第三章-缓冲包装设计(运输包装)PPT课件

第三章缓冲包装设计 第三节 缓冲包装结构设计 第一节 缓冲包装设计的基本要求 第四节 缓冲包装衬垫设计 授课知识点 本章内容 第一节缓冲包装设计的基本要求 一 缓冲包装设计考虑的因素 在进行产品缓冲包装设计时 应考虑的因素很多 如被包装产品本身的特性 流通环境条件 包装材料的特性 外包装容器和封缄材料的特性 包装技术与方法以及包装产品的性价比等 1 被包装产品特性 产品的主要特性包括 脆值 形状 尺寸 体积 重量与重心 3 缓冲包装材料 4 外包装容器 5 封缄和捆扎6 包装技术与方法 缓冲包装材料的全面评价 结构 形状 材质及强度 如防潮 防水 防锈 防尘等 2 流通环境因素 产品在流通过程中 应考虑运输区间 运输方式 装卸次数 等效跌落高度 冲击方向 气候条件 贮存条件等对产品的影响 1 保护性 减小传递到产品上的冲击 振动外力 分散作用在产品上的应力 保护产品的表面及凸起部分 防止产品相互接触 防止产品在包装容器内移动 保护其它防护包装 2 经济性 包装不足 高破损率 过分包装 高包装成本 二 缓冲包装设计的要求 3 方便性 材料方便制造 加工 方便包装 方便使用 方便处理包装废弃物 4 环保性 符合包装与生态相容性及循环经济的要求 第二节缓冲包装设计步骤 1 确定包装件的流通环境条件 运输区间 运输方式 装卸次数 等效跌落高度 冲击方向 气候条件 贮存条件等 主要确定运输过程中的冲击和振动 一 缓冲包装设计的六步法 20世纪70年代 美国MTS公司与密歇根州立大学包装学院合作提出了缓冲包装设计的五步法 1986年 美国Lansmont公司F C Break等人在五步法的基础上增加一步 形成了目前流行的缓冲包装设计六步法 2 确定产品特性 产品脆值 产品固有频率 产品的形状 尺寸 体积 重量 重心 数量等 3 若发现产品脆值偏低 应考虑重新设计产品中的薄弱构件结构 材料 工艺及连接方式 提高其脆值 4 根据产品脆值和缓冲材料特性 设计缓冲结构 并确定其最佳尺寸 5 综合考虑破损率 成本 环保等多方面因素 进行包装系统优化设计 并制作原型运输包装件 6 按国家标准规定或客户要求的文件 试验评价原型运输包装件 如果实验结果与设计的预期结果不一样 重复上述步骤 直到满意为止 设计时进行了简化 只考虑了主要影响因素 忽略了很多次要因素 譬如缓冲衬垫的形状的影响 侧垫的摩擦等等 因此 所设计的缓冲包装在试验和实际中是否真正能获得预期的效果 必须通过实测 才能确认 包括 跌落试验 定频与变频正弦振动试验 随机振动试验 二 具体设计步骤 1 收集流通环境可能导致产品损坏的数据 对于缓冲设计 主要是确定跌落高度2 收集产品的资料 包括产品的形状与尺寸 重量及其分布情况 产品的冲击与振动脆值等 3 确定产品脆值后 判断是否与同类产品相近 若偏低 建议修改产品设计 提高关键件的脆值 4 选择缓冲材料及其结构形式 获得其缓冲性能曲线 根据跌落高度和产品脆值计算缓冲衬垫尺寸 5 校核缓冲结构的振动放大因子与振动脆值等问题 6 校核压缩或弯曲强度 不得超过缓冲材料的许用应力 7 校核温湿度对缓冲性能的影响 8 估算包装成本 与预定指标比较 9 确定物流各环节的影响 寻找在不影响缓冲性能前提下改进包装设计的可能性 10 制作试验用包装原型 11 按预先确定的试验标准进行试验 12 如果不满足要求 重新设计 满足要求 则批准设计 并形成完整的设计文件 第三节缓冲包装结构设计 缓冲包装衬垫的结构形式 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 