【文章內(nèi)容簡介】 圖 42 矩形截面 在罐體橫截面的設(shè)計(jì)上 ,考慮到保證汽車的抗側(cè)傾翻等行駛安全性大多數(shù)制 12 造廠將罐體截面設(shè)計(jì)成橢圓形狀 .為了方便制造 ,簡化工藝 ,降低成本 ,則采用近似方法生成橢圓 .因此 ,如何用一組普通曲線的擬合近似代替橢圓 ,并確保其面積的大小的誤差最小 ,就成為罐體橢圓截面近似設(shè) 計(jì)和制造的一個(gè)重要問題。 截面橢圓的基本性質(zhì) 罐體截面如下圖 。 圖 43 橢圓的形狀 在橢圓形狀中，其中長軸 AB=2a ，短軸 CD=2b。則橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為： 221xyab?? （ 41） 橢圓頂點(diǎn)處的曲率半徑為： abRRBA2?? （ 42） baRRDC2?? （ 43） 橢圓的面積為： ?tS ab? （ 44） 橢圓的周長為： ?tL [1 .5 ( ) ]a b a b? ?? （ 45） 13 在一般的生產(chǎn)過程中都選擇用近似法作橢圓，到目前為止 ,橢圓的作圖方法已有軌跡法，焦點(diǎn)法，壓縮法和圓弧法四種，其中軌跡法作出的橢圓最精確 ,但由于現(xiàn)場工作條件和繪圖手段的限制，各制造廠一般不直接采用此方法。用焦點(diǎn)法，壓縮法和圓弧法作出的橢圓均近似圖形，其面積和周長的計(jì)算復(fù)雜。并都存 在著較大的幾何誤差，將直接影響到罐體容積的設(shè)計(jì)和制造精度。為了提高橢圓近似畫法的精確度，簡化和方便設(shè)計(jì)制造。使用 “計(jì)算法作橢圓 ”。其約束條件有： （ 1） 原橢圓四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)位置不變。 （ 2） 用兩種半徑（ R,r）的四段圓弧分段擬合橢圓，并使相鄰兩段的連接點(diǎn)有公共切線 。 （ 3） 近似橢圓的面積和周長與理論值的誤差為最小。 計(jì)算法 在擬合的橢圓圖中令 AG = BG = a CG = DG = b DC = OM = ON = R AE = ME = NF = BF = r 圖 44 擬合的橢圓 14 截面的計(jì)算過程 在設(shè)計(jì)的罐體橢圓的截面中，其中長軸 ?a2 1860mm,短軸 ?b2 960mm,則橢圓頂點(diǎn)的曲率半徑為： abRRBA2?? = 248mm （ 46） baRRDC2?? = 1802mm （ 47） 則橢圓面積為： ?tS ab? = （ 48） 橢圓周長為： ?tL [1 .5 ( ) ]a b a b? ??= mm （ 49） 罐體容積確定 液體的體積隨著溫度的變化而熱脹冷縮，為保證在任何情況下，液體都不會因體積膨脹而溢出，液體不能裝滿，必須留有一定的氣相空間，不同介質(zhì)要求的最小氣相空間也不一樣，其充裝系數(shù)一般不大于 95%；在預(yù)留有足夠的氣相空間的前提下，盡量提高充裝系數(shù)，以減小液體在運(yùn)輸過程中的晃動。根據(jù)車輛載重、介質(zhì)密度和充裝系數(shù)確定罐體容積 )/( ??gwv? 載重量為 ?w 1245045001500= ? Kg （ 410） ?v 6450/(1030)= （ 411） 罐體長度為 svl /? =（ 412） 內(nèi)層罐的罐體的容積的計(jì)算。 因?yàn)閮?nèi)層罐罐體的容積為內(nèi)罐體的總?cè)莘e 減去其他附屬裝置的所占的容積，所以罐體的容積初步估算為 7m3。 假設(shè)所裝載的液體的密度為 ? kg/m3，既裝載的液體的質(zhì)量為： M液 =?? =1030? 