LG42液晶电视物流包装缓冲设计毕业论文.doc

湖南工业大学本科毕业设计（论文）LG42液晶电视物流包装缓冲设计毕业论文目 录第1章 绪 论11.1研究背景11.1.1商品物流包装一体化解决方案思想11.1.2LG42液晶电视市场调研21.2相关文献综述31.3蜂窝纸板理论基础41.3.1蜂窝纸板的形成与发展41.3.2蜂窝纸板的结构51.3.3蜂窝纸板的制造工艺51.3.4蜂窝纸板在产品包装中的应用情况71.4问题的提出71.5本文研究的内容和意义8第2章 液晶电视的物流环境与包装分析92.1产品参数与特性分析92.1.1产品的基本特点92.1.2产品脆值的确定92.2产品的物流环境分析112.2.1运输环节分析112.2.2仓储环节分析122.2.3搬运装卸环节分析122.3产品现有包装方案分析及结论13第3章 液晶电视的物流包装缓冲设计143.1产品物流包装总体方案设计说明143.2缓冲材料的选择与实验143.2.1蜂窝纸板的静态缓冲实验143.2.2蜂窝纸板的动态缓冲实验163.2.3蜂窝纸板和泡沫塑料缓冲特性曲的对比183.2.4蜂窝纸板和瓦楞纸板组合结构缓冲特性203.2.5实验结论203.3 产品物流包装结构设计与校核213.3.1缓冲衬垫基本尺寸设计213.3.2运输包装设计223.4 成本校核 24第4章 适应物流需要的产品集合单元化包装方案设计254.1 集合单元化与堆码254.2 瓦楞纸箱的抗压强度264.2.1瓦楞纸箱的选型264.2.2瓦楞纸箱的抗压强度计算264.4.堆码性能（系数）校核274.4.1纸箱堆码强度计算274.4.2堆码系数校核284.5 捆扎方案或者裹包方案的后续说明28结 论30参考文献31致 谢32附 录3339湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1研究背景1.1.1 商品物流包装一体化解决方案思想一、CPS、IPS思想整体包装解决方案（Complete Packaging Solution，CPS和Integrated Packaging Solution，IPS）是整合营销理念在包装行业中的应用，是包装供应(制造)商向用户提供的从包装材料的选取、供应商的遴选到包装方案设计、制作到物流配送直至面向终端用户的一整套系统服务，涵盖了产品流通体系中的整个后勤链。整体包装解决方案是近年包装业界较热的概念，其实施可对包装供应商及其客户产生巨大的有形效益，因此它不仅是众多包装厂商所追求的供货模式，也是包装客户所追求的供货模式。客户企业利用此种方式，不但实现了产品的零库存，解决了厂房仓储的空间压力问题，同时也极大了降低了包装设计、开发及运输成本，实现了企业与整体包装解决方案供应商的双赢。于是市场的需求催生了第三方物流包装（3rd logistic party）这种新的模式。第三方物流包装，即把产品的物流包装委托给专门的物流包装企业完成，这是当今世界物流包装的发展趋势之一。从事第三方物流包装的企业，可以为产品生产企业提供经过优化的整体包装解决方案。其提供的服务包括产品支持和商务支持。产品支持包括设计，研发，测试，提供客户产品方面的整体解决方案，同时可以帮助客户的主料供应商节约包装成本。商务支持方面包括为客户提供成本节约方案，库存管理，及时送货，现场打包服务，打包机器租赁，装配等一站式服务。二、物流与包装的密切关系就广义而言，包装物流包含有原材料物流，工厂内生产物流，销售物流及废弃物流四种；狭义而言，包装物流仅针对“销售需求”，亦即从工厂生产制造出成品，透过一个对集货、理货、库存、配送等具专业运作之单位，配送至销售单位。包装是生产的终点，也是物流的起点，它为包装企业的客户提供一站式服务，并帮助客户提高运作效率，方便供应链管理。作为生产的终点，即最后一道工序，包装标志着生产的完成；作为物流的始点，包装完成后便具有物流的能力，在整个物流过程中包装要发挥对产品的保护作用。包装是物流活动的基础，没有包装几乎不可能实现物流的其他活动。包装贯穿于整个物流过程的始终，没有完善的包装就没有现代化的物流。同时，现代物流的发展又对包装提出了更高的要求，促进了包装的进一步发展。因此包装属于物流系统,这是现代物流的新概念。物流包装是将物流需要、加工制造、市场营销、产品设计要求以及绿色包装结合在一起考虑的文化体现形式。它的主要目的在物流运输阶段保护物流商品，包括防震保护技术、防破损保护技术、防锈包装技术、防霉腐包装技术、防虫包装技术，危险品包装技术、特种包装技术等。从包装生产开始到物流，组成一个完整的价值链，可以帮助客户提高管理的附加值，这样的一条链把几个不同的环节有机、有序地组合起来，让包装好的产品顺畅地发到市场中。市场中包装的重要性在于通过产品的个性化来促进销售以及降低成本，特别是物流成本，这些被包装购买和包装损耗管理所直接影响，以及被包装、分配和客户要求所间接影响着。包装主要与三大方面相关联：市场、物流和环境。