LG微波炉的运输包装设计.doc

武汉理工大学运输包装课程设计说明书LG微波炉的运输包装设计1绪论微波炉作为一种新型的现代化烹饪灶具，它打破了传统的加热食物的方法，利用具有高能量的微波对食品进行加热，具有加热快，效率高等很多的特点，因此深受广大消费者的喜爱。由于微波炉内部是具有高精度的现代化电子控制设备，因此在设计包装时要注意考虑各种因素对其的影响。同时，在包装箱内部我们还必须设计缓冲包装衬垫来加强固定。1.1微波炉运输包装的现状及问题目前市场上微波炉的运输包装存在很多的样式，但大多数厂家都是用塑料薄膜将其包裹，然后在包装箱内放置EPS发泡材料或其他的材料作为其缓冲材料。然后将外包装箱用捆扎带打紧之后运输。采用非环保的发泡材料来作为缓冲材料，其废弃物体积很大且回收困难，用其他的方法处理也会或多或少对环境造成一定的污染。因此，该材料在许多国家已经被禁止，我国也在逐步禁止使用该材料。1.2设计对象本次设计我选择的是韩国LG集团生产的LG MG-5021MW微波炉。其基本参数如下：表1 LG-MG5021MW微波炉相关参数容量20L内腔尺寸318217312产品尺寸483285360内胆材料不锈钢净重15Kg2缓冲方案设计2.1流通环境分析包装件在运输流通中所经历的一切外部因素统称为流通环境条件。包装技术就是要确保产品由一地向另一地运送时不受经济上和功能上的意外损失。对产品可能遭遇的条件作考察与评价，是包装设计中的重要内容。流通过程的基本环节有：装卸搬运环节（分人工和机械两种方式）、运输环节、贮存环节。而对于LG MG-5021MW微波炉来说，其流通环境分析如下：（1）在装卸搬运环节中，由于此微波炉的销售遍及全球任何地方，所以既短流程运输也包括较长流程的运输。流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多，对此商品的包装件造成的损害就越大。装卸作业中既有人工装卸也有机械装卸，所以要中和考虑到抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机的突然启动和过急的升降都会造成微波炉的跌落损害。（2）运输环节中，由于此微波炉的销售范围广，既要有长途运输也要有短运输，所以涉及到的交通工具种类比较多，同时也要经历很多不同的地区和气候环境。因此，运输过程对货物包装件造成的损害原因有：冲击、振动、气候条件和其他原因等。（3）贮存环节中，贮存方法，堆码重量、高度、贮存周期、贮存地点、环境直接影响产品包装件的流通安全性。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。2.2产品脆值选取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。此值表示产品对外力的承受能力。确定脆值的方法有脆值实验法，经验估算法和标准量值法。在此我们通过标准量值法和经验估算法来估算该产品的脆值。许多先进的工业化国家多年来已经对多种产品的脆值进行过大量的试验测定。这里，我选用的是美国军方推荐的各种产品的脆值范围，如下表所示。表2 美国军用手册MIL - HDBK - 304中部分脆值表G值产品类型1524导弹导航系统、机密校准仪表、惯性导航台、陀螺2539机械测量仪表、电子仪器、真空管、雷达4059航空附件仪表、电子记录装置、固体电器、机密机械6084电视机、航空仪器、固定电器85110电冰箱、普通机电设备110一般机器、航空零件、液压传动装置、控制台微波炉属于普通机电设备，由上表可知，其脆值范围为85100。通过上述得出产品的脆值范围，经过综合考虑，取该微波炉的脆值为G=90。2.3缓冲材料的选择目前，保护产品在流通过程中免受冲击、振动等机械载荷损坏的最有效的常用方法，就是在包装中添加缓冲材料。随着人们对“包装环境”的不断深入了解与研究，对包装材料的要求也越来越高。一些非环保性的材料在许多国家甚至已经被禁止使用。