第二版-运输包装件测试.doc

31第七章 运输包装件测试第七章 运输包装件测试71 环境试验一、 温湿度调节处理1 概述包装件在流通中，要经历运输、装卸搬运、贮存等环节。在这个过程中，包装件可能遭遇环境条件的各种损害，如冲击、振动、气象环境条件、生化环境条件等作用。运输包装试验的目的，就是在实验室里模拟流通环境条件对包装件的作用。包装件经历的气象环境条件主要包括温度、湿度、气压、水分、太阳辐射等影响因素，尤其是温度、湿度对包装材料和结构影响很大。随着国际贸易的迅速发展，各种商品需要跨地域流通。在国际联运、跨赤道越洋运输，温差变化更大，温差变化可达30以上。相对湿度随纬度而变化，由赤道到中纬度（约35度）附近相对湿度随纬度增高而降低。由中纬度到高纬度时气温逐渐降低，相对湿度随纬度增高而增高。我国国内，从北到南横跨寒冷、寒温、干热、湿热等几个气温带。长江以南地区，黄河流域，东北地区，西北地区等不同地区的温度、湿度差别十分明显。温度变化会对产品和包装产生如下影响：某些药品、食品、化工产品很难保持品质稳定。某些包装材料性能也因温度变化而变化。如发泡聚乙烯材料缓冲系数随温度变化而有显著变化。大温差会引起封闭包装件内产生水汽凝结现象，加速内部产品的受潮和腐蚀。低温则使橡胶和塑料等材料硬化变脆，受力后易破裂。湿度变化会对产品和包装产生如下影响：高温、高湿时，如相对湿度为RH8095%和温度为2530时，霉菌繁殖旺盛，破坏产品的外观和标志。高湿使金属的腐蚀加速。一些有机材料吸湿后表面发胀、变形、起泡，不但影响外观，还会使机械性能下降。低湿度又会使纸、木、皮革、塑料等干燥收缩、变形甚至龟裂。楞纸箱的抗压强度随相对湿度增大而下降。因此包装件在跨国界、跨地区的运输过程中必然要经历复杂的温湿度环境影响，运输包装设计和试验一定要考虑气候条件的影响，否则包装设计的可靠性差。为此，在进行各种运输包装试验之前，根据包装件的特性及流通环境中的气候条件，选定一种温湿度条件进行调节处理，以便模拟现场气候条件因素对运输包装件的影响。若产品流通过程中跨区域大且温湿度变化较大，应该选定多种温湿度条件，对多组样品分别进行温湿度调节处理。 2 温湿度调节处理条件流通环境中温湿度条件变化广泛，试验时不可能模拟每一种情况，所以国家标准GB/T 4857.2-2005规定了12种典型的温湿度条件，见表7.1。在进行运输包装试验时，根据运输包装件的特性及流通环境中可能遇到的环境条件，可从表7.1中规定的各种温湿度条件中选一种条件，对运输包装件进行温湿度调节处理。调节处理时间可从4、8、16、24、48、72小时或7、14、21、28天典型调节处理时间中选一。根据国家标准，对允许误差作了如下规定。温度误差规定：对于条件1,2,3和10，至少1h测量10次的测量值与公称值相比最大允许温度误差为3C。对于其他条件，最大允许温度的误差为2C。对于所有条件，相对于公称值，平均误差应为2C。相对湿度误差规定：对于所有条件，至少1h测量的最大允许相对湿度相对于公称值的误差应为5%。对于所有条件，相对于公称值，相对湿度平均误差应为2%。注：相对湿度的平均值，应通过至少1h的时间，取10次测量的平均值获得，或通过仪器的连续记录求出。条件代表气候温度（公称值, C）相对湿度(公称值, %）1寒冷地区温度和冷库内温度-55无规定2寒冷地区温度和冷库内温度-35无规定3寒冷地区温度和冷库内温度-18无规定4低温高湿气候和冰箱冷藏室温度5855标准温湿度20656标准温度高湿20907标准温湿度23508高温高湿30859高温高湿309010高温40不受控制 11高温高湿409012高温干燥（沙漠型气候）5530表 7.1 温湿度条件注：来源于GB/T 4857.2-20053 仪器设备 （1）温湿度箱(室)对每一个温湿度箱(室)，应规定工作空间的范围。工作空间内应能保持规定的调节处理条件，其温度和湿度能作连续记录，且保持在规定的允许误差之内。（2）干燥箱(室)将某些试验样品的含水率降低到温湿度调节处理所要求的含水率以下。（3）记录仪器记录仪器要有足够的灵敏度和稳定性，温度的测量精度应能准确到0.1C，相对湿度准确到1%，并能作连续记录，若每次测试记录的间隔不大于5分钟，则也认为该记录是连续的。在达到上述测量精度要求的同时，记录仪器要有足够的响应速度，以能准确记录每分钟4C的温度变化以及每分钟5%的相对湿度变化。4 试验程序 （1）把已经准备好的试验样品放在温湿度箱(室)的工作空间内，将试验样品架空放置，使其顶面、四周及至少75%的底部面积能自由地与温湿度调节处理的空气相接触。（2）尽可能的选择和试验样品运输及储存条件相似的温度和相对湿度，并且将其暴露在规定的条件下一段时间，时间的选择从4、8、16、24、48、72小时或7、14、21、28天典型调节处理时间中选一。