HQ5110XLC冷板式冷藏汽車改裝設計論文說明書

本科生畢業(yè)設計本科學生畢業(yè)設計HQ5100XLC冷板式冷藏汽車改裝設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 副教授 摘 要隨著我國高速公路的迅猛發(fā)展，公路冷藏車運輸越來越顯示出其快速發(fā)展的趨勢。因為運輸?shù)募b化及環(huán)境保護意識的提高，貨物運輸不僅要求其運輸?shù)目旖莅踩?，而且要求被運輸貨物的質量能保鮮。因此對冷藏車的生產與應用有了更高的要求。本次改裝設計的冷藏汽車總質量為10噸，制冷溫度為-5，續(xù)航時間為4小時，是在一汽集團生產的CA1103P9K2LE型底盤的基礎上改裝設計的，主要包括制冷裝置、隔熱車廂和副車架的設計。本次設計采用非獨立式冷板制冷的制冷方式，配合地面制冷機組使用，減輕了整車質量，隔熱車廂選擇分片式，用車廂底板直接做副車架，制造工藝簡單并且節(jié)約成本，滿足了中短途運輸中對經濟性和實用性的雙重需求。關鍵詞：專用車設計；冷藏汽車；冷板；制冷量；隔熱車廂；副車架ABSTRACTWith the rapid development of our country's highway, the transports of highway refrigerator trucks have showed their rapid development trend. Because the requirement of containerized shipment and the conscious of environmental protection, the cargo transport requires rapidness, safety and the quality of the goods must be retained freshness. So the production and application of refrigerator trucks have higher requirements. This design based on CA1103P9K2LE chassis from FAW with the 10,000kg total mass, -5 the lowest degree and 4 hours maximum endurance. This design includes refrigerated equipments, insulation carriage and sub-frame. This design uses the independent type of cooling-plate for refrigeration with the help of the ground refrigeration unit to reduce the weight with full equipments. Using choose subdivision type as insulated body and using platform floor as sub-frame doesnt only make process sample but also save the cost. And it also can satisfy short distances transportations requirement of economy and usefulness. Keyword: Special Vehicle Design, Refrigerated Vehicles, Cooling-plate, Cooling Capacity, Insulation Carriage, Sub-frameII黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計目 錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1課題研究的目的與意義11.2冷藏車的概述11.2.1冷藏車的定義、用途及分類11.2.2冷藏車的發(fā)展歷史21.3現(xiàn)代制冷技術的發(fā)展與應用31.4課題研究的主要內容與技術路線41.4.1課題研究的主要內容41.4.2課題研究路線4第2章 冷藏保溫汽車的分類及總體布置52.1冷藏保溫車的制冷方式分析52.1.1制冷方式的分類52.1.2制冷方式的對比分析52.2冷藏保溫車的總體結構與布置62.3二類底盤的選擇82.4本章小結10第3章 制冷裝置的設計113.1冷藏保溫汽車的熱工參數(shù)113.2 隔熱車廂平均傳熱系數(shù)計算133.3 冷藏汽車隔熱車廂的熱負荷計算143.4冷藏保溫汽車的制冷量計算173.5制冷劑的選擇173.5.1制冷劑的分類173.5.2冷劑的熱力學性能和使用要求203.6制冷機組的選擇213.7小結21第4章 隔熱車廂的設計224.1隔熱車廂的定義與技術要求224.2隔熱車廂的結構與型式224.2.1隔熱車廂的組成224.2.2隔熱車廂的結構型式224.3隔熱車廂的結構設計254.4車廂門及其他附件284.5本章小結30第5章 副車架的設計315.1主車架的加長設計315.2副車架的設計315.3副車架與主車架的連接325.4本章小結33第6章 整車性能分析346.1冷藏車主要參數(shù)346.2發(fā)動機的外特性346.3整車性能計算366.4本章小結39結論40參考文獻41致謝42 本科生畢業(yè)設計第1章 緒 論1.1課題研究的目的與意義隨著社會經濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，需要應用制冷技術和專用設備來滿足有特殊溫度要求的貨物運輸量與日俱增。