Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
L ỜI NÓI ĐẦU:
Trong những năm gần đây ngành Đường sắt đã không ngừng nâng cấp,
cải thiện về chất lượng phương tiện vận tải, chất lượng phục vụ nhằm nâng cao
thị phần vận chuyển trong và nước để đáp ứng được nhu cầu của xã hội.
Từ trước đến nay việc vận chuyển rau quả tươi trong nước vẫn do các xe
ôtô có buồng lạnh vận chuyển song khi khối lượng vận chuyển lớn và quãng
đường vận chuyển dài thì việc vận chuyển bằng ôtô lạnh không đạt hiệu quả cao.
Đứng trước nhu cầu của xã hội và nhằm đa dạng hoá loại hình vận chuyển và
hình thức vận chuyển thì Ngành đường sắt không thể bỏ qua loại hàng có tính
chất bảo quản đặc biệt này, cho nên việc nghiên cứu, thiết kế toa xe ướp lạnh là
rất thiết thực. Vì vậy chúng em đã được bộ môn Đầu máy - Toa xe giao làm đề
tài: “ Nghiên cứu, thiết kế toa xe ướp lạnh chở thực phẩm, hoa quả cho đường
sắt Việt Nam”.
Với sự giúp đỡ tận tình của cô Vũ Thị Hoài Thu và các thầy cô giáo trong
bộ môn , các bạn cùng lớp, cùng sự nỗ lực. Chúng em đã hoàn thành tốt đồ án
mình.
Nội dung đề tài gồm các phần chính sau:
Chương I: Giới thiệu chung.
Chương II: Thiêt kế tổng thể toa xe ướp lạnh chở thực phẩm và hoa quả.
Chương III: Tính toán cách nhiệt và chọn điều hoà không khí.
Chương IV: Tính toán kiểm nghiệm kết cấu.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
1
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU CHUNG
I. GIỚI THIỆU HÀNG HOÁ DỄ HƯ HỎNG VÀ CÁCH BẢO QUẢN
Rau quả là những thức ăn thiết yếu và gần gũi với con người. Khi mức
sống được nâng cao thì tỉ phần rau quả trong khẩu phần ăn cũng được tăng lên.
• Biến đổi về hoá học chủ yếu là quá trình oxy hoá do vỏ ngoài bị
xây sát gây ra, quá trình này thường xảy ra một cách cục bộ và
chậm chạp.
• Biến đổi về sinh vật là nguyên nhân chính làm thực phẩm hư
hỏng, do quy trình nảy nở và phát triển của vi sinh vật ở trong
thực phẩm, quá trình này diễn ra hết sức mau lẹ, các chất hữu cơ
trong thực phẩm bị phân hoá rất nhanh chóng. Bởi vậy, muốn
ngăn ngừa thực phẩm khỏi bị hư hỏng thì phải tìm cách giảm
bớt sức sống của vi sinh vật. Do nóng, độ ẩm và tình trạng vệ
sinh của môi trường xung quanh có ảnh hưởng rất lớn tới đời
sống của vi sinh vật. Cho nên biến đổi môi trường xung quanh
( Chỉ cần khống chế một số yếu tố nào đó) là có thể cản trở được
sinh sản và phát triển của vi sinh vật, và do đó giữ cho thực
phẩm khỏi bị hư hỏng.
• Nhân tố của môi trường xung quanh bao gồm nhân tố về hoá
học và vật lý. Trong các nhân tố về vật lý có độ nóng , độ ẩm,
độ sáng …Thay đổi độ nóng của môi trường ngoài thường là
ướp lạnh - đây là cách giữ gìn thực phẩm tốt nhất , được dùng
nhiều nhất cho đến ngày nay. Như ở nhiệt độ -5
o
C nhiều loại vi
trùng và nhiều loại nấm mốc sẽ sinh nở và phát triển chậm. Khi
nhiệt độ xuống thấp tới -10
o
÷ -15
o
C, thì vi trùng hoàn toàn
ngừng lớn, vì ở nhiệt độ này nước trong thực phẩm đã hoàn toàn
kết tinh, vi sinh vật không thể thể lấy các chất dinh dưỡng nữa.
