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1、缓 冲 包 装 蔡 少 龄 caishaoling 目目录录 前前言言 第一节第一节 脆值脆值 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动 第三节第三节 缓冲材料的种类缓冲材料的种类 第四节第四节 缓冲材料的特性和缓冲设计缓冲材料的特性和缓冲设计 第五节第五节 利用缓冲系数利用缓冲系数-最大应力曲线进行缓冲设计最大应力曲线进行缓冲设计 第六节第六节 利用最大加速度利用最大加速度-静应力曲线进行缓冲设计静应力曲线进行缓冲设计 第七节第七节 振动的对策振动的对策 第八节第八节 缓冲固定技术方法缓冲固定技术方法 后后语语 前前言言 缓冲包装缓冲包装在产品外表面周围放有能吸收冲击或在产
2、品外表面周围放有能吸收冲击或 振动能量的缓冲材料或其他缓冲元件，使产品不受振动能量的缓冲材料或其他缓冲元件，使产品不受 物理损伤的一种包装方法。（物理损伤的一种包装方法。（GB/T 4122.3 包装术包装术 语语 第第3部分：防护部分：防护 ） 缓冲包装设计理论的发展概况缓冲包装设计理论的发展概况 二战期间二战期间Mindlin的缓冲包装理论的缓冲包装理论 1968年年Newton的包装产品破损的边界条件理论的包装产品破损的边界条件理论 20世纪世纪80年代美国年代美国MTS公司和密执根大学包装学院公司和密执根大学包装学院 的缓冲包装设计的缓冲包装设计 5 步法步法 6 步法步法 近十几年来
3、的计算机辅助设计技术、各类线性和非近十几年来的计算机辅助设计技术、各类线性和非 线性缓冲包装系统的冲击和振动响应分析、缓冲包线性缓冲包装系统的冲击和振动响应分析、缓冲包 装系统分析模型、缓冲包装概率设计方法等。装系统分析模型、缓冲包装概率设计方法等。 前前言言 要从科学的角度来搞清楚缓冲包装而进行深入研要从科学的角度来搞清楚缓冲包装而进行深入研 究是极为困难的，也是无止境的。在实际工作中究是极为困难的，也是无止境的。在实际工作中 只要运用下述的力学基础知识和有效地利用各种只要运用下述的力学基础知识和有效地利用各种 资料数据，就可以初步解决缓冲包装的问题。资料数据，就可以初步解决缓冲包装的问题。
4、 GB/T 8166-2011 缓冲包装设计缓冲包装设计 代替了代替了GB/T 8166-1987 缓冲包装设计方法缓冲包装设计方法 GJB/Z 85-97 缓冲包装设计手册缓冲包装设计手册 MIL-HDBK-304C:1997 缓冲包装设计缓冲包装设计 第一节第一节 脆值脆值（1） 一物体以某一速度落一物体以某一速度落 到地面的缓冲材料上而到地面的缓冲材料上而 停止，此时产生一负的停止，此时产生一负的 加速度加速度 a ，其冲击力由其冲击力由 式（式（1）算出。）算出。 F = ma（1） 重力：重力：W = mg（2） 由式（由式（2）得）得 m = W/g ，代入式（代入式（1）得：）得
5、： F = ( W/g) a = W (a/g ) （3） 第一节第一节 脆值脆值（2） 这样，这样，F就成为就成为W的的a/g倍的力。若以倍的力。若以G表示表示 式式（3）中的比值中的比值(a/g )，则：则： F = WG（4） 这个这个G= a/g ，即重力加速度的倍数，称之为即重力加速度的倍数，称之为 G值值。因此，可以将因此，可以将G值看成是表示冲击、振动值看成是表示冲击、振动 等大小的量值。等大小的量值。 另外，如果从跌落的物体接触到缓冲材料、另外，如果从跌落的物体接触到缓冲材料、 压缩缓冲材料到静止时的这段时间设为压缩缓冲材料到静止时的这段时间设为dt，则：则： a = g t
