果蔬氣調運輸車廂階梯型密封門的結構設計與試驗

王廣海+++呂恩利+++陸華忠++唐本源++胡宗梅

摘要：為提高果蔬氣調運輸車廂的氣密性，設計1種階梯型密封門結構，選用金屬壓條擠壓矩形硅橡膠膠條的密封形式，設計密封結構的長、寬、高參數，門框左右部分呈階梯型布置，并安裝金屬壓條，左、右廂門內側門板加工溝槽，槽內安裝硅橡膠膠條，廂門鉸鏈采用可推拉的活動鉸鏈設計，利用輪盤鎖緊機構使金屬壓條垂直壓緊膠條實現良好的密封效果。通過搭建試驗平臺進行氣密性驗證試驗發現，廂體的漏氣倍數為0.36 h-1，氣密性指標屬于Ⅰ級，表明氣密性優異。研究結果為進一步提高果蔬氣調運輸車氣密性性能指標提供了參考。

關鍵詞：氣密性；密封形式；結構設計；試驗

中圖分類號： TS255.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0403-03

收稿日期：2015-02-12

基金項目：國家自然科學基金（編號：31101363）；現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-33-13）；廣東機電職業技術學院校級科研項目。

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與裝備。E-mail：enlilv@scau.edu.cn。果蔬氣調運輸車廂的氣密性指標直接影響食品氣調保鮮的環境參數調控，良好的氣密性可提高氣調控制精度，降低系統能耗。文獻[1-4]提出廂體氣密性對廂內氣體成分的調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構的設計方案，并進行試驗驗證。文獻[13-14]提出冷藏車廂廂體結構和主要部件性能分析。目前果蔬氣調運輸車廂門密封結構的相關研究還比較少，缺乏相應的理論分析和試驗論證，而現有的運輸車廂門密封結構難以滿足果蔬氣調運輸嚴格的氣密性要求，亟需設計1種適合果蔬氣調運輸車的廂門密封結構。根據項目經驗和初期試驗結果，提出1種果蔬氣調運輸車廂階梯型密封門的結構設計方案，通過搭建試驗平臺，驗證該密封結構的氣密性指標，為進一步研究果蔬氣調運輸車提供幫助。

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，內部長、寬、高分別為980、563、577 mm，采用鍍鋅鋼板焊接制成，廂體內外壁夾層填充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、右廂門通過活動鉸鏈分別安裝于階梯回形框2側，并通過輪盤鎖緊機構實現閉鎖和解鎖（圖1）。

2密封結構設計

2.1密封形式選型與計算

運輸車門的常規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，不適用于果蔬氣調運輸車的廂門結構選型。根據項目經驗和試驗分析，采用金屬壓條擠壓硅橡膠膠條的密封形式，在門扇內平面設計密封溝槽，槽內放置矩形硅橡膠膠條，對應的門框一側平面焊接矩形金屬壓條，當門扇關閉且在鎖緊機構閉鎖的情況下，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，并留有適當的余量。假設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門框的結構設計

廂門常規的密封方式易造成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，將門框設計成階梯回形框密封結構。階梯回形框設計成左半部分低、右半部分高的階梯狀，使左廂門關閉的同時為右廂門提供1個回形密封框（圖3）。

2.3廂門的結構設計及裝配過程

為達到良好的密封效果，左、右廂門采用先后關閉的方式實現密封。左廂門關閉時，階梯回形框左半部分的金屬壓條與左廂門內側的矩形膠條實現擠壓密封。左廂門右側（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構，當右廂門關閉時，該回形框與右廂門內側的密封膠條實現擠壓密封。為防止氣體從左、右廂門接縫處的上、下縫隙泄漏，階梯回形框、左廂門和右廂門的配合采用楔形配合方式，并在配合面上安裝有硅橡膠片，實現無縫密封（圖4、圖5、圖6、圖7）。

2.4導向機構的結構設計

為實現良好的密封，金屬壓條應垂直壓入矩形密封膠條，而傳統的密封門只繞其固定鉸鏈（轉動中心）旋轉，難以實現垂直擠壓的效果。因此設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，活動鉸鏈結構（圖8）。為使廂門均勻地壓緊門框選用輪盤鎖緊機構，左、右廂門各布置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。試驗環境溫度為20 ℃，且廂體內、外溫差小于1 ℃，利用空氣壓縮機向廂體內充氣，當廂體內、外壓差保持在（100±10）Pa時，保證供氣穩定，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，計算密封結構的尺寸參數，設計1種果蔬氣調運輸車廂階梯型密封門，門框呈左低右高的階梯型結構并安裝有金屬壓條，左、右廂門板加工溝槽，槽內安裝有硅橡膠膠條，廂門鉸鏈采用可推拉的活動鉸鏈設計，利用輪盤鎖緊機構使金屬壓條垂直壓緊硅橡膠膠條產生密封面，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現試驗廂體的漏氣倍數為0.36，氣密性指標屬于Ⅰ級，說明該階梯型密封結構氣密性優異。參考文獻：

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