一 全面缓冲包装法1 概念和特点全面缓冲包装是在产品与纸箱之间填满缓冲材料 如纸屑 木屑 棉花 塑料丝 纸浆发泡块等 这种方法 产品与缓冲材料之间接触面积大 静应力小 缓冲厚度小 因而可以缩小包装件尺寸 但缓冲材料用量大 浪费了缓冲材料 包装成本较大 适用于小批量 多品种 异形 零散的产品的一次性包装 对于大中型产品用这种包装 耗料多 成本高 而且缓冲效果也不一定好 一般不宜采用 2 全面缓冲包装典型方式 1 填充式包装 2 模压包装 3 裹包包装 4 发泡包装 二 局部缓冲包装方法 局部缓冲包装法是采用预成型的缓冲材料对产品的角 棱 侧面 或易损坏关键部件等处提供缓冲 不同部位提供与之脆值相对应的缓冲厚度 可以大大节约缓冲材料 降低包装成本和物流成本 三 悬挂缓冲包装法 采用8根金属弹簧 把包装箱的8个角吊挂在刚性外包装箱的内壁上 主要用于贵重仪器的运输包装和空投包装 重量大 体积小的产品 要求缓冲面积 底面积 缓冲材料和产品之间要用硬质材料胶合板或纤维板等隔开 使硬质材料一侧承受总的冲击 再由缓冲材料对硬质材料进行缓冲 重量轻 体积大的产品 需要减小受压面积时 可将不接触部分切去 缩小接触面积 以确保合适的缓冲面积 四 结构设计特殊问题 带突起物的缓冲结构 带突台包装件的缓冲结构 触底 包装件在承受冲击时 缓冲体的变形量达到或超过极限变形量时 内装物受到的冲击加速度急剧增大 这种现象称为 触底 当外容器没有足够的空隙容纳产品位移时 部分棱 角或凸缘将与容器壁碰撞 或者在实际的跌落高度 设计的高度时 都会发生触底 预留变形量的结构 缓冲衬垫各部位厚度不同 变形量不同 突起部分先受力 为避免这种情况须留出缓冲材料的变形量 有突出部分的产品 缓冲材料的厚度应以该部分的最外侧到外包装容器的内侧的尺寸为准 如图6 29所示 1 对于有可动机件的机器 机器的表面不能承受冲击时 要用硬质材料 将其他部分固定住 使其全体来承受冲击 2 产品底面的四棱如果只有很窄的受压面积 运输装卸过程中产品在缓冲材料之间就会发生移动 严重时会从受压面跌落 因此最好做成长的凸筋 产品即使发生一些位移 也不会影响受压面积 产品固定法 产品防移法 3 缓冲材料的凸筋可位于产品一侧 以位于外侧的凸筋缓冲效果更好 4 对于跨度较大的产品 要在跨度的中部设置受压的缓冲块 或使两端缓冲块往中央方向至少延伸1 4以上 5 对于重心偏向一侧的产品 从前后 左右 上下各个方向分别测定其重心位置 根据重心位置按比例地进行分配受压面积 6 不规则形状的产品可以用模制的衬垫进行缓冲 也可以将产品固定或支承在内包装容器中 再用缓冲材料加以保护 7 大型产品 如有较为脆弱而又可以拆卸的部件 可单独包装 为防止运输中产品表面被擦伤 可使用缓冲材料对表面加以保护 对体积 重量较大的产品进行缓冲时 可将其连接在一个缓冲基础上 8 当运输中产品的各方向受到的载荷不同时 或产品各方向的脆值不同时 各方向可以采用不同程度的缓冲包装 设计缓冲衬垫的基本要求是在保护产品免遭破损的前提下 选择适当的材料 确定出合理的结构形式和尺寸 设计的基本参数 除了产品重量和尺寸外 还应包括 代表流通环境条件的等效跌落高度代表产品特性的脆值代表材料性能的缓冲特性曲线其中 缓冲特性曲线目前国内外普遍采用 1 缓冲系数与最大应力曲线2 最大加速度与静应力曲线 第四节缓冲包装衬垫设计 进行缓冲设计 有时需用振动传递率曲线来作防振包装的校核 无论采用哪种方法 对求得的面积和厚度都应进行校核 一般当求得的面积太小 厚度太大时 衬垫在产品冲击力作用下 会产生弯曲变形 因此要采用下列经验公式校核衬垫的稳定性 曲线上查出最低点的C与值 