而由于LG MG-5021MW微波炉的销售范围非常广，因此所选包装材料必须符合大多数国家的要求。再次，需要考虑到微波炉在运输过程中的受力情况。缓冲包装材料种类繁多，但它们缓冲作用都是通过自身形变来吸收包装件在流通过程中由于振动和冲击产生的能量，并起到隔振作用，避免内装物因冲击振动引起损伤。现在最常用的缓冲包装材料是泡沫塑料，包括聚乙烯泡沫塑料（EPE）、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、聚氨酯泡沫塑料（PU）、乙烯醋酸乙烯共聚物橡胶制品（EVA）和聚乙烯教练泡沫塑料等。其次是纸制品，包括瓦楞纸板、蜂窝纸板、皱纹纸垫和纸浆模等。有的产品也曾采用橡胶、木屑、棉花、化纤丝和金属弹簧等。本设计所包装的产品是LG MG-5021MW，尺寸483285360mm，质量15kg，选择的脆值为90g。经过多方面的综合考虑，本设计选用的缓冲包装材料是EPE（聚乙烯泡沫塑料）。它是采用聚乙烯为原料发泡制成的一种半硬质的泡沫塑料，具有封闭式的泡沫颗粒状结构，它具有价格低廉、质量轻、防潮、隔热、易于加工膜塑成型等特点，是一种理想的缓冲包装材料。所以它也是目前使用最广的一种缓冲包装材料。2.4缓冲结构设计LG MG-5021MW微波炉的外观如下图所示： 图1 LG MG-5021MW微波炉由此，我们可以知道，在运输过程中，该微波炉的主要受力部位是上下的四个角部分。因此，我选用的是局部缓冲包装。2.4.1等效跌落高度及搬运方式确定装卸作业包括人工与机械两种方式。在包装件的冲击环境中，工人在装卸货物时由于不慎而造成的跌落对产品的激励最为强烈，是导致产品破损的丰要原因。跌落高度代表了包装件在运输或搬运过程中跌落冲击能量的大小，若跌落高度太大，会造成产品损坏严重。我们一般用等效跌落高度来代表流通环境中产品可以出现的最大跌落高度。确定等效跌落高度的方法有有经验公式法和标准量值法。在标准量值法中，有如下所示标准：表3 不同重量的包装件及不同搬运装卸方式对应的跌落试验高度包装件重量（kg）搬运装卸方式设计跌落试验高度（cm）010一人手提1071025一人肩扛9225100两人抬76100225小型作业机械61225450小型作业机械46450大型作业机械31而本次设计的产品的净重为15Kg，则可取包装件的重量为20Kg。则由上表可得搬运方式为一人肩扛。跌落试验高度为92cm。又因为包装件的重量为20Kg16Kg，所以根据经验公式： h=300/其中，h跌落高度，cm W重量，Kg(16Kg)由此可得，LG MG-5021MW微波炉在运输过程中的跌落高度为：h=300/=67cm综上所述，考虑到实际流通环境以及安全系数的问题，取等效跌落高度h=60cm。2.4.2缓冲衬垫尺寸设计综合以上各种数据，可知：W=20Kg，G=90g，h=60cm。下图为h=60cm时，EPE材料的最大加速度静应力曲线：图2 EPE材料对应跌落高度h=60cm时的最大加速度静应力曲线其中，各曲线对应的材料厚度为T1=2.25cm，T2=4.5cm，T3=6.75cm，T4=9.0cm，T5=11.25cm，T6=13.5cm。在Gm=97g处做一条水平线，取有交点且厚度较小的缓冲曲线，则取T=4.5cm，水平线与T2的交点进行设计。该交点对应的静应力为st=0.13105(Pa),则，所需承载面积：A=104W/st=104209.8/（0.13105）=151cm2故缓冲衬垫为厚度T=4.5cm，承载面积为A=151cm2的EPE材料。同时，由于我设计的缓冲衬垫为立方体结构，所以，各个面上的承载面积相同，只需要满足最小承载面积即可。