Nghiên cứu, thiết kế toa xe ướp lạnh chở thực phẩm, hoa quả cho đường sắt Việt Nam

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.

Rau quả cung cấp cho con người nhiều vitamin và khoáng chất, ngoài ra rau quả
còn cung cấp cho con người nhiều chất xơ, có tác dụng giảm các độc tố phát
sinh trong quá trình tiêu hoá thức ăn. Do vậy, trong chế độ dinh dưỡng của con
người rau quả không thể thiếu và ngày càng trở nên quan trọng.
Ở nước ta bên cạnh lượng rau quả lớn được tiêu dùng trong nước, rau quả
và các sản phẩm của rau quả còn là nguồn hàng hoá xuất khẩu quan trọng. Đặt
biệt từ những năm 1999 với chương trình phát triển cây ăn quả của Bộ nông
nghiệp và phát triển nông thôn, nhiều nông trường, trang trại chuyên canh rau
quả ra đời góp phần làm phong phú, dồi dào thêm nguồn nguyên liệu rau quả
trong cả nước. Như khi tới thời vụ hàng tấn dứa, hàng tấn dưa hấu, xoài, vải ...
bị hư hỏng hoặc phải bán tháo với giá rẻ vì không thể vận chuyển đi xa hay xuất
khẩu được, làm ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế.
Qua đó ta thấy việc áp dụng các phương pháp bảo quản rau quả tươi ở
Việt Nam vẫn chưa được áp dụng rộng rãi, đúng phương pháp và có hiệu quả.
Đó cũng là điểm yếu của các mặt hàng rau quả tươi của Việt Nam trong thị
trường xuất khẩu.Vì thế để phân phối, lưu thông rộng rãi rau quả tươi, tăng chất
lượng rau quả trên thị trường trong và ngoài nước thì việc áp dụng các phương
pháp bảo quản tiên tiến trong qúa trình vận chuyển là vấn đề cần phải chú trọng.
1. Khái niệm về hàng hoá dễ hư hỏng
Tất cả các loại hàng hoá không cho phép để lâu trong môi trường bình
thường mà phải dùng cách giữ gìn riêng biệt để đảm bảo phẩm chất của chúng
đều gọi là hàng hoá dễ hư hỏng bao gồm các loại: thịt, cá, trứng, sữa, hoa quả,
rau đậu…
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
2
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
2. Nguyªn lý gi÷ g×n thùc phÈm vµ ®iÒu kiÖn thÝch hîp nhÊt.
Quá trình thực phẩm hư hỏng bao gồm hai loại : biến đổi về sinh vật và
biến đổi về hoá học.

• 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

xuất tới khi tiêu dùng thì phải luôn luôn giữ thực phẩm ở nhiệt
độ thấp.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
3
ỏn tt nghip Khoỏ 2002-2007
p lnh khụng nhng cn tr quỏ trỡnh thc phm h hng, m
cũn gi gỡn c c mu, mựi v, v sinh t ca thc phm.
Tu theo nhit p lnh cao hay thp m ta chia ra lm gi
lnh v gi ụng. Gi lnh l gi cho nhit thc phm
khong 4
o
ữ 0
o
C ; cũn gi ụng l gi cho thc phm nhit
thp hn nhit kt ụng ca nú, lỳc ny phn ln nc trong
thc phm ó kt tinh. Núi chung, thc phm gi ụng lõu
hn thc phm gi lnh. Tu tng loi thc phm khỏc nhau m
nhit p lnh thớch hp nht khỏc nhau.
Ngoi nhit ra, m cng nh hng ti phm cht thc
phm; m ln giỳp vi sinh vt ny n, m thp s lm
thc phm co ngút v nt v. Mi mt loi thc phm cú m
thớch hp ca riờng mỡnh, phn ụng trong khong 85~95%
( xem bng 1).
Bng 1 gii thiu nhit p lnh v m thớch hp nht ca mt s
thc phm v thi gian gi c lõu tng ng.
Bng 1:
Thực phẩm
Nhiệt độ -
ớp lạnh

