新材料与工艺手册

[轻量化轻卡|重卡] 冷藏保温汽车厢体结构轻量化与提高隔热性能并重

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发表于 2013-7-8 12:12:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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   冷藏保温汽车厢体结构轻量化,并提高其隔热性能,符合国家的产业政策,属于国家鼓励和支持的范围。冷藏保温汽车的能耗主要来自两方面,一方面是制冷机维持厢内冷藏温度消耗的能源,它通常和冷藏厢体的保温性能有关。另一方面是冷藏保温汽车行驶时消耗的能源,它通常和厢体的自重有关。只有通过优化冷藏保温汽车厢体结构使其达到轻量化并提高其保温性能,才能使其达到节能环保的要求,既低碳又能降低运营成本。
冷藏保温汽车厢体结构型式与制作方法

    多年来,我国冷藏保温汽车厢体结构型式不断的得到优化。归纳起来,大体上分为整体结构隔热车厢和分片拼装隔热车厢。

    整体结构隔热车厢又分为整体骨架式隔热车厢和整体隔热层式车厢。整体骨架式隔热车厢是在一般车厢基础上发展而成的传统结构。在骨架交汇处焊接加强板,以增加整体强度和刚度。整体骨架硬聚氨酯喷涂式车厢是隔热层采用现场喷涂发泡硬聚氨酯泡沫成形工艺,该工艺易于使隔热材料充满整个隔热车厢的隔热空间,故隔热性能较好;硬聚氨酯导热系数比聚苯乙烯要低,因此在保证车厢总传热系数K一定的前提下,可减少车厢壁厚。但喷涂发泡的隔热层厚度不易控制均匀,因此安装内蒙皮之前,隔热层内表面须经加工取平。

    整体隔热层式车厢型式是先以整体骨架型式或以分片拼装型式制成车厢,预留隔热层空间,然后整体注入硬聚氨酯泡沫。这种车厢的最大特点是它具有完整的隔热层,车厢的隔热、密封性能好。注入发泡有两种方法:一是液态发泡。即将液态聚氨酯各组分机械搅拌,高压喷雾形成。另一种为泡状发泡,即将聚氨酯各组分在注入前先进行一定程度的发泡,然后再注入隔热层空腔内发泡定型。

201304241366787993671.jpg     分片拼装隔热车厢也分为分片拼装硬聚氨酯注入发泡式和“三明治”板预制粘接式。分片拼装硬聚氨酯注入发泡式车厢的关键是处理好各片之间的拼接、拼缝的密封和“断热桥”的布置。要求拼接方式合理、连接可靠、装配方便、嵌合型材的品种要少;在工艺上,则要首先保证硬聚氨酯与内外蒙皮、骨架等粘接可靠;其次,要求聚氨酯密度均匀,其均匀性和拼接方式比整体式好,工艺也简单。装配时,车厢底板装在车厢底架上,前壁、左右侧壁立在底板上并用铝型材与车厢底架横梁螺栓固定连接,底板后端与后门框采用嵌合紧固。顶板搁在前壁和左右侧壁上,并采用铆接紧固,顶板后端也采用嵌合方式与后门框紧固。车厢内各厢壁之间连接处均采用角形铝材铆接,并涂以密封胶带或密封膏等密封材料。车厢内装有“T”字型铝材地板或花纹铝材地板,以及挂钩、挂轨、导风条、排水管、照明和报警装置等。车厢装配后,还需在其拼缝处注入聚氨酯泡沫材料,以增加密封性,减少热传导。

    分片拼装硬聚氨酯注入发泡式车厢,在结构上,还有一种车厢各片的边框采用聚氯乙烯塑料型材,它既是每片厢板骨架,又是各片板之间的连接件,内外蒙皮可用金属或玻璃钢板,插接到塑料型材上,省去铆接。再把插接好内、外蒙皮的厢板放在专用压机上,注入发泡剂压制成厢板。厢体装配时,将各板块边框塑料型材插接到一起,插接处涂上密封膏,完成了厢体装配。

    “三明治”板拼装结构是多年来为应对冷藏保温汽车厢体表面鼓包离皮现象发生,通过改进工艺制作后而发展起来的一种新型隔热车厢结构。它不但在冷藏保温汽车上得到迅速发展,而且在冷藏集装箱上也被广泛采用。“三明治”板又称复合板或夹层板。它是由上下蒙皮和夹在中间的隔热材料板组成。蒙皮材料多为铝板、不锈钢板和金属板以及玻璃纤维类的工程塑料板。隔热材料一般选用性能优良的硬聚氨酯泡沫,也可选用硬聚苯乙烯泡沫,还可选用硬聚苯乙烯泡沫和硬聚氨酯泡沫组合而成的隔热层。