故每块角垫的承载面积及长度为：A1=A/4=38cm2，L=6.5cm2.4.3缓冲衬垫结构设计在运输过程中，微波炉的主要防护部位是上下面四个角的部分，因此我设计的缓冲结构如下所示（其中一个角，其余的与此相同）：图4 缓冲衬垫三视图图3 缓冲角衬立体图缓冲衬垫与产品的装配如下图所示：图5 衬垫与产品装配图3缓冲衬垫校核3.1跌落姿态改变时缓冲能力的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为前提的，但是在实际运输过程中，包装件的跌落姿态千变万化，因此，还要进行不同跌落姿态的缓冲能力的校核。同时，基于面冲击设计的缓冲衬垫只要通过了角冲击校核，就一定能满足楞冲击的要求，所以在整个设计过程中只要进行角冲击校核即可。在采用角衬垫的条件，角跌落情况如下图所示：图6 角衬垫、角冲击跌落角衬垫由三个面积为L2的面衬垫组成，角冲击的等效面积即是构成此角三个侧面在水平面上的投影面积。由于我所设计的缓冲衬垫是立方体，因此角跌落时的有效受力面积为（若取K=1）：=65.82（cm2）此时静应力为：s=104W/Ae=209.8104/65.82=0.3105(Pa)在图2中，此静应力的加速度值超过产品脆值，所以校核不通过。因此，校正办法是取该点处对应的静应力来确定角衬垫跌落的有效面积，有：AE=104W/S=209.8104/(0.13105)=151(cm2)则=151，得L=9.5cm。3.2产品强度校核由上面可知，产品跌落时的有效受力面积和静应力为： A=4L2=490.25=361（cm2）s=W/A104=（209.8）/361104=0.0543105（Pa）查图2可知，此静应力对应的加速度值小于产品的许用脆值。校核通过。3.3挠度校核衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定厚度时，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AMIN与厚度T之比应符合以下式子（克斯特那经验公式）： AMI（1.33T）2式中：T厚度，cmA面积，cm2由上可得，Amin=A1=38（1.33*4.5）2=36，故满足要求。3.4蠕变量校核缓冲材料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。其表达式为：Tc=T(1+Cr)= 4.5（1+10%）=5（cm）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%）3.5温湿度校核环境温度和湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响，因此，还应该根据流通过程中的温湿度来适当修正衬垫的尺寸。综上所述，缓冲衬垫的最终尺寸为：L=9.5cmm，T=5cm。4外包装箱的设计目前微波炉的外包装箱普遍使用的是瓦楞纸箱。瓦楞纸箱具有重量轻，成本低，容易加工等优点，而且回收处理时无公害，能够再利用。因此，我还是选择瓦楞纸箱作为LG MG-5021MW微波炉的外包装箱。4.1瓦楞纸箱箱型的选择运输包装用的瓦楞纸箱大多数是02型开槽箱，其中0201型瓦楞纸箱具有用料省，经济效益好等特点，是运输中最常用的一种箱型。因此我选择的也是0201型瓦楞纸箱。而周长不是很大，故采用一页箱即可。4.2瓦楞纸板相关参数的选择4.2.1瓦楞纸板楞型和类别选择根据国家标准，因为产品要出口，所以选用第一类瓦楞纸板，内装物质重量为15kg，同时，根据各瓦楞楞型的特点以及实用性，选择A型瓦楞。该微波炉的最大综合尺寸为1128mm，根据瓦楞纸板表（GB6543-86），我所选用的瓦楞纸板其代号为S-1.3，即应选用第一类第三种双瓦楞纸板。S-1.3的技术指标可查瓦楞纸板技术指标（GB6544-86）得：耐破强度1177kPa，边压强度为6860N/m,戳穿强度为6.4J。4.2.2箱纸板的选择按照我国规定的技术指标箱板纸有A、B、C、D、E五个等级，其中只有A、B两个等级适宜制造出口包装用瓦楞纸板，而A等常用于精细、贵重和冷藏物品的包装。因此选用B等箱纸板作为内外面纸。