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

3. Quá trình đông kết của thực phẩm.
SV:BI QUANG THNH Lp: u Mỏy - Toa Xe - K43
NGUYN TRNG NGHA
4
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Quá trình làm cho thực phẩm nguội lạnh tới lúc phần lớn nước chứa
trong đã kết tinh gọi là quá trình thực phẩm kết đông. Trong dung dịch của thực
phẩm có chứa các loại muối nên nhiệt độ kết đông của thực phẩm nói chung
thấp hơn 0
o
C. Khi thực phẩm kết đông tinh thể nước không ngừng tách ra khỏi
dung dịch của thực phẩm, nồng độ muối trong dung dịch còn lại tăng lên dần, và
điểm băng ngày càng thấp xuống. Khi nhiệt độ xuống dưới điểm kết tinh, toàn
bộ nước trong thực phẩm mới kết tinh hết; đối với phẩn lớn thực phẩm nhiệt độ
khoảng -60
o
C.
Tuỳ theo quá trình xảy ra nhanh hay chậm mà chia kết đông ra làm hai
loại: kết đông nhanh và kết đông chậm. Trong cả hai trường hợp có thể chia quá
trình kết đông làm 3 bước:
• Bước thứ nhất: từ nhiệt độ ban đầu, thực phẩm dần nguội đến
nhiệt độ bắt đầu kết đông.
• Bước thứ hai: thực phẩm liên tục kết đông ở một nhiệt độ nhất
định nào đó.
• Bước thứ ba: từ nhiệt độ kết đông thực phẩm nguội dần tới nhiệt
độ giữ lạnh.
Có thể thấy trong cả 3 bước này kết đông nhanh xảy ra trong khoảng thời
gian ngắn hơn nhiều so với kết đông chậm. Khi kết đông nhanh, dung dịch thực
phẩm kết thành những tinh thể nhỏ mịn và sắp xếp đều trong tổ chức thực phẩm,
không phá huỷ tổ chức tế bào của thực phẩm. Như vậy, lúc giải đông, dung dịch

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

C. Mùa đông giá rét, ở
các vùng Tây Bắc có khi có băng giá , trên núi có thể có tuyết. Ở các vùng
trung du và đồng bằng, thời tiết có dịu hơn do gần biển ngưng nhiệt độ
trung bình tháng lạnh nhất trong năm cũng từ 10
o
C đến 15
o
C, nhiệt độ tối
thấp ghi nhận được từ 3
o
C đến 5
o
C.
- Miền Nam, từ đèo Hải Vân trở vào có thể chia làm hai mùa, mùa khô và
mùa mưa. Nhiệt độ trong năm tương đối ổn định, độ chênh nhiệt độ giữa
các mùa không qua cao từ 6
o
đến 7
o
. Ở toàn bộ Miền Nam hầu như không
có cảm giác mùa đông.
Để tính toán thiết kế hệ thống lẽ ra phải sử dụng nhiệt độ cao nhất đã quan
sát được ở các địa phương, để đạt được độ an toàn tuyệt đối nhưng công suất
máy lớn, vốn đầu tư ban đầu cao. Để giảm vốn đầu tư người ta chọn nhiệt độ
bên ngoài để tính là nhiệt độ trung bình. Nếu muốn an toàn tuyệt đối cho hệ
thống thì tăng nhiệt độ tính toán lên 10%.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
6
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007

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

Sa Pa
Sơn La
Mộc châu
Sông Mã
Hà Giang
Tuyên Quang
Cao Bằng
23,1
22,0
22,8
15,3
21,0
18,5
22,4
22,6
23,0
21,5
37,7
36,9
37,8
28,2
35,6
31,8
36,8
37,6
37,1
37,2
9,0
5,9
7,7

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

14
15
16
17
18
19
20
Lạng Sơn
Thái Nguyên
Bắc Cạn
Bắc Giang
Hòn Gai
Móng Cái
Vĩnh Yên
Yên Bái
Việt Trì
Tam Đảo
21,3
23,0
22,0
23,3
22,9
22,5
23,6
22,7
23,3
18,0
35,7
37,2
37,2