温湿度调节处理的时间从达到规定条件1h后算起。（3）当试验样品是具有滞后现象特性的材料构成时，如纤维板等，则需要在温湿度调节处理之前进行干燥处理。具体做法为:将试验样品放置在干燥室内至少24 h，在该环境条件下，当被转移到试验条件下时，试验样品已经通过吸收潮气接近平衡。当规定的相对湿度不大于40%时，不作干燥处理。（4）在调节处理过程中不允许有冷凝水滴落到试验样品上。温湿度调节处理试验又是运输包装件其他环境试验之前的预处理。二、 喷淋试验1 概述包装件在装卸、运输、贮存过程中，经常受到雨、雪、露在货物表面的侵袭，并产生渗透，内装物会受到危害。喷淋试验就是模拟包装件在流通时露天存放受到雨淋的过程。本试验用于评定包装件对雨淋的抗御性能及包装对内装物的保护能力。它既可以作为单项试验，也可从作为系列试验的组成部分。2 试验原理将试验样品放在试验场地上，在一定温度下用水按预定的时间及速率进行喷淋。3 试验设备 （1）试验场地试验场地面积至少要比试验样品底部面积大50%，使试验样品处于喷淋面积之内。如有必要对试验场地温度进行控制时，可对场地进行隔热或加热。场地地面应设置有格条地板和足够容量的排水口，使喷洒的水能自动排泄出去，不致使试验样品泡在水里。试验场地的高度要适当，使喷水嘴与试验包装件顶部之间的距离至少为2m，可保证水能垂直滴落。（2）喷淋装置喷淋装置应满足100 20 L/(m2 h)速率的喷水量。喷出的水要求充分均匀，喷头高度应能调节，使喷嘴与试验样品顶部之间至少能够保持2m的距离。4 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。试验应在与预处理相同的温湿度条件下进行。如果达不到相同条件，则必须在尽可能相近的大气条件下进行试验，在试验样品离开预处理条件5min之内开始试验。（4）调整喷头的高度，使喷嘴与试验包装件顶部最近点之间的距离至少为2m。开启喷头直至整个系统达到均衡状态。除非另有规定否则喷水的温度和试验场地温度均应在5C和30C之间。（5）在整个系统喷出的水达到稳定后，再放置试验样品。（6）将试验样品放在试验场地中心位置，使水能够按照校准时的标准落到试验样品上，在预定的时间内持续地进行喷淋。（7）检查被试包装件及其内装物，是否出现防水性能下降或渗水现象。三、 浸水试验1 概述浸水试验是将试样完全浸入水中，保持预定的时间以后，缓缓提起。在预定的大气条件和时间内进行沥水和干燥。该试验用来检验防水要求很高货物的包装件承受水浸害的能力，或用来检查某些容器的密封性能。2 试验设备 （1）水箱水箱应具有足够的容积，能够使试验样品全部浸于水中，试验样品顶面沉入水面以下的距离不小于100mm。水箱应具有给水、排水装置，不应有渗水、漏水现象，并能将水温保持在规定的范围内。（2）浸水装置该装置应有足够的尺寸，可以宽松地盛装试验样品，并能提升或下降。（3）刚性格栅具有一定的强度和刚度、支撑湿的试验样品时格栅不变形，能使空气自由地流经试验样品底面。栅条与试验样品的接触面积不大于试验样品底面积的10%。3 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。浸水时，应在试验样品离开预处理条件5min之内开始进行。如果达不到预处理条件，则应尽可能接近预处理的温湿度条件下进行试验。沥水、干燥时，应在与预处理相同的温湿度条件下进行。（4）在水箱内充以一定深度的水，水温在540C范围内选择，浸水过程中水温变化在2C以内。（5）将试验样品放入浸水装置内，一同浸入水中，浸水下放速度不大于300mm/min直至试验样品的顶面沉入水面100mm以下，并保持一定时间。保持时间从5，15，30 min或l，2，4 h中选择。（6）达到预定时间后，以不大于300mm/min的速度将试验样品提出水面。（7）将试验样品按预定状态放在格栅上，使其暴露在预定的大气条件下。暴露时间从4，8，16，24，48，72小时或1，2，3，4周中选择。（8）记录试验样品浸水、沥水、干燥引起的任何明显的损坏或任何其他变化。按有关标准或规定检查包装及内装物的损坏情况，并分析试验结果。四、 低气压试验1 概述低气压试验用于评定在空运时，飞机飞行高度不超过3500m的非增压仓和超过3500m的增压仓内部的运输包装件和单元货物耐低气压影响的能力及包装对内装物的保护能力。对于海拔较高的地面运输包装件和单元货物可参考采用低气压试验。2 试验原理将试验样品置于气压试验箱(室)内，然后将试验箱(室)内气压降低到相当于3500 m高度时的气压。将此气压保持预定的时间后，使其恢复到常压。如有必要，在此期间也可将温度控制在相同高度时所具有的温度(参见表7.2)。