XKC5080GYSA3型奶罐車的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究*

田亞芳

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的進(jìn)一步提高，牛奶的消費(fèi)總量在快速的增長，國內(nèi)對奶罐車的需求必定會(huì)有較大幅度的增長。奶罐車在制造以及投入運(yùn)營運(yùn)輸液態(tài)食品時(shí)，常遇到以下問題:保溫效果較差，剩余率較高，對液態(tài)食品的清洗效果不夠理想。因此研制性能優(yōu)良的奶罐車有著十分重要的意義。

1 主要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 主要特點(diǎn)

1.1.1 奶罐車特點(diǎn)

奶罐車罐體采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)奧氏體不銹鋼SUS304拋光板制造，設(shè)計(jì)精美，堅(jiān)固耐用。內(nèi)壁所有轉(zhuǎn)角均采用大圓弧過渡并經(jīng)拋光處理，易于清洗。保溫材料采用聚氨酯整體發(fā)泡，保溫性能十分理想，在常溫下，24小時(shí)內(nèi)溫升不超過2℃，并具有不松散、不吸潮、無毒等特性。整車及罐體的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)均嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《中華人民共和國食品衛(wèi)生法》和QC/T 23-1992，是鮮奶等液態(tài)食品理想的運(yùn)輸設(shè)備。

1.1.2 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

1)奶罐車各構(gòu)件的鋼板購進(jìn)及下料均按照計(jì)算機(jī)模擬排版圖進(jìn)行，大大提高了鋼板利用率和勞動(dòng)效率，同時(shí)降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2)罐體斷面設(shè)計(jì)為橢圓形，重心低，行駛穩(wěn)定安全。

3)內(nèi)膽經(jīng)過特殊處理，奶液殘余率低于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4)各件采用鎢極自動(dòng)氬弧焊焊接，質(zhì)量保證，焊縫美觀。

5)奶泵、管、閥件等采用市場上知名廠家產(chǎn)品，符合衛(wèi)生級標(biāo)準(zhǔn)，便于清洗。

6)操作箱頂部有流水槽，能有效地防止雨水進(jìn)入，體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。

1.2 主要設(shè)計(jì)依據(jù)

奶罐車設(shè)計(jì)的主要依據(jù)有:

奶罐車開發(fā)計(jì)劃任務(wù)書

JB 2880-1981鋼制焊接常壓容器技術(shù)條件

ZB/T 50005-1989《專用汽車用途代號》

ZB/T 50001-1992《專用汽車定型試驗(yàn)規(guī)程》

JB 741-1980《鋼制焊接壓力容器技術(shù)條件》

GB 150-1998《鋼制壓力容器》

GB 7258-2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》

GB 1589-2004《汽車外廓尺寸界限》

QC/T 23-1992《奶罐車》

2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)指標(biāo)為:

XKC5080GYSA3型奶罐車長≤7995mm，寬≤2370mm，空載時(shí)高≤2810mm，裝備質(zhì)量≤5040kg，滿載質(zhì)量8495kg，直接擋最低穩(wěn)定車速≤30km/h，最高車速≥95km/h，爬坡性能:爬坡度 ≥30%，限定條件下平均使用燃料消耗量≤10L/100km，冷態(tài)制動(dòng)效能:初速30km/h時(shí)制動(dòng)距離≤10m，制動(dòng)減速度≥5m/s2，駐車制動(dòng)坡 20%下應(yīng)能穩(wěn)定，罐體直線段長5650mm，長軸1790mm，短軸1200mm，罐體四周為保溫層，保溫層厚為100mm，此罐為兩倉罐，罐體有效容積4.89m3，進(jìn)料口直徑500mm，進(jìn)料口端面離地高2750mm，輸出管中心離地高1550mm，殘余量≤2.5L，罐體和管路系統(tǒng)密封性試驗(yàn)應(yīng)無滲漏。奶罐車結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 XKC5080GYSA3型奶罐車結(jié)構(gòu)簡圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)原理