则，根据经验公式每层箱板纸的耐破强度应为：bp/（0.952）619kPa查箱板纸技术指标（GB13024-91）可得内外面纸的耐破指数取r=2.65Pa/g，箱纸板的定量为：Q=b/r=233g/根据箱板纸技术指标（GB13024-91）规定，内外面纸都选用定量为250 g/的B等箱纸板，其环压指数为8.40Nm/g。4.2.3瓦楞芯纸的选择根据有关规定，查瓦楞芯纸技术指标（GB13023-91），选择A等瓦楞芯纸，其定量取160g/，环压指数取7.1Nm/g，瓦楞展开系数为1.5。4.2.4瓦楞纸板的耐破强度和定量 按照所选的箱板纸，瓦楞纸板的耐破强度为 P=0.95b=0.95（2.65250+2.65250）=1258.75kPa1177kPa因此，满足条件。瓦楞纸板的定量=内、外面纸及中间垫纸定量之和+（瓦楞芯纸定量瓦楞展开系数）+粘合剂定量，其中粘合剂定量为100g/m2，则定量为：Q=250+250+0+1601.5+100=840g/m24.3瓦楞纸箱尺寸设计4.3.1瓦楞纸箱内尺寸瓦楞纸箱的内部尺寸，由被包装物的最大外形尺寸，商品的组成和个数以及缓冲衬垫的尺寸有关。当被包装物为单件时，其计算公式为： X=Xmax+X+2T（4-1）式中，X瓦楞纸箱某一方向内部尺寸（mm）Xmax单个被包装商品某一方向最大外形尺寸（mm）X瓦楞纸箱内部尺寸修正系数（mm）T衬垫厚度（mm）表3 瓦楞纸箱内部尺寸修正系数（mm）LBH小型箱中型箱大型箱3-73-71-33-45-7注：尺寸大者取大值，尺寸小者取小值。内装物的外部尺寸为：L=483mm，B=285mm，H=360mm。则，其最大综合尺寸为1128mm。在中型箱（1000mm，2000mm）范围内。查表3可取：L=4mm，B=5mm，H=4mm。则可得修正后的尺寸为：L=L+L=483+4+250=587mmB=B+B=285+5+250=390mmH=H+H=360+4+250=464mm4.3.2瓦楞纸箱制造尺寸纸箱制造尺寸表达式为：X=X+X其中，X纸箱修正后的内部尺寸X内尺寸的伸放量表4 02型箱内尺寸伸放量楞型名称ABEABL16329L24216B16329B23215H96318其中，L1无接头的制造长度伸放量L2有接头的制造长度伸放量B1无接头制造宽度伸放量B2有接头制造宽度伸放量H制造高度伸放量我选用的是AB型楞型，由上表可查得各内尺寸的伸放量。则可得，瓦楞纸箱的制造尺寸为：L1=L+L1=587+6=593mmL2=L+L2=587+4=591mmB1=B+B1=390+6=396mmB2=B+B2=390+3=393mmH1=H+H=464+9=473mm4.3.3纸箱摇盖制造尺寸由于内外摇盖不在同一平面，外摇盖对接时会出现一定的间隙，因此摇盖长度也要有适当的伸放量。对于0201型纸箱，A型楞单瓦楞纸板的伸放量为2-3mm。纸箱摇盖尺寸的表达式为：F= (B1/2)+Xf （4-2）其中，B1纸箱无接头制造宽度XfA型楞单瓦楞纸板的伸放量则，可得纸箱的摇盖制造尺寸为：F=(B1/2)+Xf=（396/2）+3=201mm4.3.4纸箱接头制造尺寸瓦楞纸箱接头是供成型时作为粘合或钉合的部位，接头尺寸一般是根据瓦楞层数及生产工艺系确定的，接头常与纸箱的箱面长和宽相连接，以保证主箱面的印刷不被破坏，接头J的尺寸选取可参照下表。表5 02型瓦楞纸箱接头尺寸纸板种类单层瓦楞双层瓦楞三层瓦楞J35-40mm45-50mm50mm由于我使用的是单层瓦楞，故选择J=40mm。4.3.5瓦楞纸箱外尺寸在流通过程中，瓦楞纸箱纸箱的尺寸以外尺寸为标准。外尺寸的表达式为：X0=X1+K （4-3）其中，X0瓦楞纸箱外尺寸X1瓦楞纸箱制造尺寸K瓦楞纸箱外尺寸修正系数表6 瓦楞纸箱外尺寸修正系数K值楞型ABCABBCK5-73-54-68-127-11由于我使用的是A型楞，故取K=6mm则，可得瓦楞纸箱的外尺寸为:L0=L1+K=593+7=600mmB0=B1+K=396+7=403mmH0=H1+K=473+7=480mmA型楞的厚度为5.5cm，故纸箱的平面展开图如下图所示：图7 外包装箱的平面展开图4.3.6纸箱的钉合与封箱 利用接头（舌边）将箱坯左右两边合拢并连接起来，这个过程成为接合。