基于包装与物流的重要关系，包装物流学开始发展成为一门学科，同时发展出包装在履行其功能方面的高、中、低三个水平间的层次和关系。1.1.2 LG42液晶电视市场调研2010年，我国的家电行业蓬勃发展。国内外家电制造企业也不断创新，积极拓展市场增长点。而“家电下乡”、“节能惠民工程”、“家电以旧换新”等政策的调整也是政府宏观上调控家电行业的利好措施。如今的电视市场上，LED电视、互联网电视、3D电视等个性化产品越来越贴近消费者的需求。近年来，我国电视机行业发展迅速。液晶电视机投入市场，它具有高清、质轻、体积小、高色域、高饱和度、高对比度、长寿命、冷光源等特点，深受消费者喜爱。近年来，我国的电视市场需求规模基本保持在4000万台/年，其中液晶电视的需求增长尤为迅猛，中国俨然已成为全球最大的电视消费国之一。包括LG在内的很多电视机厂商已经推出了诸多型号的可以接收高清信号的电视机产品，而且在成本上相比普通的电视机也并不是很高，消费者完全可以接收。LG电子是集生产和供应高端显示器、信息家电、移动终端等产品为一体的，中国最具代表性的消费电子信息通信企业。通过不断提高品牌知名度和积极开展差别化营销活动，LG电子的销售额每年都保持稳步增长。在非智能电视市场上以及趋于饱和，竞争也更加激烈，在排名和关注度上外资企业以压倒性的优势获得胜利，排行前5名中有4家外资企业。其中索尼、夏普两家日本企业占据状元和榜眼。其次是国产品牌海信，而韩国的三星和LG紧随其后。且这一数据仍然稳步攀升中。据资料显示，在2009LG电子于第二季度赶超索尼，位列第二。第三季度的液晶电视机市场上，更是售出401万台，单季度销售量首次突破400万台，且市场占有率上升到12.3%，创下历史最高纪录。2009年LG卖出1620万台液晶电视，而2010则是2500万台。LG在波兰弗罗茨瓦夫(Wroclaw)新构建的液晶电视生产线将在2009年九月份开始生产后，其2010年工厂的产量将从09年的二百万部增长到六百万部。 图1.1 LG液晶电视的市场关注度1.2相关文献综述包装在促进商品流通的同时，隐藏着一个极大的社会问题，即包装废弃后形成的垃圾处理。随着现代化包装工业的迅猛发展，这个问题日益尖锐突出。随着废弃包装物每年以8至10的速度增长，对环境污染相应增大，造成社会一大公害。另一方面,废弃包装物的回收加工再利用，有着极大的社会意义。搞好包装废弃物的回收，并开发利用包装物再生资源，是解决废弃包装物问题的有效途径。它不仅可以减少环境污染，还可以缓解原料和资源的不足。这对于我国这样一个人口众多,消费包装物量大，资源不够富足的国家来说，意义更为重大1。所谓缓冲包装材料是指包装物品在流通过程中 ,因受外力的作用而遭受到冲击和振动时 ,能吸收外力产生的能量 ,以防止产品受损坏而使用的保护材料2。蜂窝纸板的动态压缩曲线具有以下特点：(1)蜂窝纸板的最大加速度-静应力曲线和缓冲系数-静应力曲线都成谷状，开口向上，只有一个极值点；( 2) 跌落高度一定时，随着蜂窝纸板孔径的增加最大加速度值增大，曲线的极值点向左上移；( 3) 跌落高度一定时，动态缓冲系数增大，曲线的极值点向左上移3。瓦楞纸板与蜂窝纸板的组合结构的缓冲特性能够能够综合二者的优点，取长补短。李厚民等的蜂窝纸板与瓦楞纸板组合结构缓冲特性研究认为蜂窝纸板与瓦楞纸板的缓冲特性组合结构兼具有两者的优点，对于小幅荷载和较大载荷都有良好的缓冲能力4。 1.3蜂窝纸板理论基础1.3.1蜂窝纸板的形成与发展生产蜂窝夹层材料在发达国家已经有60多年的历史。早期的蜂窝材料大多以铝或轻质合金加工制作而成，主要应用于航行器的机翼。后来随着造纸工业和制造业的发展，纸制蜂窝材料才得以问世，最早用作军事上降落伞空投物资的包装。蜂窝纸板作为包装材料使用的历史也不过10多年，但却在许多方面显示出无法比拟的优越性和良好的发展前景。20世纪80年代末，我国开始在部队弹药仓贮及军援军贸物资中试用蜂窝纸板包装，1992年蜂窝纸板由解放军总后勤部卫生药材仓库试制成功，随后蜂窝纸板的应用在我国得到了快速的发展。现在国内研制生产蜂窝纸板的企业已达30多个，在蜂窝技术发展方面，有关的发明专利和实用新型专利已达30余项，生产方法和加工工艺都有了突破性的发展。2001年8月，由中国包装总公司组织的“ 新型代木包装材料蜂窝纸板”被列入国家重点技术创新计划5。20世纪末，环境污染问题引起世界各国前所未有的重视，而运输包装大量使用的EPS缓冲衬垫，已成为日益严重的白色污染源。蒙特利尔议定书和维也纳宣言规定，将在2005年实现消除EPS污染的目标。具有优良防振缓冲性能的蜂窝纸板是取代EPS的理想材料，同时又是符合环保潮流的绿色包装材料，因此，蜂窝纸板被众多包装行业看好。由于木材须在100的高温下用蒸汽熏蒸35天，使木材中的含水率小于8%，才能杀死包括虫卵在内的各种有害物，所以木包装的高温熏蒸导致入关时间和出口成本的增加。