一 缓冲系数与最大应力曲线法 三种情况 设计缓冲材料的用量 优选缓冲包装材料 求出最大冲击力和最大加速度 1 缓冲材料的用量计算 已知 及某选定缓冲包装材料的曲线 从 求出缓冲面积 求出缓冲材料的厚度 计算缓冲材料的合理用量 1 对缓冲面积无特殊要求 设计过程为 注 若A小于包装物面积 可考虑局部缓冲 若A大于包装物面积 则可采用更换包装衬垫 减小缓冲面积 例3 1一重量为10kg的产品 脆值为80g 要保证从60cm的高处跌落而不被损 规定用密度为0 037g cm3的聚氯乙烯 图4 35 作衬垫 试计算衬垫所需尺寸 解 整理已知条件 W 10 Gc 80 H 60查图4 35 这种聚氯乙烯材料在 m 1 6 105Pa时有最小缓冲系数 c 3 8 故按式 6 2 承受跌落的负载面积 即本例所求的衬垫尺寸At 490 2 85 cm3 例3 2一质量为9Kg的产品 脆值为50 装入底面积为750cm2的箱内 设定的跌落高度为60cm 如果采用密度为0 075g cm3的石棉作衬垫 试检验该设计的合理性 解 整理已知条件 W 9Kg G 50g H 60cm由图4 35 缓冲系数曲线知 最小缓冲系数C 5 7 对应的应力值为 m 0 17 l05Pa 故有 显然 此面积大于容器底面积 无法装入容器箱 说明本设计选料不当 若选用密度大一倍的聚氨酯泡沫 则它的最小缓冲系数为C 3 3 对应的最大应力值为 m 0 7 l05Pa 此时的承载面积为 衬垫厚度为 校核 所以 缓冲垫的尺寸为A 630cm2 T 3 96cm 2 缓冲面积已给定 其设计过程为 求出最大允许应力 由 曲线查得 由缓冲材料厚度 求出厚度 对应的C 如果规定用缓冲材料是图4 35中的曲线10 则在横轴上取 m 0 55 l05Pa的点 并向上作垂线与曲线10相交 该交点的纵坐标C 9就是所要求的缓冲系数 故衬垫的厚度 解 作全面缓冲时 衬垫面积等于产品面积 即A 1600cm2 衬垫最大应力为 例3 3某产品质量为15Kg 脆值Gc 60 包装箱底面积为40 40cm2 设计的跌落高度H 80cm 欲以图4 35所示的密度为0 031g cm3的聚氯乙烯泡沫作全面缓冲 试求该衬垫厚度 一般缓冲效果 是以缓冲系数C为最小值作为指标的 在缓冲包装设计之前 首先要知道缓冲包装材料的曲线 已知 要求在几种缓冲材料中选出一种 使缓冲效果最佳 2 优选缓冲包装材料 在图中 经过这个求出的最大允许应力 求出最大允许应力 根据确定的C 求缓冲垫的厚度 值 作垂直线 查出最低交点C 设计过程为 例3 4产品质量15kg 易损度30 g 产品面积为2000cm2 跌落高度85cm 拟采用全面缓冲包装 在图6 3中的五种缓冲材料中选用一种 并求出所需厚度 在 图中 经过这个求出的最大允许应力 值 作垂直线 查出最低交点 C 5 4 确定使用材料4 根据确定的C 求缓冲垫的厚度 解 这属于缓冲面积已给定的情况 求出最大允许应力 已知产品的重量W 跌落高度H 易损度Gm 缓冲材料的 曲线 缓冲面积A及缓冲材料厚度T 欲求最大冲击力Pm和最大加速度Gmax 并校核缓冲包装是否符合要求 一般来说 包装产品所受到的最大冲击力可以表示为 又根据缓冲材料跌落过程中能量守恒定律 则 3 最大冲击力Pm和最大加速度Gm 最大加速度为 例3 5被包装物质量为10kg 易损度G 30 跌落高度H 80cm 采用全面缓冲 且缓冲面积缓冲材料的曲线如图6 4所示 材料厚度T 20cm 试求最大作用力和最大加速度 并校核缓冲包装设计 图6 4缓冲材料曲线 在图6 4上作曲线 与原曲线交于B点 查出B点的坐标值 