运输包装课设.docx
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运输包装课设
1课程设计的目的与任务
1.1课程设计的目的
（1）通过缓冲包装与结构设计课程设计，使同学们对指定产品的缓冲包装设计过程和设计方法有一个全面的了解，熟练掌握缓冲包装设计六步法；
（2）对于产品的缓冲衬垫和外包装箱的结构进行设计，掌握各种箱型结构设计的方法。
为毕业设计和以后走向工作岗位打下良好的基础。
1.2课程设计的任务
为海尔迷你冰箱BC-50EN设计出合理缓冲衬垫以及外包装箱。
而且该包装适合国内运输环境的要求，存贮时间为30——100天。
2产品介绍
2.1产品简介
人类在很早的情况下就知道，食物在较为低温的情况下不容易腐烂。
随着现代人对营养的越来越重视，我们饮食的逐渐丰盛和多样化，冰箱便成了家中必不可少的电器，冷藏食物，保持新鲜为生活带来了很大的方便。
各种冰箱企业推出多种的冰箱的模式和制冷方式，冰箱多种多样，使得食物在炎热的天气依旧可以长期保存，冰箱的品种也是越来越多，销售人群也越来越广，像一些比较知名的冰箱企业，海尔，西门子等。
但与此同时，客户的需求也越来越多，冰箱的市场也是越来越广阔的，为了满足客户的需求，各种功能的冰箱问世，越来越多不同制冷效果组合的冰箱出现在市场上。
2.2产品实物图
图2-1产品实物图
2.3冰箱的基本参数
表2-1冰箱的基本参数
品牌
海尔
型号
BC-50EN
颜色
白色
总容积
50L
冷藏室
50L
耗电量
0.39kwh/24h
尺寸
515×500×530mm
重量
18kg
制冷剂性
R600a
能效等级
2级
制冷方式
压缩机制冷
气候类型
亚热带型，温带型，亚温带型。
标准电源
220V/50HZ
3流通环境
在现代社会中，包装是物生产的终点，物流的起点。
产品和物资的流通是经济活动中重要的组成部分过程以生产工厂为起点，以消费者为终点，广义上说，它包括了商品及包装的运输、中转、仓贮、陈列、销售等环节。
包装件在运输流通中所经历的一切外部因素统称为流通环境条件。
包装技术就是要确保产品由一地向另一地运送时不受经济上和功能上的意外损失。
对产品可能遭遇的条件作考察与评价，是包装设计中的重要内容。
流通过程的基本环节有：
装卸搬运环节（分人工和机械两种方式）、运输环节、贮存环节。
3.1流通的基本环节
3.1.1产品的流通范围
生产地：
青岛
流通范围：
全中国
3.1.2产品的装卸
在装卸搬运环节中，三星电冰箱的销售遍及全国各地的每一个地方，冰箱的销售范围非常的广泛，可以说是运输的环境十分不同，所以既可能有短流程运输也可能包括较长流程的运输。
当然，运输的流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多，所以对此商品的包装件造成的损害就越大，产品也越容易破损，装卸作业中既可能有人工装卸也有机械装卸，所以要中和考虑到抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机的突然启动和过急的升降都会造成产品的跌落损害。
3.1.3产品的运输
运输环节中，因为此产品的销售范围广，既要有长途运输也要有短途运输，所以涉及到的交通工具种类比较多，包括汽车、火车、船舶、飞机和电瓶拖车、铲（叉）车、手推车等。
运输过程对货物包装件造成的损害原因有：
冲击、振动、气候条件和其他原因等。
3.1.4产品的贮存
贮存环节、贮存方法，堆码重量、高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境（如光、风、雨、虫、霉、鼠、尘、有害气体等）直接影响产品包装件的流通安全性。