Do đó để thực phẩm giữ được nguyên vẹn phẩm chất từ lúc sản
Độ ẩm t-
ơng đối
Thời gian giữ đợc
lâu nhất ( ngày )
Thịt lợn giữ lạnh
+1 ữ -1 80 ữ 85 10 ữ 20
Thịt gia cầm giữ lạnh
+1 ữ 0
85
5 ữ 12
Thịt lợn giữ đông
-9 ữ-18 95 ữ 100 90 ữ 360
Thịt gia cầm giữ đông
-10 ữ -20 85 ữ 100 240 ữ 360
Cá đông
-9 ữ -18 95 ữ 98 120 ữ 180
Táo , lê
-0,5 ữ 0 88 ữ 92 15 ữ 30
Nho
-1 ữ 0 85 ữ 90 60 ữ 180
Đào , mận
-0,5 ữ 0 88 ữ 92 15 ữ 30
Da hấu , da bở +3
85 ữ 90 30 ữ 90
Rau xanh -18
95 ữ 98 180 ữ 270
Cải bắp , xúp lơ
-0,5 ữ 0 85 ữ 90 30 ữ 240
Khoai tây
+2 ữ +3 80 ữ 85 180 ữ 270
lại thấm sâu và đều vào tổ chức thực phẩm, hầu như khôi phục hoàn toàn lại mùi
vị và phẩm chất dinh dưỡng của thực phẩm. Còn khi kết đông chậm tinh thể
dung dịch thô to, phá huỷ tổ chức tế bào; do vậy khi giải đông chỉ một phần
dung dịch được ngấm vào tổ chức thực phẩm, một phần tách ra khỏi thực phẩm.
Rõ ràng kết đông nhanh tốt hơn nhiều so với kết đông chậm.
4. Các số liệu về không khí bên ngoài
Những thông số về khí tượng như nhiệt độ, không khí , độ ẩm tương đối
của không khí , bức xạ mặt trời, gió và hướng gió, lượng mưa là những thông số
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
5
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
quan trọng để tính toán, thiết kế hệ thống lạnh. Chúng là các yếu tố ảnh hưởng
trực tiếp đến tổn thất nhiệt của toa xe lạnh. Dòng nhiệt tổn thất này là giá trị cơ
bản để tính toán thiết kế năng suất lạnh của hệ thống lạnh.
Độ ẩm không khí là thông số để tính toán chiều dầy lớp cách ẩm cho vách
cách nhiệt, tránh cho vách cách nhiệt không bị đọng ẩm khuyếch tán từ không
khí bên ngoài vào; ngoài ra còn dùng để tính kiểm tra đọng sương vách ngoài.
Gió và tốc độ gió có ảnh hưởng đến dòng nhiệt tổn thất do sự tăng cường
trao đổi nhiệt đối lưu bên ngoài giữa không khí và vách.
Gió và mưa là cơ sở để thiết kế bao che, tránh cho cơ cấu cách nhiệt
không bị thấm ẩm, làm mật khả năng cách nhiệt, làm giảm tuổi thọ cũng như
hiệu quả cách nhiệt của vách.
Khí hậu Việt Nam chia ra làm hai miền chủ yếu:
- Miền Bắc, từ đèo Hải Vân trở ra, có hai mùa hè và đông rõ rệt. Mùa hè
nóng và ẩm, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất trên 30
o
C. Nhiệt độ tối
cao ghi nhận được trong bóng râm lên tới hơn 40
o
Bảng 2 thống kê độ ẩm và nhiệt độ trung bình của các địa phương trong
cả nước dùng để tính toán thiết kế hệ thông lạnh cho toa xe.
Bảng 2:
TT Địa phương
Nhiệt độ (
o
C) Độ ẩm ( %)
Trung bình
cả năm
Mùa
hè
Mùa
đông
Mùa
hè
Mùa
đông
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Lai Châu
Điện Biên
Lào Cai
4,1
4,0
4,9
5,9
7,2
6,7
6,1
80
82
81
88
76
81
78
81
84
79
80
82
85
86
78
85
80
86
83
78
11
12
13
37,6
36,2
35,2
37,4
37,2
37,5
30,8
6,1
8,0
6,2
8,3
9,2
6,6
8,0
7,4
8,4
5,0
82
82
84
83
82
86
81
87
83
89
76
78
82
86
80
80
82
83
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
7
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
25
26
27
28
29
30
Hải Phòng
Thái Bình
Sơn Tây
Hòa Bình
Nam Định
Ninh Bình
23,5
23,2
23,2
23,2
23,5
23,5
37,0
37,2
37,6
40
Nho Quan
Thanh Hóa
Yên Định
Hồi Xuân
Vinh
Tương Dương
Hà Tĩnh
Đồng Hới
Quảng Trị
Huế
23,4
23,6
23,5
23,1
23,9
23,7
23,9
24,4
25,0
25,2
38,1
37,5
37,1
38,4
38,0
39,5
37,5
38,2
37,1
90
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
Đà nẵng
Quảng ngãi
Quy nhơn
Playcu
Buôn ma thuột
Tuy hòa
Nha trang
Liên khương
Bảo lộc
Phan thiết
25,6
25,8
26,7
21,7
23,4
26,5
26,5
21,0
21,3
82
86
89
82
76
80
84
78
74
81
76
51
52
53
54
Phước long
Lộc ninh
Vũng tàu
Hiệp hòa
26,2
26,0
25,8
27,7
36,6
36,2
35,1
36,6
15,6
14,5
18,4
27,3
36,8
34,7
35,9
37,3
32,9
35,4
17,9
18,9
19,0
17,4
21,2
18,1
74
76
77
78
81
79
78
78
80
82
78
78
61
62
63
64
Phú quốc
nhập mới nữa và đến nay thì không còn chiếc nào nữa.