6、/ dt 如果跌落到太过柔软的缓冲材料或坚硬的地如果跌落到太过柔软的缓冲材料或坚硬的地 面时，由于面时，由于dt很小，加速度很小，加速度a就会很大，冲击力就会很大，冲击力 也就很大。也就很大。 第一节第一节 脆值脆值（3） 例：求以加速度例：求以加速度49m/s2作用在质量为作用在质量为5kg的物体上的力。的物体上的力。 解解: W= 5 9.8 = 49（N） 若用式若用式（3）计算计算: F = ( W/g) a = (49/9.8) 49=245（N） 若用若用G值表示：值表示： G= a/g = 49/9.8 = 5 则力则力F就可直接计算就可直接计算: F = WG = 495 =
7、245（N） G值还用以表示物品对外力的承受能力：值还用以表示物品对外力的承受能力：(GB/T 8166 ) 脆值（脆值（fragility ）产品不发生物理损伤或功能失效产品不发生物理损伤或功能失效 所能承受的最大加速度值，通常用临界加速度与重力加所能承受的最大加速度值，通常用临界加速度与重力加 速度的比值速度的比值Gm表示。表示。 各种产品的脆值见各种产品的脆值见表表1等等资料资料。 许用脆值（许用脆值（permissible fragility ）根据产品的脆值，根据产品的脆值， 并考虑到产品的价值、强度偏差、重要程度等而规定的并考虑到产品的价值、强度偏差、重要程度等而规定的 产品允许的
8、最大加速度值，以产品允许的最大加速度值，以G表示表示 。 G= Gm /n （式中，（式中，n1为安全系数为安全系数 ） 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（1） 一、包装件在流通过程中受到的外力一、包装件在流通过程中受到的外力 火车运输火车运输 运输运输汽车运输汽车运输 动的外力作用动的外力作用船舶运输船舶运输 飞机运输飞机运输 包装件储运包装件储运装卸装卸人力装卸人力装卸 机械装卸机械装卸 静的外力作用静的外力作用贮存贮存 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（2） 二、火车运输二、火车运输 与其他运输机具相比，火车运输最大的问题是：与其他运输
9、机具相比，火车运输最大的问题是： 调车场编组作业时车厢之间碰撞或紧急刹车时所调车场编组作业时车厢之间碰撞或紧急刹车时所 产生的前后方向的冲击加速度较大，见产生的前后方向的冲击加速度较大，见表表2。 一般编组的碰撞速度为一般编组的碰撞速度为28km/h，在车厢地板上在车厢地板上 产生的加速度约为产生的加速度约为3G以下。但驼峰溜放编组的以下。但驼峰溜放编组的 碰撞速度是一般编组碰撞速度的碰撞速度是一般编组碰撞速度的2倍以上倍以上。 与车厢壁之间留有空隙或货物之间有间隙时，由与车厢壁之间留有空隙或货物之间有间隙时，由 于二次冲击而使冲击加速度增幅，有时会产生紧于二次冲击而使冲击加速度增幅，有时会产
10、生紧 密装载时密装载时23倍的加速度。倍的加速度。 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（3） 三、汽车运输三、汽车运输 汽车运输时的最大影响是由于路面的凹凸不平所汽车运输时的最大影响是由于路面的凹凸不平所 产生的振动，这振动的大小取决于路面凹凸的特产生的振动，这振动的大小取决于路面凹凸的特 性、车辆的振动特性和货物的固有频率等，见性、车辆的振动特性和货物的固有频率等，见表表 3。 加速度与是否将货物牢固地绑在车上有关，若只加速度与是否将货物牢固地绑在车上有关，若只 放在车上，则因为会跳起来而受到二次冲击。放在车上，则因为会跳起来而受到二次冲击。 装载太轻时，冲击反而会更
11、大。例如，用装载太轻时，冲击反而会更大。例如，用4吨车吨车 时，装载从时，装载从3吨起，汽车本身的缓冲装置是比较吨起，汽车本身的缓冲装置是比较 有效的。有效的。 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（4） 四、船舶运输四、船舶运输 船舶运输时有如下船舶运输时有如下3种起振力引起船体的振动：种起振力引起船体的振动： 主发动机产生的起振力；主发动机产生的起振力； 螺旋桨产生的起振力；螺旋桨产生的起振力； 波浪产生的起振力。波浪产生的起振力。 这些起振力所产生的船体摇动有围绕着通过这些起振力所产生的船体摇动有围绕着通过 重心的三维座标轴的旋转运动及上下、左右、前重心的三维座标轴