    为提高“三明治”板的强度,可采用的方法:一是选用高强度的隔热材料;二是在隔热材料块与块之间增加非金属材料加强筋。如木条、玻璃钢、塑料型材等。隔热材料采用硬聚氨酯泡沫的“三明治”板,制作中无需整体注入发泡式所要求的大型夹具。一些冷藏保温汽车生产企业的实践证明,采用聚氨酯泡沫的“三明治”板具备的优点有:①厢体外表平整、光滑,厢体重量轻;②厢体结构简单、工序简便,适合成批和多品种生产;③车厢断热桥设计更为合理;④车厢隔热、密封性能好,热工指标可达国家专业指标的A级标准。
冷藏保温汽车厢体结构轻量化的关键是采用新材料新工艺

    随着人们生活水平提高,国家有关食品质量的政策逐渐完善,尤其是对食品的储运安全提出了更高的标准;医疗、卫生行业为确保药品的运输储存安全,对冷藏、保温专用车的需求增大;电子行业(微电子)的发展对冷藏、保温汽车的需求也在逐渐增大;测绘、试验、旅游、野外作业等行业都需要冷藏保温汽车。当前,发展低碳经济已成为世界关注的焦点。发展节能环保的低碳型冷藏保温汽车已成为一种趋势。冷藏保温汽车生产企业必须进行技术改造,采用新技术、新工艺加速新产品的开发和现有产品的更新换代。通过不断优化冷藏保温汽车厢体结构使其向轻量化方向发展。

201304241366788008375.jpg     冷藏保温汽车的厢体自重与行驶时发动机的油耗关系密切。据有关资料介绍,重量每减轻450kg,行驶100km将节约1.5L燃油,按每年行驶10万km计算,每年将节约1500L燃油。因此,冷藏保温汽车的轻量化对节能减排将起到巨大的作用。通常,减轻厢体自重有两种途径,一个是优次结构设计,在保证强度的前提下,简化结构,降低自重。另一个是选择强度好重量轻的材料。优化组构设计主要是通过数据分析,在保证结构强度的前提下,简化结构设计,减少材料用量,达到减重的目的。

    关于冷藏保温汽车厢体材料的选用方面,减少钢结构的使用,增加强度高重量轻的材料的使用比例对厢体的减重将起到较好的效果已经成为业内的一种共识。对于冷藏保温汽车受结构限制必须采用钢结构的零部件,可采用高强度钢代替普通钢,在保证钢构件强度的条件下,通过减薄钢板厚度减轻厢体重量。冷藏保温汽车厢体通常采用聚氨酯冷藏保温厢板等新型节能保温材料如玻璃钢等。同传统的材料相比,玻璃钢具有很高的强度,其抗拉强度可达到110~450Mpa,与钢的强度相当(普通钢材的抗拉强度为250~350Mpa),而如果采用高强度的碳纤维代替玻璃纤维来做玻璃钢,其强度甚至可达到1000Mpa以上。用玻璃钢代替钢板可以满足冷藏保温汽车厢体的强度要求并大幅度降低厢体重量。

    根据目前国际市场发展趋势,采用玻璃钢板或铝板较其它金属板材重量轻,精度高。尤其是进口的聚氨酯冷藏保温厢板成型设备,因其工艺先进,聚氨酯发泡层薄,整体箱板重量和传统箱板相比重量轻。聚氨酯冷藏保温厢板符合我国冷藏保温汽车行业及特殊车辆行业新型节能轻量化材料发展应用的产业政策,对推动行业技术进步将发挥积极的作用。

    聚氨酯冷藏保温厢板的生产技术在国内属于先进技术。主要原料是玻璃钢板、多元醇、聚氨酯发泡材料及无氟发泡催化配合剂,在国内均有充足的货源。环保新材料聚氨酯冷藏保温厢板的生产具有一定的企业优势。玻璃钢板重量轻、耐腐蚀、好维修,并可根据需要制作成任意规格尺寸等优点,现在冷藏保温厢板内外蒙皮的国际市场的使用趋势为玻璃钢板。通过观察发现,由于一些企业生产的聚氨酯保温厢板成型设备因工艺的局限,精度低、发泡保温层过厚。有的冷藏保温汽车制造企业不具备完全采用玻璃钢板生产先进的新型轻量化节能聚氨酯保温厢板能力。因此,要想专业生产冷藏保温专用厢板,必须建设先进的聚氨酯冷藏保温厢板生产线。

