运输包装课程设计.docx
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运输包装课程设计
《运输包装》课程设计说明书
美的微波炉运输包装设计
专业班级:
包装141
学号：
姓名：
郝蕴、王泽杰
指导老师：
徐晓娟
成绩：
时间：
2017年6月30日
一、研究背景和意义
现家用电器已进入千家万户，方便了家庭的生活。
但是在家用电器进行运输和装卸时却经常因为缓冲设计的问题而导致电器遭到损坏，不仅造成了企业的损失，而且也损害了消费者的利益。
因此必须认真做好家用电器的缓冲包装设计。
以微波炉为例利用蜂窝纸板作为缓冲包装材料，分析了其缓冲性能，并对其缓冲包装的设计进行了研究，最终证实了其缓冲效果。
二、确定产品的流通环境
（一）产品的流通区间
1.产地:
生产
2.目的地：
全国各地
（二）等效跌落高度的确定
本产品的重量为17kg，H=300/
=72
由于本产品的搬运条件为人搬运，故跌落高度取72
（三）产品的主要运输方式
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～，二次共振频率范围为～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。
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。
（四）装卸与搬运
装卸作业包括人工与机械两种方式。
按常规产品的跌落高度定为77cm
（五）贮存环节
采用一般仓库贮存，堆码高度2～3m，堆码层数1层。
三、产品特性分析
（一）产品外形尺寸
宽490mm，深372mm,高287mm.
（二）产品重量
17kg
（三）产品重心
位于中部。
（四）易损件
显示器内部的显像管和玻璃屏幕为主要易损件。
显像管位于显示器的内部，是显示器的核心部件，受到剧烈振动或冲击可能会造成显像管脱落；而屏幕也是显示器功能主体部件，有意破损的玻璃构成，所以屏幕也是显示器包装的重点保护对象；底座连接装置位于显示器的底部，安装使用时与底座连接，属于凸出部件，缓冲设计时也应考虑到，不能够承载，并要与外包装容器离有一定的距离，以免冲击是受损。
（五）产品的脆值
图1表示产品跌落试验缓冲衬垫压缩变形的过程，图2为其简化后的单自由度力学模型。
产品被简化为一均质刚体m，缓冲衬垫简化为一弹簧，弹性系数为k，跌落高度为H，x为弹簧受压的变形量。
根据能量守恒定律，从H高处跌落到弹簧受压发生最大变形xm，产品具有的全部位能mgH将转化为弹簧的变形能（略去产品在&上拥有的位能），
其大小等于产品克服弹簧反作用力所做的功，即：
其中F（x）为作用在内装物上的弹簧反力，（H+xm）为相对于最大压缩位置的跌落高度，可近似取为H，由于F（x）=kx，代入上式积分可得
于是有：
F（x）=2mgH/x
根据牛顿第二定律F（x）=ma，可推出加速度：
a=2gH/x
令G=2h/x，则:
a=Gg
由于2h?
x，故G?
l，上式表示包装跌落时内装物受冲击产生的加速度a是重力加速度的G倍，包装工程中把这个与不发生损坏的最大加速度有关的参数称作脆值，它是由内装物的结构特征和材料性能确定的，与外部环境无关。
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。
是设计产品缓冲包装中的最重要的参数。
（六）产品的固有频率
产品的固有频率也设缓冲包装设计中的重要参数，应通过实验测得。
合理的缓冲包装应该能够包装件的固有频率远离产品得固有频率，使其免受共振。
四、缓冲包装设计
（一）缓冲包装材料的选择
在纸、塑料、玻璃、金属四大包装中，纸包装在全世界包装中占有40%?