由于我国的出口商品约有一半采用木质包装，因此，从1998年10 月开始，我国外贸出口严重受挫，国家有关部门为此多次下发紧急通知，提出相应的对策，并要求尽快开发出适合我国国情的新型包装材料全国包装改进办公室多次召开了蜂窝复合包装材料会议，将推广应用蜂窝纸板作为我国包装改进的重点，并大力支持在我国尽快推广应用6。1.3.2蜂窝纸板的结构蜂窝纸板是具有规范夹层结构的纸基板材。蜂窝纸板由芯纸和面纸构成，芯纸由多层纸按照一定的规律粘贴之后拉伸而成；面纸有上下两层，由相同材质、相同厚度的板材构成。蜂窝纸板上、下两层为面纸，中间为自然蜂窝状的芯纸，用一定的胶粘剂将芯纸粘合在两层面纸之间，形成3层状结构7如图1.2。图1.2 蜂窝纸板三层结构影响蜂窝纸板强度性能的主要因素有很多，不仅与面纸和芯纸所用材料的性能有关，而且较大程度上取决于蜂窝芯的结构。蜂窝纸板所用蜂窝夹芯根据其投影形状可分为很多种，如图1.3。 (a) 正六边形 (b) 菱形 (c) 矩形 图1.3 蜂窝纸芯的一般形状 蜂窝纸板独特的力学结构使其具有良好的抗压、抗折强度和较高的刚度，能承受较大的平面压力。同时，其蜂窝结构大大减少了纸板用量，增加了可变形压缩空间，获得了良好的缓冲性能。1.3.3蜂窝纸板的制造工艺制造蜂窝纸板一般分为两段，第一段先制造出蜂窝芯，第二段将蜂窝芯拉伸成型后，通过涂胶、贴压干燥、分切，最后才能获得蜂窝纸板。蜂窝纸板的厚度变化主要靠增加或减少蜂窝芯纸的厚度来实现 8。1.3.3.1蜂窝芯的制造目前制造蜂窝芯有两种工艺，一种是卷绕式成型工艺，一种是平粘式成型工艺9。（1） 卷绕式成型工艺 卷绕式成型工艺由放卷、涂胶、卷绕、切断、蜂窝芯分切和粘结等工序组成。工序从放卷筒纸开始，纸张以一定的速度释放，经过涂胶辊时表面被涂胶。涂胶辊表面沿周长有凹槽和沾胶的凸平齿。上胶后的纸张卷绕在八角鼓上，达到一定厚度后被切刀横向切断成宽度不一的蜂窝芯条。芯条被逐条粘结后就制成了蜂窝芯坯料。这种工艺的效率比较高。（2）平粘式成型工艺 蜂窝纸芯平粘生产工艺流程如图1.4，它由供纸、涂胶、分切、粘结等工序完成。这种工艺速度较低，但是原纸利用率高。图1.4 蜂窝纸芯平粘式生产工艺示意图1.3.3.2蜂窝纸板成型工艺蜂窝纸板成型生产线如图1.5所示，由原纸架、涂胶机、复合机、裁切机等机构组成4。图1.5 蜂窝纸板成型生产线1-原纸架 2-蜂窝纸板拉伸支架 3-蜂窝纸板定型装置 4-干燥部 5-主电控柜 6-涂胶机 7纠偏装置 8-控制装置 9复合装置 10-主动力装置 11-纵切机 12-横切机这套工艺中原纸架用来支撑和释放面纸和里纸。芯纸拉伸干燥装置用来拉开芯坯，使其孔径大小相同，同时在干燥的同时有恒力使芯纸定型。涂胶机上有装置打毛面纸和芯纸，以增加涂胶效率和粘结牢固度。涂胶后的面纸和芯纸由复合机粘结，有时还带有干燥装置，可以提高产品质量。成型后的纸板经过裁切机裁切，接得到不同尺寸的蜂窝纸板。为避免切口毛边和撕连一般用圆锯裁切。1.3.4蜂窝纸板在产品包装中的应用情况蜂窝纸板在包装中的应用主要有：蜂窝纸箱、缓冲衬垫、蜂窝托盘10。一、蜂窝纸箱。蜂窝纸板的刚度、厚度大，不能像瓦楞纸箱那样经裁切、压痕、开槽、模切、折叠而成型，也无法进行规模化、标准化的生产，这是蜂窝纸板的最大缺陷。从成型形式上来看，主要有粘贴成型、折叠成型、铆接成型、插入成型。二、缓冲衬垫。缓冲衬垫作为内装物和包装箱的中间介质，主要作用是吸收冲击能量%延长内装物承受脉冲冲击的作用时间。蜂窝纸板作为局部缓冲包装的角撑、护楞、隔衬夹衬和挡板的作用与缓冲衬垫类似，只是作用部位不同而已，角撑和护楞用在单元包装之间，可以保护单元包装外楞免受损坏，同时可防止单元与单元之间、单元与运输工具之间的碰撞与摩擦损坏。而隔衬、夹衬和挡板主要是防止运输工具或托盘对产品集合单元的损坏。三、蜂窝托盘。由于蜂窝纸板有极高的平面抗压强度，所以蜂窝纸板可以用于托盘的上下铺板，也可以用作托盘的纵梁或垫块，这时就要按纵梁或垫块的标准尺寸由几层较厚的蜂窝纸板组合加工而成，这种全纸蜂窝托盘承重达10006000kg。由于蜂窝托盘脚是由蜂窝纸板粘贴而成的，脚的承载面积要比托盘的面积小的多，所以降低了蜂窝托盘的承载能力。为此可在蜂窝纸芯中浸渍树脂或采用木块与母板通过螺栓联结的方法，来提高蜂窝托盘的承载能力11。1.4问题的提出包装绿色化已成为当今国际包装发展新趋势，对包装材料的的环保要求也越来越高，然而，当前市场上流行的液晶电视的缓冲包装材料是以泡沫塑料为主。众所周知泡沫塑料是一种对环境危害很大的一种材料，是与包装绿色化这一包装原则相悖的，所以急需改进，需求一种新型的缓冲材料作为液晶电视的缓冲包装材料。蜂窝纸板是根据自然界蜂巢结构原理制作的，它是把瓦楞原纸用胶粘结方法连接成无数个空心立体正六边形，形成一个整体的受力件纸芯，并在其两面粘合面纸而成的一种新型夹层结构的材料。由于蜂窝纸板是由纸材料制成的，原材料来源广，生产成本低，能够有效地回收，是近年来世界上兴起节省资源、有利环保、制作简单、的绿色包装材料。