其中大部分貨物屬于蔬菜、水果、水產品、肉類等易腐食品，而這些生鮮食品大部分為異地運輸，由于運輸設備的不完善，貯存方法的不妥當，使得易腐食品的損耗量十分大。運輸設備的落后給我國帶來了巨大的經濟損失，因此應大力開展冷藏車的生產與應用，建立良好的冷鏈，最大程度的降低經濟損失。針對以上分析，改裝設計一輛10噸冷藏車用于短途運輸，在經濟性和實用性上都有一定的實際意義。1.2冷藏車的概述1.2.1冷藏車的定義、用途及分類（1）冷藏車的定義冷藏汽車是指既裝有隔熱結構的車廂，又裝備有制冷裝置，用來運輸易腐或對溫度有特殊要求貨物的箱式汽車。冷藏汽車適用于長距離、環(huán)境溫度變化范圍較大以及適溫范圍較窄的易腐貨物的冷藏運輸1。（2）冷藏車的用途冷藏運輸車能保證在運輸過程中使易腐貨物始終處于保值所需的較低溫度條件，即使之處于冷藏的溫度環(huán)境中，這就是冷藏運輸。冷藏運輸是包括產地冷藏庫、中轉冷藏庫、銷售冷藏庫（柜）以及冷藏運輸設備構成的冷藏鏈中的重要環(huán)節(jié)，冷藏車對保證貨物質量有重大的經濟意義。（3）冷藏車的分類1）按制冷裝置的制冷方式分類按冷藏保溫汽車制冷裝置的制冷方式可分為機械冷藏汽車、液氮冷藏汽車、冷板冷藏汽車、干冰冷藏汽車和水（鹽）冰冷藏汽車，而保溫汽車又可視為無制冷裝置的冷藏汽車。2）按隔熱車廂總傳熱系數(shù)K分類普通隔熱型車廂的冷藏汽車 0.4K0.7（W/（·K）強化隔熱型車廂的冷藏汽車 K0.4（W/（·K）1.2.2冷藏車的發(fā)展歷史（1）國外冷藏車的發(fā)展狀況在西方發(fā)達國家中，專用汽車市場開發(fā)比較成熟，專用汽車占普通載貨汽車的比例在70%以上，產品涉及國民經濟各個環(huán)節(jié)，產品滿足用戶個性化程度較高，產品特性明顯。歐美國家較早采用冷藏法來保持易腐食品的鮮度,逐步建立食品冷藏鏈.20世紀初,就已產生了冷藏運輸工具,第二次世界大戰(zhàn)前鐵路運輸在易腐貨物運輸中占主導地位。50年代和60年代冷藏車和冷藏船舶發(fā)展較快。70年代以來,冷藏集裝箱發(fā)展迅速。國際上通常把易腐貨物運輸中采用冷藏運輸所占比例稱為冷藏運輸率,以此來作為衡量冷藏運輸發(fā)展程度的標志.歐美日等發(fā)達國家冷藏運輸率為80-90%；前蘇聯(lián)和東歐國家為50%；發(fā)展中國家一般只有10-20%。公路冷藏運輸?shù)倪\量占冷藏運輸總量的比率：歐洲發(fā)達國家和日本為60-80%，美國近年是40-50%；而易腐貨物冷藏運輸?shù)闹苻D量中公路運輸所占比率歐、美、日均占60%以上。可見，公路運輸已取代鐵路運輸成為冷藏運輸?shù)闹饕绞健＃?）我國冷藏車的發(fā)展狀況相當于國外冷藏車的發(fā)展情況，我國專用汽車市場開發(fā)較為緩慢，市場細分程度不夠，目前專用汽車占普通載貨汽車比例在40%左右，產品雷同性大，滿足用戶個性化要求差2。產品生產工藝環(huán)節(jié)硬件方面國內外差距正在明顯縮小，但在生產工藝管理、要求及執(zhí)行度方面國內外企業(yè)差距較大。我國專用汽車生產開始于60年代初，是在軍用改裝汽車的基礎上逐步發(fā)展起來的。70年代一些生產專用車輛的廠家根據國民經濟的不同需求形成了自己的產品特色。80年代專用車輛獲得迅速發(fā)展，年生產能力達到10萬多輛。從此我國專用車輛已從形成行業(yè)階段向逐步成熟階段的邁進。隨著我國公路建設、城市發(fā)展、能源消耗結構變化、重點工程建設加快，專用汽車的市場前景將會越來越廣闊，專用汽車產品的檔次和技術水平將會有一個大的提升。專家預測，到2020年我國專用汽車技術水平達到歐美日發(fā)達國家先進水平，成為世界專用汽車產品出口大國。由于我果肉類的產地主要在內地，而銷售地主要早沿海及大城市，牲畜的屠宰季節(jié)性又較強，因而我國冷藏運輸?shù)奶攸c是季節(jié)性強和流向比較集中。我國易腐貨物運輸主要靠鐵路，公路運輸量僅占20%左右。近年來公路冷藏運輸率提高較快。隨著人們對環(huán)保、安全、效率和審美等方面要求的不斷提高貨車廂式化和廂式車專用化與多功能化的傾向已日見明顯。廂式物流車有多種結構。如廂體結構有硬體的和軟體的，有后對開門的和后卷簾門式的，有側開門的和頂式開門的，還有帶液壓升降尾板的，其用途也各有不同。由于肉類，速凍食品、冷飲、乳制品及水產品、蔬菜、鮮果類商品的總產量和運輸量的增加，每年對冷藏車、保溫車的需求量將達到40005000輛。 總之，與其它專用車行業(yè)一樣，我國冷藏保溫汽車企業(yè)優(yōu)勝劣汰是必然趨勢，聯(lián)合重組也會成為可能，只有起點高、市場反應能力強的企業(yè)，才能在激烈的國內外市場競爭中立于不敗之地。 1.3現(xiàn)代制冷技術的發(fā)展與應用制冷技術是冷藏運輸技術的基礎，而冷藏運輸設備是一特殊的制冷設備。制冷技術是使某一空間或物體達到比周圍環(huán)境物體介質更低溫度。