HQ5100XLC冷板式冷藏汽车改装设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计随着我国高速公路的迅猛发展，公路冷藏车运输越来越显示出其快速发展的趋势。因为运输的集装化及环境保护意识的提高，货物运输不仅要求其运输的快捷安全，而且要求被运输货物的质量能保鲜。因此对冷藏车的生产与应用有了更高的要求。本次改装设计的冷藏汽车总质量为10吨，制冷温度为续航时间为4小时，是在一汽集团生产的要包括制冷装置、隔热车厢和副车架的设计。本次设计采用非独立式冷板制冷的制冷方式，配合地面制冷机组使用，减轻了整车质量，隔热车厢选择分片式，用车厢底板直接做副车架，制造工艺简单并且节约成本，满足了中短途运输中对经济性和实用性的双重需求。关键词：专用车设计；冷藏汽车；冷板；制冷量；隔热车厢；副车架黑龙江工程学院本科生毕业设计of s of of of be So of AW 0,000kg 5 of to as as t s of 摘要. . 论.课题研究的目的与意义.冷藏车的概述.途及分类.现代制冷技术的发展与应用.课题研究的主要内容与技术路线.藏保温汽车的分类及总体布置.冷藏保温车的制冷方式分析.冷藏保温车的总体结构与布置.二类底盘的选择.本章小结.冷装置的设计. . 隔热车厢平均传热系数计算. 冷藏汽车隔热车厢的热负荷计算.冷藏保温汽车的制冷量计算.制冷剂的选择.制冷机组的选择.小结.热车厢的设计. .隔热车厢的结构与型式.隔热车厢的结构设计.车厢门及其他附件.本章小结.车架的设计. .副车架的设计.副车架与主车架的连接.本章小结.车性能分析. .发动机的外特性.整车性能计算.本章小结. 40参考文献. 41致谢. 42附录. 43附录A 外文文献原文. 43附录B 外文文献中文翻译. 45黑龙江工程学院本科生毕业设计1第1章 绪 民生活水平的不断提高，需要应用制冷技术和专用设备来满足有特殊温度要求的货物运输量与日俱增。其中大部分货物属于蔬菜、水果、水产品、肉类等易腐食品，而这些生鲜食品大部分为异地运输，由于运输设备的不完善，贮存方法的不妥当，使得易腐食品的损耗量十分大。运输设备的落后给我国带来了巨大的经济损失，因此应大力开展冷藏车的生产与应用，建立良好的冷链，最大程度的降低经济损失。针对以上分析，改装设计一辆10吨冷藏车用于短途运输，在经济性和实用性上都有一定的实际意义。途及分类（1）冷藏车的定义冷藏汽车是指既装有隔热结构的车厢，又装备有制冷装置，用来运输易腐或对温度有特殊要求货物的箱式汽车。冷藏汽车适用于长距离、环境温度变化范围较大以及适温范围较窄的易腐货物的冷藏运输1。（2）冷藏车的用途冷藏运输车能保证在运输过程中使易腐货物始终处于保值所需的较低温度条件，即使之处于冷藏的温度环境中，这就是冷藏运输。冷藏运输是包括产地冷藏库、中转冷藏库、销售冷藏库（柜）以及冷藏运输设备构成的冷藏链中的重要环节，冷藏车对保证货物质量有重大的经济意义。（3）冷藏车的分类1）按制冷装置的制冷方式分类按冷藏保温汽车制冷装置的制冷方式可分为机械冷藏汽车、液氮冷藏汽车、冷板冷藏汽车、干冰冷藏汽车和水（盐）冰冷藏汽车，而保温汽车又可视为无制冷装置的冷藏汽车。2）按隔热车厢总传热系数（K）强化隔热型车厢的冷藏汽车 K（K）国外冷藏车的发展状况在西方发达国家中，专用汽车市场开发比较成熟，专用汽车占普通载货汽车的比例在70%以上，产品涉及国民经济各个环节，产品满足用户个性化程度较高，产品特性明显。欧美国家较早采用冷藏法来保持易腐食品的鲜度,已产生了冷藏运输工具,第二次世界大战前铁路运输在易腐货物运输中占主导地位。50年代和60年代冷藏车和冷藏船舶发展较快。70年代以来,冷藏集装箱发展迅速。