另外其具有独特的仿蜂巢结构，因而具有轻、强、刚、稳4大优点，体现了一种全新的包装观念。用这种材料加工的包装箱体具有抗压、防振、防潮等突出的特点，是易碎、怕压物品的理想包装。缓冲衬垫作为内装货物和包装箱的中间介质，主要作用是吸收冲击能量，延长内装货物承受冲击脉冲的作用时间。蜂窝纸板的蜂窝夹芯结构具有很好的缓冲性能，可用来设计全面缓冲或局部缓冲的缓冲衬垫来保护内装货物。而又由于蜂窝纸板的环保优势，其制成的缓冲垫可以代替常用的聚苯乙烯泡沫塑料缓冲垫，从而有利于保护环境、防止污染。目前蜂窝纸板的加工技术日趋成熟，我国已制订出蜂窝纸板的国家标准。所以各种类的蜂窝纸板完全可以大批量的生产，以满足市场的需求。基于以上原因，本文提出以蜂窝纸板代替泡沫塑料作为液晶电视的缓冲包装材料。1.5本文研究的内容和意义本文针对液晶电视所使用的泡沫塑料在物流缓冲包装方面存在的问题，拟采用绿色包装材料蜂窝纸板，对LG42液晶电视进行物流包装缓冲设计，以更好地保护产品，提高产品的市场竞争力，提升产品绿色环保包装形象，具有重要的社会意义和实用价值。主要内容包括：考察市场上液晶电视的现有包装材料及包装方式，分析液晶电视的自身特点和包装要求，测定具体的设计参数。分析包装件流通环境，明确缓冲包装需解决在流通中的问题。进行产品的缓冲包装设计，具体包括缓冲包装材料的选择及缓冲衬垫的设计与校核。进行外包装容器的简单设计：选择适当的外包装容器，并进行结构、尺寸的设计与计算，最后还应进行抗压强度与堆码强度的校核。缓冲包装越来越受到厂家的重视，其应用领域已涉及到几乎每一类商品。液晶电视作为一种电子产品容易受到机械类的损伤。为保证产品的质量以及经济利益不受损失，进行液晶电视的缓冲包装设计的研究是很有必要的。由于目前作为缓冲材料的塑料泡沫不利于环保的要求，需要寻求新的环保材料代替。因此从绿色、节能、环保、高科技等角度出发，选择一种新的材料来替代泡沫塑料，分析研究液晶电视的缓冲包装方法，掌握相应的设计要领，对解决此类产品包装问题，降低包装成本以及适应环境保护的要求具有很大的意义。第2章 液晶电视的物流环境与包装分析2.1产品参数与特性分析2.1.1产品的基本特点液晶电视机具有高清、质轻、体积小、高色域、高饱和度、高对比度、长寿命、冷光源等特点。液晶电视机同普通显像管电视机相比，主要是显示器件不同。液晶电视机采用彩色液晶板作显示器件。液晶显示板具有重量轻、体积小（薄型）的特点。它作为显示器除了在笔记本电脑中被广泛应用之外，在彩色电视机中取代显像管制成超薄型电视机，受到消费者的普遍欢迎。然而液晶电视机在流通过程中会遇到震动，跌落，碰撞等冲击，在码放时会受到上层产品的压力，这些不可避免的外力会使产品的零件松脱损坏导致功能性损伤。图2.1 产品实物图其他具体的产品参数为：外型尺寸（长宽厚）：不含底座尺寸1028mm658.5mm88mm，含底座尺寸为1028mm715.5mm297mm。重量：约16.1kg。2.1.2产品脆值的确定在做缓冲包装设计时，脆值Gc是必须用到的一个参数。脆值是指产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的最大加速度与重力加速度的比值，脆值能反应产品耐冲击的能力。脆值是产品的固有特性。本设计的脆值是基于破坏性跌落试验确定。产品简化成均质体m，缓冲介质简化为弹性系数为K的弹簧，跌落高度为h,弹簧的最大变形为x。根据能量守恒定律，包装件从h高跌落到弹性受压发生最大变形Xm，忽略弹簧变形时的位能变化，内装物具有位能mgh将全部 转化为弹簧的变形能，其大小等于内装物克服弹簧反作用力所做的功，即： （2.1）其中：F（x）为作用在内装物上的弹簧反力；（h+xm）为相对于最大压缩位置的跌落高度，可以近视的取h。由于F（x）=kx，代入上式积分得mgh=kx2/2，于是有： （2.2）根据牛顿第二定律， （2.3）由式2.2可推知加速度a=2gh/x。令G=2h/x，则a=Gg。由于2h远大于x，故G远大于1，上式表示包装跌落时内装物受冲击产生的加速度a是重力加速度的G倍12。内装物跌落时受到的冲击力与重量W有关系为F=GW，当冲击力F超过内装物所允许的极限时，内装物便发生损坏。而在包装设计中这个与不发生损坏的最大加速度有关的参数Gc脆值。由于脆值试验方法都属于破坏性方法，对于电视机产品是不适合的。对比国内外的大量文献和经验数据电视机脆值为60-84g。数据如表表2.1 美国军用标准G值产品举例1524导弹导航系统、精密仪器校验具、惯性导航平台2539机械振动测试仪器、真空管、电子仪表、雷达4059航空附属仪表、电子记录装置、示波器、精密机械零件6084电视机、航空仪表、某些固体电器85110电冰箱、机电设备110以上机器、飞机零件、控制台、液压传动装置表2.2 英国综合防护手册G值产品举例40雷达及其控制系统，自动控制仪器，瞄准器，陀螺4060制动陀螺，马赫表，精密仪器6080油量器，压力表，一般电器80120真空管，阴极射线管，电冰箱100120热交换器，油冷却器，取暖电炉，记忆装置，散热器（资料来源：向红 汤伯森：包装动力学，湖南大学出版社，2001）所以本设计中，为尽可能的保护产品不受损伤，脆值按60g计算。