按有关标准规定，检查包装及内装物的损坏情况，并分析试验结果。3 试验设备 试验设备为气压试验箱或气压试验室，要求应具有足够的空间以容纳试验样品，并能进行气压和温度控制，且可以满足试验所需的气压和温度要求。4 试验程序（1）按规定的要求准备试验样品，对试验样品各部位进行编号。根据运输包装件的特性及流通环境中可能遇到的环境条件，选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。（2）将试验样品放置于气压试验箱(室)内，以不超过15kPa/min的速率将气压降至65kPa（5%)，在预定的时间内保持该气压，保持时间可在2h, 4h, 8h, 16h 内选取。（3）以不超过15kPa/min的增压速率，充入符合实验室温度的干燥空气，使气压恢复到初始状态。（4）然后，按有关标准规定检查包装及内装物的损坏情况，并分析试验结果。（5）当运输包装件在飞行高度超过3500m的非增压仓内运输时，可以按表7.2的压力及温度进行低气压试验。表 7.2 大气层外的环境条件高度（m）气压（kPa）温度（）400061.5-11600047.0-24800035.5-371000026.5-501200019.0-56.51500012.0-56.5180007.5-56.5200005.5-56.5注：来源于GB/T 4857.13-200572 运输包装件静态试验一、 静载荷堆码试验1 概述静载堆码试验可以模拟包装件在运输和贮存过程中，以堆码方式放置时，堆码后底部包装件将承受上部货物的重压。该试验可用于评定包装件在堆码时的耐压强度，或对内装物的保护能力。它既可以作为研究包装件在堆码中受压时的影响（变形，蠕变，压坏或破裂）的单项试验，也可从作为测定包装件在包括有堆码压力危害的流通系统中耐压能力的一系列试验的组成部分。本试验既适用于包装件在贮存环节中堆码静压力的模拟，也适用于在运输过程中由于堆码而产生的静压力的模拟，但不适合模拟运输过程中产生的动载荷问题（包装件受到动载荷作用问题将在本章后继各节讨论）。2 试验原理采用国家标准GB/T 4857.3-92规定的三种可使用的静载荷加载方法中的任意一种方法，将包装件放置于一个水平平面上并在其上面均匀地施加载荷。有关载荷、大气条件、承载时间以及包装件的置放状态等都是预定的，堆码高度和持续时间可从表7.3中选用。如可行，则可对包装件在试验中的上下偏斜或左右偏斜进行测定。贮运方式基本值适用范围持续时间（天）堆码高度（米）持续时间（天）堆码高度（米）公路运输12.5171.53.5铁路运输132.5171.53.5水运173.51283.57空运11.8贮存173.51281.57表 7.3 堆码高度和持续时间注：来源于GB/T 4857.18-92此项试验也可用压力试验机加载压力，其特点是效率高、操作方便、实验结果较精确。其缺点是试验易受试验机压板尺寸和加载行程限制，大型包装件不适用。本教材不详细讨论此试验方法，有兴趣者可参考国际标准ISO2874-1985或国家标准GB/T 4857.16-90。3 试验设备 （1）水平台面水平台面应平整坚硬。任意两点的高度差不超过2mm，如为混凝土地面，其厚度应不少于150mm。（2）加载装置加载装置按照所选定的方法（方法1、方法2或方法3）而定，具体如下：方法1: 包装件组该组包装件的每一件都应与试验中的试验样品完全相同。包装件的数目则以其总质量达到合适的载荷量而定。方法2: 自由加载平板该平板应能连同适当的载荷一起，在试验样品上自由地调整达到平衡。载荷与加载平板也可以是一个整体。加载平板置于包装件试样顶部的中心时，其尺寸至少应较包装件的顶面各边大出100mm。该板应足够坚硬以保证能完全承受载荷而不变形。方法3: 导向加载平板采用导向措施使该平板的下表面能连同适当的载荷一起始终保持水平，所采用的措施不应造成摩擦而影响试验结果。（3）偏斜测试的装置所有偏斜测试装置的误差，应精确到lmm。（4）安全设施在试验时应注意所加负载的稳定和安全，为此，必须提供一套稳妥的试验设施，并能在一旦发生危险的情况下，保证载荷受到控制，以便防止对附近人员造成伤害。4 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。试验应在与预处理相同的温湿度条件下进行。如果达不到相同条件，则必须在尽可能相近的大气条件下进行试验，或在试验样品离开预理处条件5min之内开始试验。（4）按GB/ T4857.18（编制运输包装件试验大纲的定量数据）规定选择试验强度值。见表7.3。（5）将试验样品按预定状态置于水平平面上，再将加载用包装件组或自由加载平板或导向加载平板置于试验样品的顶面中心位置。