一種經濟有效的檢驗散裝水泥車可靠性的試驗方法

李旭俊 蔣春玲 李定

【摘 要】隨著中國經濟的發展和基礎設施建設的加快，人民生活品質越來越好，對環境保護的期望越來越高，落后的運輸方式必將被淘汰。文章以一種新型的散裝水泥車為例，首先介紹了水泥車的基本結構、工作原理及用途，散裝水泥的主要用途是運輸粉粒物料，其裝卸是通過氣力輸送，可以實現節能減排的目的，擁有很好的市場前景。然后重點介紹了進行散裝水泥車可靠性試驗的必要性，并提出一種新的、經濟有效的檢驗散裝水泥車可靠性的試驗方法。

【關鍵詞】散裝水泥車；節能減排；經濟有效；可靠性試驗

【中圖分類號】U469.65 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）06-0035-04

散裝水泥車又稱粉粒物料運輸車（如圖1所示），由專用汽車底盤、空氣管路、空壓機、密閉罐體、流化床、卸料管路、裝料裝置、控制部分等組成，適用于粉煤灰、水泥、石灰粉、礦石粉、顆粒堿等顆粒直徑不大于0.1 mm粉粒干燥物料的散裝運輸。

散裝水泥車的工作原理是由汽車底盤取力器輸出軸帶動專門的空壓機排出一定壓力和排量要求的壓縮空氣，經過壓縮空氣管道進入罐體內部的氣室，氣室上部裝有多孔鋼板和尼龍濾布（即流化床透氣層）。壓縮后的空氣透過透氣層氣隙進入水泥空隙。當氣流速度增加足以克服水泥顆粒的自身重力、擠壓力、摩擦力而完全懸浮于氣流之中，整個流化床附近的水泥達到“沸騰”狀態，水泥的狀態就如同氣體一般在罐體內部翻滾，此刻還可以繼續往罐體內部加壓，一般現代存儲庫的儲料塔高度在20～26 m，需要將水泥壓上最高點然后再往下卸料，經過反復試驗，0.2 MPa是最佳卸料壓力，在0.02 MPa卸料開啟后，氣固混合體向儲料罐開始排氣，在出料口附近安裝有助風管與卸料管相通，它的作用是調節水泥與空氣的混合比，即氣固比。如果進入卸料口的空氣量大，水泥和空氣混合比降低，輸送距離及高度增大，卸料時間將增長，卸料期間空壓機繼續保持供氣狀態，整個狀態會一直維持到卸料的尾聲，一般為40～50 min，當氣固比發生明顯的變化時，壓力會在1～2 min內急劇下降，說明卸料即將完成，最后降至0.02 MPa以下，這時整個過程完成。

以上高效的氣力輸送工作方式完全替代了以往的低效率的人工裝卸的辦法，水泥裝卸效率比人工裝運效率提高了數百倍，節約了大量的人力、物力，因此發展散裝水泥具有節約資源、保護環境、改善勞動條件等多方面的綜合經濟效益。發展可重復使用的專用水泥車裝卸水泥節約了袋裝水泥的包裝袋，降低了資源的消耗。可靠性非常高，防止在運輸過程中受雨水的影響，而且防潮，也減輕了固體廢棄物對環境帶來的壓力。同時，散裝水泥車利于水泥運輸的計量[3]，是道路保護、節能減排、保護環境、實現資源節約與綜合利用的一條重要途徑。

因此，在我國大力推廣散裝水泥車的應用的背景下，如何使散裝水泥車可靠高效地運行，是評判其質量好壞的重要標準，是生產企業競爭的關鍵，也是使用者最關心的問題。為了提高散裝水泥車的可靠性，檢驗現有汽車產品的可靠性是必不可少的環節，因此如何對水泥車在投入市場前進行可靠性試驗成為指標評價的關鍵。在有限的條件下對散裝水泥車進行可靠性試驗，選對了方法就能起到事半功倍的作用。

1 汽車可靠性定義

GB 3187規范中，將可靠性定義為“產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力”。可靠性水平是用可靠度來度量的，而可靠度是指產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。汽車可靠性就是汽車產品在規定條件下和規定里程（時間）內，完成規定功能的能力。汽車可靠性是一種工程技術，它包含設計、試驗和驗證等。汽車可靠性必須從設計階段開始考慮，并且貫穿于設計、研制、制造、調試、運輸、存放、使用、維修直到報廢的全過程。汽車可靠性水平主要取決于從零部件到系統的可靠性設計。