奶罐車主要有汽車底盤、罐體總成和進(jìn)、排系統(tǒng)等組成。罐體為雙層保溫罐體，上部有人孔和放、注奶裝置，內(nèi)部有清洗裝置等部件。人孔蓋上裝有呼吸閥。副車架與罐體焊在一起，用U形螺栓緊固在汽車車架上，并用定位連接板定位。操作箱用來安置排、吸操作機(jī)構(gòu)和放置與奶直接接觸的操作工具。操作箱與外殼制成一體，并位于罐體尾部。排料系統(tǒng)有奶泵、四通球閥、流量計(jì)、總閥和連接管道組成。奶泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與四通球閥一起完成液奶的吸入、排放、自流、關(guān)閉四個(gè)功能。

3.2 罐體設(shè)計(jì)

3.2.1 罐體設(shè)計(jì)［1］

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，選用東風(fēng)二類底盤:EQ1081GJ12D5，罐體有效容積為:4.89m3。

根據(jù)底盤廠家的外供圖，底盤大梁的有效可用長度為5550mm。所以將罐體總長設(shè)計(jì)成5650mm(罐體后伸底盤大梁100mm)，工具箱長度為750mm，保溫層厚度為100mm。

罐體設(shè)計(jì)成兩艙，內(nèi)膽為橢圓形，長軸為1590mm，短軸為1000mm，故罐體橢圓形外罩的長軸為1790mm，短軸為1200mm。具體尺寸見圖2所示。

圖2 XKC5080GYSA3型奶罐車罐體簡圖

則罐體容積為:V=π×a×b×L=π×(1590/2)×(1000/2)×(5650－750－300)=5.75m3

罐體的填充率按0.85計(jì)算

故罐體有效容積為:5.75 ×0.85=4.89m3

符合設(shè)計(jì)任務(wù)書的容積要求。

罐體內(nèi)膽均分兩個(gè)倉;每倉下面有一個(gè)出奶口，其接口均匯合在罐的尾部，且每個(gè)出奶管道均有閥門開關(guān)，最后匯合到一個(gè)總出奶口上。

3.2.2 奶罐車清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［2］

牛奶運(yùn)輸過程中，與牛奶接觸的罐體表面易產(chǎn)生牛乳污垢。牛奶是一種能使細(xì)菌迅速繁殖的理想營養(yǎng)基質(zhì)，牛奶等液體食品在使用之后，如果不及時(shí)、徹底地進(jìn)行清洗，將會(huì)使細(xì)菌大量繁殖，從而影響產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量，甚至?xí)斐蓢?yán)重的后果。所以，液體食品運(yùn)輸車的罐體在使用之后，必須對其進(jìn)行徹底地清洗和消毒。

臥式貯罐的噴淋分配器是由法蘭聯(lián)接的直管和半月管組成的分配器，材質(zhì)一般選用無縫碳鋼。直管的長度由臥罐的長度決定，一般不超過臥罐筒體的85%;直管的直徑由所選泵的流量、壓力的大小來決定。噴淋孔應(yīng)均勻分布在直管上，使其能均勻噴射到貯罐的頂部、兩個(gè)側(cè)面以及兩端封頭的上半部。

1)噴射孔直徑的選擇計(jì)算

噴淋分配器噴射孔的數(shù)量及大小，決定于噴淋清洗的流量和壓力。其計(jì)算公式如下:

式中n——噴射孔總數(shù);

Q——流量，m/h。

由以上原則及相關(guān)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果如下:噴淋頭上孔的直徑為2mm，孔數(shù)量:40個(gè)。

3)清洗泵的選擇

清洗用泵流量一般根據(jù)液體在管道內(nèi)的流速以及噴淋孔的數(shù)量選擇，揚(yáng)程應(yīng)根據(jù)噴淋管內(nèi)的壓力、液體位差、沿程阻力等確定。

噴洗頭的工作原理:噴洗頭在流體流動(dòng)的作用下通過洗罐器內(nèi)部的渦輪自轉(zhuǎn)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)洗球均勻定向轉(zhuǎn)動(dòng)，使洗滌液噴射于罐體的表面而產(chǎn)生扇狀射流，從而對罐體產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，達(dá)到清洗的目的。

通過對流體通道的特殊設(shè)計(jì)，使得清洗管路中的噴淋頭在水壓的作用下自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，克服了以往罐體清洗不夠理想的缺點(diǎn)，保證沖洗力度更大，覆蓋面更廣，清洗干凈、徹底。