国际上通常把易腐货物运输中采用冷藏运输所占比例称为冷藏运输率,前苏联和东欧国家为50%；发展中国家一般只有10公路冷藏运输的运量占冷藏运输总量的比率：欧洲发达国家和日本为60美国近年是40而易腐货物冷藏运输的周转量中公路运输所占比率欧、美、日均占60%以上。可见，公路运输已取代铁路运输成为冷藏运输的主要方式。（2）我国冷藏车的发展状况相当于国外冷藏车的发展情况，我国专用汽车市场开发较为缓慢，市场细分程度不够，目前专用汽车占普通载货汽车比例在40%左右，产品雷同性大，满足用户个性化要求差2。产品生产工艺环节硬件方面国内外差距正在明显缩小，但在生产工艺管理、要求及执行度方面国内外企业差距较大。我国专用汽车生产开始于60年代初，是在军用改装汽车的基础上逐步发展起来的。70年代一些生产专用车辆的厂家根据国民经济的不同需求形成了自己的产品特色。80年代专用车辆获得迅速发展，年生产能力达到10万多辆。从此我国专用车辆已从形成行业阶段向逐步成熟阶段的迈进。随着我国公路建设、城市发展、能源消耗结构变化、重点工程建设加快，专用汽车的市场前景将会越来越广阔，专用汽车产品的档次和技术水平将会有一个大的提升。专家预测，到2020年我国专用汽车技术水平达到欧美日发达国家先进水平，成为世界专用汽车产品出口大国。由于我果肉类的产地主要在内地，而销售地主要早沿海及大城市，牲畜的屠宰季节性又较强，因而我国冷藏运输的特点是季节性强和流向比较集中。我国易腐货物运输主要靠铁路，公路运输量仅占20%左右。近年来公路冷藏运输率提高较快。随着人们对环保、安全、效率和审美等方面要求的不断提高货车厢式化和厢式车专用化与多功能化的倾向已日见明显。厢式物流车有多种结构。如厢体结构有硬体的和软体的，有后对开门的和后卷帘门式的，有侧开门的和顶式开门的，还有带液压升降尾板的，其用途也各有不同。由于肉类，速冻食品、冷饮、乳制品及水产品、蔬菜、鲜果类商黑龙江工程学院本科生毕业设计3品的总产量和运输量的增加，每年对冷藏车、保温车的需求量将达到40005000辆。总之，与其它专用车行业一样，我国冷藏保温汽车企业优胜劣汰是必然趋势，联合重组也会成为可能，只有起点高、市场反应能力强的企业，才能在激烈的国内外市场竞争中立于不败之地。冷藏运输设备是一特殊的制冷设备。制冷技术是使某一空间或物体达到比周围环境物体介质更低温度。并维持这一温度在一定时间内稳定的专门技术。为了使某一空间和物体达到并维持相对的低温范围，则不断的从这一空间或物体中取出热量，并输送到环境介质中去，如此的过程就是热量转移的过程，即制冷过程，简称“制冷”，其相应的技术为“制冷技术”3。制冷技术的发展与应用源远流长。早期的制冷利用天然冷源制冷，即利用天然冰和深井水。利用冰的融化吸热和低温井水的吸热升温，是环境中的介质冷下来。随着工农业的发展和科学技术的进步，在一百多年前人们就研究发明了人工制冷的方法。它不但取代了天然冷源制冷，而且得到广泛的应用与发展。目前，冷藏运输中的冷源均为人工制冷，其制冷设备亦称人工制冷设备。人工制冷的方法，主要有液体汽化、气体膨胀、和热电制冷三种。在冷藏运输中，主要是利用液体汽化吸热而实现制冷。液体汽化制冷按其制冷方式，分为蒸气压缩式制冷和吸收是制冷等。由于蒸气压缩式制冷具有制冷设备体积小，调节控制方便及运行可靠，且制冷量较大的特点，因而成为冷藏运输的主要制冷方式。机械制冷在国民经济各个部门和人民生活各个领域应用都极其广泛。人工制冷几乎应用于所有工业生产、工业加工和科学研究，是当今社会不可缺少的应用技术之一。即在冷藏运输中，就有铁路冷藏运输、汽车冷藏运输、航空冷藏运输、船舶冷藏运输等，蒸气压缩式制冷技术与设备。冷板制冷作为一项新兴的节能技术，近几年来，在国内外都已得到了广泛的发展与应用，但目前主要是在空调领域。