运输包装课程设计
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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
为美的KFR-35T2W/DY-D1.5匹中央空调室外机设计出合理缓冲衬垫以及外包装箱。要适合国内运输环境的要求，存贮时间为30——100天。
2. 产品介绍
美的薄型风管机KFR-35T2W/DY-D1.5匹中央空调室外机，京东价格￥3680，南北适用，适用面积15-19㎡，由广东美的商用空调设备有限公司生产，广泛销售于四川，湖南，湖北，安徽，江西，浙江等地。外机尺寸（宽*高*深）780mm*547mm*250mm,外机重量为33.5kg。
图2-1 产品外形 图2-2 产品特性
3. 流通环境
3.1 流通的基本环节
流通的基本环节有三个：装卸搬运环节、运输环节、储存环节。
（1）装卸搬运环节
在装卸搬运环节中，由于此产品销售范围广，所以既有可能有短流程运输也有可能包含较长流程的运输。流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数也就越多，所以对此商品包装造成的损害就越大。装卸作业中既可能有人工装卸也可能有机械装卸，所以要综合考虑到抛掷、起吊脱落、装卸机启动过急和紧急刹车灯造成的损害。
（2）运输环节
运输是包装件流通过程的必要环节。借助运输工具，将产品从生产地运输至消费地。长途运输工具有汽车、火车、船舶和飞机。短途运输工具有铲车、叉车、电瓶车和手推车等。
（a)冲击。运输工具的启动、急刹车、变速、转向路面障碍回导致货物速度突然改变，导致货物包装件或容器因冲击而损害。
（b)振动。运送工具运行时受到路面状况、铁轨接缝、发动机振动、车辆减震性能、水域风浪、空中气流、等因素的影响，产生随机的上下颠簸过左右摇晃。
（c)气象条件。长途货物运输会经历不同的气候区域，受到寒冷、炎热、干燥、潮湿、风雨等气象因素的影响。
（d)其他因素。流通过程中的各种生物、化学、机械活性物质也会对货物包装件产生损害。
(3) 储存环节
储存室产品及包装件流通过程中的一个重要环节。储存方法、堆码重量、堆码高度、堆码方式、储存周期、储存环境等会直接影响产品及包装件的流通安全性。另外仓库的建筑结构形式对储存环境中温度、湿度、气压等因素影响甚大。
3.2 确定跌落高度
跌落高度的确定可以由两种方法来估算。
法一：公式法。
（针对15kg以上的包装件，可用经验公式计算。）
W300H
(3-1)
式中：W———包装件的重量，kg；
H———跌落高度，cm。
本产品重量为33.5kg，所以根据公式法算出cm83.515.33300H
法二：查表法
下表表示了最大跌落高度与货物重量、包装件体积之间的关系。
表3-1 货物规格、装卸方式与跌落高度
货物参数 装卸方式 跌落参数
重量/kg 尺寸/cm 姿态 高度H/cm
9 122 一人抛掷 一端面或一角 107
9-23 91 一人携运 一端面或一角 91
23-45 122 二人携运 一端面或一角 61
查表法，可取产品的跌落高度H=61cm。
综上，结合公式法与查表法，选取跌落高度cm60H。
3.3 流通环境的频率谱 图3-1 公路运输的频率谱 图3-2铁路运输频率谱
4. 选择合适的缓冲材料
4.1 可选缓冲材料的特性
比较常用的包装材料包括聚乙烯泡沫塑料（EPE）、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、聚氨泡沫塑料（PU）、乙烯—醋酸乙烯共聚物橡胶制品（EVA）等。
（1）发泡聚苯乙烯（EPS）俗称“宝丽龙”。发泡聚苯乙烯具有相对密度小（1.05g/cm）、热导率低、吸水性小、耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减振、介电性能优良等优点， 广泛地用于机械设备、仪器仪表、家用电气、工艺品和其他易损坏贵重产品的防震包装材料以及快餐食品的包装。
（2）发泡聚乙烯（EPE）。EPE俗称“珍珠棉”，由30-40倍高发泡成形的产品，重量轻，有一定坚固性、柔软性、缓冲性能，受反复冲击其特性不变，它是一种高强缓冲、抗振能力的新型环保材料，EPE 的PH值为中性，不会对任何产品造成损伤，同时它的优良特性能抵御外界的酸缄腐蚀，珍珠棉是一种易于加工和处理的新型保护型包装材料，EPE柔韧、质轻、富有弹性能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，它导热率很低，隔热性能优异，独立气泡，几乎没有吸水性的放水材料。不受各种气候条件影响，耐气候性优越。切割、粘合、层压、真空成形、压缩等的加工性优秀。细微气泡的泡沫材料、外表光滑、可着色，尽显优美效果。