（6）如果使用方法2或方法3，则在不造成冲击的情况下将作为载荷的重物放在加载平板上，并使它均匀地接触加载平板，以保证载荷的重心恰好处于包装件顶面中心的上方。重物与加载平板的总质量与预定载荷值的误差应在 2%之内。载荷重心与加载平板上面的距离，不得超过试验样品高度的50%。（7）载荷应保持预定的持续时间或直至包装件压坏。（8）试验期间按预定的测试方案记录试验样品的变形，必要时，也可以随时对试验样品的变形情况进行测定。（9）去除载荷，按有关标准规定检查运输包装件及内装物的损坏情况，并分析试验结果。二、 压力试验1 概述本试验可用于评定包装件在受到压力时的耐压强度或对内装物的保护能力。它既可以作为研究因受压而造成的影响（变形、压坏、碎裂）的单项试验，也可作为测定包装件在包含有受压危害的流通系统中耐压能力的一系列试验的一个组成部分。2 试验原理将试验样品置于试验机两平行压板之间，然后均匀施加压力，记录载荷和压板间的位移，直到试验样品发生破裂，或载荷或压板位移达到预定值为止。3 试验设备 （1）压力试验机压力试验机用电机驱动，机械传动或液压传动，压板型式要能使一个或两个压板以103mm/min的相对速度进行匀速移动，对试验样品施加压力。压板应平整坚硬。压板尺寸应大于与其接触的试验样品的尺寸，两压板之间的最大行程应大于试验样品的高度。国内外市场上出售的压力试验机有多种型号，如深圳新三思计量技术有限公司生产的CCT系列微机控制包装容器压力试验机；美国LANSMONT公司的Model 152 Compression Tester压力试验机。（2）记录装置记录装置所记录的载荷误差不得超过施加载荷的2%。压板的位移误差为1mm。4 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品，试验样品的数量一般不少于3件。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。试验应在与预处理相同的温湿度条件下进行。如果达不到相同条件，则必须在尽可能相近的大气条件下进行试验，在试验样品离开预处理条件5min之内开始试验。（4）将试验样品按预定状态置于下压板中心部位，使上压板和试验样品接触。先加220N的初始载荷，以使试验样品与上下压板接触良好。调整记录装置，以此作为位移记录的起点。（5）以103mm/min的速度匀速移动压板距离。应加压到压缩载荷达到预定值或试验样品尺寸变形达到预定值，或试验样品出现破裂。（6）如果需要对试验样品的对角和对棱的耐压能力进行测定，须采用上下压板均不能自由倾斜的压力试验机。试验步骤同上。（7）试验后按有关标准规定检查运输包装件及内装物的损坏情况，并分析试验结果。73 运输包装件冲击试验一、 跌落试验1. 概述不论是人工装卸还是机械装卸，都可能因人为或偶发因素使包装件自由跌落。跌落试验就是模拟包装件在装卸和搬运中遇到跌落的情况，用于评定运输包装件在受到垂直冲击时的耐冲击强度及包装对内装物的保护能力。跌落冲击发生于包装件与地面之间，其冲击加速度取决于跌落高度，而冲击力大小除取决于跌落高度外还取决于包装件重量、内衬垫缓冲性能和地面的刚性。跌落高度代表包装件在流通过程中跌落冲击能量的大小，跌落高度越高，冲击能量越大，产品越容易损坏，缓冲防护就要求越高。通常等效跌落高度确定方法有两种：一是经验公式，二是标准量值法。一般在人工装卸中，包装件的跌落高度与重量有如下关系，它适用于16 kg以上的包装件: （7.1）式中h跌落高度，cm；W包装件重量，kg。标准量值法，就是根据我国、日本、美国等一些国家的标准，以及一些产品的行业标准来确定跌落高度值。如日本标准JISI0202中规定的自由跌落试验条件，美国军用标准MILP116H规定自由落高的试验条件，我国标准GB/T 4857.1892规定的跌落试验高度，都可根据产品重量、最大尺寸范围、运输条件，由表格直接查到跌落高度值（见表7.4）。表 7.4 参考跌落高度运输方式包装件质量（kg）跌落高度（mm）公路运输100100水运50300注：来源于GB/T 4857.18-92以上两种方法是由经验及数理统计得到。如果要根据产品价值、特性和实际运输条件综合确定，或采用集合包装运输（托盘或集装箱）时，等效跌落高度取值就要小很多。2. 试验原理提起试验样品至预定高度，然后使其按预定状态自由落下，与冲击台面相撞。3. 试验设备 试验设备应满足下面要求：（1）冲击台：冲击台面为水平平面，试验时不移动，不变形。它为整块物体，质量至少为试验样品质量的50倍；要有足够大的面积，以保证试验样品完全落在冲击台面上；在冲击台面上任意两点的水平高度差不得超过2mm；冲击台面上任何100mm2的面积上承受10 kg的静负荷时，其变形量不得超过0.1mm。