而冷板冷藏车是利用冷板中的液体冷却凝固成共晶冰而蓄存冷量，它与机械式冷藏汽车相比较省去了一套制冷机组，使其整车质量和体积都大大减小，而且又不影响汽车的动力性能4。国外早在上世纪70年代就开始了冷板冷藏汽车的设计制造。而我国还没有这种汽车的批量生产。尤其在机械式冷藏汽车运输量严重不足的情况下，发展冷板冷藏汽车的意义十分重大。度为巡航时间为4h，主要用于城市以及城乡间的中、短途运输，主要要达到以下两个设计目标：时间不能聚集很大的运输量，所以设计冷藏车主要以轻型和中型为主，这样可以节约运输成本，更好的为人类生活带来方便，同事也可以节约能源。用、维修方便，并且要求相关配件容易购买，最大程度的降低整车成本。藏车的总体布置制冷装置的设计隔热车厢的设计副车架的设计整车性能分析。黑龙江工程学院本科生毕业设计5第2章 （1）固体制冷固体制冷的工作原理是利用固体在液化或汽化（升华）时吸热作为制冷方式，通常用的固体有水冰、盐水和干冰。固体制冷具有制冷设备简单，投资和运行费用低，故障率低，维修费用少，无噪声等优点；但固体制冷也存在着一定的缺点，水冰制冷吸热量较小，车厢内降温有限，而干冰制冷升华易引起结霜，冷却速度慢，时间长，成本较高。（2）冷板制冷冷板制冷的原理就是蓄冷剂冷冻后所蓄存的冷量进行制冷。运输前先将厢内冷板中的蓄冷剂进行“充冷”，使其在运输过程中利用冷板中的蓄冷剂融化吸热，使厢内温度保持在运输货物的室温范围内。故冷板又称“蓄冷板”。冷板制冷的优点是冷藏温稳定，制冷时无噪声，故障少，结构简单，投资费用较低等特点。但其制冷时间有限，仅适用于中、短途公路运输。冷藏汽车的冷冻板，往往被采用与航空等运送珍贵水果、新鲜海鲜等各类保鲜食品。（3）液氮制冷液氮制冷就是利用液氮汽化吸热进行制冷。在大气压力下，液氮的沸点为汽化潜热为200kJ/）,因此每千克液氮汽化并升温至，所吸收的热量约为385氮沸点低，且是制氧副产品，因而得到了较广泛的应用。液氮制冷装置结构简单、工作可靠，无噪声和污染；液氮制冷量大、制冷迅速，适于速冻。液氮汽化不会使厢内受潮，并且液氮对食品保鲜、防止干耗均有好处。此外，液氮制冷控温精确（2）。但是液氮成本较高，需经常充注，因而推广受到一定限制。同理，其他低温汽化的液态气体，亦可为制冷剂，如液态二氮化碳。（4）机械制冷机机械制冷方式有：蒸气压缩式、吸收式、蒸汽喷射等。目前以蒸汽压缩式应用的最为广泛。耗量大，厢内温度难调（干冰），单位质量的吸热量较小，车黑龙江工程学院本科生毕业设计6厢内降温较小，而且盐冰融化后会污染环境、食品、腐蚀车厢和使车厢受潮（水冰或盐冰），故实际应用较少。液氮制冷也是成本很高，且需要经常充注，实际用的也不是很多。机械制冷是目前应用最广泛的，主要原因在于制冷机组既能制冷又能加热，扩大了使用范围；厢内温度可实现自控调节，调温精确、可靠，调温范围较宽，能适应各种不同冷藏货物的运输。尽管机械制冷装置结构比较复杂、购置及费用较高，运转噪声较大等问题，但迄今为止，机械制冷仍为一种可靠、有效的制冷方式。冷板装置本身较重、体积较大，占据了车厢的一定体积，而且充冷一次仅可持续工作815h。因此冷板制冷适合于中、轻型冷藏的中短途运输，近几年来，随着能源的环境污染问题日益突出，冷板制冷的应用发展较快，已成为仅次于机械制冷的制冷方式6。综合来看，机械制冷和冷板制冷的应用非常广泛，大约75%80%的冷藏保温汽车采用这两种制冷方式。但是也不是十全十美，还是有自己的缺点。尽管如此，这两种制冷方式还是被广大用户所认可。究竟采取哪种制冷方式关键还是和实际联系起来，综合考虑。对于此次设计决定采用冷板制冷，主要是考虑以下几个方面：冷板制冷适合于中、短途运输，与本设计思路相符合。