仓库的建筑结构型式对贮存环境中温度、湿度、气压等因素影响甚大。
在以上的不同环节之中和环境中都会有力作用在产品之上，并使产品发生机械性损坏。
为了防止产品遭受损坏，就要设法减小外力的影响，所谓缓冲包装就是指为减缓内装物受到冲击和振动，保护其免受损坏所采取的一定防护措施的包装。
3.2确定跌落高度H
人工装卸中的跌落高度可以用以下经验公式计算，它适用16Kg以上包装件：
人工装卸中的跌落高度H可以由下表查得，冰箱重量W=18kg，可以取试验的跌落高度H=91cm。
表3-1装卸环境与跌落高度
货物重量（kg）
搬运装卸方式
设计跌落试验高度（cm）
9
一人抛掷
107
9～23
一人携运
91
23～45
两人搬运
61
45～68
两人搬运
53
68～90
两人搬运
46
90～272
机械搬运
61
272～1360
机械搬运
46
>1360
机械搬运
30
所以，最终确定海尔迷你冰箱的跌落高度为91cm。
3.3流通环境的频率谱
3.3.1公路运输的频率谱
图3-1公路运输的频率谱
由于产品销往全国各地，既有长途运输又有短途运输。
一般产品从出厂到发货火车站使用汽车运输，从发货站到全国各地的代理商使用火车运输，而从各地代理商到零售商和从零售商到消费者手中多使用汽车运输。
汽车运输的冲击，主要取决于路面状况，车辆的启动和制动，货物重量及装载稳定性。
汽车运输振动加速度的大小也与路面状况、行驶速度、车型和载重量有关，但主要因素为公路的起伏和不平。
汽车运输是包装件的共振频率一般小于25HZ，实验测得，汽车运输发生二次共振时其基频为8.2~8.5HZ，二次共振频率范围为17.3~18HZ，共振加速度增大为外界激励的18倍。
汽车运输的随机振动加速度垂直方向最大，汽车运输振动能量绝大部分分布在0~200HZ，其中能量最集中处于0~50HZ频带内。
汽车运输随机振动功率谱密度在2HZ和10HZ左右各有一个较大峰值。
通常2HZ出的峰值为全频带内最大值，所以公路运输包装件的固有频率应避开这两个频率值。
3.3.2铁路运输的频率谱
图3-2铁路运输的频率谱
铁路运输时产生的冲击有两种。
一种是车轮滚过钢轨接逢时的垂直冲击，在普通路轨上为80~120次/分，加速度最高为1g；另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击，加速度可达2~4g。
若速度为14.5km/h时作溜放挂钩，车体撞合瞬间可能产生18g的冲击加速度。
火车驶过钢轨时受到冲击，以正常速度70km/h驶过钢轨时，垂直方向加速度峰值为5~8g。
一般此产品从包装车间要经铲车、电瓶车运送到仓库中，此时运输工具的启动、变速、转向、刹车会使产品改变速度，导致冲击损坏；当产品有仓库运送到铁路上及铁路运输过程中，由于交通工具会受到路面状况、路轨接缝、发动机振动、等因素影响，会产生振动。
而且此过程中还会受到气候变化的影响等等。
4选择缓冲材料
4.1可选缓冲材料的特性
表4-1常用塑料缓冲材料特性对比
名称
EPE
EPS
EVA
PU
缓冲性能
4
3
4
5
多次跌落
4
3
4
5
压缩刚度
2
4
3
1
名称
EPE
EPS
EVA
PU
占有体积
4
3
5
3
撕裂强度
3
2
4
3
戳穿韧性
3
2
5
3
耐溶剂侵蚀
4
4
5
4
磨损产品
5
4
5
5
尺寸稳定性
4
3
5
4
成型效率
3
5
4
4
形状复杂程度
3
5
4
5
外观
4
3
4
5
碳排量