（2）提升装置：在提升或下降过程中，不应损坏试验样品。（3）支撑装置：支撑试验样品的装置在释放前应能使试验样品处于所要求的预定状态。（4）释放装置：在释放试验样品的跌落过程中，应使试验样品不碰到装置的任何部件，保证其自由跌落。跌落试验机，常用的有吊钩式、翻板式和旋转臂式等多种。国内外市场上出售的跌落试验机有多种型号，如苏州东菱振动试验仪器有限公司生产的PD-315A型包装件跌落试验机（旋转臂式）；苏州试验仪器总厂生产的DLJ-100型跌落试验台（旋转臂式）；西安捷盛电子公司生产的Y52122/ZF型跌落试验机（旋转臂式）；日本吉田精机株式会社生产的EMH-3000型跌落试验用电磁钩和DT-100型包装货物落下试验机；美国LANSMONT公司的PDT-227型跌落试验机。图 7.1旋转臂式跌落试验机试件托板转臂限位限位箱体缓冲缸冲击底座电机吊钩式跌落机采用普通的电葫芦起吊，依靠电磁装置实现突然的释放，主要用于大型包装件跌落试验；翻板式跌落机用两块平置的翻板支承货物的试样，机械传动提升，靠手工操作打开活络销，实现释放动作。图7.1是一种广泛使用的旋转臂式跌落试验机。箱体由链条带动并沿立柱垂直升降，升降高度由测量仪表显示。试验开始，试件随箱体提升到规定高度；到达规定高度后，旋转臂突然下降，脱离试件并摆动收缩，让开试件，使试样保持平直姿态跌落于冲击台面之上，以形成冲击。5 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。试验应在与预处理相同的温湿度条件下进行。如果达不到相同条件，则必须在尽可能相近的大气条件下进行试验，在试验样品离开预处理条件5min之内开始试验。（4）按GB/ T4857.18（编制运输包装件试验大纲的定量数据）规定选择试验跌落高度，可根据产品重量、最大尺寸范围、运输条件，由表格直接查到跌落高度值（见表7.4）。（5）提起试验样品至所需的跌落高度位置，并按预定状态将其支撑住。其提起高度与预定高度之差不得超过预定高度的2%。跌落高度是指准备释放时试验样品的最低点与冲击台面之间的距离。（6）按下列预定状态，释放试验样品:面跌落时，使试验样品的跌落面与水平面之间的夹角最大不超过2;棱跌落时，使跌落的棱与水平面之间的夹角最大不超过2，试验样品上规定面与冲击台面夹角的误差不大于5或夹角的10%（以较大的数值为准），使试验样品的重力线通过被跌落的棱;角跌落时，试验样品上规定面与冲击台面之间的夹角误差不大于5或此夹角的10%（以较大的数值为准），使试验样品的重力线通过被跌落的角;无论何种状态和形状的试验样品，都应使试验样品的重力线通过被跌落的面、线、点。（7）试验后按有关标准或规定检查包装及内装物的损坏情况，并分析试验结果。通过跌落试验还可以达到另一个目的，在没有确定流通环境的情况下，检验产品的包装所能承受多大的高度跌落而包装件不受损。这种方法可按下列程序进行试验，首先从一较低的跌落高度开始进行跌落试验，然后逐渐增加跌落高度，再进行跌落试验，每次跌落试验后都按有关标准或规定检查包装及内装物的损坏情况，直到将跌落高度升高到使跌落后的包装或内装物破损为止。那么此跌落高度就可认为是包装件在流通中所能经受的最大跌落高度。二、 水平冲击试验1. 概述包装件在运输过程中会受到水平冲击。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。火车在挂钩撞合时产生的水平冲击。空运中当飞机盘旋时产生较大的水平冲击。海运中，由于受海浪的冲击也会引起船身的摇晃而产生水平冲击。因此可以用水平冲击试验模拟包装件在运输过程中承受水平冲击的状况，用于评定运输包装件在受到水平冲击时的耐冲击强度和包装对内装物的保护能力。2. 试验原理使试验样品按预定状态以预定的速度与一个垂直速度方向的挡板相撞，也可以在挡板表面和试验样品的冲击面、棱之间放置合适的障碍物以模拟在特殊情况下的冲击。3. 试验设备 （1）水平冲击试验机水平冲击试验机由钢轨道、台车和挡板组成。钢轨道为二根平直钢轨，平行固定在水平平面上。台车应有如下性能：第一，应有驱动装置，并能控制台车的冲击速度；第二， 台车台面与试验样品之间应有一定的摩擦力，使试验样品与台车从静止到冲击前的运动过程中无相对运动。但在冲击时，试验样品相对台车应能自由移动。挡板应安装在轨道的一端，其表面与台车运动方向成901的夹角；挡板冲击表面应平整，其尺寸应大于试验样品受冲击部分的尺寸；挡板冲击表面应有足够的硬度与强度，在其表面任何100mm2的面积上承受160kg的负载时，变形不得大于0.25mm；需要时，可以在挡板上安装障碍物，以便对试验样品某一特殊部位做集中冲击试验；挡板结构架应使台车在试验样品冲击挡板后仍能在挡板下继续行走一定距离，以保证试验样品在台车停止前与挡板冲击。