50%的份额，是一种使用最为广泛的包装；我国“九五”期间，纸包装占包装工业总产值28%，名列第一，达到1320万t。
在越来越童视环境保护的今天，纸包装由于它的一系列优点，已越来越受到人们的重视，在世界包装行业中占有越来越重要的地位。
瓦楞纸板是目前市场上使用较多的一种缓冲包装材料，它除了自身轻、价格低，便于机械化生产和可回收再生利用等特点外，还具有良好的抗弯强度及优良的力学性能。
蜂窝纸板质轻、强度大、刚度高、具有缓冲、保湿、隔热、隔音的优质性能，蜂窝纸板制品节约资源、保护生态环境，成本低、价格廉、用途广、前景好，符合国际包装工业材料应用发展的趋势，是节木代木，替代EPS塑料缓冲衬垫的理想环保材料。
蜂窝夹层结构具有突出的抗压和抗弯曲能力，其最显着的特点是以最少的材料获得最大的受力，即强度.质量比最大，这是蜂窝复合材料最受人青睐的根本原因，为了更好结合两者的优质性能设计包装，有必要对它的各种性能及新的结构进行研究和开发。
瓦楞纸板是瓦楞纸和箱纸板粘合而成的，瓦楞纸在瓦楞纸板中起支撑作用。
瓦楞纸由瓦楞原纸轧制而成，提高瓦楞原纸的质量，是提高瓦楞纸板强度的童要因素。
瓦楞纸板按其面纸和芯纸的总层数可分为单瓦楞（三层）、双瓦楞（五层）和多瓦楞（七层、九层），层数越多，板也越厚，强度越高。
按瓦楞的形状及尺寸，瓦楞纸板的楞型有A、B、C、E四种。
按瓦楞形状分为U形、V形、UV形三种。
三种形状瓦楞的性能比较如表5所示：
U型楞的结构富有弹性，按压U型瓦楞纸板时，有柔软的手感。
在弹性变形范围内，U型楞具有很强的弹性恢复力。
当消除外力后，能马上恢复到原来的状态，它的使用寿命比V型楞长。
U型楞有利于提髙机械粘合速度，粘合后瓦楞纸变化小，缺点是粘合剂用量大。
V楞的特点是整个楞由直线组合而成，所以V型楞纸板很坚固。
用手按压时，感觉很硬，平面压力强度比U型楞纸板髙。
缺点是生产的瓦楞纸板一旦受力起过弹性极哏就完全丧失恢复力，瓦楞辊制造工艺复杂，经常发生楞顶断裂，瓦楞辊磨损较U型楞快。
UV型瓦楞的齿型弧度较V型大，比U型瓦楞小，从而综合了二者的优点。
其弹性和加工性能优于V型，而平压强度和用料又优于U型，综合性能较好，抗压强度高，故应用最为广泛。
蜂窝结构材料起源于仿生学，是人类仿照自然界蜜蜂筑建的六角形蜂巢的原理制成的，其结构要比其他任何形状的结构更强有力。
蜂窝技术的发明和应用，已有五六十年的历史，最早用于军事上，牢而轻的铝蜂窝板制造出了起音速飞机和大型运输机，使航空工业发生了质的飞跃。
第二次世界大战以后转向民用，生产出纸蜂窝结构复合材料。
蜂窝纸板在发达国家广为使用已达数十年，技术日臻成熟，应用领域不断扩大。
我国蜂窝纸板的研制技术始于20世纪80年代后期，经历十多年的潜心研究、开发和不断改进、完善、提高，至今我国蜂窝纸板技术已有突破性进展。
生产出第五、六代的蜂窝纸板生产专用设备，这标志着我国蜂窝技术及装备无论在设备加工精度、蜂窝纸成型强度、幅度的适应范围，还是在减少能源消耗、减低生产成本等方面都有了较大的改进和提高。
蜂窝纸板是一种具有规范夹层结构的纸基板材，其结构如图10所示，蜂窝纸板上、下两层面纸（定量为250?
300g/m2）的箱板纸或者单层瓦楞纸板或抗戬穿能力较强的纤维板、三合板、蜂窝纸芯，用胶黏剂将纸芯黏合在两层面纸之间，形成三层状结构，这一点跟单瓦楞纸板结构相似?
芯纸呈蜂窝状，由数层纸按规律粘贴后拉伸而成，只要承受压应力和剪应力，面纸主要承载弯矩和扭矩。
蜂窝纸板的结构始终保持在三层，其厚度在5?