2.2产品的物流环境分析在现代社会中，产品和物流是经济活动中重要的组成部分。按照商品生存学观点，产品包装件只有经受住一切外部危险因素（运输条件、气候条件、生物化学条件等）的考验而安然达到目的地，才能实现其功能，体现其社会经济效益。2.2.1运输环节分析运输是货物流通中的必要环节。长途运输工具有汽车、火车、船舶和飞机，短途运输有电瓶拖车、铲（叉）车、手推车等。运输过程对货物包装件造成损害的因素有：（1）冲击。产品在流通过程中是少不了运输工具的。运输工具的启动、变速、转向、刹车会使货物改变速度。当货物堆垛松散时，它与车厢，与相邻货物发生碰撞，导致货物或包装件的冲击损坏。包装件还要承受车厢底板的动压力以及水平位移时产生的摩擦力，而动压力比静压力对包装件的危害更大。（2）振动。各种运输工具运行时受到路面状况、路轨接缝、发动机振动、车辆避震性能、水面风浪、空中气流等因素的影响，产生周期性的上下颠簸和左右摇晃。当运输工具的激励频率等于或很接近于产品的因有频率时，产品将发生共振现象，易造成包装件破损。（3）气候条件。我国幅员辽阔，具有不同的气候带。由于产品是全国销售的，所以在流通过程中长途运输货物会经历不同的气候区域，受到寒冷、炎热、干燥、潮湿、风雨等气候因素的影响。若货物包装结构不当、材料薄弱、封闭不严，则会使内容物发生变质或损坏。（4）其他因素。在流通过程中必不可免的会受到各种化学物、有害微生物、啮齿动物的损害。 根据运输时运输工具的尺寸规范，运输包装件的长、宽、高的尺寸一般不超过5369mm、2134mm、1981mm。2.2.2仓储环节分析存储是商品流通链中重要的一环。存储方法、堆码重量、堆码高度。存储周期、环境、地点等会直接影响商品流通安全性。贮存时，为节省占地面积，需将货物高度堆高，堆码后底部货物包装件将承受上部货物的重压，这种静压力会导致包装容器变形（蠕变），影响包装外观机器动态保护性能。因此，设计物流包装缓冲衬垫时，必需得出液晶电视的相关参数包括跌落高度和脆值，以确保货物在物流过程时的安全。2.2.3搬运装卸环节分析装卸作业包括人工与机械两种方式。一般说来，流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数也也越多。装卸作业中，抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机械的突然启动和过急的升降都会对商品包装件造成跌落冲击损害。所以在设计时做一些醒目的搬运标志，合理的手孔、必要的捆扎带，符合人体因素的重量与外部尺寸，则可以有效的减少这些损害的发生。我国国家标准（GB/T 4857.5包装 运输包装件 跌落试验方法）及（GB/T 4857.18包装 运输包装见 编制性能试验大纲的定量数据）规定了跌落试验高度，如表2.1所示。表2.3 包装件跌落试验规定高度运输方式包装件质量/kg跌落高度/mm公路铁路空运10102020303040405050100100800600500400300200100（资料来源：彭国勋：物流运输包装设计，印刷工业出版社，2006）所以，本文取产品的跌落高度为60cm。由于我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。计算机显示器为电子产品，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。2.3产品现有包装方案分析及结论如今，环保化已成为家电包装的发展趋势，而现行的液晶电视的物流缓冲包装依然在大量使用泡沫塑料，不符合环境保护要求，特别是在出口商品包装上，很大程度上受到了国际绿色贸易壁垒的限制。目前市场上流通的液晶电视的缓冲包装材料以聚苯乙烯泡沫塑料为主。发泡聚苯乙烯又称可发性聚苯乙烯，是由苯乙烯悬浮聚合，再加入发泡剂而制得。EPS的固体形式使用是安全的，非毒性的，但是在存储过程中EPS粒子将散发出戊烷蒸汽，而戊烷是极易燃的，与空气会形成爆炸混合物，加热聚苯乙烯型聚合物能释放出苯乙烯单体，苯乙烯是一种危险的物质，PS粉末能刺激呼吸道和皮肤。所以泡沫塑料具有一定的危险性。另外，发泡聚苯乙烯质脆易裂、冲击强度较低。塑料是一种化学稳定性很高的材料，其产生的废弃物在自然界中往往很久都不能被分解掉，而人工的处理方法不仅目前还不够完善，还会产生一笔不小的费用。对于废弃塑料包装制品造成的“白色污染”的危害是显而易见的。首先，散落在环境中的塑料废弃物造成了视觉危害。其次，它带来了许多潜在的危害。土壤中的塑料废弃物会破坏土壤的性能，破坏动植物的生活环境。另外，进入生活垃圾中的塑料废弃物质量轻、体积大,很难处理。