4
3
3
4
再生循环
3
2
3
3
废弃成本
2
2
2
2
生产成本
3
5
3
1
原料成本
3
5
1
1
物流成本
2
1
2
2
表4-2EPE的蠕变过程数据表
时间
6min
1h
24h
72h
96h
144h
168h
厚度Td（mm）
50.52
50.46
50.3
50.02
49.92
49.86
49.84
蠕变εd（%）
1.14
1.25
1.57
2.11
2.31
2.43
2.47
表4-3EPE的恢复过程数据表
时间
30s
30min
24h
厚度（mm）
50.36
50.48
50.64
残余应变εc3（%）
1.45
1.21
0.9
表4-4EPS的蠕变过程数据表
时间
6min
1h
12h
24h
48h
96h
120h
168h
厚度Td（mm）
54.8
54.5
52.88
51.56
50.06
48.32
47.92
47.34
蠕变εd（%）
6.04
6.55
9.33
11.59
14.16
17.15
17.83
18.83
表4-5EPS的恢复过程数据表
时间
30s
30min
24h
厚度（mm）
48.88
50.24
53.86
残余应变εc3（%）
16.19
13.85
7.65
缓冲包装材料种类繁多，但它们缓冲作用的远离都是通过自身形变来吸收包装件在流通过程中由于振动和冲击产生的能量。
根据缓冲材料力与形变曲线通常可分为县弹性缓冲材料、正切性弹性缓冲材料、双曲正切型弹性缓冲材料、三次函数型弹性缓冲材料和不规则型弹性缓冲材料。
按类型分可分为泡沫塑料、气泡薄膜、碎屑状材料、橡胶、纸和纸板等。
4.2可选缓冲材料的振动传递率曲线
缓冲材料的振动传递率曲线与材料的材质，厚度以及所承受的静压力有关，而且缓冲材料并不是理想的弹性体，通常通过实验得出其振动传递率特性曲线。
当缓冲材料的材质，厚度，静压力决定后，其振动传递率特性就是确定的，振动传递率是相应的额加速度与激励加速度的比值。
图4-1EPS的振动传递率曲线
图4-2EPE的振动传递率曲线
4.3缓冲材料的缓冲特性曲线
图4-3可选材料的缓冲特性曲线
综上，本设计选用的缓冲包装材料是双曲正切型弹性材料EPS，即发泡聚苯乙烯。
它是采用聚苯乙烯为原料发泡制成的一种半硬质的泡沫塑料，它抗压强度大，成本低，还可制成带肋的复杂形状，以节约用量；震动阻尼大，及抗震性好；光滑的略带弹性的模塑表面不会磨损内装物；不吸水；耐腐蚀，耐油，耐老化；隔热和绝缘性好；可接触食品；热敏感性低，两秒内便可自熄；抗蠕变性能极好；重载下的缓冲性能好。
而且可以看出EPS其蠕变量较小，且残余变形很小，而EPE在这一方面的性能较差。
所以综合以上，此设计选用EPS做缓冲材料，密度ρ=0.023g/cm3。
5产品的脆值
产品脆值的确定方法有碰撞机实验法和自由跌落实验法两种。
测定时可视具体条件任选一种进行。
采用试验方法测定产品脆值，须对产品试样做破坏性的试验，这对于批量小价格昂贵的产品来说的话是不符合实际的，有时是不允许的。
加上实验本身需要一系列的设备和控制仪表，也会给实际工作带来困难。
因此工程上常用一组经验数据对比的方法来判定产品的脆值，称为脆值的经验估算法。
脆值是产品经受振动和冲击时表示其强度的定量指标，又称产品的易损度。
此值表示产品对外力的承受能力。
由于条件不允许，在此只能通过查阅相关产品的数据来估计产品的脆值。
表5-1日本得出的产品脆值
G值
产品
10以下
大型电子计算机
10-25
导弹跟踪装置，高级电子仪器，晶体震荡器，精密测量仪，航空测量仪
25-40