（2）斜面冲击试验机(见图7.2)斜面冲击试验机由钢轨道、台车和挡板组成。钢轨道是二根平直且互相平行的钢轨，轨道平面与水平面的夹角为10 1；轨道表面保持清洁、光滑，并沿斜面以50mm的间距划分刻度；轨道上应装有限位装置，以便使台车能在轨道的任意位置上停留。台车的滚动装置，应保持清洁，滚动良好；台车应装有自动释放装置，并与牵引机构配合使用，使台车能在斜面的任意位置上自由释放；试验样品与台面之间应有一定的摩擦力，使试验样品与台车从静止到冲击前的运动过程中无相对运动。但在冲击时，试验样品相对台车应能自由移动。挡板试样90o10o台车释放装置钢轨道图7.2斜面冲击试验机简图挡板应安装在轨道的最低端，其冲击表面与轨道平面成90 1的夹角，并符合前述的要求；在挡板的结构架上可以安装阻尼器，防止二次冲击。图7.3 吊摆冲击试验机简图挡板台板试样（3）吊摆冲击试验机(见图7.3)吊摆冲击试验机由悬吊装置和挡板组成。悬吊装置一般由四角用钢丝绳悬吊起来的长方形台板组成。台板应具有足够的尺寸和强度，以满足试验的要求。当自由悬吊的台板静止时，应保持水平状态。其前部边缘刚好触及挡板。悬吊装置应能在运动方向自由活动，并且将试验样品安置在平台上时，不会阻碍其运动。挡板的冲击面应垂直于水平面，并符合前述的要求。4 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。试验应在与预处理相同的温湿度条件下进行。如果达不到预处理条件，则必须在试验样品离开预处理条件5min之内开始试验。（4）按GB/ T4857.18（编制运输包装件试验大纲的定量数据）规定选择试验强度值。试验时，水平冲击速度值可从1.5，1.8，2.2，2.7，3.3，4.0，5.0m/s中优选。公路运输基本值为1.5m/s，变化范围为1.52.7m/s；铁路运输基本值为1.8m/s，变化范围为1.85.0m/s。变化范围的选择由包装件的运输条件、质量、产品的特点而定。对于斜面冲击或吊摆冲击的水平冲击速度与台车发车位置高度或台板拉起的高度有如下关系： （7.2）式中 v 斜面冲击或吊摆冲击试验中冲击处的瞬时速度（m/s）； h 斜面冲击试验中，台车发车位置高度；或吊摆冲击试验中，台板拉起的高度（m）；g 重力加速度（m/s2）。根据公式7.2可以通过设置不同高度来预定冲击速度。（5）将试验样品按预定状态放置在台车（水平冲击试验机和斜面冲击试验机）或台板（吊摆冲击试验机）上。利用斜面或水平冲击试验机进行试验时，试验样品的冲击面或棱应与台车前缘平齐；利用吊摆冲击试验机进行试验时，在自由悬吊的台板处于静止状态下，试样品的冲击面或棱恰好触及挡板冲击面。对试验样品进行冲击时，其冲击面与挡板冲击面之间的夹角不得大于2。试验样品进行棱冲击时，其冲击棱与挡板冲击面之间的夹角不得大于2。如试验样品为平行六面体，则应使组成该棱的两个面中的一个面与挡板冲击面的夹角误差不大于5或在预定角的10%以内（以较大的数值为准）。（6）利用水平冲击试验机进行试验时，使台车沿钢轨以预定速度运动，并在到达挡板冲击面时达到需要的冲击速度。（7）利用斜面冲击试验机进行试验时，将台车沿钢轨斜面提升到可获得要求冲击速度的相应高度上，然后释放。（8）利用吊摆冲击试验机进行试验时，拉开台板，提高摆位，当拉开到台板与挡板冲击面之间距离能产生所需冲击速度时，将其释放。（9）无论采用何种试验机进行试验，冲击速度误差应在预定冲击速度的5%以内。（10）试验后按有关标准或规定检查包装及内装物的损坏情况，并分析试验结果。三、 可控水平冲击试验1 概述虽然上述水平冲击试验可以模拟包装件在流通中的受水平冲击的状况，但是由于试验条件与实际运输环境有差别，所以试验结果可能不理想。例如火车在挂钩撞合时，车辆连接装置将吸收一部分能量，而包装件受到的冲击将比直接水平冲击载荷要小。又如运输过程中包装件一般以堆码形式放置在车厢内，其后部或周围有其他货物，冲击时，包装件除受到冲击外，还将受到后部货物的挤压，因此需要用脉冲程序装置产生所需要的冲击脉冲，通过这样的可控水平冲击试验模拟包装件在运输过程中承受水平冲击的状况，用于评定运输包装件在受到水平冲击时的耐冲击强度和包装对内装物的保护能力。可控水平冲击试验的试验结果更接近实际的运输环境对包装件作用。2 试验原理使试验样品按预定状态，以一定的冲击速度冲击，通过脉冲程序装置产生更接近实际的运输环境的冲击脉冲（见图7.4）。台车止回载荷装置试样隔板脉冲程序装置冲击座图7.4 可控水平冲击试验原理图止回载荷装置的作用：放置在试验样品之后，与试验样品相同或相似的模拟装置。冲击时，止回载荷装置对试验样品所产生的挤压力，即为止回载荷。