如果将它们填埋,会占用大量土地,而且, 在很长一段时间内难以降解。部分塑料含有毒性,在一定条件下会溢出有毒物质, 如果人类长时间与之接触可能会对人体健康造成严重危害。本文认为，当前液晶电视的缓冲包装材料泡沫聚苯乙烯已近不适合当今包装行业发展的要求了，对其进行改进是非常有必要的。所以研究用蜂窝纸板作为产品的缓冲包装材料。通过该材料的动态和静态缓冲实验研究，表明蜂窝纸板具有很好的缓冲性能，可以作为该产品的缓冲包装材料。第3章 液晶电视的物流包装缓冲设计3.1产品物流包装总体方案设计说明对于产品的缓冲包装设计一般采用共六步法。缓冲包装的的缓冲衬垫结构形式，因产品的质量、形状和尺寸的不同，可采用全面缓冲包装、局部缓冲包装、和悬挂式缓冲包装三种方法。全面缓冲包装是在产品与包装纸箱之间填满缓冲材料。这种结构适合形状复杂，批量不大的产品包装。因其在不需要缓冲的部位也用了同种厚度的缓冲材料，包装成本比较高。局部缓冲结构主要针对产品的角、棱、侧面等重要部位进行缓冲保护，可以大大节约包装材料，降低包装盒物流成本。悬挂缓冲包装主要用于贵重仪器的运输包装。缓冲衬垫的尺寸主要根据选定的缓冲材料的动态缓冲曲线设计。确定产品的质量和结构后，由产品与缓冲材料的接触面积跌落方向的投影面积，可以计算出该方向接触面的静应力，根据静应力和脆值，从所选的材料的缓冲曲线数据可以算出其缓冲尺寸。对于产品的外包装设计采用瓦楞纸箱包装，选择合适的瓦楞纸板和箱型，并计算出其抗压强度。最后设计出产品堆码方案并进行堆码系数校核。3.2缓冲材料的选择与实验为了防止产品在物流过程中受到堆码受压、跌落冲击等机械载荷作用引起的损坏，需要选择合适的缓冲材料，配合合适的结构保护好产品。本文选择用蜂窝纸板作为缓冲衬垫，并在做物流缓冲包装前要实验了解材料的缓冲特性。本设计主要的实验有两个，分别为蜂窝纸板的静态缓冲实验和动态缓冲实验。3.2.1蜂窝纸板的静态缓冲实验静态缓冲实验可以得到材料的应力-应变曲线，是一种广泛使用的最基础的力学实验。应力-应变曲线提供材料的许多重要参数以评价其缓冲特性。应力为受到的压力与受压面积的比值，应变为受压变形长与材料的受压前厚度的比值。静态缓冲实验仪器使用深圳新三思计量技术有限公司生产的微机控制电子式万能试验机。试验条件是：温度T=20，相对湿度RH=56%。实验时实验机上的压板以一定的速度匀速运动，对试样施加压缩载荷。蜂窝纸板受到如图3.1所示的均匀压力载荷作用。图3.1 静态缓冲实验受力示意图实验中试样共10个分为厚度为10mmA组和厚度为20mmB组，A组试样压缩速度分别为400、350、300mm/min，B组试样压缩速度为300、250mm/min。每种压缩速度取两组实验数据。实验所得曲线为力-位移曲线，经过公式3.1和3.2转换得到应力-应变曲线图如图3.2。蜂窝纸板在塑性坍塌和密实化阶段的变形基本与压缩速度关系不大，为方便分析，只给出了蜂窝纸板弹性和弹塑性变形阶段的曲线。 （3.1） （3.2）其中：为压缩应力，；为垂直正向压缩载荷，；为蜂窝纸板试件的承压面积，；为压缩应变，；h为蜂窝纸板试件的厚度，；h1为蜂窝纸板试件在实验过程中的厚度，。从实验获得曲线可以看出以下规律：（1） 随着厚度的增加纸板承受的压力极限降低。因为纸板厚度越大，材料的刚性越差，强度越低就越容易被挤压变形。（2） 对比两种厚度蜂窝纸板的线弹性变形阶段，可以看出，纸板越厚，其屈服点的应力越低，越容易达到屈服阶段，说明其缓冲性能越好。（3） 对比同种厚度不同压缩速度的曲线发现随着压缩速度的增大，应变相同，所承受的应力越大。（4） 蜂窝纸板具有很明显的变形四个阶段，即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、塑性坍塌阶段、密实化阶段。图3.2 蜂窝纸板的应力-应变曲线3.2.2蜂窝纸板的动态缓冲实验动态缓冲实验主要是模拟产品在流通过程中受到的冲击等外界机械力的缓冲情况的一种试验方法。对于不同的缓冲材料，单位面积吸收的冲击能越大，那么意味着其满足吸收同样的冲击能所需要的材料越少，其缓冲效率越高。而一般缓冲包装设计中常用的参数是缓冲效率的倒数，称之为缓冲系数C。在跌落跌落高度和衬垫厚度确定后，已知材料的缓冲系数皆可以求的其能承受的最大加速度。不同的最大应力对应的缓冲系数也是不一样的，缓冲系数是最大应力的函数，这个函数的曲线称之为缓冲系数最大应力曲线13。实验时重量为W的冲击台从高度H出跌落，对面积为A、厚度为h的缓冲材料试样进行冲击，加速度传感器记录下每次冲击的最大加速度Gm，已知W、H、h、A、及Gm，通过公式3-1就可以求出m和C。 （3.3） （3.4）各次实验的跌落高度与试件厚度都一样，只是由小到大一次又一次的增加重锤的重量，不同的W测得的Gm是不同的，因而可以由公式3.3和3.4可以求得缓冲系数最大应力曲线上的点，通过这些点连成的曲线就是动态缓冲特性曲线。