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1、天津科技大学运输包装课程设计格力电压力锅的运输包装设计一、研究背景和意义：近年来，电饭煲在居民生活中的使用率越来越高，生产电饭煲的企业也越来越多。每个企业所应用的包装形式不尽相同，其目的，都是为保证产品在出厂到销售物流过程中免受损坏，并且吸引消费者购买本公司的产品，刺激消费者的购买欲望等。冲击和振动是包装件在流通过程中受到的两种主要负荷，为实现包装减损，包装结构必须有合理的缓冲能力，缓冲包装的目的是在运输，装卸过程中当发生振动，冲击等外力作用时，保护被包装产品的性能和形态。了解各个电饭煲品牌的销售包装和缓冲衬垫形式，为课程设计确定设计方案。二、市场调研：调查地点：天津国美电器调查时间：2012
2、年5月调查产品：格力电压力锅机器型号：CY-6002出品公司：格力电器小家电制造有限公司外形尺寸：约355x 352 x 362mm产品容量：6L外形设计：PVC多彩覆膜外壳，椭圆机身，外观时尚靓丽产品功率：1000W产品重量：5.18kg产品颜色：红色三、产品特性分析及定位：3.1 产品名称：格力电压力锅CY-60023.2 产品简介：它是格力公司采用最新技术研制开发的一种新型炊具，优化集合了压力锅，电饭锅，焖烧锅的优点于一体，并弥补了众锅的不足。它自动控制烹饪压力（温度），结构先进，造型新颖，是现代家庭理想炊具，也是压力锅，电饭锅，焖烧锅的升级换代产品。3.3 产品规格：外形尺寸：约355
3、x 352 x 362mm产品重量 ：5.18kg3.4 产品包装要求：运输包装能承受多次装卸、跌落、各种运输方式、起吊、堆码等外力作用而无损坏。应保证在整个流通过程中具有防水、防潮、防盗、防晒等保护功能，确保产品完好无损。包装在达到各种标准的基础上，还要尽可能的减少包装成本。四、运输包装流通环境分析：4.1 产品的流通区间：4.1.1 产 地：格力电器（中山）小家电制造有限公司广东4.1.2 目的地：全中国各地4.1.3 海 运：考虑到产品可能会通过海运运输。海上货物运输是国际运输的主要方式，国际贸易中约有90%的货物是以海上运输方式承运的。海运过程中由于天气原因会发生振动，冲击等外力作用外
4、，由于海面上的湿度较大，故还要考虑产品的防潮性能，以保证产品的质量。4.1.4 铁路和公路运输：由于产品销往全国各地，既有长途运输又有短途运输。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。铁路运输时产生的冲击有两种。一种是车轮滚过钢轨接缝时的垂直冲击；另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击。4.2 装卸与搬运环节：一般来说，流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多。装卸作业分人工与机械两种方式，一般以机械搬运为主，人工搬运为辅，采用卡车运输。按常规产品的跌落高度定为
5、60cm。4.3 运输环节：由于产品的出厂地为日本，产品由日本出口运往中国，属于长途运输。长途运输用的工具有汽车、火车、船舶和飞机等。在整个运输过程当中，最主要的运输方式多为汽车运输。在此过程中，运输工具的启动、变速、转向、刹车使货物改变速度，当货物堆垛松散时，它与车厢，与相邻货物发生碰撞，导致货物或包装容器的冲击损坏；运输工具受路面状况、发动机振动、车辆避震性能等因素的影响，产生周期性上下颠簸和左右摇晃，导致产品的损坏；当货物包装件结构不当、材料薄弱、封闭不严，在运输过程中经历不同气候区域，受到寒冷、炎热、干燥、潮湿、风雨等气候的影响，会使内装物发生变质或损坏；流通环境中，各种化学和机械活性