90mm之间变化，而不像瓦楞纸板要靠增加瓦楞的层数来增加厚度，它主要靠改变纸芯厚度来实现。
蜂窝纸板的面纸厚度、纸芯厚度、芯柱高度和芯柱孔的内径可根据纸板的不同用途而变化，它的变化可改变蜂窝纸板的强度和缓冲性能。
蜂窝纸板的特殊结构，使其平面荷重比瓦楞纸高数十倍，针对不同荷重要求，可将纸板的面纸、蜂窝纸芯的材料和数量进行重新设计。
蜂窝纸板的结构决定了它具有以下独特的性能：
①质量很轻、用材料很少、成本低：
蜂窝夹层结构与其他各种板式结构相比，具有最大的强度质量比，因而其制成品的性能/价格比好，这是蜂窝纸板成功的关键。
普通蜂窝纸板的密度约为：
30?
50kg/m3是普通瓦楞纸板密度的1/3。
普通蜂窝纸板的材料成本约是与其强度相当的重型七层瓦楞纸板的2/3。
②高强度、表面平整、不易变形：
蜂窝夹层结构近似各向同性，结构稳定性好，不易变形，其突出的抗压能力和抗弯曲能力是箱式包装材料需要的最重要的特性。
普通瓦楞纸板正面每平方厘米可承受2?
5kg的压力，是昔通瓦楞纸板抗压能力的5?
10倍。
普通蜂窝纸板的抗弯强度是强化瓦楞纸板的2?
5倍，是普通瓦楞纸板的5?
30倍。
③抗冲击、缓冲性好：
蜂窝纸板由柔性好的纸芯和面纸做成，具有较好的韧性和回弹性；独特的蜂窝夹芯结构提供了优异的缓冲性能，在所有的缓冲材料中具有更高的单位体积能量吸收值，高厚度的蜂窝纸板可替代现已大量使用的EPS塑料泡沬缓冲垫。
④吸声、隔热：
蜂窝夹层结构内部为封闭的小室，其中充满空气，因此具有很好的隔声保温性能。
⑤易于切削、钻孔：
可以加工成各种所需的形状和尺寸，同时，它与其它的材料有很好的相容性，适合做缓冲衬垫。
（二）缓冲衬垫的结构设计
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，所以本设计选用局部缓冲包装方法对该产品进行包装，根据显示器的承载部位和易损部位，设计缓冲衬垫的结构。
由于显示器的重心位于中前部，所以缓冲衬垫的主要承载部分在前部；易损件玻璃屏幕也位于前部，又因为显示器的外形和重量均左右对称，所以缓冲衬垫也设计成左右对衬结构，从两侧对显示器进行保护。
显示器的外形不是规则几何结构，要通过缓冲衬垫的结构设计使其能够在外包装箱内稳定，并且保证易损部件屏幕和底座连接装置不能承载。
以蜂窝底板作为底板结构，作为主要的受力板块，瓦楞纸板用来平衡和辅助、固定位置。
从实验当中发现，炉门部分玻璃在跌落试验中容易损坏。
微波炉跟地面接触，只有四个脚，导致应力集中，仅给四个脚缓冲包装，达不到较好效果，所以加几块蜂窝纸板，支撑炉底，即可固定又可以减缓对炉脚的损伤,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不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。
五、运输包装设计
运输包装用的瓦楞纸箱箱型绝大多数是02型开槽箱，02型纸箱为最常用的外包装纸箱，基本上由一页瓦楞纸板组成，通过钌合或粘合等方法将接缝缝合制成，运输时可折叠平放，使用时需封合上下摇盖，器抗压强度较高。
其中，0201型瓦楞纸箱箱坯面和是最小的，用料最省，经济效益最好，不佢箱底强度稍低；不过缓冲设计中的蜂窝衬垫和瓦楞纸板缓冲衬垫，可以弥补这一缺陷。
因此，本设计的外包装瓦楞纸箱依然釆用0201型箱。
0201型瓦楞纸箱结构图及截面图所示（其中L、B、H分别表示箱子的长、宽、高）。
（一）瓦楞纸板的选择
瓦楞纸板的选择根据国家标准GB6543—19S6查出有关瓦楞纸板的代号，再用已选好的瓦楞纸板代号在GB6544—1999查出有关瓦楞纸板的技术指标。
美的微波炉质量为17kg，其缓冲包装件尺寸为570mmx552mmx377mm，综合尺寸（内装物三边之和）为1499mm。
根据国家标准规定选择瓦楞纸板的方法，以产品外销优先，单瓦楞代号为S-U，双瓦楞代号为，第一类i=l为贵重和出口包装，第二类i=2为内销包装，第三类i=3为短途和廉价产品包装。