动态缓冲实验分为两组，两组的瓦楞芯直径不同。尺寸正式实验前经过预处理实验，并把试样按照GB/T 1446-2005中4.4的规定在实验室标准环境条件下预处理时间不少于24h。试验条件是：温度T=20，相对湿度RH=56%。试样面积采用100mm*100mm的标准，厚度为40mm，冲击高度为500mm。实验时用4种不同重量的重锤跌落冲击，每个重锤跌落4次，并取其平均值计算。实验数据记录如下：h=40mm，H=500mm表3.1 A组蜂窝纸板实验数据 重锤重量（kg）G1（g）G2G3G4平均值Cm（kpa）0.9155.65150.35151.31153.12152.6112.21136.941.983.7780.1982.8479.7281.636.53155.12.482.3387.5685.1281.4784.126.73201.893.391.4493.2586.1790.6190.377.23298.22表3.2 B组蜂窝纸板实验数据 重锤重量（kg）G1（g）G2G3G4平均值Cm（kpa）0.9150.54158.20161.41156.32156.6212.53150.961.958.4355.4056.1551.2055.304.42105.072.455.1557.1563.1364.5456.004.48134.43.3110.30106.31103.46105.69106.449.72351.251） 缓冲系数： C=Gh/H （3.5）其中：C为材料的缓冲系数；h为材料厚度（mm）；H为跌落高度（mm）；G为冲击加速度（g）2）最大应力： m=WG/A （3.6）其中：m为最大应力（kPa）；W为重锤重量（N）；G为冲击加速度（g）；A为试样面积（mm2）由公式3.5和公式3.6计算可得缓冲系数C和最大应力m，并且转换得到图3.3所示缓冲系数-最大应力曲线。通过图3.3，我们可得出以下规律：图3.3蜂窝纸板缓冲系数-最大应力曲线（1） A组蜂窝纸板，它的最小缓冲系数为6，对应的最大应力为180。当最大应力在155以下时，其缓冲系数变化比较快，但当最大应力大于190时，其缓冲系数就变得缓慢起来。（2） B组蜂窝纸板，它的最小缓冲系数为4，对应的最大应力为110。总体来说，B曲线的变化幅度比较大，其缓冲系数的的变化也比较快。（3） 对比A、B两条曲线可以看出在一定的范围内，B组蜂窝纸板的缓冲系数是小于A组试样的，也就是说B组试样的缓冲性能要好些。（4） 由以上两组试样曲线的对比可以看出，蜂窝纸板的缓冲性能还与蜂窝纸板的结构有关，蜂窝纸芯的直径大小在一定程度上影响着其缓冲性能。3.2.3蜂窝纸板和泡沫塑料缓冲特性曲的对比查资料得密度为0.012g/cm3的泡沫塑料的应力-应变曲线和缓冲系数-最大缓冲系数如图3.4a和b。从应力应变曲线可以看出，虽然不同厚度有不同的抗压强度，但它们的形状大体上都符合一个规律。从开始加压到屈服点基本上呈线性，然后呈一段变形的屈服，直到压溃。每条曲线被屈服点分为两部分，屈服点前是弹性区域，除去应力，材料能恢复原样，不留任何变形。应力超过屈服点，材料呈塑性行为，此时若除去应力，材料不再恢复原样，而留有永远变形，这时说明蜂窝纸板屈服了。屈服点以后表现出的总趋势是载荷几乎不增加而变形却增加得很多。对比蜂窝纸板与泡沫塑料的静态压缩曲线可以二者的主要区别在于蜂窝纸板是比较硬的缓冲材料，线弹性区域比较窄。而泡沫塑料比较软，线弹性区域相对而言比较宽，意味着在缓冲时会产生比较大的变形。另外，泡沫塑料的复原性比较差，蠕变也比较明显，这些都会导致多次冲击之后由于缓冲衬垫厚度变小而不能很好的将产品固定。对比两种材料的动态曲线可以发现二者都有一个最低点，对应着最小的缓冲系数，一般计算缓冲衬垫尺寸是都是去最低点的参数，这样能够节省材料。二者的最小缓冲系数都在4左右。图3.4 泡沫塑料的静态曲线图3.5 泡沫塑料动态曲线3.2.4蜂窝纸板和瓦楞纸板组合结构缓冲特性本设计包装对象为液晶电视，初步拟定用瓦楞纸板做其外包装，而蜂窝纸板为缓冲衬垫，并且将二者粘在一起成一个整体，所以需要研究蜂窝纸板与瓦楞纸板组合结构的特性。查询李厚民等的实验研究蜂窝纸板与瓦楞纸板组合结构缓冲特性研究4结合实验所得曲线图3.5可以得出以下结论：图3.6 组合结构缓冲特性曲线（1） 蜂窝纸板在其弹性范围内缓冲系数很大，缓冲性能并不好，这与它刚性好、抗压强度大是一致的。但其在塑性变形区域内屈服平台很长，缓冲系数较小， 对冲击能量的吸收性很好；（2） 瓦楞纸板对于小幅荷载有良好的缓冲能力，蜂窝纸板对于较大的冲击荷载有良好的缓冲能力；（3） 瓦楞纸板与蜂窝纸板组合结构结合了瓦楞纸板和蜂窝纸板的优点，对于小幅荷载和较大的冲击载荷都有良好的缓冲能力。组合结构中的瓦楞纸板承受小幅荷载，蜂窝纸板则承受较大的冲击荷载；（4） 进行实际包装结构设计时，瓦楞纸板和蜂窝纸板的选择，可以根据各自的应力一应变曲线和载荷的大小，选择处于屈服阶段的应力和应变，此时其缓冲性能较好；同时，还可以结合缓冲系数一载荷曲线全面评价包装结构的缓冲性能。 