产品装箱时利用上下摇盖形成箱底和箱盖的过程成为封箱。接合与封箱的方法有钉合，用胶带粘合和用粘合剂粘合。根据纸箱的特点，选用18号U形钉钉合，每个U形钉的破坏载荷p取15N。斜向排列，强度系数K=1，所需钉数为：=13.07个钉数定为14个，钉距为47mm，到顶底两面的距离为25mm。 封箱选用宽度为80mm的胶带。5瓦楞纸箱的堆码强度5.1瓦楞纸箱的综合环压强度瓦楞纸箱的综合环压强度的表达式为：Px=rQ+CrmQm （5-1）其中，Px瓦楞纸板的综合环压强度，N/m r箱纸板的环压指数，N*m/gQ箱纸板的定量，g/m2C瓦楞展开系数 rm瓦楞原纸的环压指数，N*m/gQm瓦楞原纸的定量 ，g/m2由于选择的是B等箱纸板和A等瓦楞芯纸，则查箱板纸技术指标（GB13024-91）可得箱纸板的环压指数为8.4N*m/g，查瓦楞芯纸技术指标（GB13023-91）可得瓦楞原纸的环压指数为8.40N*m/g，又由4.2可知，箱纸板定量为233g/m2，瓦楞原纸的定量为160g/m2,瓦楞的展开系数为1.5，则由式（5-1）可得瓦楞纸板的综合环压强度为： Px=rQ+CrmQm=8.4250+8.4250+8.401.5160=62.2（N/cm）5.2瓦楞纸板的抗压强度瓦楞纸板的抗压强度表达式为： Pc= （5-2）其中，Pc瓦楞纸箱的抗压强度，n/cm Px瓦楞纸板的综合环压强度，n/cm aXz楞常数 Z纸箱周长 J箱常数瓦楞纸箱的楞常数和箱常数见下表：表7 楞常数与箱常数楞型ABCABaXz8.365.006.1013.36J0.590.680.680.66由于我选用的是A型楞，故楞常数取8.36，箱常数0.59。瓦楞纸箱的周长为Z=L1+L2+B1+B2=593+591+396+393=1973mm=197.3cm则，由式（5-2）可得瓦楞纸箱的抗压强度为：Pc=62.2197.30.59 =2217.5(N) 5.3瓦楞纸箱的堆码强度5.3.1安全系数的选择安全系数由货物的储存期和储存条件决定，取值如下表所示：表8 安全系数储存期少于30天K=1.6储存期30-100天K=1.65储存期100天以上K=2微波炉的储存期应该在一百天以上，故，K=25.3.2纸箱的总重量瓦楞纸板的面积为：A=(L1+L2+B1+B2)(H1+F2)+JH110-6=1973(473+2012) +4047310-6=1.75（m2） 则，瓦楞纸板的重量为：W1=QA=8401.75=885g=1.47Kg故，纸箱装载货物之后的重量为：G=W+W1 =(20+1.47)9.8 =210.1N5.3.3堆码高度根据一般储存条件和规定，去堆码高度为300cm。5.3.4堆码载荷货物向上堆码时，最底层纸箱承受的堆码载荷为：P=KW（ -1） （5-3）其中 ，K强度安全系数 W瓦楞纸箱包装件毛重 H纸箱制造尺寸的高度 h堆码高度则由式（5-3）可得堆码载荷为：P= KW（ -1）=2210.1（300/39-1）=2101(N)因为抗压强度比堆码载荷大，所以这个瓦楞纸箱具有足够的堆码强度。6纸箱标志及装潢设计运输标志是用图形或者文字（文字说明、字母标记、或阿拉伯数字），在货物输运包装上制作的特定记号和说明事项。有了运输包装标志就可以使货物与运输文件相互对应起来，容易区别不同批的货物，容易知道货物运输的目的地、收货人、发货人、注意事项、重量、体积等。运输包装可以分为三大类，即收发货标志、储运图示标志和危险货物包装标志。对于微波炉的运输包装。考虑到收发货以及产品特性，则需要印上微波炉标志、品名规格、生产厂家、体积、重量等相关参数。考虑到运输及储存：，则需要印上：怕火、向上、