气调机冷车研究,开发及运用管理模式探讨

1、气调机冷车研究、开发及运用管理模式探讨王高1，景传峰1，陈焕新2（1中国南车集团武昌车辆厂产品开发部；2华中科技大学制冷与低温工程系）摘 要：根据气调保鲜技术的特点，结合现有机冷车技术，分析了气调机冷车开发的可行性和需要研究的重点和关键技术，提出了气调机冷车的运用管理模式建议。Abstract：According to the characteristics of controlled atmosphere storage technology, combined with the current Mechanical Refrigerator Car technology ,this art

2、icle analyses the feasibity of controlled atmosphere & Mechanical Refrigerator Car development,the importance and key technology to be studied. It also puts forward to the suggestions about the running and management module of the controlled atmosphere & Mechanical Refrigerator Car .关键词：气调机冷

3、车开发；关键技术；运用管理模式探讨1 气调贮藏技术概述物流成本是冷藏货物价格构成的一个重要因素，现代物流在果蔬、肉类和水产品贸易中扮演着十分重要的角色。我国每年有20%30%的水果、30%的蔬菜在采摘、运输、储存等物流环节中被耗掉，而美国等发达国家在物流环节的损耗率仅有2%至5%。采用气调技术贮藏果蔬可保持新鲜果蔬的原有品质，减少贮藏损失，抑制果蔬的生理病害及延长贮藏期和货架期。气调冷藏保鲜是目前国际上使用最普遍、效果最好、最先进的贮藏保鲜技术之一，气调贮运目前已成为工业发达国家果蔬保鲜的重要手段。并且大量具有气调功能的冷藏集装箱在投入冷藏货物的储运。例如，苹果在冷藏库可储10周，在气调冷藏库

4、可储28周，恒温库储后苹果失水份，果实发软，而气调冷藏库储藏后，鲜度、硬度如刚入库状态，差别非常明显，气调技术贮藏比冷藏技术贮藏期要长一倍左右。2 气调机冷车开发可行性分析近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国气调贮藏事业的发展和应用很快，已在山东、北京、河北、广东等地已先后建立了气调冷藏库，并且将有相当数量的冷库要改造成气调冷库。相对来说，具有气调功能的冷藏运输工具的发展明显落后，只有气调集装箱已进行研制和少量运用。我国国土面积广阔，中长距离的冷藏货物运输需较长时间来完成，并且目前情况下，铁路在中长距离的冷藏运输中仍然占有很大优势，但是，目前我国铁路冷藏运输工具主要是机冷车，主

5、要对货物间的温度进行控制，未对气体成份、湿度进行有效的控制。因此有必要研制具有气调功能的机冷车。2.1 气调技术实现原理气调保鲜技术主要是通过气调设备对货物贮藏环境中（货舱）的相对湿度、空气成分进行调控，主要是调控氧气、二氧化碳和乙烯的含量，以控制果蔬的呼吸作用和防止肉类脱水、氧化，它能有效保持货物原有品质，减少储运损失，并延长贮藏期。气调设备主要包括制氮机、二氧化碳脱除机、乙烯脱除机、加湿器和气体检测仪、温湿度检测仪等。气调设备工作时，货舱中的空气被吸入，经制氮机分离除去氧气，然后分别通过二氧化碳脱除机和乙烯脱除机脱除二氧化碳和乙烯，最后通过加湿器增加空气湿度，至此完成空气成分的处理过程，被

6、处理后的空气被送入货舱。货舱中的空气经气调设备的循环处理，氧气、二氧化碳和和乙烯的含量下降，氮气的含量上升。气体检测仪和温湿度检测仪检测货舱中的空气成份和湿度，用以控制气调设备的工作。2.2 目前机冷车冷藏技术分析目前各型机冷车，包括成组车和单节车，均是采用冷藏技术来进行货物的储运。它是通过单一的制冷（或加温）来进行温度调节，是以降低温度来控制微生物繁殖，使果蔬处于低温冬眠状态，达到延缓果蔬自身营养消耗，控制细菌生长，延长保存时间的目的。但由于是单一温度调节，从效果上看，储藏时间较短，适合储藏品种少，损耗较大。2.3 机冷车采用气调技术的可行性研究从现有气调集装箱的技术原理来看，气调机冷车应包

