果蔬气调运输车厢阶梯型密封门的结构设计与试验

2016-04-11王广海吕恩利陆华忠唐本源胡宗梅

江苏农业科学 2016年2期

王广海吕恩利陆华忠唐本源胡宗梅

摘要：为提高果蔬气调运输车厢的气密性，设计1种阶梯型密封门结构，选用金属压条挤压矩形硅橡胶胶条的密封形式，设计密封结构的长、宽、高参数，门框左右部分呈阶梯型布置，并安装金属压条，左、右厢门内侧门板加工沟槽，槽内安装硅橡胶胶条，厢门铰链采用可推拉的活动铰链设计，利用轮盘锁紧机构使金属压条垂直压紧胶条实现良好的密封效果。通过搭建试验平台进行气密性验证试验发现，厢体的漏气倍数为0.36 h-1，气密性指标属于Ⅰ级，表明气密性优异。研究结果为进一步提高果蔬气调运输车气密性性能指标提供了参考。

关键词：气密性；密封形式；结构设计；试验

中图分类号： TS255.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0403-03

收稿日期：2015-02-12

基金项目：国家自然科学基金（编号：31101363）；现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-33-13）；广东机电职业技术学院校级科研项目。

作者简介：王广海（1983—），男，广东陆丰人，博士，讲师，主要从事果蔬冷链物流技术与装备的研究。E-mail：94574353@qq.com。

通信作者：吕恩利，博士，副教授，研究方向为冷链物流技术与装备。E-mail：enlilv@scau.edu.cn。果蔬气调运输车厢的气密性指标直接影响食品气调保鲜的环境参数调控，良好的气密性可提高气调控制精度，降低系统能耗。文献[1-4]提出厢体气密性对厢内气体成分的调控特性具有一定的影响。文献[5-9]从密封形式上分析了几种不同密封圈类型的密封效果及其受力情况。文献[10-12]提出不同厢门密封结构的设计方案，并进行试验验证。文献[13-14]提出冷藏车厢厢体结构和主要部件性能分析。目前果蔬气调运输车厢门密封结构的相关研究还比较少，缺乏相应的理论分析和试验论证，而现有的运输车厢门密封结构难以满足果蔬气调运输严格的气密性要求，亟需设计1种适合果蔬气调运输车的厢门密封结构。根据项目经验和初期试验结果，提出1种果蔬气调运输车厢阶梯型密封门的结构设计方案，通过搭建试验平台，验证该密封结构的气密性指标，为进一步研究果蔬气调运输车提供帮助。

1试验平台的搭建

试验厢体外部长、宽、高分别为1 050、643、657 mm，内部长、宽、高分别为980、563、577 mm，采用镀锌钢板焊接制成，厢体内外壁夹层填充35 mm厚的保温泡沫。厢体上开2个直径30 mm的孔，用于试验时对厢体充气和安装传感器等。阶梯回形框通过螺栓固定于车厢后平面，并于接合处涂上密封胶。左、右厢门通过活动铰链分别安装于阶梯回形框2侧，并通过轮盘锁紧机构实现闭锁和解锁（图1）。

2密封结构设计

2.1密封形式选型与计算

运输车门的常规密封形式采用唇形密封条密封，对厢门门框的平面度要求较高，长时间使用易造成密封胶条的老化变形，引起气体泄漏，不适用于果蔬气调运输车的厢门结构选型。根据项目经验和试验分析，采用金属压条挤压硅橡胶胶条的密封形式，在门扇内平面设计密封沟槽，槽内放置矩形硅橡胶胶条，对应的门框一侧平面焊接矩形金属压条，当门扇关闭且在锁紧机构闭锁的情况下，金属压条与硅橡胶胶条相互挤压，形成密封面，实现良好的密封。试验选用邵氏硬度为20～25，截面宽、高分别为12、8 mm的矩形硅橡胶胶条，胶条压缩率设定为25%，则压缩量为2 mm。为了满足胶条的变形空间，胶条上表面与门框表面需留有间隙，取该间隙为2 mm，则金属压条的高度为4 mm，宽度必须小于硅胶条宽，取8 mm。密封沟槽槽深为10 mm，槽宽必须大于矩形硅橡胶条被压缩变形后的最大宽度，并留有适当的余量。假设硅橡胶胶条受压时前后体积不变，且未受拉伸作用，其截面面积不变，即沟槽面积必须大于矩形硅橡胶条与金属压条的截面积之和。计算得出槽宽需大于12.8 mm，取槽宽14 mm（圖2）。