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

77
77
79
78
88
82
86
21
22
23
24
Hà Nội
Hải Dương
Hưng Yên
Phủ Lý
23,4
23,5
23,3
23,0
37,2
36,6
37,4
36,7
8,4
8,4
8,7
9,3
83
83
85

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

38,6
37,4
37,0
9,6
9,6
8,5
7,2
9,0
9,9
83
82
84
83
82
81
76
84
82
83
84
83
31
32
33
34
35
36
37
38
39

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

37,3
7,7
10,1
9,1
8,5
9,7
8,8
11,3
12,1
13,3
13,1
81
82
83
86
74
81
75
72
74
73
82
84
83
85
89
82
90
88
90

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

26,6
37,7
37,8
37,9
32,2
36,0
37,0
36,6
31,9
31,6
34,9
14,9
16,0
17,8
14,5
12,3
18,2
17,7
10,0
8,8
17,2
77
81
74
76
82
73
79
76
83

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

15,9
69
75
85
77
69
72
82
76
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
8
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
55
56
57
58
59
60
Mỹ tho
Vĩnh long
Sóc trăng
Cần thơ
Côn sơn
Rạch giá
27,9
26,6
26,8
26,7
27,1

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

Cà mau
Hoàng sa
TP Hồ Chí Minh
27,0
26,5
26,8
27,0
35,0
35,7
35,6
37,3
18,9
18,3
18,4
17,4
81
81
83
74
77
83
82
74

II. GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI TOA XE ƯỚP LẠNH
Từ trước những năm giải phóng, ở nước ta đã sử dụng toa xe ướp lạnh để
chuyên chở các loại thực phẩm đặc biệt là thịt, cá…với các loại toa xe ướp lạnh
do Trung Quốc, Liên Xô viện trợ là các loại toa xe ướp lạnh bằng nước đá hoặc
muối. Sau này giải phóng, do các toa xe đã bị hư hỏng nghiêm trọng và do tình
hình xã hội lúc bấy giờ nên các toa xe ướp lạnh đã không được sửa chữa hay

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

10
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Hình 1.2: Sự lưu thông không khí của toa xe lồng nước đá đặt trên mui
Thùng xe và cửa của loại toa xe ướp lạnh này đều là kết cấu thép, giống
như loại lồng nước đặt ở hai đầu, kết cấu lớp vật liệu cách nhiệt cũng như vậy.
Ghi sàn xe bằng kim loại, cũng có khi bằng gỗ, cao 120mm, sự sặp xếp của ghi
sàn sao cho không khí lưu thông được theo chiều ngang tức là các thanh dọc đặt
trên các thanh ngang.
Hòm nước đá mỗi toa xe có 6 chiếc, tổng dung tích là 10,2m
3
, bề mặt
làm lạnh là 74m
2
, chứa 6 tấn nước đá. Mỗi một hòm gồm 2 hòm nhỏ nối liền
(theo chiều ngang) lại với nhau bằng thép góc ( đồng thời có tác dụng phân chia
nước đá cho đều) . Mỗi một hòm đều có nắp đậy cách nhiệt (nắp 2 cánh), và các
nắp đều khóa chặt.
Theo chiều dọc cứ hai hòm nước đá được nối lại với nhau bằng ống
đường kính 100mm, và mỗi một cặp như vậy có một ống xả nước muối. Ống xả
nước muối bao gồm ống xả trên, ống xả dưới và van. Ở chỗ cao khoảng 2/3,
ống xả trên có cửa tràn, phần nước muối trong hòm nếu quá nhiều sẽ tràn qua
cửa tràn ra ngoài. Đầu trên ống xả thò ra ngoài mui xe, ở đầu có tay vặn. Qua
đầu trên, dùng dây thép có thể lau rửa ỗng xả.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
11
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Đầu dưới ống xả trên có vòng đệm cao su 3 để đóng kín cửa xả nước hòm
nước đá.
Đầu ống xả thò ra ngoài mui xe được chụp kín bằng nắp đậy gỗ bọc vỏ