3.2.5实验结论以上实验可知蜂窝纸板的抗压强度较高，缓冲性能较好，因此蜂窝纸板完全可以作为液晶电视缓冲材料。通过与泡沫塑料缓冲性能的对比可知在液晶电视的缓冲上蜂窝纸板是适用的是可以取代泡沫塑料的。在应用中可依据应力应变曲线缓冲系数最大应力和实际中的需要来选择纸板厚度达到包装防护的目的。蜂窝纸板做为缓冲材料使用，需选择处于屈服阶段的应变和应力，此时的缓冲性能较好。还可以结合传递率曲线来全面评价它的缓冲性能和防振性能。综合前面的分析，本设计研究选择蜂窝纸板作为LG42液晶电视物流包装的缓冲材料。3.3 产品物流包装结构设计与校核3.3.1缓冲衬垫基本尺寸设计已知产品的参数为W为161N，脆值G为60，跌落高度H为60cm。由蜂窝纸板的动态缓冲实验可知在一定程度上纸板越厚其缓冲性能越好，从更好的保护产品的角度出发，本设计选择动态缓冲B组实验材料为产品的缓冲材料。取曲线的最低点，可得缓冲系数C为4，最大应力m为110kpa=11N/cm2。由公式3.5和3.6可得厚度h=CH/G=460/60=4，衬垫面积A=WG/m=16160/11=878.2cm2计算结果表明该型蜂窝纸板可以作为产品的缓冲材料。缓冲形式为局部缓冲。角垫接触面积Amin=878.2/4220cm2，L=14.8cm。当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，其中最小的承载面积Amin与厚度之比应符合克斯特那经验公式，计算得Amin =220(1.33h)2 =37.64cm2，可知符合挠度要求。查阅汤伯森包装动力学可知，角跌落时的有效受力面积为：Ae=L2=379.4cm2 （3.7）此时静应力为：=W/Ae=161/379.4=0.424 kg/cm2 （3.8）此应力值对应的加速度小于产品的可用脆值，所以该设计尺寸满足要求。图3.7 垫脚示意图3.3.2运输包装设计瓦楞纸板因无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点。在运输包装中得到广泛应用，本设计也采用此材料设计外包装。对于液晶电视包装一般是用单体包装的。本设计选标准箱型0201型。实际中可使用胶黏剂粘合接头。按照GBT65441999标准规定，UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。A楞型的纸箱承受平面压力性能比B和C楞型差。B楞型的瓦楞低又密，虽然耐垂直压力性能较差，但平面耐压性能较高。C楞型性能，介于A和B楞型之间既具有良好的缓冲保护性能，又具有一定的刚性，方便印刷。E楞型的纸板具有重虽轻、缓冲性能好，但纸板较薄。有时根据包装情况的不同可以选择组合结构。综合考虑，由于本设计对象流通过程中是堆码运输，因此对其纸箱要有较强的平面耐压性能，又外包装需直接印刷，所以综合考虑选择BC双瓦楞纸板设计。一、内尺寸的计算由于采用单体包装，不需要考虑内装物排列方式，所以其内尺寸计算公式为Xi=Xmax+2T+K1 （3.9）式中：Xi纸箱内尺寸（mm） Xmax内装物最大外尺寸（mm） T衬格或缓冲垫厚度（mm） K1内尺寸修正系数（查表）表3.3 瓦楞纸箱内尺寸修正系数长度方向L1宽度方向B1高度方向H1小型箱中型箱大型箱3-73-71-33-45-7（资料来源：彭国勋：物流运输包装设计，印刷工业出版社，2006）取KL=5mm；KB=5mm；KH=3mm；又已知Lmax=1028mm；Bmax=658.5mm；Hmax=88mm；T=40mm所以Li=Lmax+2T+ K=1028+402+5=1113mmBi=Bmax+2T+ K=658.5+402+5=743.5mmHi=Hmax+2T+ K=88+402+4=172mm即纸箱的内尺寸为：1113mm743.5mm172mm二、制造尺寸计算制造尺寸计算公式为：X=Xi+k+t （3.10）式中：X瓦楞纸箱长、宽、高的制造尺寸mmXi纸箱内尺寸mmk制造尺寸修正系数mm（查表）t瓦楞纸板的厚度mm由下表得出K11=8；K12=5；Kb1=8；Kb2=5；K=14；所以 L1= Li + K11 =1121（mm），L2= Li +K12 =1118（mm）；B1 =Bi+ Kb1 =751.5（mm）， B2= Bi + Kb2=748.5（mm）;H=Hi +K=186（mm），摇盖尺寸F=751.5/2+4=379mm，J=45表3.4 02类单瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm）名称楞型L1L2B1B2HA64639B32326C53538E21213BC858514（资料来源：彭国勋：物流运输包装设计，印刷工业出版社，2006）三、外尺寸计算外尺寸公式： X