3.2.3 人孔裝置及排氣裝置設(shè)計(jì)

XKC5080GYSA3型奶罐車罐體有前后互不相通

式中d——噴射孔徑，mm;

P——噴射壓力，kgf/cm;

Q——流量，m/h;

n——噴射孔數(shù)量;

c——孔徑系數(shù)，常為1.1 ～1.3;

v0——流速，m/s。

2)噴射孔數(shù)量的計(jì)算的兩個(gè)艙組成，每個(gè)艙各有一個(gè)人孔，每個(gè)分孔蓋上各裝一個(gè)呼吸閥。人孔主要由人孔座和人孔蓋組成。人孔蓋由人孔蓋圈、頂蓋、固定壓板、橡膠密封圈、壓環(huán)等組成，橡膠密封圈被壓環(huán)用螺栓螺母固定在固定壓板上。人孔蓋一端通過轉(zhuǎn)銷固定在人孔座的支耳上，使人孔蓋可以繞轉(zhuǎn)銷旋轉(zhuǎn)開關(guān)。在人孔蓋關(guān)閉后，另一端通過轉(zhuǎn)鎖壓緊，這樣橡膠密封圈可以貼合在承蓋圈上，罐體內(nèi)有壓力后，在壓力的作用下使橡膠圈與承蓋圈貼合得更緊，實(shí)現(xiàn)自密封。呼吸閥能根據(jù)罐內(nèi)氣壓的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，并與大氣保持平衡。其作用是防止罐體變形。本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的呼吸閥除了以上功能外，并能防止灰塵、飛蟲、雨水等的污染。

操作箱頂部有流水槽，能有效地防止雨水進(jìn)入，體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。

3.3 副梁的設(shè)計(jì)

在專用汽車設(shè)計(jì)時(shí)，為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷，同時(shí)也為了不破壞主車架的結(jié)構(gòu)，一般多采用副梁過渡。根據(jù)滿載后底盤彈簧鋼板的變形量，將副梁設(shè)計(jì)成前高后低式，與底盤裝配連接后形成了整個(gè)罐體前部微高式。改進(jìn)設(shè)計(jì)后，克服了奶罐車殘余率較高的缺點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)保證了液態(tài)奶能夠徹底排放，殘余率最低。

3.4 保溫層用聚氨酯發(fā)泡制作工藝［3］

奶罐車的罐體四周為100mm厚的保溫層，此罐為兩倉罐。罐體采用聚氨酯整體發(fā)泡，不僅可以得到良好的保溫性能，而且可以增強(qiáng)罐體的強(qiáng)度。

為克服奶罐車保溫性能較差的缺點(diǎn)，本項(xiàng)目采用在通常的黑料、白料中增加了發(fā)泡添加劑，使聚氨酯發(fā)泡材料的密度均勻適中，加上各種化工原料的合理配比，使得聚氨酯能夠快速而穩(wěn)定地填充到各個(gè)死角，不僅使罐體在常溫下24小時(shí)溫升不超過2℃，保溫性能更加可靠，而且保證了罐體外罩和內(nèi)膽之間的連接強(qiáng)度。

3.5 罐體液面檢測裝置

在罐體的水平中心面上，在罐體后封頭中心裝設(shè)一個(gè)液位計(jì)，YWJ25－A型旋轉(zhuǎn)管式液位計(jì)。液位計(jì)必須靈敏準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)牢固，操作方便，精度等級不低于2.5級，并在表盤上標(biāo)記出刻度與容積的對應(yīng)關(guān)系和最高安全液位。

4 性能檢測及應(yīng)用推廣情況

該產(chǎn)品經(jīng)機(jī)械工業(yè)專用汽車檢測中心檢測，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合汽車國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7258-2004的規(guī)定。經(jīng)過西安鴻瑞速凍食品有限公司和商丘市暢達(dá)物流等多家用戶試用表明，該車性能優(yōu)良，具有廣闊的市場前景。

［1］王維昌.液罐車罐體尺寸和載液量的優(yōu)化配合［J］.九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，(4):28 －29.

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