并維持這一溫度在一定時間內穩(wěn)定的專門技術。為了使某一空間和物體達到并維持相對的低溫范圍，則不斷的從這一空間或物體中取出熱量，并輸送到環(huán)境介質中去，如此的過程就是熱量轉移的過程，即制冷過程，簡稱“制冷”，其相應的技術為“制冷技術”3。制冷技術的發(fā)展與應用源遠流長。早期的制冷利用天然冷源制冷，即利用天然冰和深井水。利用冰的融化吸熱和低溫井水的吸熱升溫，是環(huán)境中的介質冷下來。 隨著工農業(yè)的發(fā)展和科學技術的進步，在一百多年前人們就研究發(fā)明了人工制冷的方法。它不但取代了天然冷源制冷，而且得到廣泛的應用與發(fā)展。目前，冷藏運輸中的冷源均為人工制冷，其制冷設備亦稱人工制冷設備。 人工制冷的方法，主要有液體汽化、氣體膨脹、和熱電制冷三種。在冷藏運輸中，主要是利用液體汽化吸熱而實現(xiàn)制冷。液體汽化制冷按其制冷方式，分為蒸氣壓縮式制冷和吸收是制冷等。由于蒸氣壓縮式制冷具有制冷設備體積小，調節(jié)控制方便及運行可靠，且制冷量較大的特點，因而成為冷藏運輸?shù)闹饕评浞绞?。機械制冷在國民經濟各個部門和人民生活各個領域應用都極其廣泛。人工制冷幾乎應用于所有工業(yè)生產、工業(yè)加工和科學研究，是當今社會不可缺少的應用技術之一。即在冷藏運輸中，就有鐵路冷藏運輸、汽車冷藏運輸、航空冷藏運輸、船舶冷藏運輸?shù)?，蒸氣壓縮式制冷技術與設備。冷板制冷作為一項新興的節(jié)能技術，近幾年來，在國內外都已得到了廣泛的發(fā)展與應用，但目前主要是在空調領域。而冷板冷藏車是利用冷板中的液體冷卻凝固成共晶冰而蓄存冷量，它與機械式冷藏汽車相比較省去了一套制冷機組，使其整車質量和體積都大大減小，而且又不影響汽車的動力性能4。國外早在上世紀70年代就開始了冷板冷藏汽車的設計制造。而我國還沒有這種汽車的批量生產。尤其在機械式冷藏汽車運輸量嚴重不足的情況下，發(fā)展冷板冷藏汽車的意義十分重大。1.4課題研究的主要內容與技術路線1.4.1課題研究的主要內容本次課題所設計的冷藏汽車的總質量為10t、溫度為-5、巡航時間為4h，主要用于城市以及城鄉(xiāng)間的中、短途運輸，主要要達到以下兩個設計目標：1.考慮到食品運輸?shù)姆稚⑿?，短時間不能聚集很大的運輸量，所以設計冷藏車主要以輕型和中型為主，這樣可以節(jié)約運輸成本，更好的為人類生活帶來方便，同事也可以節(jié)約能源。2.在整車的設計上要力求結構簡單、使用、維修方便，并且要求相關配件容易購買，最大程度的降低整車成本。1.4.2課題研究路線根據冷藏車的主要結構制定本次設計的技術路線為：冷藏車的總體布置制冷裝置的設計隔熱車廂的設計副車架的設計整車性能分析。第2章 冷藏保溫汽車的分類及總體布置2.1冷藏保溫車的制冷方式分析2.1.1制冷方式的分類5（1）固體制冷固體制冷的工作原理是利用固體在液化或汽化（升華）時吸熱作為制冷方式，通常用的固體有水冰、鹽水和干冰。固體制冷具有制冷設備簡單，投資和運行費用低，故障率低，維修費用少，無噪聲等優(yōu)點；但固體制冷也存在著一定的缺點，水冰制冷吸熱量較小，車廂內降溫有限，而干冰制冷升華易引起結霜，冷卻速度慢，時間長，成本較高。（2）冷板制冷冷板制冷的原理就是蓄冷劑冷凍后所蓄存的冷量進行制冷。運輸前先將廂內冷板中的蓄冷劑進行“充冷”，使其在運輸過程中利用冷板中的蓄冷劑融化吸熱，使廂內溫度保持在運輸貨物的室溫范圍內。故冷板又稱“蓄冷板”。冷板制冷的優(yōu)點是冷藏溫穩(wěn)定，制冷時無噪聲，故障少，結構簡單，投資費用較低等特點。但其制冷時間有限，僅適用于中、短途公路運輸。冷藏汽車的冷凍板，往往被采用與航空等運送珍貴水果、新鮮海鮮等各類保鮮食品。（3）液氮制冷液氮制冷就是利用液氮汽化吸熱進行制冷。在大氣壓力下，液氮的沸點為-196，汽化潛熱為200kJ/kg.氮氣的比熱為1.05kJ/（kg·）,因此每千克液氮汽化并升溫至-20時，所吸收的熱量約為385kJ,液氮沸點低，且是制氧副產品，因而得到了較廣泛的應用。液氮制冷裝置結構簡單、工作可靠，無噪聲和污染；液氮制冷量大、制冷迅速，適于速凍。液氮汽化不會使廂內受潮，并且液氮對食品保鮮、防止干耗均有好處。此外，液氮制冷控溫精確（±2）。但是液氮成本較高，需經常充注，因而推廣受到一定限制。同理，其他低溫汽化的液態(tài)氣體，亦可為制冷劑，如液態(tài)二氮化碳。（4）機械制冷機機械制冷方式有：蒸氣壓縮式、吸收式、蒸汽噴射等。目前以蒸汽壓縮式應用的最為廣泛。2.1.2制冷方式的對比分析固體制冷成本高，消耗量大，廂內溫度難調（干冰），單位質量的吸熱量較小，車廂內降溫較小，而且鹽冰融化后會污染環(huán)境、食品、腐蝕車廂和使車廂受潮（水冰或鹽冰），故實際應用較少。液氮制冷也是成本很高，且需要經常充注，實際用的也不是很多。機械制冷是目前應用最廣泛的，主要原因在于制冷機組既能制冷又能加熱，擴大了使用范圍；廂內溫度可實現(xiàn)自控調節(jié)，調溫精確、可靠，調溫范圍較寬，能適應各種不同冷藏貨物的運輸。盡管機械制冷裝置結構比較復雜、購置及費用較高，運轉噪聲較大等問題，但迄今為止，機械制冷仍為一種可靠、有效的制冷方式。冷板裝置本身較重、體積較大，占據了車廂的一定體積，而且充冷一次僅可持續(xù)工作815h。因此冷板制冷適合于中、輕型冷藏的中短途運輸，近幾年來，隨著能源的環(huán)境污染問題日益突出，冷板制冷的應用發(fā)展較快，已成為僅次于機械制冷的制冷方式6。