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

- Vì hòm nước đá đặt trên mui, nên gian buồng hàng hóa được mở rộng
(tăng khoảng 25 ÷ 30%).
3. Toa xe ướp lạnh hòm nước đá kiểu kết hợp
Như đã biết thiếu sót lớn nhất của toa xe ướp lạnh lồng nước đá đặt ở đầu
là độ nóng không khí trong toa xe không đều, ở vùng phía trên có độ nóng cao
nhất, hàng hóa xếp ở đó dễ hư hỏng. Để khắc phục thiếu sót này Liên Xô đã chế
tạo một loại toa xe ướp lạnh mới, trong đó đặt thêm hòm nước đá ở vùng phía
trên cửa (chứa được một tấn nước đá) nhờ vậy độ nóng xuống thấp rõ rệt, nhiệt
độ trong toa xe đều đặn hơn nhiều. Loại toa xe này là kiểu hòm nước đá kết hợp.
Qua dùng thử, thấy so với toa xe ướp lạnh lồng nước đá đặt ở đầu, nhiệt
độ không khí trong toa xe kiểu kết hợp trung bình thấp hơn 3

÷ 4
o
C, chênh lệch
độ nóng giữa các điểm trong toa xe không vượt quá 4 ÷ 5
o
C.
Hòm nước đá phụ bao gồm có 2 hòm nhỏ, làm bằng thép lá dầy 3mm, cửa
cấp nước đá cũng ở trên mui, ống xả nước gồm 2 đường ống nối liền với hòm
nước đá, đặt sát vào thành bên, xuyên qua gian buồng đặt hàng hóa. Nước đá
trong hòm này chỉ được xả lúc nạp nước đá thôi.
4. Toa xe ướp lạnh dùng CO
2
thể cứng
Mặc dù giá thành sản xuất CO
2

thể cứng hiện nay còn rất cao, song vì
nhiệt bốc hơi lớn và có thể đạt tới nhiệt độ thấp, nên trên toa xe ướp lạnh vẫn

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.

Làm lạnh gián tiếp là sau khi bốc hơi và hút nhiệt, hơi CO
2
từ hòm kín xả
ra ngoài trời. Cũng có thể là CO
2
thể cứng làm cho hơi nước ( của một chất lỏng
dễ bốc hơi) ngưng tụ thành nước, nước lỏng này lưu thông trong đường ống
xoắn ruột gà đặt trên mui xe, nước lỏng hút nhiệt của hàng hóa rồi lại bốc hơi.
Cách làm lạnh đơn giản nhất là đặt CO
2
thể cứng vào trong bình chứa
( chứa được 200kg), ngoài bình chứa có gắn nhiều tấm tản nhiệt, lại dùng quạt
để lưu thông không khí.
5. Toa xe ướp lạnh sử dụng máy móc
Sử dụng toa xe ướp lạnh máy móc trên đường sắt đã đem lại nhiều hiệu
quả tốt: cải thiện được chất lượng hàng hoá, nâng cao vận tốc vận chuyển. Hiện
nay đoàn tầu ướp lạnh máy móc có các loại sau đây:
- Đoàn tàu ướp lạnh tập trung, dùng nước muối lạnh truyền tới các toa.
Thuộc loại này có đoàn tàu 23 toa và đoàn tàu 12 toa.
- Tổ toa xe ướp lạnh phát điện tập trung, làm lạnh riêng biệt. Thuộc loại
này có tổ 5 toa và tổ 3 toa.
- Toa xe ướp lạnh đơn chiếc (có đủ hệ thống phát điện và hệ thống làm
lạnh).
Nguồn sản xuất lạnh trên các loại toa xe kể trên chủ yếu là máy nén hơi
nước. Có hai cách làm lạnh: trực tiếp và gián tiếp.
- Làm lạnh trực tiếp: được dùng trên các tổ toa xe 5 toa và tổ 3 toa, và cả
trên toa xe đơn chiếc. Trong đó có bộ bốc hơi được đặt ngay trong gian
hàng hoá.
- Làm lạnh gián tiếp: được dùng trên các đoàn tau 23 toa và đoàn tàu 12
toa. Nguyên lý cấu tạo khác với làm lạnh trực tiếp ở chỗ: bộ bốc hơi