    聚氨酯保温夹板成型设备因工作台面长,工作台平面精度要求高,压力高,压强均匀,运行状态平稳,国内一些企业已经能生产出完全满足使用要求的聚氨酯保温夹板成型设备,成为专业生产厂家。随着近几年国内市场对聚氨酯保温夹板成型设备的需求,已有多家企业生产的聚氨酯保温夹板成型设备走向市场,如武汉轻工机械厂,湘潭金正设备制造有限公司,洛阳斯坦达标准机电设备有限公司等。产品的先进性已经赶上世界发达国家水平。
冷藏保温汽车厢体轻量化的前提是确保其隔热性能

    冷藏保温汽车厢体的保温性能越好,其漏热越少,维持厢内冷藏温度所需的能量越少,制冷机组消耗的能源就越少。所以,制造商在围绕如何提高冷藏保温汽车厢体隔热性能方面所花费的精力和功夫比较多。

201304241366788021812.jpg     冷藏保温汽车隔热车厢是所有冷藏保温汽车的重要装置。作为车厢,它具备厢式车厢的共性,但又要求它具有良好的隔热保温性能。隔热车厢是由顶板、底板(地板)、左右侧壁、前壁、后壁(后门框)和门组成。由于要求车厢具有隔热保温性,因此它的骨架具有承载与断热的双重功能。其中以承载为目的的骨架为主骨架。这种骨架一般选用强度和刚度较高的金属(钢、铝型材)结构。而以断热为目的骨架(称为辅助骨架)一般选用非金属材料。常见的有木头、胶合板、玻璃钢、工程塑料等,它可装于主骨架的外侧或内侧。车厢的内外蒙皮分别与主骨架和辅助骨架相联,其间形成了填装隔热材料的空间。因此,主辅骨架共同完成了隔热车厢骨架的全部功能。外蒙皮多为平板形,但左、右侧壁外蒙皮常压成瓦楞形或半圆形,这种具有加强筋的外蒙皮既可增加厢壁强度和刚度,又可增加美观。内蒙皮一般为平板形。为了防止冷冻胴体(整块冻猪、牛、羊肉等)货物撞坏内蒙皮,有的车厢还在内蒙皮内表面再装上木夹板内蒙皮。内外蒙皮常用材料有钢板、铝合金板、不锈钢板、玻璃钢板等。一般金属蒙皮厚度为0.5~1.5mm,非金属蒙皮厚度为1.5~3mm。蒙皮与骨架连接方式通常采用拉铆联结。

    冷藏保温厢板是将聚氨酯原液经高压发泡系统按一定配比混合后,均匀浇注在经下压型机辊压成型后的底层玻璃钢板(铝板、彩钢板或其它板材)上,并和经上压型机辊压成型后的上层底层玻璃钢板(铝板、彩钢板或其它板材)一道送入双覆带主机,在双覆带主机上下链板间发泡固化成形,固化成形后的复合板在生产线上被自动跟踪带锯机切成预定的长度。近十几年来,冷藏、保温厢板在汽车工业(食品冷藏车、住宿车、炊事车、淋浴车、卫生车、会议车等)和冷藏冷冻设施,空调管道等领域得到了飞速发展。重量轻、保温性能好、防火性能好、抗腐蚀性能好、施工方便快捷的聚氨酯保温厢板在众多的保温厢板中脱颖而出,聚氨酯保温厢板在国内有着巨大的市场潜力和发展空间。

    从上世纪末,我国生产的轻型冷藏保温箱板,大都是较为低档的聚苯乙烯(EPS)保温厢板。这种板材生产工艺简单,生产设备简陋且价格低廉,在轻型冷藏保温板材的市场份额能高达60%强。而聚氨酯保温厢板(PU.PIR)在轻量化、新型节能、机械强度,阻燃保温性能等方面都远远高于聚苯乙烯(EPS)。我国目前市场对保温厢板需求量〔包括聚苯乙烯(EPS)保温厢板、聚氨酯(PU.PIR)保温厢板、玻璃棉板、岩棉板等〕为5000万m2左右。

