果蔬氣調(diào)運輸車廂階梯型密封門的結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗

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)運輸車廂的氣密性，設(shè)計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，利用輪盤鎖緊機構(gòu)使金屬壓條垂直壓緊膠條實現(xiàn)良好的密封效果。通過搭建試驗平臺進行氣密性驗證試驗發(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)果為進一步提高果蔬氣調(diào)運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；試驗

中圖分類號： TS255.3文獻標(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（編號：CARS-33-13）；廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級科研項目。

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，研究方向為冷鏈物流技術(shù)與裝備。E-mail：enlilv@scau.edu.cn。果蔬氣調(diào)運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[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[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[10-12]提出不同廂門密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，并進行試驗驗證。文獻[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)的理論分析和試驗論證，而現(xiàn)有的運輸車廂門密封結(jié)構(gòu)難以滿足果蔬氣調(diào)運輸嚴(yán)格的氣密性要求，亟需設(shè)計1種適合果蔬氣調(diào)運輸車的廂門密封結(jié)構(gòu)。根據(jù)項目經(jīng)驗和初期試驗結(jié)果，提出1種果蔬氣調(diào)運輸車廂階梯型密封門的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，通過搭建試驗平臺，驗證該密封結(jié)構(gòu)的氣密性指標(biāo)，為進一步研究果蔬氣調(diào)運輸車提供幫助。

1試驗平臺的搭建

試驗廂體外部長、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個直徑30 mm的孔，用于試驗時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)，并通過輪盤鎖緊機構(gòu)實現(xiàn)閉鎖和解鎖（圖1）。

2密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1密封形式選型與計算

運輸車門的常規(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)運輸車的廂門結(jié)構(gòu)選型。根據(jù)項目經(jīng)驗和試驗分析，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，實現(xiàn)良好的密封。試驗選用邵氏硬度為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

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)計成階梯回形框密封結(jié)構(gòu)。階梯回形框設(shè)計成左半部分低、右半部分高的階梯狀，使左廂門關(guān)閉的同時為右?guī)T提供1個回形密封框（圖3）。

2.3廂門的結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝配過程

為達到良好的密封效果，左、右?guī)T采用先后關(guān)閉的方式實現(xiàn)密封。左廂門關(guān)閉時，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個新的回形框密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)右?guī)T關(guān)閉時，該回形框與右?guī)T內(nèi)側(cè)的密封膠條實現(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，實現(xiàn)無縫密封（圖4、圖5、圖6、圖7）。

2.4導(dǎo)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為實現(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)，難以實現(xiàn)垂直擠壓的效果。因此設(shè)計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)閉廂門時可將廂門平推垂直壓緊階梯回形框后再上緊鎖緊機構(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構(gòu)，左、右?guī)T各布置3個輪盤鎖，安裝位置見圖9。

3氣密性試驗驗證

3.1試驗裝置與方法

廂體氣密性試驗采用增壓法測試，試驗原理見圖10。試驗環(huán)境溫度為20 ℃，且?guī)w內(nèi)、外溫差小于1 ℃，利用空氣壓縮機向廂體內(nèi)充氣，當(dāng)廂體內(nèi)、外壓差保持在（100±10）Pa時，保證供氣穩(wěn)定，用流量計測量充入的空氣量，即為廂體的漏氣量。氣密性試驗平臺見圖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，計算密封結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，設(shè)計1種果蔬氣調(diào)運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，利用輪盤鎖緊機構(gòu)使金屬壓條垂直壓緊硅橡膠膠條產(chǎn)生密封面，達到良好的密封效果。通過搭建試驗平臺，進行氣密性驗證試驗發(fā)現(xiàn)試驗廂體的漏氣倍數(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：

[1]呂恩利，陸華忠，羅錫文，等. 果蔬氣調(diào)保鮮運輸車的設(shè)計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（19）：9-16.

[2]王廣海，呂恩利，陸華忠，等. 保鮮運輸用液氮充注氣調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（1）：255-259.

[3]呂恩利，陸華忠，楊洲，等. 果蔬氣調(diào)保鮮運輸技術(shù)發(fā)展研究[J]. 農(nóng)機化研究，2010，32（6）：225-228.

[4]王廣海，呂恩利，陸華忠，等. 不同加濕方式對氣調(diào)保鮮環(huán)境調(diào)控的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，39（10）：187-189.

[5]朱先國，張廣勛，井婷婷，等. 避難硐室防護密閉門密封性能試驗研究[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保，2013，40（4）：39-42.

[6]王衛(wèi)兵，晁貫良，牛健文. 機械魚箱體密封設(shè)計及有限元分析[J]. 密封與潤滑，2011，36（12）：80-84.

[7]劉定渝. 某型裝備密封性能改進[J]. 四川兵工學(xué)報，2012，33（2）：71-72.

[8]孫國有，肖芬，鄭津洋. 雙O型密封圈自緊式密封結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計[J]. 壓力容器，2001，18（4）：35-42.

[9]路久生，陳建軍. 自載動力移動式氣調(diào)保鮮集裝箱：中國，CN200420085311.4[P]. 2005-11-09.

[10]馬學(xué)煥，汪韓送，韓琦，等. 一種高溫深冷試驗箱的設(shè)計[C]//第九屆全國低溫工程大會論文集.安徽：中國制冷學(xué)會低溫專業(yè)委員會，中國電子科技集團公司第十六研究所，2009.

[11]殷小平. 水果和蔬菜氣調(diào)保鮮集裝箱：中國，93240214[P]. 1993-09-27.

[12]程濤，劉常樂，姚達毛. ITER輸運車雙密封門系統(tǒng)的設(shè)計與分析[J]. 核聚變與等離子體物理，2008，28（4）：347-351.

[13]朱則剛. 冷藏保溫車廂體結(jié)構(gòu)及主要部件選擇[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用：貨運車輛，2012（4）：62-64.

[14]吳迎波，于平，郭佳鵬. 冷藏汽車廂體上裝結(jié)構(gòu)及性能分析[J]. 汽車實用技術(shù)，2012（6）：45-48.趙麗萍，何新如，徐杰，等. 可升降式整地筑埂聯(lián)合作業(yè)機的設(shè)計[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（2）：406-408.