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

thành xe và mui xe bọc bằng thép lá dầy 3mm , mặt trong lát gỗ ván dầy 10mm.
Thùng xe lót vật liệu cách nhiệt mi-pô-ra, thành bên dầy200mm, mui xe dầy
220mm,sàn xe dầy 110mm.
Hệ số truyền nhiệt trung bình của gian buồng hàng hóa là 1,26
kj/m
2
.giờ.
o
C.
Trong gian buồng hàng hóa có hệ thống thông gió cưỡng bức. Ngoài gian
buồng hàng hóa, toa xe còn có gian buồng máy móc. Trong gian buồng máy
móc có đặt hai trang trí làm lạnh máy nén Ø12. Mỗi một trang trí bao gồm máy
nén hai xylanh kiểu đứng, bình phân tách dầu nhờn, bộ ngưng tụ kèm theo thùng
chứa, máy làm lạnh không khí, các thiết bị điều chỉnh tự động và kiểm tra độ
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
15
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
nóng. Năng lượng làm lạnh của máy nén là 52.000 kj/giờ ứng với số vòng quay
là 940 vòng/phút.
Không khí để làm lạnh máy nén được máy quạt cấp vào qua cửa nạp gió
và thải ra ngoài qua một cửa lưới. Máy quạt công suất 0,63 kw khi vòng quay
2800 vòng/phút.
Bộ ngưng tụ tấm mỏng làm lạnh bằng không khí , có bề mặt truyền nhiệt
là 76 m
2
, đặt ở dưới trần xe. Không khí dùng cho bộ ngưng tụ được cấp vào
bằng một máy quạt ly tâm sản lượng gió 5,160 m
3
/giờ, động cơ điện công suất

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.

SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
16
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Trạng thái không khí ở trong gian buồng hàng hóa được kiểm tra bằng
năm nhiệt kế diện trở và nhiệt kế đo đọ ẩm. Hai nhiệt kế lắp vào dây dẫn mềm
dài 8m, đặt lẫn ở trong hàng hóa, nhiệt kế thứ ba lắp ở cửa không khí từ bộ làm
lạnh đi ra, còn hai cái nữa lắp ở thành bên.
Hình 1.3: Toa xe ướp lạnh đơn chiếc
1- Quạt thông gió cưỡng bức; 2- Giàn bốc hơi; 3- Trần toa xe cách nhiệt;
4- Cửa toa xe cách nhiệt; 5- Sàn ghi; 6- Cách nhiệt toa xe; 7- Dàn ngưng;
8- Động cơ Điêze; 9- Máy nén; 10- Bình ngưng.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
17
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
CHƯƠNG II:
THIẾT KẾ TỔNG THỂ TOA XE ƯỚP LẠNH
CHỞ THỰC PHẨM VÀ HOA QUẢ
I. Lựa chọn kích thước cơ bản của toa xe
Các kích thước cơ bản của toa xe cũng như các bộ phận của nó khi chế tạo
chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, đó là:
- Tải trọng trục cho phép
- Khung giới hạn đoàn tàu
- Khả năng thông qua đường cong
- Vật liệu chế tạo toa xe
Trong thực tế việc đảm bảo đầy đủ các yêu câu trên là rất khó khăn. Tuy
nhiên tuỳ vào yêu cầu cụ thể, các kích thước cơ bản phải thoả mãn hợp lý các
thông số trên và phải có các số liệu thống kê có liên quan.
Trong phạm vi đề tài ta sẽ chọn sơ bộ các kích thước của toa xe thiết kế