綜合來看，機械制冷和冷板制冷的應用非常廣泛，大約75%80%的冷藏保溫汽車采用這兩種制冷方式。但是也不是十全十美，還是有自己的缺點。盡管如此，這兩種制冷方式還是被廣大用戶所認可。究竟采取哪種制冷方式關鍵還是和實際聯(lián)系起來，綜合考慮。對于此次設計決定采用冷板制冷，主要是考慮以下幾個方面： 冷板制冷適合于中、短途運輸，與本設計思路相符合。 冷板制冷價格上相對便宜，維修上也會更方便。 冷板制冷方便安裝，采用非獨立式制冷方案?？梢圆挥秒S車帶制冷機組，需要依賴地面的制冷機組對其進行“充冷”。2.2冷藏保溫車的總體結構與布置冷板式冷藏汽車是利用冷板制冷。冷板結構如圖2.1所示。圖2.1 蓄冷板結構圖1-蓄冷板外殼 2-蓄冷液 3-蒸發(fā)器盤管4-制冷劑進口快速接口 5-制冷劑出口快速接口圖中制冷板為金屬密封容器1，其內裝有供蒸發(fā)用的金屬盤管3，盤管和冷板內壁之間充滿了制冷劑2（制冷劑為低融點共晶溶液）。“充冷”時，制冷劑壓縮盤管內的制冷劑循環(huán)制冷，使蓄冷劑凍結而蓄存一定冷量，然后在運輸途中，依靠冷板中的蓄冷劑不斷融化，釋放“冷量”，以保持廂內溫度一定。冷板的數(shù)量和布置主要取決于車廂容積的大小。微型冷藏汽車一般僅在廂內前壁安裝一塊冷板；輕型冷藏汽車需裝23塊；中型冷藏汽車需裝35塊；重型冷藏汽車則不少于6塊。當廂內采用2塊以上冷板時，廂內兩側壁安裝的冷板應對稱布置。冷板冷藏汽車按是否自帶制冷裝置，可分為獨立式和非獨立式兩類7。1.獨立式冷板冷藏汽車獨立式冷板冷藏汽車在車廂內除裝有冷板外，還裝有對冷板“充冷”的制冷機組。需要時，僅需接通地面上的電源，即可自行對冷板進行充冷。其結構形式如圖2.2所示。2.非獨立式冷板冷藏汽車非獨立式冷板冷藏汽車本身不帶制冷機組，需要依賴地面制冷機組對冷板“充冷”。因此冷板內蒸發(fā)器盤管必須將其接口布置在車廂右側，以便與制冷機組的接口相接進行制冷。其結構形式如圖2.2所示。圖2.2 獨立式冷板冷藏汽車1-汽車底盤 2-隔熱車廂與連接裝置 3-制冷機組圖2.3 非獨立式冷板冷藏汽車1-汽車底盤 2-隔熱車廂與連接裝置 3-冷板蒸發(fā)盤管接口盒 4-冷板綜上所述可知：對于距離較長、地面服務設施不全者，宜采用獨立式；反之，宜采用非獨立式。冷板冷藏汽車按其車廂內空氣流動方式不同，可分為自然對流式和強制通風式兩種。自然對流式是依靠廂內空氣的溫差形成自然對流，促使廂內溫度趨于均勻；強制通風式是冷板一端裝有風機，強制廂內空氣流動，加速廂內溫度趨于均勻。要求冷板提供的制冷量取決于箱體的傳熱系數(shù)、箱體容積、廂內所需冷藏溫度、環(huán)境溫度以及保溫時間等。冷板設計應考慮其搬運和裝卸的方便性，每塊冷板的最大質量最好在100kg左右，厚度在5070mm。對于豎直放置的冷板，因“充冷”時冷板下部先凍結，故設計時，冷板長度應大于高度。2.3二類底盤的選擇 目前，改裝專用汽車選用的底盤主要是二類或三類汽車底盤，也有為某些專用汽車設計的專用底盤8。汽車底盤的選擇或設計專用底盤主要根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形尺寸、動力匹配等來決定。目前我國對于常規(guī)的廂式車、罐式車、自卸車等通常是采用二類汽車底盤改裝設計。這是目前專用汽車設計中選用底盤型式最多的一種。所謂二類汽車底盤，即在基本型整車的基礎上。去掉貨箱。在改裝設計的總布置時，在沒有貨箱的汽車底盤上，加裝所需的工作裝置或特種車身。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作的重點是整車總體布置和工作裝置設計。在設計時若嚴格控制了整車總質量、軸載質量分配、質心高度位置等，則基本上能保持原車型的主要性能。但是，還要對改裝后的整車重新作出性能分析和計算。對客車、客貨兩用車則通常采用三類汽車底盤改裝設計。所謂三類汽車底盤，般是在基本型車的基礎上，去掉貨箱和駕駛室。近年來，我國乘用車發(fā)展很快，對乘用車使用性能的要求也在不斷提高，再用原來的三類汽車底盤改裝的客車已越來越不受歡迎。因此，各類專用客車底盤應運而生。這些專用客車底盤的基本特點是利用基本型總成，按客車性能要求更新進行整車布置，更新設計懸架系統(tǒng)。這種底盤不僅在質心位置、整車性能特別是平順性方面有很大的變化，而且在傳動系統(tǒng)和動力匹配、以及制動系統(tǒng)等總成方面也有較大的改裝設計。目前在用普通汽車底盤作改裝設計時把更換了發(fā)動機的底盤，如將汽油發(fā)動機改換成柴油發(fā)動機亦當作三類底盤處理。無論選用二類或三類汽車底盤，很難完全滿足某些專用汽車的性能要求。例如用普通汽車底盤改裝廂式貨車、存在質心過高，軸荷分配不合理的問題；改裝消防車，首先是底盤車速就達不到要求；改裝客廂式專用車，存在平順性差的問題。因此，可以這樣說，若要使我國的專用汽車上質量、上檔次，一定要開發(fā)出一些具有特點的專用汽車底盤。在專用汽車底盤或總成選型方面，一般應滿足下述要求9：（1） 適用性對貨運車用的總成應適應貨運要求，保證貨運安全無損；對乘用車用的總成應適于乘客的需要達到乘座安全舒適；對各種專用改裝車的總成應適于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標進行改裝選型設計，例如各種取力器的輸出接口等。