12、的旋转运动及上下、左右、前 后方向的平行后方向的平行运动运动。 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（5） 沿岸航线的振动加速度见沿岸航线的振动加速度见表表4，通常是由，通常是由2Hz以下的摇以下的摇 动和动和36Hz、 210Hz的发动机的转数以及螺旋桨产生的发动机的转数以及螺旋桨产生 的振动叠加在一起产生的加速度。的振动叠加在一起产生的加速度。 在沿岸航线上横摆的最大摆角约为在沿岸航线上横摆的最大摆角约为1213，而风力而风力 超过超过5级时可超过级时可超过20。另外，纵摇的摆角在另外，纵摇的摆角在10以下。以下。 远洋航线的振动加速度见远洋航线的振动加速度见表表5。
13、 远洋航线上即使是远洋航线上即使是1万吨级的船，受横方向来的波浪时万吨级的船，受横方向来的波浪时 也会产生超过也会产生超过40的摆角。的摆角。 集装箱船的振动加速度见集装箱船的振动加速度见表表6。 海洋运输中的基准见海洋运输中的基准见表表7。 集装箱船的实测值见集装箱船的实测值见表表8。 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（6） 五、飞机运输五、飞机运输 航空运输中产生的冲击和振动因飞机的机型、飞航空运输中产生的冲击和振动因飞机的机型、飞 行速度、天气情况、机师及跑道的良好与否而异，行速度、天气情况、机师及跑道的良好与否而异， 一般见一般见表表9、表表10。 表表10是
14、机体重要部位的测定值，而非搭载货物上是机体重要部位的测定值，而非搭载货物上 的测定值。因此，对货仓中正确配载货物的值可的测定值。因此，对货仓中正确配载货物的值可 以考虑比这值低，但配载不完全时，恐怕会招致以考虑比这值低，但配载不完全时，恐怕会招致 二次冲击。二次冲击。 总之，航空运输的冲击值不会那么大，反而是在总之，航空运输的冲击值不会那么大，反而是在 机场的装卸时显出较高的机场的装卸时显出较高的G值，这是需要注意的。值，这是需要注意的。 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（7） 六、装卸时的冲击六、装卸时的冲击 1. 人力装卸人力装卸 运输或机械装卸时受到的运输或机械
15、装卸时受到的G值再大也就值再大也就10G以下，而人以下，而人 力装卸时经常会产生力装卸时经常会产生10G以上较大的以上较大的G值，如值，如表表11所示。所示。 G值因跌落高度和冲击时间而有很大的值因跌落高度和冲击时间而有很大的变化变化。 20kg重的包装件不同高度跌落的概率如重的包装件不同高度跌落的概率如图图所示。所示。 不同重量的跌落高度概率如不同重量的跌落高度概率如图图所示。所示。 包装件跌落面的发生率如包装件跌落面的发生率如表表12所示。所示。 美国不同重量的人力装卸和机械装卸时跌落高度的平均美国不同重量的人力装卸和机械装卸时跌落高度的平均 值如值如表表13所示。所示。 GB/T 485
16、7.1718-1992 中规定了跌落试验时跌落高度等中规定了跌落试验时跌落高度等 的确定方法。的确定方法。 第二节第二节 流通环境中的冲击与振动流通环境中的冲击与振动（8） 2. 机械装卸机械装卸 （1）叉车装卸作业）叉车装卸作业 叉车装卸时包装件受到的叉车装卸时包装件受到的G值大致可分为行驶中值大致可分为行驶中 和作业中两种情况，见和作业中两种情况，见表表14。 G值因叉车的结构、货叉上升时油压操作阀的打值因叉车的结构、货叉上升时油压操作阀的打 开方式以及引擎的加速而变化，而货叉下降时则开方式以及引擎的加速而变化，而货叉下降时则 又因载重及油压操作阀的打开方式而异。又因载重及油压操作阀的打开方式而异。 无论如何，还因司机操作的不同，产生的无