冷板制冷价格上相对便宜，维修上也会更方便。冷板制冷方便安装，采用非独立式制冷方案。可以不用随车带制冷机组，需要依赖地面的制冷机组对其进行“充冷”。冷板结构图1内装有供蒸发用的金属盘管3，盘管和冷板内壁之间充满了制冷剂2（制冷剂为低融点共晶溶液）。“充冷”时，制冷剂压缩盘管内的制冷剂循环制冷，使蓄冷剂冻结而蓄存一定冷量，然后在运输途中，依靠冷板中的蓄冷剂不断融化，释放“冷量”，以保持厢内温度一定。冷板的数量和布置主要取决于车厢容积的大小。微型冷藏汽车一般仅在厢内前壁安装一块冷板；轻型冷藏汽车需装23块；中型冷藏汽车需装35块；重型冷藏汽车则不少于6块。当厢内采用2块以上冷板时，厢内两侧壁安装的冷板应对称布置。冷板冷藏汽车按是否自带制冷装置，可分为独立式和非独立式两类7。装有对冷板“充冷”的制冷机组。需要时，仅需接通地面上的电源，即可自行对冷板进行充冷。要依赖地面制冷机组对冷板“充冷”。因此冷板内蒸发器盘管必须将其接口布置在车厢右侧，以便与制冷机组的接口相接进行制冷。立式冷板冷藏汽车1独立式冷板冷藏汽车1于距离较长、地面服务设施不全者，宜采用独立式；反之，宜采用非独立式。冷板冷藏汽车按其车厢内空气流动方式不同，可分为自然对流式和强制通风式两种。自然对流式是依靠厢内空气的温差形成自然对流，促使厢内温度趋于均匀；强制通风式是冷板一端装有风机，强制厢内空气流动，加速厢内温度趋于均匀。要求冷板提供的制冷量取决于箱体的传热系数、箱体容积、厢内所需冷藏温度、环境温度以及保温时间等。冷板设计应考虑其搬运和装卸的方便性，每块冷板的最大质量最好在100度在5070于竖直放置的冷板，因“充冷”时冷板下部先冻结，故设计时，冷板长度应大于高度。装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设计的专用底盘8。汽车底盘的选择或设计专用底盘主要根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等来决定。目前我国对于常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类汽车底盘改装设计。这是目前专用汽车设计中选用底盘型式最多的一种。所谓二类汽车底盘，即在基本型整车的基础上。去掉货箱。在改装设计的总布置时，在没有货箱的汽车底盘上，加装所需的工作装置或特种车身。采用二类汽车底盘进行改装设计工作的重点是整车总体布置和工作装置设计。在设计时若严格控制了整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等，则基本上能保持原车型的主要性能。但是，还要对改装后的整车重新作黑龙江工程学院本科生毕业设计9出性能分析和计算。对客车、客货两用车则通常采用三类汽车底盘改装设计。所谓三类汽车底盘，般是在基本型车的基础上，去掉货箱和驾驶室。近年来，我国乘用车发展很快，对乘用车使用性能的要求也在不断提高，再用原来的三类汽车底盘改装的客车已越来越不受欢迎。因此，各类专用客车底盘应运而生。这些专用客车底盘的基本特点是利用基本型总成，按客车性能要求更新进行整车布置，更新设计悬架系统。这种底盘不仅在质心位置、整车性能特别是平顺性方面有很大的变化，而且在传动系统和动力匹配、以及制动系统等总成方面也有较大的改装设计。目前在用普通汽车底盘作改装设计时把更换了发动机的底盘，如将汽油发动机改换成柴油发动机亦当作三类底盘处理。无论选用二类或三类汽车底盘，很难完全满足某些专用汽车的性能要求。例如用普通汽车底盘改装厢式货车、存在质心过高，轴荷分配不合理的问题；改装消防车，首先是底盘车速就达不到要求；改装客厢式专用车，存在平顺性差的问题。