（2） 可靠性所選用的各總成工作應可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強度和壽命，且同一車型各總成零部件的壽命應趨于均衡。（3） 先進性所選用的底盤或總成應使整車在動力性、經濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求。（4） 方便性所選用的各總成要便于安裝、檢查、保養(yǎng)和維修。在選用專用汽車底盤時，除了上述因素外，還有以下兩個很重要的方面：一是汽車底盤價格。二是汽車底盤供貨要有來源。根據本設計所要求的載貨量以及本次設計的任務要求，選用二類底盤為設計基礎，選用底盤型號為CA1103P9K2LE。參數(shù)如2.4所示：表2.4 底盤參數(shù)企業(yè)名稱中國第一汽車集團公司規(guī)格（mm）長：6632 寬：2244 高：2558底盤型號CA1103P9K2LE底盤類型二類產品名稱平頭柴油載貨汽車底盤產品商標解放牌燃油類型柴油轉向形式方向盤軸數(shù)2軸距（mm）3750彈簧片數(shù)11/7+6輪胎數(shù)6輪胎規(guī)格8.25R20輪距（mm）前輪：1800后輪：1800總質量（kg）10490前排乘客3最高車速（km/h）99最大爬坡地（°）28接近離去角（°）18/24前懸后懸1330/1176整備質量（kg）4200依據標準GB3847-2005，GB17691-2005國2.4本章小結本章主要介紹了冷藏汽車的分類以及冷藏汽車的制冷方式，對比分析各種制冷方式的優(yōu)、缺點和車次設計的設計要求，對本設計中所采用的冷板式冷藏汽車進行了總體布置，并確定了本設計所使用的二類底盤的型號。第3章 制冷裝置的設計3.1冷藏保溫汽車的熱工參數(shù)（1）車廂總傳熱系數(shù)K系數(shù)K是冷藏保溫汽車重要的熱工參數(shù)，是用來評價車廂隔熱性能的綜合性指標。計算公式為： （3.1）式中 Q單位時間內通過車廂的壁熱量（W）；F車廂內外表面積的幾何平均值（）；車廂內外平均溫度差（K）；K車廂總傳熱系數(shù)W/(·K)。冷藏汽車車廂內溫度調控范圍與K值的關系見表3.1。表3.1 冷藏汽車廂內條紋范圍與總傳熱系數(shù)K冷藏汽車種 類廂內調溫范圍傳熱系數(shù)K/(W··)等級內溫/外溫/強化隔熱型普通隔熱型機械冷藏汽車A+120+300.40.10.7B-10+120.4C+12-200.4D+20.40.40.7E-100.4F-200.4非機械冷藏汽 車A+7+300.40.40.7B-100.4C-200.4有加熱裝置的冷藏汽車A-10+12+30-100.40.40.7B-20+12+30-200.4根據總傳熱系數(shù)K的大小，車廂可分為A、B、C三類（見表4.2），且規(guī)定冷藏車不準采用C類車廂。為了滿足一定的運輸要求。應盡可能提高車廂的隔熱性能，故一般冷藏車廂的總傳熱系數(shù)K值應按表3.2中的A級選取。表3.2 車廂按K值分類貨箱類別ABC傳熱系數(shù)K/(W··)0.40.40.60.60.92.車廂漏氣倍數(shù)L (3.2)式中 1h內車廂泄露的空氣量（/h）； 車廂容積（）。按漏氣倍數(shù)的不同，車廂也可分為A、B、C三類，并且規(guī)定冷藏車不準采用C類車廂。各類車廂的漏氣倍數(shù)見表3.3。表3.3 各類車廂的漏氣倍數(shù)內外壓強/傳熱面積/漏氣倍數(shù)/ABC100±10401.23.04.820401.53.86.0202.15.38.4對于運輸水果、蔬菜等需要呼吸的貨物，在車廂上必須裝用通風口，引入新鮮空氣以保證正常換氣。水果、蔬菜正常呼吸所需要的車廂換氣量與其品種、廂內溫度以及廂內外溫度差等有關。若水果、蔬菜排出的二氧化碳氣體越多、廂內溫度越高，以及廂內外溫度差大，則所需要的換氣量也就越大。一般來說，長途運輸蔬菜，水果的冷藏保溫汽車，如果中途不開車廂門，換氣量約為5080/h。短途運輸，則需換氣量約為1020/h10。漏氣和換氣均反映單位時間內車廂外空氣對流的程度。區(qū)別是：漏氣倍數(shù)反映車廂設計制造所能達到的氣密性能；換氣量則是運輸水果、蔬菜之類需要呼吸的貨物，為了保鮮所必須引入廂內的空氣量。根據車廂的傳熱面積： （3.3） =50.61040m2所以由表3.3可知：車廂的漏氣倍數(shù)L=1.2。3.廂內調溫范圍和調溫精度廂內調溫范圍是指冷藏保溫汽車的制冷（加熱）裝置工作時，在一定的溫度環(huán)境條件下，可由控制系統(tǒng)自動調定的廂內溫度范圍。箱內的調溫精度也是冷藏汽車重要的熱動參數(shù)之一。其精度一般規(guī)定為±2。調溫精度越高，則廂內溫度能更好地滿足運輸貨物的室溫要求。3.2 隔熱車廂平均傳熱系數(shù)計算隔熱車廂的各隔熱廂壁(前、側、頂、底和后門)除骨架部分外，均由內外蒙皮和隔熱層組成，可以看作是材質均勻的多層壁，作為只有一個熱量方向的單元熱流體計算其傳熱系數(shù)。而骨架區(qū)域部分的傳熱系數(shù)可采用因熱流法和有限差分法求得，但這種方法計算較繁雜。在實際工程應用中，可采用簡化的方法計算車廂的平均傳熱系數(shù)，即把隔熱車廂的各隔熱廂壁看作是沒有骨架的由內外蒙皮及隔熱層組成的多層結構來計算其傳熱系數(shù)，再根據車廂骨架的多少，乘以車壁傳熱結構系數(shù)而求得。