大型电子管，变频装置，精密指示仪，电子仪器，大型精密机器
40-60
小型电子计算机，现金出纳机，大型磁带录音机，彩色电视机，一般测量仪器
60-90
黑白电视机，磁带录音机，照相机，真空泡光学仪，可移式无线电装置
90-120
洗衣机，电冰箱
120以上
机械类产品，小型真空管，一般器材
表5-2英国得出的产品脆值
G值
产品
40
雷达和其它电气设备，真空管，自动控制仪，瞄准器，回旋仪
40-60
制动回旋仪，马赫表，有防冲击支撑的仪器
60-80
量油计，压力计，一般电气装置
80-100
牢固的真空管，阴极射线管，冰箱
100-120
热交换器，油冷却器，取暖电炉，记忆装置，散热器
表5-3中国得出的产品脆值
G值
产品
25-40
冰箱压缩机
40-60
彩色电视机，显示器，鸡蛋
60-90
黑白电视机，电冰箱
90-120
光学经纬仪，荧光灯，陶瓷器皿，单放机，电动玩具
上表查得海尔冰箱的脆值为90g。
确定产品的需用脆值，安全系数取为1.2。
[G]=Gc/n
确定冰箱的脆值[G]=75g。
6缓冲包装设计
6.1缓冲包装初步设计
图6-1动态压缩特性曲线（Gm-σst）
产品的质量m=18kg.底面尺寸为515*500，等效跌落高度为h=91cm,产品脆值GC=75g,在图中取Gm=75g,作一条水平直线与缓冲曲线族相交，则与4cm,5cm的曲线有交点。
考虑到安全的因素，所以取T=5.0cm，它的两个交点中取靠右边的，取右边的进行设计用材料最省，右边的点对应静应力为σsd=0.13×105Pa，所需承载面积：
由图中可知最低点对应的加速度最小，缓冲性能最好，产品的安全率最高，若用最低点设计有：
σse=0.4×104Pa。
由此可见，承载面积可做两钟选择，节约材料取A=305cm2，提高产品安全率取A=441cm2，该设计取厚度T=5.0cm，A=441cm2的发泡聚乙烯泡沫垫。
6.2衬垫校核
6.2.1强度校核
在缓冲设计时，应校核产品在载荷方向上与缓冲材料接触部分的强度。
产品与衬垫之间的作用力是相互的，在跌落冲击时，产品以惯性力和自重压缩衬垫，衬垫则以同样大小的弹力反作用于产品，在初步设计时，为了节省材料，常设法减少衬垫面积，带来的后果是产品支承面的应力集中，可能导致产品局部破损，所以要校核产品支承面的应力，控制在产品强调所允许的范围内，使得[σ]≥σm则满足强度校核。
6.2.2挠度强度
缓冲结构与尺寸的设计除了考虑按缓冲系数和脆值确定厚度外，还应该校核缓冲垫的压缩挠曲。
当衬垫的面积与厚度之比超过一定厚度时，衬垫容易挠弯或变弯，大大降低衬垫的负重能力。
为了避免挠弯，衬垫的最小承载面积Amin与厚度之比应符合以下规定：
通常采用克斯特那经验公式进行校核：
因为
，所以计算所得衬垫面积是稳定的，合理的。
6.2.3蠕变强度
蠕变量校核。
缓冲材料在长时间的静压力作用下，其塑性变形量会随时间的增加而增加，这种蠕变使衬垫厚度变小，缓冲能力下降，所以设计衬垫尺寸应加一个蠕变补偿值，称为蠕变增量Cr。
Tc=T（1+Cr）
式中：
Tc——修正后的厚度cm
T——原设计厚度cm
Cr——蠕变系数%（这里取10%）
Tc=T（1+Cr）=5.0（1+10%）=5.5cm
经过以上校核，最后计算所得缓冲衬垫尺寸为T=5.5cm。
6.2.4跌落姿态校核
局部缓冲时角跌落的校核。
一般跌落姿态有面跌落，棱跌落，角跌落。
其中，角跌落和棱跌落时产品承受的加速度比面跌落要小，这种跌落方式的外包装容器变形大，吸收了较多的冲击能量，产品所受的冲击减小，而且衬垫的负载面积比面跌落时增大了。
6.2.5温湿度校核