因此，可以这样说，若要使我国的专用汽车上质量、上档次，一定要开发出一些具有特点的专用汽车底盘。在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求9：（1）适用性对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对乘用车用的总成应适于乘客的需要达到乘座安全舒适；对各种专用改装车的总成应适于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装选型设计，例如各种取力器的输出接口等。（2）可靠性所选用的各总成工作应可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于均衡。（3）先进性所选用的底盘或总成应使整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。（4）方便性所选用的各总成要便于安装、检查、保养和维修。在选用专用汽车底盘时，除了上述因素外，还有以下两个很重要的方面：一是汽车底盘价格。二是汽车底盘供货要有来源。根据本设计所要求的载货量以及本次设计的任务要求，选用二类底盘为设计基础，黑龙江工程学院本科生毕业设计10选用底盘型号为盘参数企业名称 中国第一汽车集团公司规格（长：6632 宽：2244 高：2558底盘型号 盘类型 二类产品名称 平头柴油载货汽车底盘 产品商标 解放牌燃油类型 柴油 转向形式 方向盘轴数 2 轴距（3750弹簧片数 11/7+6 轮胎数 6轮胎规格 距（前轮：1800后轮：1800总质量（10490 前排乘客 3最高车速（km/h） 99 最大爬坡地（） 28接近离去角（） 18/24 前悬后悬 1330/1176整备质量（4200 依据标准 比分析各种制冷方式的优、缺点和车次设计的设计要求，对本设计中所采用的冷板式冷藏汽车进行了总体布置，并确定了本设计所使用的二类底盘的型号。黑龙江工程学院本科生毕业设计11第3章 ）车厢总传热系数用来评价车厢隔热性能的综合性指标。计算公式为： （中 Q单位时间内通过车厢的壁热量（W）；F车厢内外表面积的几何平均值（）；T 车厢内外平均温度差（K）；K车厢总传热系数W/(K)。藏汽车厢内条纹范围与总传热系数 厢内调温范围 传热系数K/(W 2m 1K )等级 内温 外温 强化隔热型 普通隔热型机械冷藏汽车 A +120 +30 10+12 C +12D +2 F 非机械冷藏汽 车 A +7 +30 C 有加热装置的冷藏汽车 A 12 +3020+12 +30黑龙江工程学院本科生毕业设计12根据总传热系数厢可分为A、B、且规定冷藏车不准采用了满足一定的运输要求。应尽可能提高车厢的隔热性能，厢按 B W 2m 1K ) 厢漏气倍数L (中13m /h）；车厢容积（ 3m ）。按漏气倍数的不同，车厢也可分为A、B、且规定冷藏车不准采用类车厢的漏气倍数内外压强/ 热面积/ 2m 漏气倍数/ 1 0 40 0 0 菜等需要呼吸的货物，在车厢上必须装用通风口，引入新鲜空气以保证正常换气。水果、蔬菜正常呼吸所需要的车厢换气量与其品种、厢内温度以及厢内外温度差等有关。若水果、蔬菜排出的二氧化碳气体越多、厢内温度越高，以及厢内外温度差大，则所需要的换气量也就越大。一般来说，长途运输蔬菜，水果的冷藏保温汽车，如果中途不开车厢门，换气量约为5080 3m /h。短途运输，则需换气量约为1020 3m /h10。漏气和换气均反映单位时间内车厢外空气对流的程度。区别是：漏气倍数反映车厢设计制造所能达到的气密性能；换气量则是运输水果、蔬菜之类需要呼吸的货物，为了保鲜所必须引入厢内的空气量。