用止回载荷可以模拟在运输车辆中包装件后部所受到的载荷，即水平冲击时包装件间的相互作用。脉冲程序装置的作用：安装在隔板或冲击面上，这种装置可采用液压、弹簧或缓冲材料等形式，用以产生所需冲击脉冲（如：脉冲的波形、峰值加速度和持续时间）的装置。该装置可以模拟运输中的部分弹性碰撞。隔板的作用：隔板垂直固定在台车的台面上，碰撞时包装件与之相撞击，以模拟实际运输过程中包装件与车厢内壁的水平冲击情况。3. 试验设备 （1）可控水平冲击试验机可控水平冲击试验机由台车、冲击座和脉冲程序装置组成。台车：台车台面应平整，具有足够的尺寸，以满足放置试验样品和止回载荷装置的要求。台面上应有直立隔板，隔板与台面成900.5。台车台面与隔板应具有一定的强度和刚度，在试验时保持刚性。隔板与试验样品相接触的表面应平整，且其尺寸应大于试验样品受冲击部分的尺寸。需要时，可在隔板上安装障碍物，以便对试验样品某一特殊部位做集中冲击。台车应有导向装置，使台车向脉冲程序装置冲击面作单一方向运动。采取适当措施，使试验样品与台车从静止到冲击前的运动过程中无相对运动，并有冲击后限制台车运动（防止二次回弹）的装置。冲击座和脉冲程序装置：冲击座应有足够的尺寸以承受台车的冲击。在冲击座和台车隔板之间应安装脉冲程序装置，在台车隔板撞击冲击座时能产生需要的冲击脉冲。（2）止回载荷装置可采用特殊的止回载荷装置提供一个适当的止回载荷，也可以采用与试验样品相同的包装件作为止回载荷装置，以获得需要的载荷质量。止回载荷装置和试验样品相接触面的面积应相等。在试验样品后设置止回载荷就是模拟在运输车辆中包装件的后部所受到的载荷。（3）测试系统测试系统由加速度传感器、信号放大器、显示和记录装置组成。要求能显示并记录试验样品所承受冲击加速度时间历程。测试系统要有足够的加速度量程，在任何冲击点上不得出现过载现象。测试系统的频率响应至少为20倍的测量频率。在测量范围内，测试系统的精度应在5%之内，测试系统的各项技术指标应符合有关规定。需要时，应有附加测试仪器，用于测定台车的冲击速度变化。该系统的响应精度应为实际值的2.5%。测量的速度变化精度应在5%以内。4 试验程序（1）按GB/T 4857.17（编制运输包装件试验大纲的一般原理）的要求准备试验样品。（2）按GB/T 4857.1（运输包装件试验时各部位的标示方法）的要求对试验样品各部位进行编号。（3）按GB/T 4857.2（运输包装件温湿度调节处理）的要求选定一种条件对试验样品进行温湿度预处理。试验应在与预处理相同的温湿度条件下进行。如果达不到预处理条件，则必须在试验样品离开预处理条件5min之内开始试验。（4）确定试验强度参数。进行试验时，试验样品的数量、试验顺序、试验次数及冲击速度、脉冲持续时间等试验强度参数由试验目的、内装物特点、运输装卸环境条件等因素决定，如无特殊规定，也可参照下述内容： 冲击速度变化在0.55.0m/s范围内选择。对于公路运输，其冲击速度基本值为1.5m/s;对于铁路运输其冲击速度基本值为1.8m/s。在铁路运输中，其冲击加速度一般在0.16g范围内变化，最大可达18g。脉冲持续时间从几毫秒到300ms。在公路运输中，其冲击加速度一般在0.115g范围内变化，脉冲持续时间从40ms800ms，有时可达1s。当托盘包装用叉车装卸时，托盘包装将经受水平冲击力的作用。最大冲击强度为10g、50ms和40g、10ms的脉冲。对于四面均能插入的托盘，试验时，托盘应旋转90在第二面上也需进行水平冲击试验。包装件在运输中可能经受的冲击次数应视具体流通环境而定。一般冲击次数为215次。如果需要，建议进行一系列较低值冲击试验或一系列逐步增加冲击强度的试验，而不是进行单一的高值冲击试验。这种试验可在二个冲击值之间分出损坏点。止回载荷装置的重量由运输工具的性能和运输环境条件决定。如果包装件为均质，一个特定的载荷装置减速时产生的作用力与该载荷装置的质量成正比。实际上，在正常情况下这个相互关系可以以公式（7.3）表达: （7.3）式中：P 止回载荷装置对试验样品单位面积上的挤压力，Pa；r 试验样品密度，kg/m3；g 重力加速度，9.8m/s2，F 比例因子，m。比例因子F决定于车辆牵引装置，脉冲持续时间和包装件与车厢底板面的摩擦系数，经验上， F = 0.89m。在无特殊要求的条件下，止回载荷装置的重量可由下面的经验公式（7.4）决定: （7.4）式中：W 止回载荷装置重量，kg；WP试验样品重量，kg；L试验样品在平行冲击方向的长度，m。如果用斜面冲击试验机做试验，为适应非水平面，止回载荷装置重量应适当减少。（5）将试验样品放置在台车的轴向中心的位置上，接受冲击的面或棱稳定地靠着隔板。止回载荷装置放在试验样品的后部，紧靠着试验样品（注：如果试验样品为托盘包装时，则不必附加止回载荷装置）。