7、括制冷（或加温）和气调机冷车均安装有制冷机组，通过制冷机组的工作来实现货物间的降温（或升温），过在货物间设置的感温元件来控制。因此气调技术的关键是密封性和控制方式的实现。目前机冷车的车体采用了侧墙、端墙、车门等大部件整体发泡、组装后的缝隙现车灌缝发泡技术。车门采用滑移嵌入式、双层密封结构。车体密封性能指标较高，设计指标为40m3/h，实际试验测定值小于24m3/h，并且随着近年来车体隔热制造技术的发展，采用填装技术的车顶和地板也可以实现发泡，车体气密性指标还可得到大幅提高，机冷车的车体密封应可满足气调技术的要求。另外，单节式机冷车均实现了制冷机组的电脑全自动控制，便于实现气调设备控制系统的整合

8、。因此，机冷车采用气调技术从设计和制造技术上来说都是可行的。3 气调机冷车开发构想3.1 气调机冷车开发设想由于气调机冷车增加了气调设备，对车体结构和电气控制系统的要求更高，其制造成本和运用成本将高于现有单节式机冷车。从技术上来说，气调机冷车的使用范围广于机冷车；但从经济性角度来说，气调机冷车的使用应主要定位于储运有较高附加值的鲜货、肉类和水产品等货物。因此，从目前铁路冷藏货运情况来看，气调机冷车应以小批量、多品种、高附加值、单节式为开发定位出发点。气调机冷车得开发设想是：以现有B10BT型单节机冷车为基础，不设乘务室、车体两端各装一台制冷和气调机组。车下设置两台互为备份的柴油发电机组，为制冷

9、机组和气调设备提供动力；各车载设备均采用全电脑控制方式，实现无人值守。车辆布置方案如下图所示：3.2关键技术分析3.2.1新型货物间门锁闭防盗装置研制考虑到目前铁路治安管理情况，有必要在现有门锁结构的基础上研制新型货物间门锁闭防盗装置，以防止货物或者车内设施被盗或受损。为了适应机冷车实际运用过程中的通用性要求，可采取在车门现有锁闭结构的基础上增装具有密码存储和机电驱动防盗机构功能的一体化装置，通过接口由便携式设备完成密码输入、修改和提供车门锁闭防盗装置开启、关闭的指令。3.2.2货间车体气密性提高措施研究对气调机冷车而言，对货间车体的密封要求要远高于现有机冷车的指标，货间车体的密封性直接影响到

10、货间气体成份调节功能的实现和成本。根据B10BT型单节机冷车的车体结构特点，可以从以下几个方面考虑气密性提高的措施。 货间排水阀：现排水阀采用阀盖重力自然密封，密封性能差，可以考虑采用水密封方式提高密封性。机组与车体的密封结构。车顶、地板的隔热结构的密封性。优化车体制造工艺，提高焊缝密封性能。 提高货间门胶条密封性能的稳定性 3.2.3制冷机组的配置对机保车而言，制冷机组可以说是其心脏，其可靠性直接决定了车辆运用范围、运用成本、竞争力等综合指标。现有机冷车的国产制冷机组型号多，通用性、可靠性较差。下一步应重点研究气调机冷车通用的标准制冷机组，实现零部件的统型和标准化，提高耐冲击、抗振动性，提高

11、可靠性、可维修性，并解决制冷工质的替代问题美国机保车大量采用了THERMO KING公司制冷机组，其机组具有可靠性高、技术先进、成熟、适于铁路工况等特点，气调机冷车的研制完全可以考虑将THERMO KING公司制冷机组技术运用到我国机保车上。 3.2.4气调机组研制从气调实现的原理来看，实现货间气体成分调节的方式有很多。分离式气调方式针对不同气体分开处理；集成式气调方式可同时处理几种气体，如：目前大量采用的分子筛气调机，它是在一般制氮机的基础上改进和发展起来的，既能降氧，又能脱除二氧化碳，并可将乙烯控制在1ppm以下。气调机冷车采取何种气调方式，应首先研究不同的气调方式和相应配置的气调设备对铁

