电池柜冷藏箱DC Tal之箱体结构设计

编编 号号 题目：题目： 电电池池柜柜冷冷藏藏箱箱DC Tall 之之箱箱体体结结构构设设计计 系系 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： ） （职称： ） 年 月 日 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的设计 电池柜冷冻箱 DC Tall 之 箱体结构设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 成果，其内容除了在设计中特别加以标注引用，表示致谢的内 容外，本设计不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果 作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 年 月 日 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 DC tall 是该厂根据市场需求开发研制的电池柜冷藏箱。电池柜 冷藏箱（DC tall）的主要结构采用的是钣金材料，本产品的主要研 究目的：将电池保持一定的温度，使得电池延长使用寿命。 装电 池后产品重量达 1.42t，保持电池柜内部温度 251，并保持内CC 部温度的均匀性。 国内目前没有相关类似产品，在国内该产品属于创新开发阶 段。国外该系列产品属于起步发展阶段，技术尚未全面成熟。在 不久的将来，将被大量生产并投入使用。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1.能够熟练应用 CAD，UG 等设计软件； 2.具备一定的机械设计，力学计算，较强的动手能力； 3.进行三维和二维图纸设计，力的计算等； 4.完成相关的零件图和装配图，其中包括三维图和二维图。 5.撰写毕业设计说明书一份。 （1）按学校要求完成毕业论文（不少于 8000 字） 。 （2）完成英文翻译（不少于 3000 字；英文资料翻译要正确表达原 II 文的含意，语句通顺。 ） （3）设计说明书论文格式满足学校相应的规范要求，内容完整，结 构安排合理，语句通顺。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 年年 月月 日日 至至 年年 月月 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 年年 月月 日日 II 摘摘 要要 本文以电池柜冷藏箱为例，电池柜冷藏箱（DC tall）的主要结构采用的是钣金材料， 本产品的主要研究目的：将电池保持一定的温度，使得电池延长使用寿命。装电池后 产品重量达 1.42t，保持电池柜内部温度 251，并保持内部温度的均匀性。 CC 本课题研究主要目的：将电池保持一定的温度，使得电池延长使用寿命。而研究 意义在于：节能减排、绿色成本、节约成本。本次设计的内容主要包括：总体部分的设 计计算，材料选择，结构要求，以及考虑到摩擦磨损等方面，完成一整套电池柜冷藏箱 （DC tall）箱体结构的设计图纸的设计和绘制、电池柜装配工艺流程编制以及结构上的受 力分析和强度校核。 本文将以零件的设计成型为核心，然后再加以装配。整个过程结束，必须有正确的 设计思想，并敢于创新探索；掌握零件的设计原理，方法和机械设计的一般规律，进而 综合运用所学的知识，培养了研究改进或开发新的基础零件及设计简单的机械的能力； 并学会运用标准，规范，手册，图册和查阅有关技术资料的能力。 关键词：关键词：电池柜冷藏箱；DC Tall；节能减排；箱体结构 IV ABSTRACT Battery cabinet freezers, for example, The battery cabinet freezers (DC tall) structure is used in sheet metal material, the main purpose of the product: the battery to maintain a certain temperature, extend the service life of the battery. Product weight 1.42T install the battery, to maintain the internal temperature of the battery cabinet 251, and to keep the internal CC temperature uniformity. The main purpose of the research: the battery to maintain a certain temperature, extend the service life of the battery. Meaning is: energy saving, environmental costs, and cost savings. The design of the main aspects of the overall parts: design calculations, material selection, structural requirements, as well