    新型聚氨酯冷藏保温厢板技术性能具有以下特性:

    (1)轻量化。因使用玻璃钢板代替传统金属材料板,先进的复合板成型设备使得发泡聚氨酯保温层厚度大大降低,1英寸厚聚氨酯冷藏、保温厢板每平方米仅重2磅,相当于的传统的聚苯乙烯(EPS)冷藏保温箱板的30%。

    (2)新型环保化。采用聚氨酯发泡材料、无氟发泡剂,不会对环境造成污染。

    (3)承载能力强。1英寸厚的聚氨酯冷藏、保温厢板每平方米可承受200kg的压力。

    (4)节能性好。隔热、隔音、保温。因整体注入发泡硬质聚氨酯隔热层结构、无氟聚氨酯发泡材料和防腐玻璃钢板(或铝板)组成的“三明治”板拼装式箱体结构成为隔热箱体的主要结构形式,冷藏汽车箱体的总体传热系数达到A级K≤0.4W/M2K、冷藏隔热性R值12.5,隔音性26dB。

    (5)阻燃性高,防火性能好。经美国ASTM实验结果,硬质聚氨酯冷藏、保温厢板既不自燃也不助燃。

    (6)吸水率低。经上下双面特殊处理后有完全防水的效果。

    (7)聚氨酯冷藏保温厢板联接方式有凹凸槽式或挂钩式两种。

    (8)聚氨酯冷藏保温厢板材料标准厚度可以根据具体指标要求确定。
优化产品结构、加快管理与拓展市场

    当前及今后一个时期,冷藏保温汽车制造业的发展战略重点要在工艺技术创新、产品结构调整等方面取得突破。随著我国公路建设、城市发展、能源消耗结构的变化、重点工程建设加快,人民生活水平的提高,冷藏保温汽车的市场前景越来越广阔,冷藏保温汽车产品的档次和技术水平将有较大的提升。从整个专用汽车产业发展形势看,到2015年我国专用汽车将占当年载货车产量的65%。力争我国专用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。针对国内外的经济形势和专用车行业的发展趋势,企业应认真研究国家和行业的宏观调控政策,适时把握专用汽车的行业脉搏及发展趋势,不断转变发展观念,完善发展思路,创新发展模式,提高发展质量,以新的发展理念指导新的发展实践,以新的发展举措实现新的发展目标。大力推进技术创新,管理创新、营销创新,不断优化产品结构,转变经济增长方式,增强企业的可持续发展能力。

    1.创新经营,开拓市场。一是创新营销模式。根据产品特点和用户的需求,采取不同的营销模式,巩固原有传统市场,大力开发新的市场区域,填补部分区域空白。二是完善营销人员激励和约束机制,奖罚分明,充分调动营销人员的积极性。三是努力拓展国际市场空间,积极参加相关产品的国际洽谈会,力争取得突破性进展

    2.大力推进工艺进步。冷藏保温汽车制造业在过去的生产经营中,经济增长方式主要靠高投入、高消耗来支撑完成,直接影响其经济运行质量。企业要继续深入落实科学发展观,全面推进工艺创新和进步,在产品研制和生产过程中,不断采用新技术、新工艺、新材料、新结构、新方法,切实提高生产力水平,降低资源消耗。科学合理编制工艺流程,优化生产布局和工艺路线,加快工艺技术改进,向管理要效益,从而达到经济增长方式由粗放型向集约型的转变。

    3.继续调整产品结构。在市场经济中,企业的生存和发展,是依靠产品在市场竞争中呈现旺盛的生命力和畅销的发展态势,才能在市场竞争中占有一席之地,冷藏保温汽车制造企业才能获得良好的生存条件和发展空间。企业应面向国内、国际两个市场,进行广泛的市场调研,捕捉市场前景看好的产品,继续对产品进行调整,坚决调整掉已没有市场的产品,对低端产品要及时进行技术改造和升级换代,对优势产品,要加大科研开发和投资改造的力度,巩固做大做强已有的主导产品,逐步建立起生产一代、开发一代、储备一代的创新体系,不断推出用户和市场看好的新产品。

    4.加强成本费用控制。一是控制并降低设计成本,加强设计人员成本意识观念,运用价值工程理念设计出性价比高的符合市场要求的产品。二是控制并降低采购成本,运用比质比价采购、招标采购等多种方法,激发供货商的竞争意识。三是控制并降低制造成本,严格按定额发料并及时修订材料定额。
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