果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車廂階梯型密封門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王廣海+++呂恩利+++陸華忠++唐本源++胡宗梅

摘要：為提高果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車廂的氣密性，設(shè)計(jì)1種階梯型密封門結(jié)構(gòu)，選用金屬壓條擠壓矩形硅橡膠膠條的密封形式，設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)的長、寬、高參數(shù)，門框左右部分呈階梯型布置，并安裝金屬壓條，左、右?guī)T內(nèi)側(cè)門板加工溝槽，槽內(nèi)安裝硅橡膠膠條，廂門鉸鏈采用可推拉的活動鉸鏈設(shè)計(jì)，利用輪盤鎖緊機(jī)構(gòu)使金屬壓條垂直壓緊膠條實(shí)現(xiàn)良好的密封效果。通過搭建試驗(yàn)平臺進(jìn)行氣密性驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，廂體的漏氣倍數(shù)為0.36 h-1，氣密性指標(biāo)屬于Ⅰ級，表明氣密性優(yōu)異。研究結(jié)果為進(jìn)一步提高果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車氣密性性能指標(biāo)提供了參考。

關(guān)鍵詞：氣密性；密封形式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

中圖分類號： TS255.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0403-03

收稿日期：2015-02-12

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：31101363）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號：CARS-33-13）；廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級科研項(xiàng)目。

作者簡介：王廣海（1983—），男，廣東陸豐人，博士，講師，主要從事果蔬冷鏈物流技術(shù)與裝備的研究。E-mail：94574353@qq.com。

通信作者：呂恩利，博士，副教授，研究方向?yàn)槔滏溛锪骷夹g(shù)與裝備。E-mail：enlilv@scau.edu.cn。果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車廂的氣密性指標(biāo)直接影響食品氣調(diào)保鮮的環(huán)境參數(shù)調(diào)控，良好的氣密性可提高氣調(diào)控制精度，降低系統(tǒng)能耗。文獻(xiàn)[1-4]提出廂體氣密性對廂內(nèi)氣體成分的調(diào)控特性具有一定的影響。文獻(xiàn)[5-9]從密封形式上分析了幾種不同密封圈類型的密封效果及其受力情況。文獻(xiàn)[10-12]提出不同廂門密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。文獻(xiàn)[13-14]提出冷藏車廂廂體結(jié)構(gòu)和主要部件性能分析。目前果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車廂門密封結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究還比較少，缺乏相應(yīng)的理論分析和試驗(yàn)論證，而現(xiàn)有的運(yùn)輸車廂門密封結(jié)構(gòu)難以滿足果蔬氣調(diào)運(yùn)輸嚴(yán)格的氣密性要求，亟需設(shè)計(jì)1種適合果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車的廂門密封結(jié)構(gòu)。根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和初期試驗(yàn)結(jié)果，提出1種果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車廂階梯型密封門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過搭建試驗(yàn)平臺，驗(yàn)證該密封結(jié)構(gòu)的氣密性指標(biāo)，為進(jìn)一步研究果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車提供幫助。

1試驗(yàn)平臺的搭建

試驗(yàn)廂體外部長、寬、高分別為1 050、643、657 mm，內(nèi)部長、寬、高分別為980、563、577 mm，采用鍍鋅鋼板焊接制成，廂體內(nèi)外壁夾層填充35 mm厚的保溫泡沫。廂體上開2個(gè)直徑30 mm的孔，用于試驗(yàn)時(shí)對廂體充氣和安裝傳感器等。階梯回形框通過螺栓固定于車廂后平面，并于接合處涂上密封膠。左、右?guī)T通過活動鉸鏈分別安裝于階梯回形框2側(cè)，并通過輪盤鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)閉鎖和解鎖（圖1）。

2密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1密封形式選型與計(jì)算

運(yùn)輸車門的常規(guī)密封形式采用唇形密封條密封，對廂門門框的平面度要求較高，長時(shí)間使用易造成密封膠條的老化變形，引起氣體泄漏，不適用于果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車的廂門結(jié)構(gòu)選型。根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)分析，采用金屬壓條擠壓硅橡膠膠條的密封形式，在門扇內(nèi)平面設(shè)計(jì)密封溝槽，槽內(nèi)放置矩形硅橡膠膠條，對應(yīng)的門框一側(cè)平面焊接矩形金屬壓條，當(dāng)門扇關(guān)閉且在鎖緊機(jī)構(gòu)閉鎖的情況下，金屬壓條與硅橡膠膠條相互擠壓，形成密封面，實(shí)現(xiàn)良好的密封。試驗(yàn)選用邵氏硬度為20～25，截面寬、高分別為12、8 mm的矩形硅橡膠膠條，膠條壓縮率設(shè)定為25%，則壓縮量為2 mm。為了滿足膠條的變形空間，膠條上表面與門框表面需留有間隙，取該間隙為2 mm，則金屬壓條的高度為4 mm，寬度必須小于硅膠條寬，取8 mm。密封溝槽槽深為10 mm，槽寬必須大于矩形硅橡膠條被壓縮變形后的最大寬度，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊＜僭O(shè)硅橡膠膠條受壓時(shí)前后體積不變，且未受拉伸作用，其截面面積不變，即溝槽面積必須大于矩形硅橡膠條與金屬壓條的截面積之和。計(jì)算得出槽寬需大于12.8 mm，取槽寬14 mm（圖2）。