as taking into account the friction wear. Design and drawing of a set of battery cabinet freezers (DC tall) box structure design drawings, the battery cabinet assembly process on the preparation and structural stress analysis and strength check. This will be part of the design forming the core, then add to the assembly. The process is complete, you must have the correct design ideas and innovation to explore; master the parts of the design principles, methods and mechanical design of the general rules, and then apply the knowledge and develop research to improve or develop a new foundation for parts and design simple mechanical ability; and the ability to learn the use of standards, specifications,manuals, Atlas, and access to the relevant technical information. Keywords: Battery cabinet freezers; DC Tall；Energy conservation; Box structure 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 1 绪论.1 1.1 课题来源.1 1.2 选题的目的和意义.1 1.2.1 选题的目的1 1.2.2 研究的意义1 1.2.3 国内外现状分析及展望1 1.3 国内外制冷压缩机的发展现状.2 1.3.1 概论2 1.3.2 制冷压缩机的特点和分类2 1.3.3 国内外制冷压缩机技术发展状况3 1.4 主要研究内容.4 1.5 待解决的问题.5 2 箱体结构设计.6 2.1 尺寸的确定6 2.2 材料的选择6 2.2.1 箱体材料的选择.7 2.2.2 发泡材料.7 2.3 外壳的设计10 2.4 内胆设计13 2.4.1 内胆与搁架连接部分.14 2.4.2 内胆侧成型部分.14 2.5 底托设计15 2.5.1 存在的问题.16 2.5.2 解决方法.16 2.6 搁架设计17 2.6.1 强度计算.17 2.6.2 刚度计算.18 2.7 新型的结构设计18 3 钣金工艺.21 3.1 钣金的定义及特点21 3.2 钣金工艺过程21 3.3 下加强件的加工过程23 4 结论与展望.28 4.1 结论.28 4.2 不足之处及未来展望.28 I 致 谢.29 参考文献.30 无锡太湖学院学士学位论文 0 1 绪论绪论 1.1 课题来源课题来源 DC tall 是根据市场需求开发研制的电池柜冷藏箱。 电池柜冷藏箱（DC tall）的主要结构采用的是钣金材料，本产品的主要研究目的： 将电池保持一定的温度，使得电池延长使用寿命。 装电池后产品重量达 1.42t 吊起时 顶部的四个螺丝每个都必须能承受 220kg 的拉力。保持电池柜内部温度 251，并CC 保持内部温度的均匀性。 1.2 选题的目的和意义选题的目的和意义 1.2.1 选题的目的选题的目的 将电池保持一定的温度，使得电池延长使用寿命。 如果在高于规定的 35C 以上操作温度的环境中，这个电池的电量会不断的减少，即 电池的供电时间不会像以往那么长。如果在这样的温度下，还要为设备来充电，那么对 电池的损伤将会越大。如果在稍微热的环境中存放电池，也不可避免的对电池的质量产 生相应的损坏。所以，尽量保持适当的操作温度是一种延长锂电寿命的有效方法。 温度太低也不好，如果在低温环境，比如 4C 以下中使用锂电，同样也会发现电池的 使用时间减少了，有些电子产品的原装锂电甚至充不上电在低温环境中。但是也不用太 担心，相比于高温环境下的使用，在低温环境下，温度升高，电池中的分子受热，就会 马上恢复到以前的电量。 1.2.2 研究的意义研究的意义 节能减排、绿色成本、节约成本。 中国经济的快速增长，各项建设取得了巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境 破坏的价格，这已成为群众之间的矛盾日益尖锐，环境污染问题反应强烈。这种状况 与经济结构不合理，增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构，改变增长方式， 资源支撑不住，环境不适合，不能承受的社会和经济发展的困难。只有坚持节约发展， 清洁发展，安全和发展，以实现经济社会又好又快发展。同时，温室气体排放引起全 球气候变暖，备受国际社会关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化 的迫切需要。 