1. Toa xe ướp lạnh bằng lồng nước đá đặt hai đầu
Trước kia loại toa xe ướp lạnh này được dùng nhiều ở Liên Xô và một số
nước Đông Âu. Như hình 1.1 chỉ rõ : dựa sát hai thành đầu toa xe có đặt đứng
hai lồng nước đá hình khối chữ nhật. Song vì một số khuyết điểm nên hiện nay
đã ngừng sản xuất.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
9
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Hình 1.1: Toa xe ướp lạnh lồng nước đá đặt hai đầu.
Khuyết điểm chính của toa xe có lồng nước đá đặt ở hai đầu là:
- Nhiệt độ trong toa xe không đều, nhiệt độ vùng dưới lồng nước đá thấp,
mà vùng trên (nhất là chỗ gần cửa) nhiệt độ quá cao. Nhiệt độ chênh lệch
lớn nhất tới 10
o
C.
- Nhiệt độ từ lúc cấp nước đá lần trước đến lúc cấp nước đá lần sau trong
toa xe là không đều.
- Vì có lồng nước đá mà không gian xếp hàng hoá giảm bớt (khoảng 20%).
- Khi nước đá tiêu hao 30 ÷ 40% là phải cấp thêm nước đá, do vậy tăng
thêm lần cấp nước đá và thời gian dừng xe.
2. Toa xe íp l¹nh hòm nước đá đặt trên mui
Ở Liên Xô, từ tháng 6 năm 1954 trở đi chỉ sản xuất loại toa xe ướp lạnh
này. Từ quan điểm vật lý mà xét, sự lưu thông không khí trong loại toa xe này
hợp lý nhất, như hình 1.2 chỉ rõ lưu thông không khí như vậy, không những độ
nóng không khí các điểm trong xe đều nhau, mà độ nóng trong khoảng thời gian
giữa hai lần cấp nước đá sát nhau cũng chênh lệch nhau nhỏ.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
thép. Để ngăn ngừa cửa tràn và cửa van bị tắc, bên ngoài ống xả có ống bảo hộ,
ống này làm bằng thép lá tráng kẽm có đục nhiều lỗ hổng. Đầu trên ống xả dưới
nối tiếp kín với van xả, đầu dưới thò ra ngoài sàn xe. Một toa xe có treo 6 ống xả
đường kính 75mm (mỗi bên đặt 3 ống). Để thải hết nước và căn bẩn ra ngoài, ở
chỗ gần cửa có 2 ống xả xuyên qua sàn xe, đầu trên các ống này vừa vặn bằng
mặt sàn xe, đầu dưới thì cắm vào trong bát xả.
Phần đông các toa xe sản xuất trước năm 1957, cơ cấu xả nước đặt luôn
trong hòm nước đá, các xe sản xuất sau này thì đặt ống xả trên đường nối thông
giữa các hòm nước đá. Về nguyên lý tác dụng các kiểu ống xả này đều như
nhau, nhưng các kiểu mới thì có cấu tạo đơn giản hơn, sử dụng tiện lợi hơn.
Ngoài ra, trong toa xe còn có các thiết bị kiểm tra độ nóng, thường mỗi
toa xe có 3 nhiệt kế, sắp đặt như sau: một nhiệt kế đặt ở thành bên gần chỗ cửa,
còn 2 nhiệt kế kia đặt ở giữa hai thành đầu. Bảng chỉ nhiệt kế ở thành bên và
một nhiệt kế ở thành đầu đặt ở mặt ngoài thành đầu, như thế không cần phải mở
cửa mà vẫn biết được nhiệt độ bên trong toa xe. Bảng chỉ của nhiệt kế còn lại
đặt ở trong thành bên chỗ gần cửa để đo độ nóng khi xếp hàng hóa vào xe.