6、物质、日光照射、雨水、静电场等因素会对产品性能造成影响。相机为电子产品，为了防止包装内产生结露现象，应严格控制包装材料的含水量，并用塑料薄膜对产品进行包裹并放入干燥剂。4.4 存储环节：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。货物的贮存方法、堆码重量、高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境可直接影响产品包装件的流通安全。我们知道托盘化包装整体性能好，堆码稳定性高，可避免散垛摔箱问题，适合于机械化装卸，提高工作效率3倍8倍，也能大大减少流通过程中包装件发生碰撞、跌落、倾倒及野蛮装卸，提高产品运输的安全性。故采用建筑结构较好的仓库贮存。4.5 流通环境的气象条件：流通环境的气象条
7、件，如水、温度、湿度、气压等都会对包装容器及产品质量产生影响。由于产品在日本，销售范围为全中国各地，从日本到全国含盖了几个气候带，虽然温度随地域的变化，变化较平缓，但产品包装件常常在短时间内经历较剧烈的温度变化。电动剃须刀为电子产品，为了防止包装内产生结露现象，应严格控制包装材料的含水量，并用塑料薄膜对产品进行包裹并放入干燥剂。用标准化的环境条件，该产品的运输条件可表示为2K4/2B2/2S2/2M3。五、产品的包装设计：5.1 产品的脆值：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。在实际生产中，一般要通过实验来测定产品的脆值，但在课
8、程设计中我们只能通过查资料、比较同类产品的脆值来确定。通过查阅英国产品的脆值（图一如下图），查得电饭锅脆值为100120 g，为了保证设计的可靠性，取下限100 g。流通环境跌落高度为60 cm。图1.美国得出的产品脆值5.2 缓冲包装的设计：耐水性：密闭泡孔结构、不吸水、防潮、耐水性能良好。 耐腐蚀性：耐海水、油脂、酸、碱等化学品腐蚀，抗菌、无毒、无味、无污染。 加工性：无接头，且易于进行热压、剪裁、涂胶、贴合等加工。 防震动：回弹性和抗张力高，韧性高，具有良好的防震 / 缓冲性能。 保温性：隔热，保温防寒及低温性能优异，可耐严寒和曝晒。 隔音性：密闭泡孔，隔音效果好。5.2.1 缓冲包装设
9、计的要求：对于本产品的缓冲设计是格力公司的电压力锅，其重量为5.18kg，尺寸355x 352 x 362mm，该产品试验脆值为100g(测定一般有两种方法：脆值实验法与经验估算法) 其装卸搬运环节一般以机械为主，装卸过程中能满足0.6m的高度跌落，采用的运输方式为海运。5.2.2 缓冲防振设计：产品流通过程巾缓冲防振的目的是为了保证从缓冲衬垫传输到商品上的冲击加速度值小于导致商品破坏的脆值，同时使缓冲衬垫所产生的同有频率不超过导致商品破坏的临界共振频率，并避开运输工具的振动频率。5.2.3 缓冲包装材料的选择：由于聚苯乙烯（PS）的容重很低，可减轻包装重量，降低运输费用；具有优良的冲击、振动
10、能量的吸收性，用于缓冲防震包装能大大减少产品的破损；对温、湿度的变化适应性强，能满足一般包装情况的要求；吸水率低、吸湿性小，化学稳定性好，本身不会对内装物产生腐蚀，且对酸、碱等化学药品有较强的耐受性等性能故选择聚苯乙烯作为缓冲材料。5.2.4 缓冲材料的尺寸计算：聚苯乙烯在跌落高度60 cm时的最大加速度一静应力曲线，如图2所示。图2. 聚苯乙烯最大加速度一静应力曲线根据静应力公式s=(WA)104，得 s=(5.1898989.3)104=0005105 Pa。查图，坐标s=0005105 Pa与坐标GD=100 g的交点为B点；B点位于曲线的左边，说明静应力太大，没有必要采用全面缓冲保护，