1.2.3 国内外现状分析及展望国内外现状分析及展望 国内目前没有相关类似产品，在国内该产品属于创新开发阶段。国外该系列产品 属于起步发展阶段，技术尚未全面成熟。但是在不久的将来，将会被大量生产并投入 使用。 随着制冷和空调行业的发展，这已成为衡量一个社会的经济实力，科技水平和生 活质量的重要指标之一。制冷技术在工业，农业，科技和国防等许多领域具有越来越 重要的作用。和其他以技术为基础的产业一样，环保，经济的发展和技术进步要求的 制冷和空调行业的驱动力。 加大可再生能源的研究、开发与规模化利用的力度的同时，各种节能技术的推广 应用就显得尤为重要。这里我们以家用空调为例，在我国的大城市中，空调用电量已 占居民用电量的 40%50%，给我们节能的警示。 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 1 在国外，一些工业发达国家的全年能耗已占整个系统总能耗的 40%至 60%，我 国对于空气调节的耗电总量的占比重慢慢的在增长，节能任务还需要我们继续努力。 因此，为了适应我国 “节能优先”的能源战略的发展要求以及 “资源持续利用、环 境不断改善”的社会发展目标，探索研究和开发实践制冷行业的新技术，是制冷行业 义不容辞的责任。 1.3 国内外制冷压缩机的发展现状国内外制冷压缩机的发展现状 1.3.1 概论概论 随着气体动力学研究的进展，制冷压缩机的效率不断得到提高；新材料的问世，轴 承、密封技术及机械加工技术的进步，解决了制冷压缩机向高压力、宽流量范围发展过 程中的一系列问题，使制冷压缩机的应用范围大为拓展1。 制冷压缩机已成功应用于空调，化工，石油等领域，并在许多领域和容积式压缩机， 展开了竞争，并取得了良好的效果。低流量叶轮离心压缩机制冷相关的关键技术（如高 压密封，防止涌动生产等方面）的进展，在许多全球制造商提供的制冷压缩机性能也不 断提高。 目前已经开发了许多传统材料所不具有较高的性能和特殊功能的材料，被广泛的应 用。这之间的活塞环与气缸壁的摩擦的问题，例如，传统的材料往往是过度磨损，从而 导致效率下降，气缸中的Ni-P镀层或镀镍碳化硅涂层的原始表面可以有效地降低摩擦力。 另一个例子是往复活塞式制冷压缩机密封件的最大力量，在最恶劣的条件下密封工作， PEEK具有的强度和韧性，安全，节能，低噪音和活塞式制冷压缩机，密封性能好等优势， 为创建新的出路。 我国的制冷压缩机的生产，起步于 20 世纪 50 年代，开展了中小型活塞式制冷压缩 机系列的研制，有 20 余种产品投入生产。螺杆式制冷压缩机从 1974 年开始研制，到 1978 年主要产品已经达到较高水平，2000 年生产了 3500 台。离心式制冷压缩机的研制 始于 1966 年，1969 年即生产出 6 级压缩、制冷量为 3500KW、用于乙烯装置的离心压缩 机，此后在产品性能上不断提高。我国的涡旋式制冷压缩机，大部分在合资企业和国外 在中国的肚子企业中生产。 总体而言，我国已经能够设计和生产各种类型的制冷压缩机。应该是未来的发展方 向，计算机，新材料和其他设备配合使用，虽然发达国家的发展走向，仍然有差距，但 经过不断的努力，我们必须把我们的制冷压缩机行业迈上一个新的台阶。 1.3.2 制冷压缩机的特点和分类制冷压缩机的特点和分类 根据制冷压缩机的工作原理，可分为两类。在排量式压缩机中，气体压力的可变容 积的减少被强制中常用的往复式压缩机的活塞式压缩机旋转式压缩机，螺杆式压缩机和 旋转式压缩机的不同可增大音量。在速度型压缩机中，气体压力表增加的动能转化而来 的气体，常用的离心式压缩机的转速的压缩机。 在适应不断发展的制冷剂，而制冷压缩机类型增加。从最初开发的往复式制冷压缩 机醚的一系列不同的制冷剂的容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。通过直接的蒸汽 压缩式冰箱排量式致冷压缩机，气体的体积减少，从而提高了压力的目的，离心式压缩 机的第一气体的动能增加，而压力有所增加，则动能转化为势能提高压力。 这一方面是制冷量范围的不断扩大，小到 100W，如往复式制冷压缩机，大到单机制 2 冷量 27000KW，如离心式制冷压缩机，另一方面是制造工艺的进步，一些制造困难的制 冷压缩机可生产。如螺杆式制冷压缩机，因其转子型线的复杂，故从设计到制造难度都 非常大，直到 1961 年研制成功了喷油螺杆制冷压缩机后，制冷领域才得到迅速的发展。 迄今已开始取代一些体积较大的往复式制冷压缩机，同时也取代了某些中等制冷量的离 心式压缩机。 往复式压缩机： 往复式压缩机的历史最长，各种型号齐全，广泛被制冷与空调业应用。其进一步分 为全封闭式，半封闭式和开启式三种，对于全封闭式压缩机，它的电机封闭在压缩机机 壳内，功率因名义转速不同而从 0.05KW22KW 不等；因能够拆卸和维修，半封闭式功 率范围很大，从 5KW110KW 不等；开启式可用于低温、大冷量深冷冻结，及运输制冷 系统，并有不同型号可供选择。其中半封闭式在世界各地生产量最大，在全世界的很多 国家的知名企业都在大量生产。 旋转式压缩机： 旋转式压缩机多用于小型空调器，如便携式、窗式、小型分体式空调器及小型除湿 机中，在日本，这种机型还用于家用冰箱及小型冷凝机组。日本厂家支配了世界生产的 产品及技术，尤其变频热泵空调器用旋转压缩机大部分是在日本研发生产的。Mastsushifa 是世界最大的旋转压缩机生产商，每年的全球生产量超过一千万台，约占世界市场份额 的 40%，目前世界很多国家也在扩大生产。 