解 由式 6 5 得 则得 所以该缓冲包装符合设计要求 B点离曲线最小值点较近 表明缓冲效果好 二 最大加速度与静应力曲线的应用 主要问题有三类 1 缓冲面积已定 要求选取衬垫的厚度 2 优化缓冲包装材料用料 3 求解产品跌落冲击时的最大加速度 已知产品质量W 脆值Gm 跌落高度H及缓冲材料的 1 计算静应力 2 从相应跌落高度H下的某材料 曲线图中查取 3 找出相应的曲线 4 选定合适的衬垫厚度 1 设计衬垫厚度 曲线 对全面缓冲而言 由于缓冲面积已经确定 只需求出厚度T 具体设计步骤为 与指定产品Gm的交点 注 若交点位于两条厚度曲线之间 可用比例插入法确定厚度 例3 6一质量为15 5kg 脆值为55的产品 拟用全面缓冲包装 装入底面积为25 25cm2的包装箱内 设计跌落高度取60cm 采用的聚苯乙烯缓冲材料 图6 5是H 60cm时曲线 要求选定合适的衬垫厚度 图6 5聚苯乙烯的最大加速度 静应力曲线 解 计算静应力 从图6 5中查取与Gm 55的交点B 本例中B点正好落在T 5cm的曲线上 则求选定缓冲衬垫的合适厚度T 5cm 2 优化缓冲包装材料用料 1 以Gc值在 2 找出水平线与每根曲线的交点 为节省材料 一般取与之相交的厚度较小的曲线 得一T值对应有两个 3 取 中较大者计算承压面积 4 计算缓冲材料体积V AT 图中画一水平线 例6 9某产品质量M 10kg 脆值G 73 底面积为35 35cm2 包装件的设计跌落高度H 90cm 选用的缓冲材料的如图6 6所示 试问该产品更适用于全面缓冲还是作局部缓冲 图6 6曲线的使用方法 在图6 6上 作直线和直线 它们的交点F落在给定曲线族之外 这表示 即使厚度T 12 5cm 也不能保证产品的安全 若坚持作全面缓冲设计 则衬垫厚度还要大大增加 经济上是不合理的 解 对产品作全面缓冲时 衬垫静压力为 若采用局部缓冲 本例中T 5cm 它的曲线最低点的纵坐标恰好等于该产品的脆值 此时的静应力 故衬垫面积可取为 采用四个等面积支承垫 则每个垫的面积为 最后作衬垫的稳定性校核 以上计算表明 局部缓冲可大大减小衬垫的厚度和面积 所以 对于这个产品和指定材料 局部缓冲方案明显优于全面缓冲 B1点静应力小 所需衬垫面积大 B1点静应力大 衬垫面积小 为节省材料而选用B2点 此时静应力为 例6 10产品质量 脆值包装件的跌落高度 采用图6 6所示材料作局部缓冲 试求衬垫的厚度与面积 解 图6 6中 水平直线与T 7 5cm的曲线交于B1 B2 计算衬垫面积 采用四个面积相等的脚垫 则每个脚垫的面积为 衬垫的稳定性校核 解 在图6 6上作水平直线 邻近曲线有两条 一条T 5cm 一条T 7 5cm T 5cm的曲线在之上 若取T 5cm 则必有Gm G 不安全 T 7 5cm的曲线最低点离太远 若取T 7 5 则衬垫太厚 太不经济 因此设想有一条未知曲线 如图中虚线 其最低点的恰好等于65 例6 11产品质量m 25kg 脆值Gm 65 包装件的设计跌落高度H 90cm 采用图6 6所示材料作局部缓冲 试求衬垫的厚度与面积 计算所求的衬垫面积与厚度 1 按T 5cm曲线最低点计算根据T 5cm曲线最低点的 与T的乘积为常量 即 未知曲线最低点 T待定 且 故所求衬垫厚度为 根据T 5cm曲线最低点的 与 的乘积为常量 即 未知曲线最低点 则故待定的衬垫静应力 为 因此衬垫面积为 2 按T 7 5cm曲线最低点计算同理 T 7 5cm 衬垫面积为A 881 cm2 由此可见 按上下两条邻近曲线求得衬垫面积与厚度非常接近 说明这种计算方法是合理的 例6 12m 20kg的某产品采用G