11、可改为局部缓冲。在图中，取GD=100 g作一条水平线与缓冲曲线族相交，取厚度较小的缓冲曲线进行设计。则取厚度T=3cm，它的两个交点为C和D，取交点D进行设计最省料。D点对应静应力为s=0047105Pa，所需承载面积：AD=W104s=51.8X 104(0047105)=110.2cm2。由图可知，最低点E点对应的加速度值最小，缓冲性能最好，产品的安全率最高。若用E点进行设计，则E点对应的静应力为s=0027105 Pa，所需承载面积AD=W104s=51.8X 104(0027105)=192cm2。由此可见，该设计取T=3cm的聚苯乙烯作缓冲衬垫，承载面积可作两种选择：节约用料取A=
12、110.2cm2；提高产品安全率取A=192cm2。为此，综合考虑到产品的自身特性和实际条件，取A=192cm2。根据电饭锅的设计参数，结合缓冲衬垫的尺寸厚T=3cm5.2.6 挠度校核：衬垫尺寸的面积与厚度之比小于一定厚度时，衬垫容易挠曲或变弯，大大降低衬垫的负重能力。为了避免挠曲，其中最小承载面积A与厚度之比应符合以下规定 (克斯特那经验公式)Amin =(1.33T)2式中：T厚度 ，cm；Amin 面积，cm2；由公式可判定，衬垫不会弯曲。 Amin=192cm2，(1.33T) 2=(1.333) 2=16 cm2Amin(1.33T) 2，符合要求。5.2.7 蠕变量校核：缓冲材料
13、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) =3（1+10%）=3.3cm5.2.8 跌落姿势的校核：在衬垫设计时所引用的一系列特性曲线和数据，都是以假定的理想姿态为前提，但是衬垫的实际工况远非标准姿态。因此，有必要对基本设计尺寸作相应的校核和调整。根据最坏的跌落公式式中：Ae等效面积(cm2)；L2角衬垫面积(cm2)；l、b、d产品的长、宽、高尺寸(cm)；安全系数
14、，取14。设计中，L2= Ae4=48cm2。代入电饭锅的各种参数值，得：Ae =399cm2由此，静应力为s=0.013105由图知，035104 Pa对应的最大加速度为95 g，小于电饭锅的许用脆值100 g，满足要求。所以，缓冲衬垫的尺寸设计合理，其厚度为3cm。5.2.9 振动校核在完成缓冲包装设计后，一般应进行防振包装校核，确认所选缓冲结构是否存在共振问题，或者分析是否会产生关键件的疲劳损伤。振动是指质点相对其平衡位置所作的往复运动，描述振动的基本参数是频率和加速度。影响包装件振动的因素来自于运输工具种类、运输环境状况、包装结构形式、装载重量等方面。由于激励的多样性和影响因素的随机性
15、，包装件的振动属于复合随机振动。防振包装设计的基本原则是衬垫先按缓冲要求进行设计，然后校核其防振能力。防振包装设计的目的是调节包装件固有频率，选择恰当的阻尼材料，把包装系统的振动传递率控制在预定的范围。缓冲衬垫一般是按照冲击来设计，按照振动来校核。选择公路和铁路运输方式校核缓冲衬垫的防振能力，具体校核方法如下：参考材料的厚度t=4.5cm及静应力，由附图知曲线的峰值对应的频率fn =46Hz，传递率Tr=6。又由图可知，46Hz时的公路运输的最大加速度比铁路运输的最大加速度值大，因此选用公路的最大加速度计算，取a为4.2g，即包装件在共振时受到的振动输入为an=4.2g，则产品的最大响应加速度为：apTran=64.2=25.2 g所以，包装件的共振频率为46Hz，产品的最大响应加速度为25.2 g，这是缓冲衬垫的厚度是4.5cm时的计算数值，小于产品的许用脆值70 g，因此防振设计安全。图3. 振动传递率频率曲线图4.振动加速度频率曲线5.3缓冲衬垫的结构设计为了使用最少的缓冲材料取的最