由国际中提供的选取标准，本设计选用第一类第二种双瓦楞纸板，代号为,它的技术指标为耐破度1177kPa，边压强度为7840N/m，戬穿强度为。
按照GBT6544—1999标准规定，UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。
A楞型的纸箱承受平面压力性能比B和C楞型差，但其承受垂直压力性能较高；B楞型的瓦楞低又密，故耐垂直压力性能较差，但平面耐压性能较高；C楞型性能，介于A和B楞型之间；E楞型的纸板具有重量轻、缓冲性能好、平面抗压强度好等特点，利于直接进行印刷。
A型楞具有良好减震性能，符合产品包装需求，但据在企业实习中了解到，目前企业都极少用A型楞，内装物在25kg以内的包装，釆用BC型楞。
参考GB13024-2003,根据抗压能力不同，瓦楞纸板用纸分为A、B、C、D、E等5级，其中，A级箱纸板常用于制造精细、贵重物品的出口包装箱。
查GB13024-91箱纸板技术指标，瓦楞纸板选用A级箱纸板，其耐破度为kPa·m2/g，环压指数为·m2/g，面纸的定量取250g/m2，芯纸釆取A等瓦楞芯纸，其定量取用160g/m2:
。
因此，选择BC型UV瓦楞纸板作为外包装材料。
（二）内尺寸的计算
式中：
Xi——纸箱内尺寸（mm）
Xmax——内装物最大外尺寸（mm）
nx——内装物排列数目
d——内装物公差系数（mm）
T——衬格或缓重建总厚（mm）
K’——内尺寸修正系数（查表）
Li=Lmax+T+K’=490+40×2+5=575mm
Bi=Bmax+T+K’=372+40×2+5=557mm
Hi=Hmax+T+K’=287+40×2+3=380mm
（三）制造尺寸计算
X=Xi+k
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）
L1=575+7=582mm
L2=575+5=580mm
B1=557+7=564mm
B2=557+5=562mm
H=380+10=390mm
对接摇盖制造尺寸
在纸箱摇盖对接封合的纸箱型中，如0201等，摇盖宽度制造尺寸理论值应为箱宽（长）制造尺寸的1/2,但是，由于摇盖回弹作用，必然在摇盖对接处产生间隙，使封箱不严造成内装物遭尘埃污染。
因此，对接摇盖宽度制造尺寸应该加一修正值，这一修正值成为
摇盖伸长系数，用xf表示。
即
式中
F——纸箱对接摇盖宽度（mm）
B1—纸箱非结合端面宽度制造尺寸（mm）
xf---M盖伸长系数（mm）
故摇盖制造尺寸为：
与LH面连接的摇盖
与BH面连接的摇盖
接头尺寸
瓦楞纸箱通过钌合或黏合剂粘合接头来成型时，接头J的尺寸一般根据
瓦楞层数及工艺水平来定的，接头一般与LH面连接，如表11所示：
接头
根据表11，本设计外包装箱的接头尺寸取J=45mm。
（四）外包装尺寸
3.运输包装外箱外尺寸的确定。
由外寸公式：
X0=Xmax+K
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
其中修正系数根据查表取K=8mm。
所以外箱外尺寸为：
L0＝Lmax＋K＝575＋8＝583mm
B0＝Bmax＋K＝557＋8＝565mm
H0＝Hmax＋K=380＋8＝388mm
表14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
外包装瓦楞纸箱平面展开图
六、物流包装优化设计
参考文献
[1]《物流运输包装设计》彭国勋编着，印刷工业出版社。
[2]《包装结构设计》孙诚王德忠金国斌刘新年黄利强编着，中国轻工业出版社。
[3]《纸包装结构设计》（第二版）孙诚编着，中国轻工业出版社。
[4]《现代产品包装设计与制作》腾龙视觉设计工作室编着，机械工业出版社。
[5]《纸盒包装设计指南》萧多皆编着，辽宁美术出版社。
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