2.2門框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

廂門常規(guī)的密封方式易造成2扇門之間的接縫處泄漏，不適用于氣體密封。為了提高氣體的密封性能，將門框設(shè)計(jì)成階梯回形框密封結(jié)構(gòu)。階梯回形框設(shè)計(jì)成左半部分低、右半部分高的階梯狀，使左廂門關(guān)閉的同時(shí)為右?guī)T提供1個(gè)回形密封框（圖3）。

2.3廂門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配過程

為達(dá)到良好的密封效果，左、右?guī)T采用先后關(guān)閉的方式實(shí)現(xiàn)密封。左廂門關(guān)閉時(shí)，階梯回形框左半部分的金屬壓條與左廂門內(nèi)側(cè)的矩形膠條實(shí)現(xiàn)擠壓密封。左廂門右側(cè)（兩廂門接縫處）也焊接了金屬壓條，和階梯回形框右半部分的金屬壓條形成1個(gè)新的回形框密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)右?guī)T關(guān)閉時(shí)，該回形框與右?guī)T內(nèi)側(cè)的密封膠條實(shí)現(xiàn)擠壓密封。為防止氣體從左、右?guī)T接縫處的上、下縫隙泄漏，階梯回形框、左廂門和右?guī)T的配合采用楔形配合方式，并在配合面上安裝有硅橡膠片，實(shí)現(xiàn)無縫密封（圖4、圖5、圖6、圖7）。

2.4導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)良好的密封，金屬壓條應(yīng)垂直壓入矩形密封膠條，而傳統(tǒng)的密封門只繞其固定鉸鏈（轉(zhuǎn)動中心）旋轉(zhuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)垂直擠壓的效果。因此設(shè)計(jì)可推拉的廂門活動鉸鏈，利用螺栓將廂門和階梯回形框分別固定于活動鉸鏈的兩端，鉸鏈固定件上留有滑槽，關(guān)閉廂門時(shí)可將廂門平推垂直壓緊階梯回形框后再上緊鎖緊機(jī)構(gòu)，活動鉸鏈結(jié)構(gòu)（圖8）。為使廂門均勻地壓緊門框選用輪盤鎖緊機(jī)構(gòu)，左、右?guī)T各布置3個(gè)輪盤鎖，安裝位置見圖9。

3氣密性試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1試驗(yàn)裝置與方法

廂體氣密性試驗(yàn)采用增壓法測試，試驗(yàn)原理見圖10。試驗(yàn)環(huán)境溫度為20 ℃，且?guī)w內(nèi)、外溫差小于1 ℃，利用空氣壓縮機(jī)向廂體內(nèi)充氣，當(dāng)廂體內(nèi)、外壓差保持在（100±10）Pa時(shí)，保證供氣穩(wěn)定，用流量計(jì)測量充入的空氣量，即為廂體的漏氣量。氣密性試驗(yàn)平臺見圖11。

4結(jié)論

通過選用金屬壓條擠壓矩形硅橡膠膠條的密封形式，計(jì)算密封結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)1種果蔬氣調(diào)運(yùn)輸車廂階梯型密封門，門框呈左低右高的階梯型結(jié)構(gòu)并安裝有金屬壓條，左、右?guī)T板加工溝槽，槽內(nèi)安裝有硅橡膠膠條，廂門鉸鏈采用可推拉的活動鉸鏈設(shè)計(jì)，利用輪盤鎖緊機(jī)構(gòu)使金屬壓條垂直壓緊硅橡膠膠條產(chǎn)生密封面，達(dá)到良好的密封效果。通過搭建試驗(yàn)平臺，進(jìn)行氣密性驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)廂體的漏氣倍數(shù)為0.36，氣密性指標(biāo)屬于Ⅰ級，說明該階梯型密封結(jié)構(gòu)氣密性優(yōu)異。參考文獻(xiàn)：

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