，在进行强度试验时，可以贴应力应变片实时记录罐体关键部分的应力变化，记录多组数据，绘制曲线，以用于数据分析。

2.4 专用性能试验

2.4.1 罐体有效容积试验

测量该车的整备质量：打开进料口，向罐内装载额定质量的水泥，如有多于一个的进料口则依次从进料口装入直至水泥从最后一个进料口将要溢出为止；关闭进料口，测量该车的总质量；将上述试验重复多次，将测量结果记入并按公式（1）计算散装水泥车的装载质量。

G1=G-G0（1）

公式（1）中：G1为散装水泥车或散装水泥半挂车的装载质量，t；G为散装水泥车的总质量，t；G0为散装水泥车的整备质量，t；

再按公式（2）计算散装水泥车罐体或散装水泥半挂车的有效容积：

V=■（2）

公式（2）中：V为罐体有效容积，m3；G1为散装水泥车的装载质量，t；r1为水泥的堆积密度，t/m3。

2.4.2 卸料能力试验

（1）将装满水泥的散装水泥车按使用说明书中的规定向水泥试验塔（如图5所示）里卸水泥，用秒表记录卸料时间。

（2）卸下水平输料管。

（3）打开进料口，收集剩余在散装水泥车或散装水泥半挂车罐体里的水泥。

（4）在台秤上测量剩余的水泥。

将上述试验重复3次，并按公式（1）计算散裝水泥车的平均卸料速度。

再按公式（3）计算散装水泥车罐体的有效容积：

i=■×100%（3）

公式（3）中：i为剩余率，%。

3 结论

采用本文所述的实验方法对散装水泥车的可靠性试验，能在较短时间内取得试验结果，实验结果对产品设计和质量改进、缩短产品设计开发周期、提高产品生产效率具有重要的作用。因此，该试验方法可靠有效且经济，可以节约大量的人力、物力，也可以作为散装水泥车开发的参考依据。

参 考 文 献

[1]赵光祖.试论气卸散装水泥车的流态化结构[J].专用汽车，1994（3）：16-17.

[2]梁建芬.粉粒物料运输车：物流新贵[J].商用汽车，2005

（4）.

[3]邹少云.谈计量工作是水泥生产中节能减排的重要手段[J].企业科技与发展，2011（14）.

[4]GB3187—82，可靠性基本名词术语及定义[S].

[5]李旭俊，钱志超，莫庆煌.车载粉粒物料运输车罐体ANSYS有限元分析及结构改进[J].装备制造技术，2007

（1）.

[6]徐达，陆锦容.专用汽车工作装置原理与设计计算[M].北京：北京理工大学出版社，2002.

[7]卞学良.专用汽车结构与设计[M].北京：机械工业出版社，2008（1）.

[责任编辑：钟声贤]

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