环境温度个湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响，温度的升高和降低，还会引起衬垫尺寸变化，因此，应根据流通过程可能出现的环境条件修正缓冲衬垫的尺寸。
但在本产品的运输环境中，没有太大的温湿度变化，预处理后，在运输环境下，不会对衬垫造成损害。
6.3缓冲包装的结构设计
缓冲包装的缓冲垫的结构形式，因产品的质量、形状和尺寸不同，可采取用全面缓冲包装、局部缓冲包装和悬挂式缓冲包装等三种方法。
全面缓冲包装法是在产品与纸箱之间填满缓冲材料，如纸屑、木屑、棉花、塑料丝、纸浆发泡块、纸纤维成型材料等。
全面缓冲包装由于产品与缓冲材料之间接触面积大，静应力小、缓冲厚度小，因而可以缩小包装件尺寸，降低物流成本。
但是，这种结构缓冲材料的部位也用了同样厚度的缓冲材料，浪费了贵重的缓冲材料，包装成本较大。
局部缓冲包装法是采用预成型的缓冲材料对产品的角、楞、侧面或易损坏部位等处提供缓冲，不同部位提供与之脆值相对应的缓冲厚度，可以大大节约缓冲材料降低包装成本和物流成本。
悬挂式缓冲包装法主要贵重精密仪器的运输包装和空头包装。
对于海尔迷你冰箱，质量很小，整体类似于立方体，但是高度比较大，而且属于贵重家电，采用局部缓冲包装的面衬垫进行缓冲设计，上下结构，因此底部缓冲设计为一块面衬垫，顶部设计为一块缓冲材料作为局部面缓冲包装。
为了使用最少的缓冲材料取的最好的缓冲效果，降低包装成本，所以本设计选用全面缓冲包装方法对该产品进行包装，根据冰箱的承载部位和易损部位，设计缓冲衬垫的结构。
由于冰箱的重心位于中心，所以缓冲衬垫的主要承载部分比较均匀；易损件压缩机在冰箱的后面下方，又因为冰箱的外形和重量均左右对称，所以缓冲衬垫也设计成上下对衬结构，从上下对显示器进行保护。
冰箱的外形是呈立方体形状，，但还是需要通过缓冲衬垫的结构设计使其能够在外包装箱内稳定。
缓冲衬垫的厚度合成在面积，按照校核后的数值，但是
要实现使其在外形规则地情况下在外包装箱内固定，必须使用多于理论计算的缓冲材料，承载面积也必定大于理论值。
缓冲包装EPS衬垫如下图。
图6-2上部EPS衬垫效果图图6-3下部EPS衬垫效果图
图6-4整体缓冲效果图
图6-5缓冲衬垫图
因为考虑到产品跨度不大，故下部结构采用一块缓冲材料。
其次，一块缓冲材料的设计不会在一定程度上增加产品装入的难度。
另外考虑到实际情况以及产品价值，在用了安全系数的基础上，还适当加大了缓冲面积与厚度。
因为冰箱下部有四个小的支腿，所以下部缓冲衬垫上有四个凹坑，可以与支腿相互对应防止，而且在下部两侧还加厚了缓冲衬垫，增强稳定性，同样要说明的是，所有部件以及纸质材料均需装入塑料袋中，防止磨损以及保证一定的阻隔作用。
必须要求的是瓦楞纸箱上要标有“不得倒置”标志，这对缓冲包装的设计十分重要，而且冰箱外面套着塑料缓冲薄膜PE，可以起到减震抗摔，减少摩擦的作用，也使冰箱保持洁净。
最终设计出缓冲包装的最大尺寸为d=595mm,l=545,b=530mm.根据此设计瓦楞纸箱尺寸。
7瓦楞纸箱的设计
该冰箱的尺寸较小，为了便于装箱，可以直接采用简单的箱型，0201型BC双瓦楞纸箱，
7.1箱型的选择
表7-1瓦楞纸板表（GB6543—86）
海尔迷你冰箱的最大综合尺寸为595+545+530=1670mm,因为冰箱在全国内销售，所以选用第一类瓦楞纸板，内装物质量为18kg，最大综合尺寸为1670mm，根据瓦楞纸板表（GB6543-86），其代号为D-2.3，即应选用第二类第五种双瓦楞纸板，D-2.3的技术指标为耐破强度1100kPa，边压强度为4.50KN/m.