涡旋式压缩机： 涡旋式压缩机是最近几十年才开始规模化生产运用的，但是它在制冷应用中越来越 重要。它是由固定涡旋卷盘和绕行涡旋卷盘组成。由于这种压缩机的扭矩由气体压缩造 成波动较小，所以它的振动要比往复式和旋转式压缩机小。 螺杆式压缩机： 螺杆式压缩机在近几年逐渐在一定冷量范围取代活塞式，开始主要应用于中型和大 型的冷水机组中。它们许多是半封闭型的，制冷量在 30200 冷吨范围内，虽然它的价格 要比活塞式高出很多，但由于它的紧凑和容易操作及维护性，广泛应用于冷水机组和制 冷整体装配机中。 其主要有两种不同的型式：双螺杆式和单螺杆式。大量生产应用于空调器或热泵行 业的 3045KW 的双螺杆半封闭式压缩机，而单螺杆式的生产规模相对较小。 离心式压缩机： 离心式压缩机与活塞式和螺杆式等容积式不同，因为离心式适用于大容量的制冷装 置，离心式压缩机可以利用叶轮旋转所形成的离心力来压缩大量低压气体。离心式冷水 机组的应用，美国具有统治力。作为中国的生产商，重庆通用机械公司较出名。在欧洲 和东亚，市场基本上被美国的主要生产商所占据。 1.3.3 国内外制冷压缩机技术发展状况国内外制冷压缩机技术发展状况 迄今为止，制冷压缩机已经经过了一百多年的发展。1834 年在伦敦工作的美国发明 家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸汽压缩式制冷机，并正式申请了英国专利， 这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏形。但是乙醚易燃易爆，于 1875 年卡列和林德用氨 作为制冷剂，从此蒸汽压缩式制冷机占了主要地位。1930 年，氟利昂制冷剂的使用给蒸 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 3 汽压缩式制冷机带来了新的变革。 压缩机在与制冷机的适应过程中也不断发展。如氨对铜有腐蚀性，则氨压缩机中不 允许使用铜质零件；氟利昂制冷机渗透性强，对有机溶剂有溶胀作用，在制造氟利昂制 冷机时必须充分考虑；二氧化碳压缩机用于跨临界的制冷循环，排气压力是传统制冷机 510 倍，故其可靠性和密封性有较高的要求；碳氢化合物易燃易爆，因而对碳氢化合物 的制冷压缩机安全性要求很高。从 20 世纪 70 年代开始，随着环境友好型制冷剂的开发 和应用，制冷压缩机的研发也取得了很大的进展。 目前，冷压缩机的国际发展方向是高压和小流量压缩机产品不断涌现；压缩机容量 不断增大、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器相继出现；三元流动理论研究进一 步深入，不仅应用到叶轮设计，还发展到叶片扩压器静止元件设计中，机组效率得到提 高；采用噪音防护技术，改善操作环境等。 多年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，攻克不 少难关，取得重大突破。但是，我国制冷压缩机在高技术、高参数、高质量和特殊产品 上还不能满足国内需要，50%左右产品需要进口。另外，在技术水平、质量、成套性上和 国外还有差距。随着石化生产规模不断扩大，我国制冷压缩机在大型化方面将面临新的 课题。 目前制冷压缩机的发展趋势简述如下：(1) 创造新的机型。(2) 冷压缩机内部流动规 律的研究与应用。(3) 高速转子动力学的研究与应用。高速转子的平衡、高速转子的弯曲 振动和扭转振动、高速转子的支承与抑振、高速转子的轴端密封和高速转子的使用寿命 预估等。(4) 新型制造工艺技术的发展。(5) 冷压缩机的自动控制。为使冷压缩机安全运 行、调控到最佳运行工况或按产品生产过程需要改变运行工况等，均需要不断完善自动 控制系统。(6) 冷压缩机的故障诊断。为使制冷压缩机安全运行，变定期停机大修为预防 性维修，采用在线监测实时故障诊断系统，遇到紧急情况及时报警、监控或联锁停机。(7) 实现国产化和参与国际市场竞争。许多大型的复杂冷压缩机均已由从国外引进过渡到实 现国产化，并随着一些大型工程装备的出口，向国外销售，参与国际市场的竞争。 1.4 主要研究内容主要研究内容 1. 电池柜冷藏箱各个部分的设计方案与装配方案。 蓄电池放置在搁架上，搁架必须承受住蓄电池的重量。解决搁架设计方法及强度计 算。 2.强度问题： 电池柜内部装电池后重量达 1.42t，搁架四周用到的所有螺丝必须能承受蓄电池的压力解 决强度的设计方法及方案： （1）外部：采用高强度螺栓 M8 8.8 级别，材质：镀锌。箱体上采用 M8 不锈钢铆螺 母，并在内部附加 1mm 厚的不锈钢加强板。 （2）内部：用侧内剪切力来分散承重的单一性，以每层12个受力点均匀分布，并在 内胆附1mm厚的加强板，材料：镀锌板，加强板上也有剪切力的成形设计。 4 1.5 待解决的问题待解决的问题 1.防水性要求：背部拼接达到 IP65 等级即：浸水一米以内不漏水； 其余拼接部分 IP55 级即要求能够防雨。 2.门和箱体的防腐蚀性 3.整个机器的保温性及隔热性能。防止能量损失小于整体的 35%。在环境温度 35C 时，压缩机输入功率 170W，制冷功率 280W。保持内部室温 25C,以及内部温度的均匀性 1C。 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 5 2 箱体结构设计箱体结构设计 2.1 尺寸的确定尺寸的确定 图 2.1 箱体 冷藏箱外箱一般有两种结构形式。