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

- Cự ly cối chuyển : 14000 mm
2. Đặc điểm của kết cấu thùng xe
Đây là loại toa xe có thùng toàn kim loại, là kết cấu toàn thân chịu lực
dạng vỏ kín, trong đó vỏ bọc kim loại được gia cố bằng các phần tử cứng ngang
và dọc.
Thùng xe là nơi chứa hàng hoá cần ướp lạnh và các trang thiết bị. Về kết
cấu thép của thùng toa xe ướp lạnh thì có hai cửa lấy hàng bố trí ở hai thành bên
(đối diện nhau).
Kết cầu thùng xe bao gồm: kết cấu thép bệ xe, sàn xe, thép thành bên 1,
thép thành bên 2, thành đầu 1, thành đầu 2, kết cấu mui xe, và các bộ phận khác
của toa xe.
a. Kết cấu bệ xe
Sau khi nghiên cứu một số loại toa xe sử dụng trên đường sắt Việt Nam ,
dựa vào tải trọng vận chuyển và tính chất của toa xe, chọn toa xe có kết cấu bệ
xe không có xà dọc giữa, với các thông số như sau :
- Hai xà đầu ngoài làm bằng thép đúc CT dày 10mm.
- Bốn xà đầu trong làm bằng thép hình [200x90x8
- Hai xà dọc cạnh làm bằng thép hình [200x90x8
- Bốn thanh xà chéo 2 trái 2 phải làm bằng thép đúc CT3 định hình
[260x100x10]
- Hai xà gối làm bằng thép đúc CT3 dầy 12mm hàn thành xà hộp.
Ngoài ra còn có các xà ngang phụ các tấm ke góc, các tấm đệm, miếng
tăng cứng cho bệ xe. Bệ xe được thiết kế phù hợp với giá chuyển hướng Ấn Độ.
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
19
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
20

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

4 Xà ngang [150x50x5 1200 9606,25 253281,25 3772500
5
Xà kéo
]
[340x220x15x
350
14700 1038712,5 5,749.
8
10
2,172.
8
10
b. Kết cấu sàn xe
Sàn xe sử dụng tôn dày 3 mm dập gân, gân dập có dạng dập sóng cao
32mm và dập theo dọc xe và được hàn liên kết với bệ xe tạo thành kết cấu hàn
vững chắc. Thanh giằng dưới của bệ xe làm bằng thép hình Z (mặt cắt ngang
cao 100mm) các dầm sàn xe (đặt lên trên thép tấm lát sàn)và đầu dưới cột đứng
thành bên được hàn chắc với thanh giằng dưới. Tại chỗ tiếp giáp xà dọc giữa với
xà gối cần được gia cường bằng các tấm ke dầy 10mm.
Hình 2.2 Kết cấu thành bên toa xe lựa chọn.
c. Kết cấu thành bên
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
21
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
Gồm khung thép và vỏ thép :
- Khung thép thành bên gồm các cột đứng và ngang. Các cột đứng và
ngang làm bằng tôn 4mm dập thành hình chữ [90x35x4. Thanh ngang trên làm
bằng thép L75x75x5. Ở mép trên của thành thép bên được làm bằng tôn dầy
4mm dập thành hình chữ L60x30x4 chạy dọc suốt thành bên để đỡ mui xe.

- 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

5 Cột cửa []50x90x5x40 910 6712,5 757500 307500
6 Cột
đứng
[90x35x5 750 5856,28 78592,5 846250
7 Cột hành
đầu
Thép hình 1290 1084310 486907,5 1312750
22
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
9 53
95 3
9 53
9 53
9 53 9 53
95 3
9 53 9 53
95 3
9 539 53 953
9 53
9 53
9 539 53
SV:BÙI QUANG THÀNH Lớp: Đầu Máy - Toa Xe - K43
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA
23
Hình 2.3 Kết cấu thành bên toa xe lựa chọn
Đồ án tốt nghiệp Khoá 2002-2007
d. Kết cấu thép thành đầu
Hai thành đầu có khác nhau ở chỗ một đầu thì liên kết trực tiếp với mui
còn đầu kia để đặt máy ĐHKK về cơ bản vẫn như nhau bao gồm kết cấu khung
thép và vỏ thép.

- 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