7= ? kg （ 413） 15 因?yàn)楣摅w筒體體積為： LSSV ??? )21（筒 ，罐體外壁截面的面積為： S1 =? ab=? (+)? (+)= m3 （ 414） S2 =? ab=? ? = （ 415） 所以罐體內(nèi)筒體的體積為： V內(nèi) =（ S1 S2 ） ? L=()? 5= （ 416） 由上面的計(jì)算可得整個(gè)內(nèi)層罐體的質(zhì)量為： M內(nèi) =7700 ? = kg （ 417） 外層罐罐體質(zhì)量的計(jì)算 ,內(nèi)壁所能容納的體積為為： S1 =? ab= ? (+) ? (+)= m3 （ 418） S2 =? ab=? (+) ? (+)= （ 419） 外層罐體的體積為 V外 =（ S1 S2 ） ? L= （ ） ? 5= m3 （ 420） 故外層罐罐體的質(zhì)量為： M外 =7700 ? = （ 421） 由于木塊和保溫層的質(zhì)量小，在此可以忽略不計(jì)，所以計(jì)算如下： 空載時(shí)整個(gè)罐體的質(zhì)量 M空 =+= 滿載時(shí)整個(gè)罐體的質(zhì)量 M滿 =+7210= 罐體厚度的確定 罐體材料的厚度取決于罐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，例如，罐體的橫截面面積與長度的比、罐體裝配的類型等等。由于該罐裝載的是液態(tài)食品，屬于常壓罐， 16 故可以根據(jù)罐體的容積選擇罐體材料的厚度。飲料類罐車 ,運(yùn)送牛奶 ,酒類。為保持清潔、避免污染，均用不銹鋼板焊成，板厚一般 2～ 4mm。不銹鋼材料制造的常壓罐體的厚度如表 41 所示。 表 41 罐體厚度的選擇 罐公稱容量 （ L） 常壓 罐 殼 底部 不銹鋼罐 mm mm ﹤ 9000 9000 ~ 14000 ﹥ 14000 根據(jù)罐體的容積可以確定罐體的厚度為 。 罐整體選用不銹鋼材料，橢圓長軸設(shè)為 1860mm,短軸為 960mm，罐受壓為牛奶的靜壓力。 P=? gh =1030 = （ 422） 式中： P —罐受壓為牛奶的靜壓力（ Kpa）； ? —牛奶密度（ Kg）； g —重力加速度（ m/s）； h —水罐高（ mm）。 根據(jù) GB1501998設(shè)計(jì)溫度下橢圓罐的計(jì)算厚度按式（ 424）計(jì)算 。 ctc pDp ?? ??? ][2 1 ?2 （ 423） 式中： ? —橢圓筒的計(jì)算厚度（ mm）； cp —計(jì)算壓力取 P=（ Mpa ）； 1D —橢圓筒的長軸和短軸半徑和（ mm）； []t? —設(shè)計(jì)溫度下橢圓筒材料的許用應(yīng)力為 Mpa240 ； ? —焊接接頭系數(shù)，取 。 取 mm3?? 滿足強(qiáng)度要求，罐體壁厚取 3mm。 保溫層的設(shè)計(jì) 由于要求罐體具有隔熱保溫性 ,將罐體設(shè)計(jì)成雙層罐 ,內(nèi)外層之間用木塊隔開 ,其中外層與木塊用鉚釘連接。制作罐體時(shí)，先將層罐做好，外層罐留一個(gè)封頭，等將內(nèi)層罐裝入后，再該封頭焊接。雙層罐體的型式如圖 45 所示。 17 2 1 1—內(nèi)層罐體； 2—木塊； 3—外層罐體 圖 45 雙層罐體的型式 隔熱材料的選擇 對隔熱材料的要求： （ 1）發(fā)泡均勻、密度小； （ 2）導(dǎo)熱系數(shù)盡可能小，一般要求在 (mK)以下； （ 3）對溫度的變化的穩(wěn)定性要好，在 40176?！?70176。C 的使用溫度范圍內(nèi)，使用性能要滿足規(guī)定的要求； （ 4）具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，能承受汽車在惡劣的道路條件下的振動，沖擊而不受損或變形 （ 5）吸水性和吸濕性低，耐腐蝕，抗凍性能好； （ 6）無毒無味，透氣性小，隔熱材料使用和燃燒時(shí)，不得分解出有毒和有害氣體； （ 7）價(jià)格低易成形，可采用充填澆注，噴涂等工藝形成罐體隔熱層。 