2.2门框的结构设计

厢门常规的密封方式易造成2扇门之间的接缝处泄漏，不适用于气体密封。为了提高气体的密封性能，将门框设计成阶梯回形框密封结构。阶梯回形框设计成左半部分低、右半部分高的阶梯状，使左厢门关闭的同时为右厢门提供1个回形密封框（图3）。

2.3厢门的结构设计及装配过程

为达到良好的密封效果，左、右厢门采用先后关闭的方式实现密封。左厢门关闭时，阶梯回形框左半部分的金属压条与左厢门内侧的矩形胶条实现挤压密封。左厢门右侧（两厢门接缝处）也焊接了金属压条，和阶梯回形框右半部分的金属压条形成1个新的回形框密封结构，当右厢门关闭时，该回形框与右厢门内侧的密封胶条实现挤压密封。为防止气体从左、右厢门接缝处的上、下缝隙泄漏，阶梯回形框、左厢门和右厢门的配合采用楔形配合方式，并在配合面上安装有硅橡胶片，实现无缝密封（图4、图5、图6、图7）。

2.4导向机构的结构设计

为实现良好的密封，金属压条应垂直压入矩形密封胶条，而传统的密封门只绕其固定铰链（转动中心）旋转，难以实现垂直挤压的效果。因此设计可推拉的厢门活动铰链，利用螺栓将厢门和阶梯回形框分别固定于活动铰链的两端，铰链固定件上留有滑槽，关闭厢门时可将厢门平推垂直压紧阶梯回形框后再上紧锁紧机构，活动铰链结构（图8）。为使厢门均匀地压紧门框选用轮盘锁紧机构，左、右厢门各布置3个轮盘锁，安装位置见图9。

3气密性试验验证

3.1试验装置与方法

厢体气密性试验采用增压法测试，试验原理见图10。试验环境温度为20 ℃，且厢体内、外温差小于1 ℃，利用空气压缩机向厢体内充气，当厢体内、外压差保持在（100±10）Pa时，保证供气稳定，用流量计测量充入的空气量，即为厢体的漏气量。气密性试验平台见图11。

4结论

通过选用金属压条挤压矩形硅橡胶胶条的密封形式，计算密封结构的尺寸参数，设计1种果蔬气调运输车厢阶梯型密封门，门框呈左低右高的阶梯型结构并安装有金属压条，左、右厢门板加工沟槽，槽内安装有硅橡胶胶条，厢门铰链采用可推拉的活动铰链设计，利用轮盘锁紧机构使金属压条垂直压紧硅橡胶胶条产生密封面，达到良好的密封效果。通过搭建试验平台，进行气密性验证试验发现试验厢体的漏气倍数为0.36，气密性指标属于Ⅰ级，说明该阶梯型密封结构气密性优异。参考文献：

[1]吕恩利，陆华忠，罗锡文，等. 果蔬气调保鲜运输车的设计与试验[J]. 农业工程学报，2012，28（19）：9-16.

[2]王广海，吕恩利，陆华忠，等. 保鲜运输用液氮充注气调控制系统的设计与试验[J]. 农业工程学报，2012，28（1）：255-259.

[3]吕恩利，陆华忠，杨洲，等. 果蔬气調保鲜运输技术发展研究[J]. 农机化研究，2010，32（6）：225-228.

[4]王广海，吕恩利，陆华忠，等. 不同加湿方式对气调保鲜环境调控的影响[J]. 广东农业科学，2012，39（10）：187-189.

[5]朱先国，张广勋，井婷婷，等. 避难硐室防护密闭门密封性能试验研究[J]. 矿业安全与环保，2013，40（4）：39-42.

[6]王卫兵，晁贯良，牛健文. 机械鱼箱体密封设计及有限元分析[J]. 密封与润滑，2011，36（12）：80-84.

[7]刘定渝. 某型装备密封性能改进[J]. 四川兵工学报，2012，33（2）：71-72.

[8]孙国有，肖芬，郑津洋. 双O型密封圈自紧式密封结构的分析与设计[J]. 压力容器，2001，18（4）：35-42.

[9]路久生，陈建军. 自载动力移动式气调保鲜集装箱：中国，CN200420085311.4[P]. 2005-11-09.

[10]马学焕，汪韩送，韩琦，等. 一种高温深冷试验箱的设计[C]//第九届全国低温工程大会论文集.安徽：中国制冷学会低温专业委员会，中国电子科技集团公司第十六研究所，2009.

[11]殷小平. 水果和蔬菜气调保鲜集装箱：中国，93240214[P]. 1993-09-27.

[12]程涛，刘常乐，姚达毛. ITER输运车双密封门系统的设计与分析[J]. 核聚变与等离子体物理，2008，28（4）：347-351.