（1）隔熱廂壁傳熱系數(shù)(不考慮骨架的影響)按下式計算 （3.4）式中 隔熱廂壁不考慮骨架影響傳熱系數(shù)，W/m2·K； 車廂外表面放熱系數(shù)。當空氣流速V2.56m/s時=29 W/m2·K ，當空氣流速V2.56m/s 時，=5.76+17.5，W/m2·K車廂內表面的放熱系數(shù)。當車廂內空氣為自然對流時，=79 W/m2·K，當車廂內空氣為強制循環(huán)時，=1724W/m2·K各層材料厚度，m 各層材料的熱導率，W/m2·K設空氣流速V=3.2m/s, =5.67+17.5=37.665W/m2K；車廂內空氣為強制循環(huán)，取 =20 W/m2K； =80mm； =0.15。（2）修正計算：= （3.5）=1.2×0.305=0.366式中 修正后車壁傳熱系數(shù)，W/m2·K 車廂傳熱結構系數(shù)，與車廂骨架結構和骨架密度有關。一般整體骨架式車廂=1.31.5；分片組裝和整體隔熱層的車廂=1.11.3，取=1.2。（3）計算車廂平均傳熱系數(shù)： 隔熱車廂平均傳熱系數(shù)為各隔熱廂壁傳熱系數(shù)的平均值，即 （3.6）式中 隔熱車廂平均傳熱系數(shù), W/m2·K 隔熱車廂各壁的傳熱面積，m2 隔熱車廂的總傳熱面積，m23.3 冷藏汽車隔熱車廂的熱負荷計算冷藏保溫汽車隔熱車廂熱負荷的計算是設計、選用制冷裝置和加溫設備的依據，隔熱車廂熱負荷計算分別如下：（1）通過隔熱車廂壁傳人車廂的熱量。 （3.7）式中 車廂外界溫度，按使用環(huán)境最高溫度計算， 車廂內空氣溫度，按設計的車內可達最低溫度計算，取=30；=-5=0.35×35×50.610=620W巡航時間為4h,則=0.62×4=2.48kw/h=8928KJ（2）車廂各處縫隙泄漏傳入車廂的熱量。 （3.8）式中 車廂的漏氣倍數(shù)，h-1 車廂內空氣密度，kg/m3 V車廂內空氣容積，m3 C空氣的定壓比熱容，J/kg·K 水蒸汽的氣化潛熱，J/kg 車廂外空氣的相對濕度，% 車廂內空氣的相對濕度，% 車廂外飽和空氣的含濕量，kg/kg(干空氣) 車廂內飽和空氣的含濕量，kg/kg(干空氣)實際計算時，常用如下經驗公式計算 （3.9） 一般隔熱車廂=0.1，泄漏嚴重的車廂取=0.2。取=0.1=0.1×8928=892.8KJ（3）太陽輻射進入車廂的熱量。 （3.10）式中 車廂外表面受輻射的面積，通常取車廂傳熱面積的35%50%，取45%則=22.775 車廂外表面受輻射的平均溫度，常取=每晝夜日照小時數(shù)，常取1214，h，取=13= 巡航時間為4h，則=1238.4KJ（4）開門時傳入熱量。(+) （3.11）式中 開門頻度系數(shù)。運輸途中不開門，=0.25；開門15次，=0 .5；712次，=0.75；12次以上，=1.0，開門次數(shù)12次以上，=1.0 1.0×（8928+1238.4）=10076.4KJ（5）車廂內裝載貨物所散發(fā)的熱量 = （3.12）式中 貨廂內某種貨物的質量，Kg 貨廂內某種貨物的發(fā)熱量，W/kg 以菠菜為例計算得=1495.5KJ 表3.4 主要水果、蔬菜的發(fā)熱量 （單位W/t）食品溫度/食品溫度/05100510橘子10.518.635黃瓜19.733.560葡萄9.224.536桃18.640.592梨19.246.662.3萵苣3851102青豌豆104138265李子2.86512640.5草莓53.69217.1西紅柿17.526.7菜花62.578138櫻桃2253107白菜32.550.577菠菜82198300（6）廂內照明系統(tǒng)放電 設計照明燈的數(shù)量為4個，工作時間為12小時，風機1個，工作時間為12小時，則：=450W風機和照明燈的熱流量 （3.13） =1620KJ（7）車廂箱體預冷時消耗的熱量。= （3.14）式中 貨廂需冷卻部分的質量，Kg 貨廂需冷卻部分的平均比熱，J/kg·K 廂外氣溫和廂內溫度之差，K T貨廂預冷的時間，h=（8） 貨廂內貨物預冷時攝取的熱流量= （3.15） =30515KJ式中 貨廂貨物的質量，Kg 廂內包裝容器的質量，Kg 貨物的比熱， J/kg·K 包裝容器的比熱，J/kg·K,計算時取=2500 J/kg·K3.4冷藏保溫汽車的制冷量計算（1）運輸冷凍貨物冷藏汽車運輸冷凍貨物時，只需保持廂內溫度在所要求的范圍內，而不需要對貨物進行預冷，貨物呼吸熱為零，故制冷量為：=+ （3.16）=29116.6KJ（2）運輸水果、蔬菜和鮮蛋 當冷藏汽車運輸水果、蔬菜和鮮蛋時，要求制冷裝置同時預冷箱體和貨物，因此制冷量為：=+ （3.17） =62365.5KJ考慮到制冷裝置不能連續(xù)工作，故在設計和選擇制冷量時應考慮安全系數(shù)n，即制冷量為，一般冷藏汽車取n=1.3到1.5。取n=1.4，冷藏車的制冷量為：=1.4×57327.3=87311.7KJ3.5制冷劑的選擇3.5.1制冷劑的分類制冷劑是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)，從液體汽化為蒸氣時吸收熱量又從蒸氣冷凝為液體時放出熱量的工作介質，又稱冷劑或冷凍劑。 在世界繁多的物種中，凡是在一定條件下能產生相態(tài)變化，并伴隨著熱量授受關系的物質，都可以作為制冷劑。