表7-2瓦楞纸板参数
表7-3箱板纸技术指标（GB13024—2003）
根据上表选用C等箱纸板，其耐破指数为1.5Pa•㎡/g，环压指数为6N•m/g。
内、外面纸的定量取320g/㎡，中间垫纸的定量取280g/㎡。
根据表4-3，选用C等瓦楞芯纸，两层瓦楞的定量均取160g/㎡，其环压指数为5N•m/g。
表7-4瓦楞芯纸技术指标（GB13023—1991）
按照选用的箱纸板，瓦楞纸板的耐破强度为
=0.95×（1.5×320+1.5×280+1.5×320）=1311kPa
按照选用的箱纸板和瓦楞芯纸，瓦楞纸板的定量为1400g/㎡,其中粘合剂定量为100g/㎡。
7.2尺寸计算
7.2.1瓦楞纸箱的内尺寸
式中：
Xmax——内装物最大尺寸；nx——内装物排列数目；
T——衬隔或缓冲的厚度；
d——内装物公差：
中包装盒±1-2mm/件;针织品±3mm/12件；
硬质刚性品1-2mm/件
k1——内尺寸修正值，在长度与宽度方向的取值为3-7mm；
高度方向：
小型箱为1-3mm；中型箱为3-4mm；大型箱为5-7mm。
内装物的外廓尺寸为
=525mm，
=510mm，
=595mm，公差△X0在长度与宽度方向取3～7mm，高度方向取3～4mm，由此确定的纸箱箱内尺寸：
对于下底有：
7.2.2瓦楞纸箱的制造尺寸
内尺寸伸长量ΔXˊ按表4-4取值，接头尺寸J取50mm，于是纸箱的制造尺寸：
X=Xi+k（5-3）
式中：
X——瓦楞纸箱长、宽、高的制造尺寸mm
Xi——纸箱内尺寸mm
K——制造尺寸修正系数mm（查表）
表7-502类纸箱的制造尺寸修正系数
名称
瓦楞纸箱结构
单瓦楞
双瓦楞
三瓦楞
一页成型
二页成型
一页成型
二页成型
四页成型
一页成型
二页成型
长度
L1
6
6
8
8
8
10
10
L2
6
8
宽度
B1
6
4
8
6
8
B2
4
8
高度
H
8
8
16
16
16
20
20
L1=658+8=666mm
L2=658+8=666mm
B1=643+8=651mm
B2=643+8=651mm
H=708+16=724mm
摇盖宽度
（5-4）
得F=651/2+5=330.5mm
7.2.3瓦楞纸箱的外尺寸
外尺寸公式：
X0=Xmax+K（5-5）
式中：
X0─纸箱外尺寸，mm
Xmax─纸箱最大制造尺寸，mm
K─纸箱外尺寸修正系数，mm
对BC型的双瓦楞纸板，加大值△X取7～11mm，长度和宽度方向的加大值取10mm，，由此确定的纸箱外尺寸为:
L0=666+10=676mm
B0=651+10=661mm
H0=724mm
表7-6瓦楞纸箱外尺寸修正系数K
楞型
AA
BB
CC
AB
AC
BC
K
10～14
6～10
8～12
8～12
9～13
7～11
图7-1瓦楞纸箱尺寸图
7.3.瓦楞纸箱封箱和钉箱要求
7.3.1瓦楞纸箱的手孔
为了便于搬运，常在纸箱的两个端面上开手孔，手孔的宽度应根据人的手幅确定，成年男性的手幅为76～97mm，因此手孔宽度b应取100mm，手孔高度取320mm。
高度取30mm。
7.3.2瓦楞纸箱的封箱工艺
钉合与胶带粘合工效低，难以实现生产过程自动化，用粘合剂粘合可以解决这个难题，使用的粘合剂主要是具有速干性的醋酸乙烯类粘合剂，实验表明，只要粘合剂的用量达到要求，粘合纸箱的抗压强度、粘合强度以及在跌落试验中的表现都优于钉合与胶带粘合，这是一种很有前途的粘合方法。
7.3.瓦楞纸箱的装潢设计
在运输包装的瓦楞纸箱上设计纸箱箱面印刷标志。
在箱面上印刷特定图形记号和文字说明，通常称为运输包装标志，它与商品内包装的装潢设计不同，要求简明，清晰,箱面上要印刷的常用的标志有：
识别标志、指示标志、危险品标志。
识别标志。
（1）贸易标志。
（2）商品品名和商标。
（3）目的地标志。
（4）货号和数量标志。
（5）体积与重量标志。
标明每一纸箱的外尺寸（长×宽×高）和重量（净重和总
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