一种是拼装式，即由左右侧板、后板、斜板等拼 装成一个完整的箱体。其优点是不需要大型辊轧设备，箱体规格变化容易，具有多规格、 多系列的产品特点，但对每块侧板要求高，强度不如整体式好。 另一种是整体式，即将顶板与左右侧板按要求辊轧成一倒“U”字形，再与后板、斜 板点焊成箱体，或将底板与左右侧板弯折成“U”字形，再与后板、斜板点焊成一体，前 者要求辊轧线长度较长，而后者要求辊轧宽度较宽。 这里我选择的是拼装式结构。我选择这种结构很大的原因是它不需要大型辊轧设备， 很适合我这种个人的研究。 箱体结构：外形尺寸为 660mm 575mm 1921.8mm（宽深高） 2.2 材料的选择材料的选择 冷藏箱的结构包括：外壳，发泡层，箱体。材料决定着基本的结构尺寸，自然会影 响到工艺和最后的造型。机械生产上就必须考虑耐用性,强度要求,加工便利否,成本等。 举个例子说为了满足使用需要，桌子上可能搁置的东西我们可以事先确定下来，如 可能放一台电脑的显示器、一小堆书藉。 6 另外也有可能有人会上去踩一下拿高处的东西等，这样我们就确定了它的设计功能 和最大的可能负载值；这时你就能够看到它们的区别了如果用钢材，那么能满足这 种需要时，它的结构件相对较小；木材就要相对大些。 由于构件小那么造型相对就可以细致些变化可以多些，而相对大的则变化就少了； 那么工艺上的不同也就不需要我再说了吧但对于相近的材料，只是可能非业内人士 要相对难理解一些，其基本道理是一样的，再如同是金属材料钢、铁、铜、铝等材 性也都有着很大的差别对于各个部分材料的选择也是非常重要的，下面就是各个部分的 材料选择。 2.2.1 箱体材料的选择箱体材料的选择 箱体是冷藏箱结构的整体结构，所以箱体材料一般选用 HT200400 的各种牌号的灰 铸铁，而最常用的为 HT200。 HT200 抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、 汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。应用举例： 1.一般机械制造中较为重要的铸件，如：汽缸、齿轮、机座、金属切削机床床身及 床面等。 2.汽车、拖拉机的气缸体、气缸盖、活塞、刹车轮、联轴器盘以及汽油机和柴油机 的活塞环。 3.具有测量平面的检验共建，如:划线平板、V 形铁、平尺、水平仪框架等。 4.承受 7.85MPa 以下中等压力的液压缸、泵体、阀体以及要求有一定耐腐蚀能力的 泵壳、容器。 5.圆周速度1220m/s 的带轮以及其他符合所列作条件的零件。 6.需经表面淬火的零件。 2.2.2 发泡材料发泡材料 对于发泡我们没接触过的肯定不了解，下面我会简单的阐述一下有关发泡层的含义。 1、什么是发泡层：发泡层就是保温层（泡沫的） 。 2、冰箱发泡层在哪：后背、两侧、上下和门的夹层都是发泡层，可以起到隔热的 作用。 3、冰箱发泡层的材料：温水箱就是在普通的水箱外面加一层发泡料，再加一层不 锈钢板子。 常规的节能技术主要从三个方面来降低冷藏箱的能耗： 1.增加冷藏箱的发泡层厚度 普通冷藏箱冷藏室发泡层厚度为 30mm 至 40mm，冷冻室厚度为 65mm 至 85mm。 节能冷藏箱为了减少冷量向外界的辐射将冷藏室的发泡层厚度增加为 50mm 至 60mm，冷 冻室发泡层厚度增加到 80mm 至 95mm 甚至是 115mm。 2.采用机械式温控器 单循环制冷系统的冰箱压缩机，相比双循环制冷系统的冰箱，开机时间短，较为省 电，开停只受冷藏室温度控制，同时采用单循环制冷系统机械式温控器、单循环制冷系 统的冷藏箱没有电脑板、电磁阀等耗电部件。 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 7 3.采用高效无氟压缩机 高效无氟压缩机在冰箱上已经广泛使用，其能源效率值（COP）能达到接近 2，是 冷藏箱节能的最主要手段。 4.采用常规节能技术的优点是生产工艺简单、可靠性高、成本增加较少，但其缺点 也很明显：发泡层体积过大影响冰箱的美观效果；温控器操作不简单，必须根据季节的 不同来控制温度档位，单循环系统的冷藏箱冷冻能力小，不能完成速冻等功能，在冷冻 多数新鲜食品时会不行。采用常规节能技术的冰箱另外一个不太好的弱点是耗电量的不 均匀性，单循环制冷系统冷藏箱因为其温度受冷藏室控制，冬季环境温度较低的时候必 须打开温度补偿装置才能保证冷藏箱的正常运行。 而我选择改变发泡层的厚度来达到节能的目的。 发泡层如图所示： 图 2.2.1 发泡层 塑料发泡的技术渊源久远。最早是 20 年代初期的泡沫胶木，用类似制造泡沫橡胶 的方法制取；30 年代出现硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40 年代有聚乙烯、聚氯乙烯、 环氧树脂、酚醛泡沫；50 年代则有可发性聚苯乙烯泡沫和软质聚氨酯泡沫。基本上所有 的塑料，包括热塑性和热固性的都可以发泡为泡沫塑料。工业上的制备方法有：挤出发 泡、注塑发泡、模塑发泡、压延发泡、粉末发泡和喷涂发泡等等。其中，注塑发泡是最 重要的成型方法之一，在这里重点讲述注塑成型发泡。 发泡成型原理： 8 塑料的发泡方法根据所用发泡剂的不同可以分为物理发泡法、化学发泡法和机械发 泡法三大类。 目前用于冷藏箱保温的主要应该是聚氨酯硬质泡沫塑料，它的保温性能好且成型方 便。