根据车厢的传热面积： （厢的漏气倍数L=热）装置工作时，在一定的温度环境条件下，可由控制系统自动调定的厢内温度范围。箱内的调温精度也是冷藏汽车重要的热动参数之一。其精度一般规定为2。调温精度越高，则厢内温度能更好地满足运输货物的室温要求。热车厢平均传热系数计算隔热车厢的各隔热厢壁(前、侧、顶、底和后门)除骨架部分外，均由内外蒙皮和隔热层组成，可以看作是材质均匀的多层壁，作为只有一个热量方向的单元热流体计算其传热系数。而骨架区域部分的传热系数可采用因热流法和有限差分法求得，但这种方法计算较繁杂。在实际工程应用中，可采用简化的方法计算车厢的平均传热系数，即把隔热车厢的各隔热厢壁看作是没有骨架的由内外蒙皮及隔热层组成的多层结构来计算其传热系数，再根据车厢骨架的多少，乘以车壁传热结构系数而求得。（1）隔热厢壁传热系数(不考虑骨架的影响)按下式计算111 1 （中 K隔热厢壁不考虑骨架影响传热系数，W/；w 车厢外表面放热系数。当空气流速Vs时 w =29 W/ ，当空气流速Vs 时，w = ，W/n 车厢内表面的放热系数。当车厢内空气为自然对流时， n =79 W/，当车厢内空气为强制循环时，n =1724W/i各层材料厚度，各层材料的热导率，W/设空气流速V=s, w =；车厢内空气为强制循环，取 n =20 W/； i =80i = 1 1 黑龙江工程学院本科生毕业设计14（2）修正计算： K （3.5）修正后车壁传热系数，W/车厢传热结构系数，与车厢骨架结构和骨架密度有关。一般整体骨架式车厢 =片组装和整体隔热层的车厢 = =3）计算车厢平均传热系数：隔热车厢平均传热系数为各隔热厢壁传热系数的平均值，即 （中 隔热车厢平均传热系数,W/隔热车厢各壁的传热面积，隔热车厢的总传热面积， FF ， 藏汽车隔热车厢的热负荷计算冷藏保温汽车隔热车厢热负荷的计算是设计、选用制冷装置和加温设备的依据，隔热车厢热负荷计算分别如下：（1）通过隔热车厢壁传人车厢的热量 1Q 。)(1 （中 车厢外界温度，按使用环境最高温度计算，车厢内空气温度，按设计的车内可达最低温度计算，取 30； )(1 =520 1Q =h=8928）车厢各处缝隙泄漏传入车厢的热量 2Q 。 )()(360012 （中 车厢的漏气倍数，车厢内空气密度，kg/车厢内空气容积，空气的定压比热容，J/L水蒸汽的气化潜热，J/车厢外空气的相对湿度，%n 车厢内空气的相对湿度，%车厢外饱和空气的含湿量，kg/空气)车厢内饱和空气的含湿量，kg/空气)实际计算时，常用如下经验公式计算 2Q 12 ) （般隔热车厢 2Q =Q ，泄漏严重的车厢取 2Q =Q 。取2Q =1Q 928=）太阳辐射进入车厢的热量 3Q 。 24/)(3 （中 车厢外表面受辐射的面积，通常取车厢传热面积的35%50%，取45%则 车厢外表面受辐射的平均温度，常取 20每昼夜日照小时数，常取1214，h，取 133Q = 巡航时间为4h，则3Q =）开门时传入热量 4Q 。4Q f ( 1Q + 3Q ) （中 f 开门频度系数。运输途中不开门，f =门15次，f =0 12次，f =2次以上，f =门次数12次以上，f =Q 8928+）车厢内装载货物所散发的热量 5 中 货厢内某种货物的质量，货厢内某种货物的发热量，W/Q =要水果、蔬菜的发热量 （单位W/t）食品 温度/ 食品 温度/0 5 10 0 5 10橘子 5 黄瓜 0葡萄 6 桃 2梨 苣 38 51 102青豌豆 104 138 265 李子 5 2 红柿 8 138 樱桃 22 53 107白菜 7 菠菜 82 198 300（6）厢内照明系统放电设计照明灯的数量为4个，工作时间为12小时，风机1个，工作时间为12小时，则：