12、路运用环境的适应性，并通过必要的试验进行验证。另外，需要确定合适的气体监测系统（包括取样系统和分析系统），因为机冷车货间较长，取样点位置的选取要重点研究。气调机组的研制须重点解决可靠性，实现标准化，以提高通用性和可维护性。3.2.5机冷车用25t轴重转向架研制目前机冷车采用的转向架为Z26G型，为21t轴重，并且根据铁道部提速重载发展要求，已明文规定停止21t轴重的车辆新造，因此气调机冷车的研制须解决配套转向架的研制问题。随着铁路货车的提速，机冷车对转向架平稳性、可靠性指标的要求亦越来越高。转向架的研制时间周期较长，且须经系统的试验验证，研制费用高。考虑到美国机冷车采用的转向架结构型式类似我国

13、铁道货车通用的K6或K5型转向架，因此机冷车转向架的换型可以考虑采用现有成熟、先进的货车转向架的可行性。3.2.6货物间内装和设施材料换型研究现有各型机冷车的车内墙板和离水格子均采用铝合金材质，虽然具有很高的防腐性能，但制造成本高。可以考虑材料换型，也可配合车体性能指标的实现，如可考虑采用玻璃钢材质作为车内墙板，这样可以将内墙板设计、制作为较大尺寸，避免车内采用铝合金板或镀锌钢板带来的接缝太多，从而影响气密性的问题。3.2.7远程监控系统研究气调机冷车制冷机组、气调设备和柴油发电机组采用全电脑自动控制，可以实现开机设定控制参数后，无需乘务人员值乘，自动控制机组工作状态。但是也带来地面人员无法及

14、时了解机组工作状态、货物间控温情况等问题，因此有必要设置远程监控系统，通过地面监控中心来实时获取所需信息和进行必要控制。美国机冷车大量采用了GPS卫星监控技术，可对车辆进行远程适时监控。气调机冷车可以借鉴美国机冷车远程监控技术，利用覆盖面积大，稳定可靠、抗干扰性强的卫星通讯，研制气调机冷车的远程监控系统，实现以下功能：实时跟踪、监视车辆的位置、运行状态。 实时获取制冷机组和气调机组工作状态、货间温度、货间气体成分、故障报警等有关信息，并可对机组进行控制。实时获取车载柴油发电机组的工作状态、故障报警和燃油箱燃油储量概况。建立机冷车远程监控平台，必要时可同铁道部HMIS系统进行数据交换，为全国机保

15、车的统一调度管理提供及时准确、可靠的数据，提高调度管理的水平，提高机冷车的运用效率；可以使货主通过INTENRNET在任何地方的任何一台计算机上查询跟踪自己的货物，为货主提供高质量的服务。 车辆的运用管理模式的研究：气调机冷车的研制以大批量生产作为技术定位，以无人值守为目标，联合特货调研目前铁路冷藏货源的组成、组织模式，提出气调机冷车的运用管理模式，包括货源组织、调度管理、使用维护等方面。3.2.8气调与制冷匹配研究由于气调机冷车是在原机冷车对货物间温度控制的基础上，增加了对货间气体成分进行调节和控制的功能，如果在现有车体结构的基础上，再单独增加气调设备间，必然会对车体结构做大的调整，会大大减

16、少货间容积，因而应充分结合现制冷机组的安装，研制适合机冷车安装的气调机组，利用制冷机组的通风循环和车内风道结构，实现货间气体的调节，满足气体成份的均匀性要求。因此，气调机组与制冷机组的空气循环接口是应重点研究的问题，合理结合，缩短工作时间，货间气体成分均匀性和温度均匀性能达到同步保证。4 运用管理模式探讨由于气调机冷车的产品技术定位为无人值守，但是车载机电设备较多，考虑到目前中国铁路治安情况较差，因而现有机冷车的运用管理模式不能完全借用，可以参照目前开展的行包快运管理模式，前期可采用定点定线方式开展气调机冷车的试运用，进行技术完善。当然气调机冷车的大批量生产、运用，需要有一个成熟的运用管理模式，从长远来说应联合特货调研目前铁路冷藏货源的组成、组织模式，提出气调机冷车的运用管理模式，包括货源组织、调度管理、使用维护等方面。5 结束语随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，易腐货物的高品质保鲜运输会越来越受到重视，会具有很大的市场需求。因而，开发高技术含量、高性能的气调机冷车具有较大的市场潜力，同时也是适应中国铁路跨越式发展的要