2 散裝水泥車可靠性試驗方法

由于散裝水泥車是重載汽車，其價格成本相對較高，性能驗證需要全面考慮，以降低試驗成本，提高試驗效率，避免出現不必要的損失。因此，試驗前需要考慮其工況，可靠性試驗通常考慮在極端工況下進行，因此在實際工作中，針對散裝水泥車使用特點從運輸、取力傳動、罐體耐壓及密閉性、專用性能等方面進行研究，采用正確而又恰當的試驗方法有利于保證和提高產品的可靠性，而且能夠大大地節省時間、人力和費用。

2.1 道路運輸試驗方法

采用理論計算結合實際的方法，首先對散裝水泥車罐體建立數學模型，然后分別對滿載顛簸工況、卸料充氣工況進行ANSYS有限元受力分析，分析之后得出受力云圖（如圖2所示）。

對水泥運輸車罐體及支座重點關注區域貼電阻應變片，安裝壓電式加速度傳感器，將DH3816靜態應變數據采集儀系統、DH5923動態應變儀、DH5938振動測試儀等設備安裝在駕駛室內，對其進行空車自重、靜止滿載、高速公路運輸、顛簸山路運輸、緊急制動、卸料作業等工況數據采集。

電阻應變片[如圖3（a）、（b）所示]是一種將應變變成電阻變化的變換元件。使用時，將應變片粘貼在被測構件表面，接入測量電路，隨著構件受力變形，應變片敏感柵也跟著變形，從而使其電阻發生變化。

本次試驗所使用的加速度傳感器為壓電式加速度傳感器，壓電式加速度傳感器是由彈簧、質量塊及阻尼器組成的二階機械系統，它把被測加速度變換成作用在壓電元件上的力，然后通過壓電元件的力—電轉換，把加速度變成電量輸出。測量時，將傳感器及其磁力底座一起固定在測量位置。

再根據之前ANSYS的受力分析云圖進行樣車電阻式應變片布點（如圖4所示），布點要求粘貼牢固，不能脫落離空。

主要選擇山區公路、壞路、工地等極端路況進行滿載運輸的動應力數據收集，根據收集的數據進行篩選分析，通過疲勞分析，最后得出車輛運行的可靠性。因此，通過計算機技術，可以有效、可靠地進行道路運輸試驗。

測試結果發現，當載重量為40 t的動態試驗各測點的動載荷很大，動應力最大的是在顛簸路面急剎車的試驗，罐體前端滑料板，側滑料板處出現較大的應力集中情況，中部隔艙板受力均接近需用應力極限，因試驗需用載重量較大，實際載重按國家裝載質量要求不得超過30 t，所以試驗的可靠性還是比較高的。

2.2 取力傳動試驗方法

2.2.1 取力器試驗

實驗前，檢查傳動齒輪的嚙合與分離應操縱靈活、運轉正常，不允許有異常噪聲和卡滯現象，試驗時取力傳動系統的速比應滿足空壓機和油泵在額定轉速時發動機處于最佳經濟轉速范圍內。連續運轉60 min后，無異常響聲、無不正常溫升及過熱現象，密封可靠，沒有滲漏。

取力器在安裝前要做好除塵清理工作，需要反復檢查嚙合的齒印，保證正確嚙合。

2.2.2 空壓機試驗

實驗前，檢查空壓機轉速應能通過軟軸輸出或者電控輸出的轉速調節裝置進行調速，保證調速的準確性，轉速調節裝置應安裝在操作時便于觀察處，并有轉速監控表監控速度。空壓機應該在車輛啟動熱車、轉速穩定在怠速情況下啟動，最先啟動時應該是0負載，然后根據空壓機轉速要求提速，同時也要測試在額定負荷中的啟動，向固定容積的密閉罐體打氣，分別記錄空壓機從0～0.1 MPa、0.1～0.15 MPa、0.15～0.2 MPa的升壓時間，并在壓力達到0.2 MPa時，調節排氣閥門，保持0.2 MPa的壓力5 min左右，之后降壓至0.15 MPa，重復以上操作3次以上，并用紅外溫度測量儀記錄溫度不大于200 ℃。空壓機在額定負荷下連續運轉60 min后，沒有任何異常，排氣后反復試驗，試驗數據取打氣平均值，計算得出空壓機排量性能。