通常按制冷劑在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度(飽和溫度)和常溫下的冷凝壓力(飽和蒸氣壓力)分為三大類：（1）低壓高溫制冷劑制冷劑的冷凝壓力 (0.20.3),蒸發(fā)溫度>0。如R11,R21,R113,R114等，用于工作環(huán)境溫度較高的場合。（2）中壓中溫制冷劑 (1.52.0) ，-500，如R12,R22,R142等，得到廣泛應用。 （3） 高壓低溫制冷劑 這種制冷劑的冷凝壓力2.0，蒸發(fā)器溫度<-50,如R13,R14,R23等，一般用于復迭式制冷裝置的低溫制冷部分。常用的制冷劑有氨，氟利昂，碳氫化合物，共沸混合物等。（1）氨氦屬于無機化合物類。氨的單位容積制冷量(即壓縮機每吸入l制冷劑蒸氣所產生的冷量)較大，冷凝壓力和蒸氣壓力適中，導熱系數(shù)大，流動阻力小，不腐蝕鋼鐵，能溶于水，對潤滑油的溶解度很小，價格低廉，容易取得。但是，氨有強烈的刺激性臭味，有毒，有燃燒和爆炸的危險性，故在小型制冷裝置中很少采用，主要用于大、中型的制冷裝置中，如冷庫，空調(車間、商場等用)及工業(yè)生產用制冷裝置等。無機化合物的代號規(guī)定為字母R后面第一個數(shù)字為7，后面的數(shù)字為該物質的分子量值(取整數(shù))。如氨(NH)為R717，水為R718。R為Refrigerant（制冷劑）的第一個字母大寫。（2）氟利昂氟利昂是飽和碳氫化臺物的氟、氯、溴衍生物的總稱。因此，它的種類繁多，性質各異。氟利昂的代號規(guī)定為字母R后的第一個數(shù)字為碳原子數(shù)減去1，如碳原子數(shù)是1，可不寫；第二個數(shù)字為氫原子數(shù)加l；第三個數(shù)字為氟原子數(shù)。若還有溴原子，則在第三個數(shù)之后寫上B。后面再寫溴原子數(shù)。下面介紹幾種常用的氟利昂制冷劑。1)R12(即) R12是二氟二氯甲烷，即為甲烷的衍生物。它無色、無味、無臭、無毒、不燃燒、不爆炸。但是，若在空氣中R12的濃度超過30后，也會使人窒息；若R12的溫度達到400以上只與明火接觸時，會分解出有毒光氣()。R12在無水情況下，不腐蝕金屬，但含鎂量大于2的除外。R12難溶于水，并且隨著溫度的降低，溶解度也變小。若在Rl2中溶有水時，會產生冰塞現(xiàn)象，水結冰，堵塞膨脹閥和管道，因此，規(guī)定R12的含水量不得超過0.0025 % (以質量計)。含水的R12會腐蝕金屬。R12易容于礦物油，能與潤滑油以任何比例互相溶解，會在蒸發(fā)器的內壁上形成油膜，影響傳熱，并使?jié)櫥妥兿?。還能溶解多種有機物質，能使一般橡膠制的密封件膨脹，引起泄漏，而要采用丁腈類橡膠制的特殊橡膠制品。R12又極易從微細小縫滲透，引起泄漏，不易發(fā)現(xiàn)。R12是我國目前廣泛應用的制冷刑，主要用于中小型制冷裝置，如冰箱，冷藏箱，冷柜，空調器，小型冷庫等。2)R22(CHFCl) R22即二氟一氯甲烷。它無色、無味、不燃燒、不爆炸，毒性比R12稍大。R22中水的溶解度比R12大，能部分溶解于潤滑油且隨溫度的降低而減小。對有機物質的腐蝕比R12更強，滲透泄漏更容易。它的單位容積制冷量比Rl2大4060。在雙級壓縮制冷系統(tǒng)中可達-50-80的低溫。3)R13(CFCl) R13是三氟氯甲烷。它無毒，比R12更為安全，且在低溫下的蒸氣密度很小。在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度為-815，凝固點為-180。Rl3不易溶解水，與R12具有相似的性質。與潤滑油互不溶解，所以在管壁易產生油膜，影響傳熱效果。故在制冷系統(tǒng)中應設置油分離器。對金屬不腐蝕。據研究釋放到大氣中的鹵代烴中的氯原子和溴原子會消耗同溫層的臭氧。同溫層中臭氧的減少會使輻射到地球表面的紫外線增加。氟利昂是國際制冷業(yè)界對鹵代烷這一類物質的統(tǒng)稱，它包括氯氟烴、氫氯氟烴和氫氟烴，這三者對大氣臭氧層的破壞程度有不同，氯氟烴能循環(huán)消耗臭氧，壽命又長，故國際制冷業(yè)界正在用氫氟烴取代氯氟烴。（3）混合共沸制冷劑混合共沸制冷劑是由兩種或兩種以上不同物質按一定比例組成，也稱共沸溶液。其代號規(guī)定為在R后的第一個數(shù)字用5，后面再接上標志不同種類的二位數(shù)字，如表3.5。表3.5 混合共沸制冷劑代 號R500R501R502R503R504R32R115組成工質R12R152aR22R12R22R115R23R13質量比/%7.38/26.275/2548.8/51.240.1/59.948.2/51.8正常蒸發(fā)溫度/-38.3-45.6-88.7凝固溫度/-158.8臨界溫度/105.090.219.5臨界壓力/454.3445.3混合共沸制冷劑的性質與原單一物質不同，可以獲得更有利的熱力性質。它們在一定的壓力下蒸發(fā)時能保持恒定的蒸發(fā)溫度，并且氣相與液相的組成成分相同，保持不變。如用R500代替R12，可使制冷量增大1718；用R502代替R22，制冷量增大530，并且排氣溫度約比R22低1025。（4）碳氫化合物碳氫化臺物制冷劑有烷烴類的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷；鏈烯烴類的有乙烯、丙烯、丁烯等。由于其燃燒性和爆炸性都較強，又是石油化工廠和天然氣液化工廠的原料或半成品，故只用于這些工廠的制冷裝置中。