保温层厚度越大保温效果会越好但同时带来初期成本高、保温层支撑强度不够等问 题，故而应适可而止。 图 2.2 发泡工艺 1、聚氨酯现场发泡技术优点在现场发泡、喷涂（或灌注）聚氨酯泡沫塑料隔热层的 方法，其表面是一整体，没有拼接，冷损失少，而且效率高，容易达到质量要求，减少 施工程序，省去导管表面的防腐涂层。 2、聚氨酯现场发泡施工工艺原理聚氨酯泡沫塑料发泡喷涂、灌注工艺原理，是聚醚 异氰酸酯的聚合反应能生成胺基甲酸酯，即能生成所需的聚氨基甲酸乙酯，也就是常称 的聚氨酯泡沫塑料。 在反应过程中同时加入催化剂、交联剂（乙二胺聚醚） 、发泡剂（R-113 或 R-11 和水） 、泡沫稳定剂（硅油）等，其作用是促进和完善化学反应11。这些原料分两组，经充分 混合后分别由计量泵按比例打入特制的喷枪内，在喷枪或灌注混合器内充分混合喷涂于 管道或设备表面，发生反应，在 510S 内起泡而生成泡沫塑料，并固化成型。 3、聚氨酯现场发泡施工方法 （1）喷涂法：按配方将两组溶液分别贮于两个料桶中，物料以过滤至计量泵，由风 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 9 动马达带动运转，将料输入料管至喷枪体，由压缩空气调节阀将物料带进混合室，混合 后通过喷管喷嘴，喷到管道或设备上发泡成型。 （2）灌注法：将配制好的两组溶液分别贮于料桶中，运送到计量泵，由风动马达带 动运转，将物料输入料管至灌注混合器，由压缩空气通入灌注马达，带动搅拌轴使两组 物料混合，然后注入模具发泡成型。聚氨酯现场发泡施工注意事项在室温条件下搅拌物 料，使其混合反应，然后较快的灌注在需要成型的空间，施工时应控制反应发泡时间， 使搅拌后的混合物呈液态灌注到空隙中。在发泡过程中，会产生很大的膨胀力，应对灌 注夹层或模型做适当加固。 聚氨酯微孔弹性体（PUE）为发泡的聚氨酯弹性体。具有体质轻，能变形、抗冲击、 易模塑、耐折性佳，是弹性优良，具有较高密度和强度的微孔材料。 2.3 外壳的设计外壳的设计 如图所示，依次为左右侧板，箱体顶盖，后盖板。 图 2.3 左右侧板 如图，左右侧板的尺寸为：1431.2mm 458.4mm 1.5mm（长宽厚） ，四周为 10mm 高的拼接边。板是切割掉 168mm 130.4mm 的矩形板。材料是 OCr19Ni9。 这里必须要介绍一下 OCr19Ni9 这种材质。 OCr19Ni9 ：奥氏体不锈钢,两端接管或法兰采用低碳钢或低合金钢。 市面上常用的是 0Cr18Ni9，不锈钢耐热钢使用最广泛，用于食品用设备，一般化工 设备，原子能用工业设备。也就是俗称的 304 不锈钢。 10 图 2.4 箱体顶盖 如图，箱体顶盖的尺寸为：194.1mm 187.6mm 1.5mm（长宽厚） ，板上打 4 个 直径为 4mm 的孔。材料是 OCr19Ni9。 图 2.5 后盖板 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 11 如图，后盖板的尺寸为：1789.8mm 660mm 1.5mm（长宽厚） ，中心打一个直 径为 32mm 的通孔。材料是 OCr19Ni9。 冷藏箱的外壳体材料主要是以 OCr19Ni9 为主，此材料的优越性：硬度大，磨性好， 可进行各种各种加工，还能配合和其它材料很好的配合，发挥装饰效果和进行漂亮的加 工等等。 局限性：密度明显比其它材料大，绝缘性能较差，此外，加工所需的设备和费用， 比塑料和木材花费要大等等。 外体的制作：钢板毛坯 调直剪裁 上线 冲孔冲角 折侧边 折高低边 这侧帮水洗 除油 水洗 除锈 水洗 活化 磷化成膜 水洗烘 干 喷粉 加热 固化 主要工艺：磷化喷漆静电喷塑工艺原理：把粉末涂料喷使用静电喷粉设备涂到工件 表面，在静电作用下，粉末会均匀的吸附于工件表面。 形成粉状的涂层：粉末涂层经过高温烘烤流平固化，变成效果各异（粉末涂料的不 同种类效果）的最终涂层喷涂效果在机械强度，附着力，耐腐蚀，耐老化等方面优于喷 漆工艺。 工艺名称：前处理。工艺流程：除油 除锈 磷化 钝化。 工件经前处理后不但表面没有油，铁锈，而且原来银白色有光泽的表面上生成一层 均匀而粗糙的不容易生锈的灰色磷膜，既能防锈又能增加喷塑层的附着力；相关设备： 前处理槽（混凝土做槽） 。 相关化学药品：硫酸，盐酸，纯碱，酸性除油剂，磷化剂，钝化剂。 工艺名称：静电喷涂。 工艺流程：将工件表面利用静电吸附原理均匀的喷上一层粉末，落下的粉末通过回 收系统，过筛后可以再用。 相关设备及材料：静电喷塑机（ 电粉末喷涂机） 粉末回收系统，粉末涂料。 工艺名称：高温固化 。 工艺流程：将喷涂好的工件推入烤炉，加热到预定的温度（一般 185 度） ，保温相应 的时间，开炉取出冷却即得到成品。相关设备：固化炉 艺名称：装饰处理 工艺流程：静电喷涂的工件为了达到某一种外观效果如：各种图案而采取的处理工 艺。 （罩光，转印等处理工艺） 12 2.4 内胆设计内胆设计 图 2.6 传统内胆 内胆是制冷柜最重要的一部分之一，冷藏柜的箱体肯定是要有内胆的，所有需要冷 藏的东西都要放在里面。冷藏箱内胆的成型质量、成品率、生产效率都直接影响冷藏箱 的质量和成本。 传统内胆的制作利用的是真空成型，真空成型的原理是将热塑性塑料板（片）材固 定在模具上方，用辐射加热器加热至软化状态，再将模具移向塑料板材，在模具与板材 之间形成空腔，用真空泵将空腔中的空气抽掉，借助大气压力使板材覆盖在模具上而成 型，冷却定型后，在借助压缩空气将塑料件从模具上脱模。