So với toa xe ướp lạnh lồng nước đá đặt ở hai đầu, thì toa xe ướp lạnh
hòm nước đa đặt ở trên mui có các ưu điểm chính sau đây:
- Nhiệt độ trong xe thấp hơn, đều đặn hơn. Thực tế chỉ rõ nhiệt độ trong xe
giữ được trong khoảng 8 ÷ 10C.
- Khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi, cũng như khi lượng nước trong hòm
giảm bớt, nhiệt độ trong xe cũng thay đổi rõ rệt.
- Hầu như trước lúc nước đá chảy hết, hòm nước đá vẫn làm việc bình
thường được. Thường cứ 3-4 ngày đêm mới phải cấp nước đá một lần,
nhờ đó giảm bớt thời gian dừng xe ở dọc đường, tăng nhanh vận tốc chạy
tầu.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
12
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
dùng. Toa xe ướp lạnh CO
2
thể cứng tăng thêm được trọng tải (trọng lượng CO
2
thể cứng cần thiết chỉ bằng 1/8 trọng lượng nước đá), tăng thêm vận tốc, vì
không phải xả nước và nước muối, nên cải thiện được chất lượng lớp vật liệu
cách nhiệt.
Đối với toa xe ướp lạnh nước đá, đường ray và các chi tiết của nó luôn
luôn bị nước muối làm ẩm ướt, dễ rỉ mục, đối với toa xe ướp lạnh dùng CO
2
thể
cứng tránh được hiện tượng này.
Song trong toa xe ướp lạnh dùng CO
2
thể cứng khó giữ cho độ nóng trong
xe được đều đặn, khó điều tiết nhiệt độ trong xe.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
13
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Có 2 cách làm lạnh bằng CO
2
thể cứng: trực tiếp và gián tiếp. Làm lạnh
trực tiếp là sau khi bốc hơi, hơi CO
2
tiếp xúc trực tiếp với hàng hóa. Khi nồng
độ CO
2
trong không khí vượt quá 10% thì gây ảnh hưởng xấu tới người và hàng
hóa.
không đặt ở trên một chiếc toa xe cùng với máy nén và các phần khác của
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
14
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
hệ thống làm lạnh, dùng nước muối làm vật đưa truyền lạnh tới các toa xe
hàng.
a) Toa xe ướp lạnh tập trung dùng nước muối
Sau khi được làm lạnh, nước muối từ bộ bốc hơi được máy bơm bơm vào
đường ống chính chảy tới nhóm đường ống làm lạnh nhóm ống làm lạnh được
treo ở dưới trần các toa xe hang hoá; sau đó nước muối đã nóng lại mem theo
đường ống chính chảy trở về bộ bốc hơi. Cứ thế, nước muối được tuần hoàn liên
tục, mang nhiệt từ các gian hàng hoá đưa truyền cho chất làm lạnh ( trao đổi ở
bộ bốc hơi). Nước muối thường dùng là CaCl
2
Đương nhiên bên cạnh các ưu điểm , các toa xe ướp lanh máy móc cũng
kèm theo các khuyết điểm : cấu tạo phức tạp, vận dụng, sửa chữa khó khăn, vốn
đầu tư lớn.
b) Toa xe ướp lạnh đơn chiếc
Toa xe bảo đảm vận chuyển các loại hàng hóa như sau: hàng hóa ướp
đông, nhiệt độ trong gian buồng hàng hóa giữ ở -20
o
C khi nhiệt độ không khí
ngoài trời là +30
o
C ; rau bí , hoa quả, khi nhiệt độ không khí ngoài trời là +30
o
C
trong hai ngày đêm.
Bệ toa xe có xà dọc giữa. Thùng xe kết cấu hàn toàn kim loại, mặt ngoài
1,1kw khi số vòng quay 2,800 vòng/phút.
Bộ bốc hơi bao gồm sáu nhóm đường ống có tấm tỏa nhiệt đồng. bộ bốc
hơi của cả hai trang trí làm lạnh được lắp chung trong một máy làm lạnh, được
ngăn cách nhau bằng một bức vách chắn ( bằng kẽm), bức vách này còn có tác
dụng dẫn không khí lưu thông. Bề mặt tỏa nhiệt của cả bộ làm lạnh không khí là
153 m
2
.