烷烴類的代號規(guī)定與氟利昂相同，如甲烷為R50，乙烷R170，丙烷R290，但丁烷不按上法，而規(guī)定為R600，異丁烷為R601；烯烴類的代號規(guī)定在R后寫1，接著再寫的數(shù)字與氟利昂的方法相同，如乙烯為R1150，丙烯為R1270。3.5.2制冷劑的熱力學性能和使用要求冷藏運輸用的壓縮機大多屬于中、小型壓縮機鑒于它們的使用條件對壓縮機結構、性能有專門要求：（1）冷藏運輸制冷壓縮機應能適應震動、傾斜、搖擺和起伏顛簸等條件下的正常工作。（2）制冷壓縮機的零部件應有較好的抗腐蝕性，能適應環(huán)境溫度46以上和空氣相對濕度2095，且能在凝露、鹽霧及油霧條件下長期工作。 （3）冷藏運輸用的制冷壓縮機應耐沖擊，其零部件均應有足夠的強度，機體及軸封應有可靠的密封性，（4）制冷壓縮機應有更可靠的運行、安全保護等控制系統(tǒng)和相應的安全保護元器件。（5）限于冷藏運輸?shù)陌惭b、使用、維修等條件，其制冷壓縮機應結構緊湊、體積小、重量輕、工作效率高。制冷劑選用原則：（1）在蒸發(fā)溫度和冷凝溫度設定情況下，蒸發(fā)壓力不要過低，以免外界空氣滲入系統(tǒng)；冷凝壓力不要太高，一般不超過16MPa。（2）應無味、無毒、不燃燒、不爆炸。（3）化學穩(wěn)定性強，在正常工作條件下不起化學變化，不與水或潤滑油起化學作用，不腐蝕金屬。（4）價格低，容易獲得。目前氟利昂制冷劑的應用相對廣泛，常用的制冷劑有R22、R502等，R22不燃、不爆，使用安全，因此本次設計采用R22為制冷劑，R22的標準汽化溫度為-40.8，通常冷凝壓力不超過1.6Mpa。幾種常用制冷劑的一些熱力學特性列于表3.6，供參考。表3.6制冷劑的熱力學性能制冷劑蒸發(fā)壓力/冷凝壓力/壓力比單位制冷量/()每kW制冷量的吸入蒸汽量/()制冷系數(shù)/copR11R12R22R502R71720.4182.7259.8349.6236.5125.5744.61192.11308.611166.66.154.084.033.744.93155.4116.3162.8106.21103.44.900.7820.4760.4840.4625.034.704.654.374.76注：在蒸發(fā)溫度-15、冷凝溫度30下操作的蒸汽壓縮理論循環(huán)本設計采用的是非獨立式的冷板制冷方式。這種制冷方式本身不帶制冷機組，只需要依賴地面的制冷機組進行“充冷”，用以滿足一次運輸?shù)闹评湫枰８鶕陨嫌嬎闼玫慕Y果，制冷量為87311.7KJ，根據所選制冷劑的比熱容和密度，計算得冷板的質量為260kg，體積為2215，選用2塊冷板，并確定冷板的尺寸為：長寬厚（mmmmmm）2500120060。3.6制冷機組的選擇根據制冷量和本次設計采用的非獨立式制冷方式，選擇的地面制冷機組為商丘市雪冷科技股份有限公司生產的雪冷牌XL-680冷藏車制冷機組。制冷機組的主要參數(shù)見表3.7。表3.7 制冷機組的主要參數(shù)品牌雪冷型號680適用范圍冷藏車功率3.2（kw）結構類型斜盤式類型風冷式冷凍機排量類型定排量壓縮機控制溫度-1825壓縮機SD 7L15(155cc/r)制冷劑R404A箱體容積2532（）電壓DC12/24V3.7本章小結本章主要對冷藏保溫汽車的熱工參數(shù)、平均傳熱系數(shù)以及熱負荷進行計算，并計算出制冷機組所需要的制冷量，根據制冷量的需求選擇確定制冷劑的類型，再依據總制冷量設計冷板的尺寸，并選取地面制冷機組。第4章 隔熱車廂的設計4.1隔熱車廂的定義與技術要求冷藏保溫汽車隔熱車廂是指具有隔熱箱壁、箱門、箱底和箱頂，能阻止內外熱交換的集裝箱保溫集裝箱，（以下簡稱隔熱車廂）11。隔熱車廂在設計時應達到以下設計要求：（1）足夠的強度，可長期反復使用。（2）適用于一種或多種運輸方式運送，途中轉運時，箱內貨物不需換裝。 （3）具有快速裝卸和搬運的裝置，特別便于從一種運輸方式轉移到另一種運輸方式。 （4）便于貨物裝滿和卸空。（5）具有1立方米及其以上的容積。4.2隔熱車廂的結構與型式4.2.1隔熱車廂的組成 隔熱車廂是由頂板、底板（地板）、左右側壁、前壁、厚壁（后門框）和門組成。由于要求車廂具有隔熱保溫性，因此它的骨架具有承載和斷熱的雙重能力。其中以承載為目的的骨架稱為主骨架，這種骨架一般用強度和剛度較高的金屬材料。而以斷熱為目的的骨架稱為輔助骨架（俗稱“斷熱橋”）。一般選用非金屬材料。常見的有木頭、膠合板、玻璃鋼、工程塑料等，他它可裝于主骨架的內側或外側。車廂的內外蒙皮分別于主骨架和輔助骨架相連，其間形成了填裝隔熱材料的空間。因此，主、輔骨架共同完成了隔熱車廂骨架的全部功能。外蒙皮多為平板形，但在左、右側壁外蒙皮多壓成瓦楞形或半月形，這種具有加強筋的外蒙皮即可增加廂壁強度和剛度，又可增加美觀。為了防止冷凍胴體(整塊凍豬、牛、羊肉等)等貨物撞壞內蒙皮，有的車廂還在金屬內蒙皮內裝有膠合板。內外蒙皮常用材料有：鋼板、鋁合金板、不銹鋼板、玻璃鋼板等。一般金屬蒙皮厚度為0.81.5mm，非金屬蒙皮厚度為23mm。蒙皮與骨架的連接方式通常采用拉鉚連接(即單向膨脹的抽芯鉚釘連接)。4.2.2隔熱車廂的結構型式（1）整體結構隔熱車廂1）整體骨架隔熱車廂 該車廂是在一般車廂基礎上發(fā)展而形成的傳統(tǒng)結構，在骨架交匯處，一般焊接加強筋，以增加整體強度和剛度。車廂加工工藝流程大致如下：零部件制作各片