2.3 罐體耐壓及密閉性試驗

2.3.1 耐壓試驗

密封進料口、排料口，由進氣管向罐內充壓縮空氣，記錄壓力為0.1 MPa、0.15 MPa、0.20 MPa，穩壓5 min，觀察罐體是否有明顯的塑性變形和滲漏，直至試驗壓力為0.25 MPa、穩壓5 min，再觀察罐體是否有明顯的塑性變形和滲漏，該試驗可以與空壓機試驗同時進行，并將測量結果記錄好。

2.3.2 密封性試驗

在進行罐體強度試驗后，進行罐體和氣路系統的密封性試驗，關閉進料口、放氣閥、二次風口、球閥和放料閥，密封卸料口，向罐內充壓縮空氣，待壓力達到設計壓力0.2 MPa后，停止送氣，保持5 min后測量氣壓下降量。5 min測量一次氣壓下降值，測量3次，壓降小于0.015 MPa時表示合格。該試驗也可以與空壓機試驗同時進行，在進行強度試驗時，可以貼應力應變片實時記錄罐體關鍵部分的應力變化，記錄多組數據，繪制曲線，以用于數據分析。

2.4 專用性能試驗

2.4.1 罐體有效容積試驗

測量該車的整備質量：打開進料口，向罐內裝載額定質量的水泥，如有多于一個的進料口則依次從進料口裝入直至水泥從最后一個進料口將要溢出為止；關閉進料口，測量該車的總質量；將上述試驗重復多次，將測量結果記入并按公式（1）計算散裝水泥車的裝載質量。

G1=G-G0（1）

公式（1）中：G1為散裝水泥車或散裝水泥半掛車的裝載質量，t；G為散裝水泥車的總質量，t；G0為散裝水泥車的整備質量，t；

再按公式（2）計算散裝水泥車罐體或散裝水泥半掛車的有效容積：

V=■（2）

公式（2）中：V為罐體有效容積，m3；G1為散裝水泥車的裝載質量，t；r1為水泥的堆積密度，t/m3。

2.4.2 卸料能力試驗

（1）將裝滿水泥的散裝水泥車按使用說明書中的規定向水泥試驗塔（如圖5所示）里卸水泥，用秒表記錄卸料時間。

（2）卸下水平輸料管。

（3）打開進料口，收集剩余在散裝水泥車或散裝水泥半掛車罐體里的水泥。

（4）在臺秤上測量剩余的水泥。

將上述試驗重復3次，并按公式（1）計算散裝水泥車的平均卸料速度。

再按公式（3）計算散裝水泥車罐體的有效容積：

i=■×100%（3）

公式（3）中：i為剩余率，%。

3 結論

采用本文所述的實驗方法對散裝水泥車的可靠性試驗，能在較短時間內取得試驗結果，實驗結果對產品設計和質量改進、縮短產品設計開發周期、提高產品生產效率具有重要的作用。因此，該試驗方法可靠有效且經濟，可以節約大量的人力、物力，也可以作為散裝水泥車開發的參考依據。

參 考 文 獻

[1]趙光祖.試論氣卸散裝水泥車的流態化結構[J].專用汽車，1994（3）：16-17.

[2]梁建芬.粉粒物料運輸車：物流新貴[J].商用汽車，2005

（4）.

[3]鄒少云.談計量工作是水泥生產中節能減排的重要手段[J].企業科技與發展，2011（14）.

[4]GB3187—82，可靠性基本名詞術語及定義[S].

[5]李旭俊，錢志超，莫慶煌.車載粉粒物料運輸車罐體ANSYS有限元分析及結構改進[J].裝備制造技術，2007

（1）.

[6]徐達，陸錦容.專用汽車工作裝置原理與設計計算[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

[7]卞學良.專用汽車結構與設計[M].北京：機械工業出版社，2008（1）.

[責任編輯：鐘聲賢]