隔熱材料選擇聚氨酯，聚氨酯泡沫隔熱材料是目前應(yīng)用十分廣泛的優(yōu)良隔 18 熱材料，其主要物理機(jī)械性能為：導(dǎo)熱系數(shù)： (mk),抗拉強(qiáng)度 2500MPa,抗壓強(qiáng)度 2020 MPa，與鋼板粘接力 2900 MPa，與膠合板粘接力 1400 MPa。 影響聚氨酯隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素有：泡沫密度、氣泡直徑、氣泡獨(dú)立率、濕度和溫度等（圖 4 6）。 圖 46 保溫材料的影響因素 隔熱材料在使用過程中會發(fā)生老化，因此隔熱罐體在使用 6 年左右時(shí)間就應(yīng)該按有關(guān)規(guī)定重新測定總傳熱系數(shù)，不符合規(guī)定的則應(yīng)降級使用。 隔熱層厚度。隔熱層厚度有罐體的使用要求和選用的隔熱材料而定。若選用聚氨酯泡沫隔熱材料，對于冷藏汽車， 其厚度在 50～ 120mm 之間；對于保溫汽車，其厚度在 30～ 70mm 之間。 斷熱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)斷熱橋的目的就是阻斷熱橋、排除罐體和罐體直接與金屬零件相連。阻止外界溫度的的熱量通過外層罐體傳 到 內(nèi)層罐體。 “斷熱橋 ”的型式如圖 47所示，設(shè)計(jì)的罐體為相同材料的雙層罐，其中外層罐與木塊采用鉚釘連接的型式，然后再把制造好的內(nèi)層罐裝入，靠木塊支承起來，并在兩層罐體之間形成的空間內(nèi)填充聚氨酯隔熱材料。 1 2 345 19 1—外層罐； 2 — 鉚釘； 3 — 隔熱材料； 4 — 木塊； 5 — 內(nèi)層罐 圖 47 保溫層的連接形式 食品液罐的傳熱系數(shù)和熱負(fù)荷計(jì)算 食品液罐傳熱系數(shù)的計(jì)算 在使用過程中，引起罐內(nèi)介質(zhì)溫度變化 的因素主要是熱傳導(dǎo)，即罐內(nèi)介質(zhì)熱量通過罐體內(nèi)壁、保溫材料、外蒙板傳至罐外空氣中，熱傳導(dǎo)速率 q 應(yīng)用傅立葉定律計(jì)算。保溫罐車的保溫效果計(jì)算如下： α=（ 10+6 ） （ 424） 式中 α—外蒙板表面放熱 系數(shù)（ J/hm2℃ ） ； v—外蒙板表面空氣流動速度（ m/h） v 取 40Km 每小時(shí) α=(10+6? 40000 )= q=（ T0 T3 ） /[ 1? /（ 1? S1） + 2? /（ 2? S2 ） + 3? /（ 3? S3 ） +1/（ αS3 ） ] （ 425） q—熱傳導(dǎo)速率（ J/h）； T0—環(huán)境溫度（ ℃ ）； T0=20℃ T3 —介質(zhì)溫度（ ℃ ）； T3 =4℃ 1? —罐體壁厚（ m）； 1 ? = 2? —保溫層厚度（ m）； 2 ? = 3? —外 蒙板厚度（ m）； 3 ? = 1? —罐體材料導(dǎo)熱系數(shù)（ J/hm2℃ ） ；1? =? 103? 2? —保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)（ J/hm2℃ ） ；2? =? 106? 3? —外蒙板材料導(dǎo)熱系數(shù)（ J/hm2℃ ） ；3? =? 103? S1—罐體表面積（ m2）； S1= Lt ? L= [( ) ]a b ab? ?? ? = S2—保溫層表面積 （ m2）； S2 = S3 —外蒙板表