（3）聚氨酯（EPU）聚氨酯材料，俗称“人造海绵”，用途非常广，可以代替橡胶，塑料，尼龙等，用于机场，酒店，建材，汽车厂，煤矿厂，水泥厂，高级公寓，别墅，园林美化，彩石艺术，公园等。
综上，中央空调外挂机的缓冲包装材料采用EPS材料。
4.2 缓冲材料的缓冲特性曲线
（1）静态压缩特性曲线
试验材料: EPS 实验名称：静态压缩3
试样长度：200.0mm 试样宽度：200.0mm
试样厚度：88.0mm 试样密度：0.0070g/cm3
试验温度：20.0℃ 试验湿度：63HR
试样数量：5件
图4-1 发泡聚苯乙烯（EPS）的静态压缩特性曲线(C-σm)
（2）动态压缩曲线
试验材料: EPS 实验名称：动态压缩3
试样长度：149.0mm 试样宽度：149.0mm
试样厚度：44.9mm 试样密度：0.0175g/cm3 试验温度：20.0℃ 试验湿度：63HR
试样数量：14件 跌落高度：60cm
图4-2 发泡聚苯乙烯（EPS）动态压缩特性曲线（Gm-σst）
5. 确定产品的脆值
（1）经验公式法：通过对包装件在流通环境中实测的大量现场数据的数理统计分析，估算产品脆值有如下经验公式：
WGc （5-1）
式中 Gc———包装件经受到的最大加速度，g；
W———包装件的重量，kg；
、———经验参数。
其中、有三种数据：①强烈冲击现象。704.0801，。②中等冲击现象。306.0203，。③较弱冲击现象。100.02.53，。
由于室外机在流通过程中一般受中等冲击，由经验公式得产品脆值为：
（2）查表法
表5-1 日本三菱电气集团公司推荐的产品脆值
序号 产品名称（型号） G值 重量/kg 体积/3cm310
29 空调器（MS-2001-0） 60 35.0 94.9
32 空调器（MS-1620R） 35 31.0 84.0
类比得，产品脆值大约为55g。
（3）最终，综合考虑公式法与查表法，确定产品脆值为60g。根据产品的价值和安全需要确定安全系数n，计算许用脆值[G]。确定其安全系数n=1.2，所以产品的许用脆值
ggnGG502.160c ）＞（1n （5—2）
得到［G］=50g
6. 缓冲包装设计
6.1 初步设计
中央空调室外机的重量较大，若采用局部缓冲包装，无论是采用角，面，还是楞式包装都不能很好地起到保护作用，并且空调的价格比较高，自身成本比较大，所以对缓冲材料的成本使用没什么特别大的要求，综上，空调室外机的包装应采用全面缓冲包装。 初步设计缓冲衬垫的面积A=780*250=195000mm2=0.195㎡，跌落高度H=60cm，许用脆值gG50，W=33.5kg。
根据公式
AWGm （6—1）
式中： m———最大加速度，pa；
W———产品的重量，N；
G———产品的许用脆值；
A———缓冲衬垫的面积，㎡。
在图4-1的静态缓冲曲线C-σm曲线中找出相应的缓冲系数C，C=5.4
根据公式：
GCHT （6—2）
式中： T——缓冲材料的厚度，cm；
C——缓冲系数；
G——产品的许用脆值；
H——跌落高度，cm。
可得： cm48.650604.5GCHT
综上，初步设计缓冲衬垫的面积cm48.6,195.02TmA厚度。
6.2 衬垫校核
（1）产品强度校核
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。m
（2) 挠度校核
厚度t与缓冲衬垫面积同时满足克斯特拉经验公式：
2min)33.1/(tA＞1 （6-3）
㎡195.0minA=1950cm2，T=6.48cm,代入公式（6-3），得
25.26)48.6*33.1/(19502＞1满足 (3) 跌落姿态校核
在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据，都是以假定的理想姿态试验平直，底面着地为前提的，但衬垫的实际工况远非标准姿态。实际的流通过程中，包装件跌落姿态千变万化，有角着地的，面着地还有棱着地的，受力情况变化较大，因而有对基本设计尺寸作相应的调整。由于角着地时，其对产品的冲击能力最大，因此需对角着地进行校核当角着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积。
（4）恢复性校核
（a）冲击次数不同，缓冲材料性能差异很大，因为回复性不可能是100％。