试验样品进行面冲击时，其冲击表面与隔板之间夹角应不大于2。试验样品进行棱冲击时，其冲击棱与隔板之间夹角应不大于2。如试验样品为平行六面体，则应使组成该棱的两个面中的一个面与隔板面的夹角为预定角，其角度误差不大于5，或在预定角的10%以内（两者取较大值）。（6）根据要求的冲击加速度值，冲击波形和持续时间选择合适的脉冲程序装置，按预定的冲击速度进行冲击。冲击速度误差应不大于预定水平冲击速度的5%。（7）试验后按有关标准或规定检查包装及内装物的损坏情况，并分析试验结果。74 运输包装件振动试验一、 振动试验的目的包装件在运输过程中，无论是公路运输、铁路运输，还是空运与海运，都存在因运输工具本身及其与运输环境之间的作用而引起振动。除了使产品或容器表面磨损，漆或镀膜脱落外，还会发生内部部件因反复施加作用力而脱落及螺钉松动，部件变形、弯曲、产生裂纹、断裂、造成部件间的相互碰撞等。特别当激振的频率与包装件的固有频率相接近时，会引起共振现象而导致产品损坏。由于激励的多样性和影响因素的随机性，实际上包装件的振动属于复合随机振动。但是为了使试验简单，振动试验一般用于模拟振动环境的破坏效果，并不要求再现客观的振动环境，因此，振动试验常用最容易产生、又最容易测量的正弦振动来代替。正弦振动试验分为定频和变频的两种。定频振动试验的频率较低，主要考核货物的耐振性能；用于评定运输包装件在正弦定频振动情况下的强度及包装对内装物的保护能力。变频振动试验主要用来扫描确定货物的固有频率；用于评定运输包装件在正弦变频振动或共振情况下的强度及包装对内装物的保护能力。值得注意的是，前述两种振动试验方法具有一定实用性，但它们都很难将实际过程的振动情况在实验室再现出来。因为在实际的运输环境中，运输包装件不可能长时间的经受某一固定频率的振动或长时间在共振频率上振动，而且振动波形也不只是正弦形式，包装件所接受的振动完全是以随机形式体现的。运输包装件随机振动试验，由于能模拟现实的振动情况，已在发达国家内得到了普遍地认同和使用。美国的ASTM（材料与试验协会）在1991年就制定了运输包装件随机振动试验标准，1995年又进行了修订。2001年国际标准化组织也制定了运输包装件随机振动试验标准。而一些大型的国际化公司早在1994年就开始要求我国进行这项试验，所以运输包装件随机振动试验值得我们重视。2003年我国也制定了“运输包装随机振动试验方法”的国家标准。限于篇幅，本书将不涉及运输包装随机振动的试验方法，感性趣者可参考GB/T 4857.23-2003 、ASTM D4728-1995和ISO 13355-2001等标准进行试验。二、 试验原理振动台包装件振动台载荷图7.5 振动试验原理图对于正弦定频振动试验，在预定的温湿度条件、试验持续时间、最大加速度、试验样品放置状态及固定方法等条件状态下，将试验样品置于振动台上经受振动。对于正弦变频振动试验，按预定状态将试验样品置于振动台台面上，在预定的时间内按规定的加速度值及扫频速率在3100Hz之间来回扫描。随后可在3100Hz之间的主共振频率左右偏离10%范围内经受预定时间的振动。必要时可在试验样品上添加一定载荷，以模拟运输包装件处于堆码底部条件下经受正弦振动环境的情况（见图7.5）。三、 试验仪器设备（1）振动台振动台是进行振动试验的最主要设备，是运输包装件振动的输入设备。振动台应具有充分大的尺寸、足够的强度、刚度和承载能力。将其架在一个机械结构上，该结构应能保证振动台台面在振动时保持水平状态。台面最高点与最低点之间的水平高度差不得超过10mm。振动台上可配备：低围框：用以防止试验样品在试验中向两端和两侧移动；高围框或其他装置：用以防止加在试验样品上的载荷在振动时移位；以及用以模拟运输中包装件的固定方法的装置。此外，还要根据包装件的重量、运输过程中的振动特性，使振动台具有合适的工作频率范围、合适的台面额定位移和额定试验负荷。定频振动试验具体要求如下：振动频率在3 4.6 Hz之间，其最大加速度为5 11m/s2。振动台振动时最大位移要求要大，它与最大加速度的关系如下： （7.6）式中：a 振动加速度，m/s2；f 振动台振动频率，Hz；A 振动台振动的振幅，mm。例如，当振动频率在3Hz，最大加速度为11m/s2时，振动台振动时最大位移为：变频振动试验具体要求如下：频率范围为3 100 Hz，振动台最大加速度为2.5 7.5 1 m/s2。扫频应是连续的，频率按指数规律变化，扫频速度为每分钟1/2个倍频程。常用振动台的类型主要有电动、机械、液压三大类振动台。国内外生产振动台的主要厂家有：北京中元微型仪器公司；苏州试验仪器总厂；航天总公司702所；苏州东菱振动试验仪器有限公司；西安捷盛电子公司；日本IMV公司；日本吉田精机株式会社；美国MTS公司；美国LAN