Trạm điều chỉnh đặt ở trong gian buồng máy móc, bao quanh ngoài được
cách nhiệt. Trạm điều chỉnh có hai van điều tiết độ nóng ( một cho độ nóng bốc
hơi t
= -30
o
C , và một cho t
= -10
o
C ) và hai van điều tiết nước muối; hai van
nước muối này có cùng một rơle nhiệt đặt ở trong gian buồng hàng hóa. Sức ép
chất làm lạnh được kiểm tra bằng một đồng hồ sức ép đặt ở một bảng riêng,
đồng hồ sức ép nối thông với công tác điện của động cơ điện dùng cho máy nén,
khi sức ép đạt tới 15at thì động cơ ngưng làm việc.
Phần trên của bộ làm lạnh được nối thông với đường ống thông gió bằng
một đường ống. Để lưu thông không khí , cùng hai máy quạt. công suất của
đồng cơ máy quạt là 1,1 Kw, động cơ này đặt ở trong gian buồng máy móc.
Năng lượng điện cần dùng cho thiết bị làm lạnh do hai cụm máy nỏ phát
điện đặt ở trong gian buồng máy móc sản ra. Cụm máy gồm có một máy nổ
công suất 25 ngựa và máy phát điện xoay chiều 3 pha công suất 19 kw ứng khi
vòng quay 1500 vòng/phút.
trên cơ sở tham khảo các toa xe cùng loại có sẵn.
* Các thông số cơ bản như:
- Chiều dài toàn xe 2L
0
(Tính từ tâm hai móc nối)
- Khoảng cách hai cối chuyển
- Chiều rộng bệ xe
- Chiều cao bệ xe
- Khoảng cách trục trong một giá chuyển…
Các thông số này sẽ được lấy sơ bộ từ kích thước thật của các toa xe cùng
loại đang vận dụng trên đường sắt Việt Nam từ đó tính toán kiểm tra và chỉnh
sửa cho phù hợp với thực tế.
II. Lựa chọn sơ bộ các kích thước kết cấu cơ bản của thùng toa xe
1. Lựa chọn sơ bộ các kích thước tổng thể
- Chiều dài: Toa xe 20676 mm
Thùng xe 20005 mm
- Chiều rộng: 2895
+5
0
mm
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
18
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
- Chiều cao: 3900
+0
-5
mm
- Sàn xe tới ray: 1100 mm
- Đầu đấm: 825 mm
Hình 2.1 Kết cấu bệ lựa chọn
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
* Đặc trưng hình học của một số xà chính trong bệ xe :
Bảng Đặc trưng hình học các xà trong bệ xe
TT Tên
Loại thép F(
2
mm
)
4
x0
mmJ
4
y0
mmJ
4
z0
mmJ
1
Xà đầu
[200x145x10 4700
150366,6 10156387
31056667
2 Xà cạnh [200x90x8 2912
59543,19
2203470,9 17431723
3 Xà gối Thép hộp 12640 90599925 1,163.
8
10
45262453
- Kết cấu vỏ thép thành bên được làm bằng tôn dày 2,5mm và được dập
gân tăng độ cứng theo chiều dọc xe. Để giảm ứng suất và tăng cứng. Khung thép
và vỏ thép được hàn ghép chắc chắn và được liên kết hàn với bệ.
* Đặc trưng hình học của các phần tử thành xe :
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
Bảng đặc trưng hình học của các thanh trong thành xe
TT Tên Loại thép F(
2
mm
)
4
x0
mmJ
4
y0
mmJ
4
z0
mmJ
1 Xà
ngang
trên
L75x75x5 725 5888,54 398277 398277
2 Xàdọc
cạnh
[200x90x8
2912 59542,1 2203470,9 1743172
3 Xà gang U35x90x5 1025 8147,91 806007,4 806007
4 Xà gang U35x90x5 1025 8147,91 806007,4 806007
- Khung thép gồm hai cột đầu xe là thép hình chữ [95x45x35x4, ngoài ra
còn có các cột đứng và ngang làm bằng tôn 4mm dập thành hình chữ [90x35x4.
- Thanh ngang trên được làm bằng thép chữ [115x75x4. Trên cùng là vành
mai L60x25x3.
- Thanh đứng làm bằng thép chữ [120x75x4.
- Kết cấu vỏ thép thành đầu được làm bằng tôn dày 2,5mm và được dập
gân .
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
24
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
25
Hình 2.4 Kết cấu thành đầu toa xe lựa chọn
Copyright: Tài liệu đại học ©