真空成型法可生产各种塑料 容器及型材，工艺简单，效率高，被广泛用于各行业。 内胆的材质很重要，一般都是用 ABS 或者 HIPS 的。现有的制冷柜的内胆都是利用 内胆上突出的导轨作基础与搁板相连接。如图 2.4 所示。 而我的设计，摒弃了传统工艺的真空成型法，利用简单的成型法，把内胆分开成型， 最后装配的时候拼接，内胆的两侧打 4 排，每排 7 个，直径为 8mm 的孔，与搁架用 M8 的螺丝连接。装配时，把搁架和内胆上的孔对应，利用 M8 的螺丝收紧，12 个支点具有很 强的牢固性，依次把四个搁架全部固定。这样的好处就是加强搁架的载重，因为我的设 计基础是工业的设计，所以更倾向于产品的经济性。 传统冷藏箱的内胆有时候会出现开裂，这是因为生产过程中使用食品脂和内胆接触产 生反应造成的或者真空成型是加热不匀造成局部胆薄，一般无法修复。 而我设计的内胆，因为使用的不是 ABS 或者 HIPS 的材质，并且是拼接形式的，所 以没用这方面的隐患。 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 13 2.4.1 内胆与搁架连接部分内胆与搁架连接部分 图 2.7 内胆与搁架连接部分 每一块搁板上连接有四个连接部分，长 206mm，高 85mm，厚 1.5mm 的薄片，其材 质为 ABS。 ABS 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及 电气性能优良。ABS 具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着 色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、 汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑 料。 用侧内剪切力来分散承重的单一性，以每层 12 个受力点均匀分布，用十二个 M8 的 螺丝与内胆左右侧紧密的拧接在一起。 我在网上查阅了一下，发现有很多制冷柜的内胆会有开裂的现象，而开裂的部分就 是内胆与搁架连接部分，这让我很感兴趣。所以我没有选择原有的工艺，设计了这种使 用螺丝连接两部分的结构设计。 2.4.2 内胆侧成型部分内胆侧成型部分 可以根据金属衬垫的材料成分和塑料衬垫。 有喷金属钢胆，印刷和其他类型的铝及铝合金棒，优点是强度大，易于制造，模具 简单，缺点是耐腐蚀性稍差，不能做复杂形状的眼线，两侧和背面需要加固槽成型不出 来，您可能必须把马赛克配件。有两个主要的塑料衬套，ABS 材料和 HIPS 材料，冲头或 模具真空成型。 ABS 塑料表面的光亮度，硬度，韧性，和泡沫材料具有良好的粘接性能，但其价格 较高。HIPS 塑胶，表面上是黑暗的，不是很顺畅，少了几分韧性和粘性泡沫材料是不是 太牢，容易从皮肤的现象，但价格较低。 目前较常用的复合塑料衬套，衬板装置形成的复合板=表面的 ABS 塑料，HIPS 塑胶 的背面，同时考虑到各种塑料的优点。 虽然和金属内胆相比，塑料内胆强度和硬度较低，耐热性稍差，成型模具较复杂， 且塑料内胆光洁美观，无毒无味，耐腐蚀，绝热绝缘性能良好，制品尺寸稳定，生产效 率高，容易加工成型，能成出各种复杂的形状。 因此，目前大部分冷藏箱内胆都采用塑料材料制作。但是我们这里仍然选择使用金 14 属内胆。 冷藏箱内胆设计质量的好坏，直接影响到产品成型的难易程度，成品率的高低及箱 体的装配质量。我们经过长期的摸索和反复的实践，逐步总结和掌握了一些电冰箱内胆 的优化设计原则和方法。 图 2.8 内胆左右侧 这里，内胆的左右侧成型部分，长 1467.6mm，宽 536.7mm，选用 Q235 材质。 Q235 大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、 桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D 级 钢还可作某些专业用钢使用。可用于各种磨具把手以及其他不重要的磨具零件。 用这种材料制成的焊接结构，受动力载荷作用时接头容易出现裂缝2。不宜在低温下 工作，有时会产生硬化现象。相比之下，镇静钢质优而匀，塑性和韧性都好。 内胆左右侧的板中间，需要打 4 排，每排 7 个，直径为 8mm 的孔，装配的时候方便 与搁架拼接。板的四周需要突边，边上打小孔，用于内胆的拼接组装。 2.5 底托设计底托设计 关于底托的设计方案，我的选择是 660mm 575mm（长.宽） 。材料是 OCr19Ni9。底 托作为整个冷藏箱的奠基石，需要非常大的硬度和耐磨度，这里对于底托的设计，我还 存在一些问题，当然我也以我自己的想法做出解决方案。 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 15 图 2.9 底托 2.5.1 存在的问题存在的问题 由于冷藏箱装上电池总共有 1.42 吨，所以作为整个冷藏箱的底座，必须能承受所有 的重量。此外，还要考虑到冷藏箱中会盛放物品。所以，底托的材质选择是一个必须考 虑的问题。另外，还要考虑冷藏柜的搬运，如此的重量非人力所能搬运，所以要依靠机 械，比较耗费人力物力。 2.5.2 解决方法解决方法 这里我们选用钢轨钢作为主要的钢材来制造底托，钢轨主要承受机车车辆的压力及冲 击载荷，因此，要求有足够的强度和硬度及一定的韧性。底托作为冷藏箱的底座，无论 是静立或是搬运时，所要承受的压力和冲击载荷都要求底托的材质要有足够的强度，硬 度和韧性。考虑到在室内会经常搬运或者移动，所要求底托必须经得住撞击或者说是摇 曳。 图 2.10 滑轮 按照设计，我们可以在冷藏柜正面的一侧，在底托上安装两个滑轮，这样的设计是 16 让冷藏箱静立的时候更加稳定。而此背后的一侧安装两个带有刹车也就是有锁扣的滑轮。 搬运的时候只要两个人甚至一个人就能移动，只要把滑轮的刹车解除，慢慢推就能移动， 省时省力，如此，搬运移动都可以比较方便。当然，作为支脚的滑轮材质必须能抗压， 耐磨，所以这里我们选用 ABS 塑料材质。这里为什么要贴别用有锁扣装置的滑轮呢？因 为冷藏箱自身重量很大，所以惯性也很大，这样就能防因为地势不平或者其他情况而自 行滑动的现象，以免造成大的事故。 2.6 搁架设计搁架设计 图 2.11 搁架 设计要求将所有机构都包围在搁架中，所以搁架应该做成中空的且有足够强度，上 面盖上搁板，要求其自重不是很重。 结构设计：传统冷藏箱在搁架上用于包围同步带的宽槽的外面槽壁上端用与搁板下 面伸出一段长度带有沟槽的尺寸相配合。这里我选择的是利用 M8 螺丝连接各级和内胆， 以达到连接和封闭的目的。 材料选择：因在冷藏箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响， 成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求。也可以选用有机玻璃，涤纶 等非金属材料。 2.6.1 强度计算强度计算 我使用的是 M8 级别的螺丝 M8 级别 查表得 45 钢 ： 40MPa ABS ： 35MPa 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 17 这里我们假设搁架上承载的蓄电池是 100Kg 的重量 (2.1)100 101000FmgN (2.2)1 1000 250 44 F FN =1.5206-3 8 =1.5 182=273 ABS A 2 mm (2.3) 6 250 =100.92a700 时，效果变弱。 所以如何加工这块板件，首先肯定要选材。我选择的是 Q235。板材的尺寸为 593mm 261.5mm 1.5mm（长.宽.厚） 。如图所示： 图 3.3 下加强件 在折弯之前，要先对这个板材进行切割，使用乙炔切割掉如图的两个部分 210mm 163mm 和 20mm 20mm，之后打磨平整切割的边。 接下来就是折弯部分了。一般的折弯机如下简图所示： 24 图 3.4 折弯机简式图 折弯机是一种能够对薄板进行折弯的机器，其中该结构包括支架，表和夹紧板，放 置在支架上的表，和压纸表是由基座构成，通过铰链与夹紧板的基极被连接到基座由座 椅壳线圈和盖板，线圈放置在凹槽内座椅外壳，与凹进顶盖覆盖。当所使用的导线的线 圈被激励时，发电板重力后，为了实现的底板和夹板之间。其结果是，电磁力夹持板可 以做成多种工件等的要求，并有可以被处理的工件的侧壁。可以更换，以满足多种工件 折弯机折弯机模具。 折弯机主要是对钣金进行折弯、压筋、踏边。分普通折弯机和数控折弯机。普通折 弯机又分手动和机动两种。普通折弯机主要用于工艺简单、精度要求不高的钣金件折弯， 加工效率低、产品成形精度不高。工件上下，一次成形。折弯最大长度达 3120mm，可加 工厚度 0.56mm,可定位尺寸 8500mm，最小角度 30。折弯角度精度0.3，折弯尺寸精 度0.2mm，具有二维单显 CRT，可方便的完成折弯参数控制。 孔边距：先冲孔后折弯，孔的位置应处于弯曲变形区外，避免弯曲时孔会产生变形。 孔壁垒弯曲的距离见下表： 表 3-1 孔壁垒弯曲 电池柜冷冻箱 DC Tall 之箱体结构设计 25 这里我选择的是右边的情况，按照已知条件，L=210mm，S=28.5mm，t=1.5mm，需 要求的是 r=？ 一般常用的材料的最小弯曲半径见下表： 表 3-2 材料的最小弯曲半径 我选择的是 Q235，所以 r=0.5t，S=3t+r=mm28.5mm，所以是3 1.50.5 1.55.25 安全的。另一侧也按照此方法折弯。 折弯完成之后，是钳，把不平整的地方钳平，然后继续折弯，知道折弯的两侧都平 整。 之后就是要进行表面处理，我选择是表面镀锌。 那么为何要镀锌呢？ 镀锌可防止锈蚀，并对金属提供一层锌质的保护膜，具有导电性的金属材质修补增 色护理剂；唯一的双重保护，合成金属树脂保护层和阴极保护层，能抵抗恶劣天气，适 合金属长期作外层保护；抵抗盐及水的腐蚀效果极佳。强力附着于各类金属及其合金上， 可直接喷涂不需底漆，耐高温，不怕烘烤，干燥后涂层可抗高温约为 120。防烘干温C 度可达 80，快干。经济实用，一喷即可防锈。C 防腐功能不仅仅基于锌涂层中锌的含量，而且还受锌层中颗粒的大小影响。锌颗粒 越小则涂层密度越高，涂层质量较高时则象一层 100%的高温电镀。这些细小颗粒的作用 在于使涂层更加紧密，不仅可以防腐，而且可以成为防止锌成分挥发的小于等于 120m（垂直面上）的涂层。成功的喷涂效果可以使涂层厚度大于等于 6mm，一般使用 条件下，在大气中的防腐时间可达二十年以上。 镀锌原理：溶液中含有锌镀浴，清理和特殊的前处理待镀作为阴极，一个阳极电镀 的金属制成的，双极直流电源的正负极连接的解决方案，包括锌镀覆金属的化