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EPE;
Cushionpackaging;
Corrugatedcarton;
Setpacking;
《运输包装》课程设计任务书
一、设计题目:
机电产品(主机、显示器、电视机、打印机、电子
仪器等)的运输包装
二、设计任务:
1.完成产品缓冲包装设计的整体论述,包括流通环境的确定、产品特性、材料选择等。
2.完成缓冲设计的计算与结构设计的相应校核。
3.完成缓冲衬垫结构设计图纸与缓冲包装装配图及技术文件。
(衬垫结构要合理,可参考课本上的要求)
4.设计并绘制纸箱展开图,外装潢设计。
(计算机绘图)
5.完成设计说明说,内容包括:
(1)目录
(2)设计说明书的英文摘要、中文摘要(约200字)
(3)课程设计任务书
(4)正文:
a.设计内容的整体概述
b.设计方案的确定方法(流通环境、产品特性、材料选择、缓冲包装方法等)
c.缓冲设计计算与校核
d.外包装容器设计计算
e.引用的测试标准与方法
(5)结论(存在的问题和收获)
(6)参考文献
正文
一、设计内容的整体概述:
随着人们生活水平的不断提高和我国国民经济的随速增长,以及人们对信息的前瞻性和快速性的需求不断提高,计算机市场的销售不断创造新高,尤其是质量小、携带方便的笔记本电脑,更加的受到消费者的青睐。
人们对笔记本电脑的配置、功能、品牌、质量、服务等方面的追求不断提高,所以联想公司推出了搭载强大内部配置和外部娱乐设施的联想Y460电脑。
这是一款卓越超群的笔记本电脑,为了使其不至于在运输过程中造成什么损害,因此为这一款电脑设计一个美观并且方便运输的可行性包装就显得至关重要了。
二、设计方案的确定方法:
1.确定流通环境
a.运输方式的分析
联想电脑的产地主要在广州等轻工业发达的地区,但是销售地区却是全国各地。
由于是销往全国各地,而且考虑运输成本,可以舍弃高成本的空中运输方式,因此主要的运输方式是铁路的长途运输和公路的短途运输。
汽车短途运输的各种冲击主要取决与路面状况、行驶过程中的加速和刹车、行驶速度、货物重量等。
汽车震动的频率在0~200Hz的范围内,加速度峰值在0.1g~3g之间。
由于我国路况不是很好,所以主要损害是公路的路况起伏不平造成的,所以汽车运输过程中主要的冲击是垂直方向上的冲击,主要是避免垂直方向上的冲击过大对电脑造成损害。
铁路长途运输过程中的冲击主要有两种,一种是车轮滚过钢轨接缝时的垂直方向上的冲击,另一种是火车加速和刹车以及挂钩撞在一起时的水平方向上的冲击,所以要力求使包装避免电脑在铁路运输过程中受到这两个方向上的冲击。
但是有结论显示铁路货车行驶时的震动远不及汽车强烈,不足以威胁产品在流通过程中的安全。
b.装卸、搬运方式和贮存环节
装卸作业包括人工装卸和机械装卸两种。
人工装卸主要是避免人工的野蛮装卸造成产品的损害,所以产品包装尺寸和重量要适合人体进行装卸又要避免不正当装卸行为;
机械装卸主要是避免叉车加速和刹车的过程中产生的冲击和路况起伏的冲击,在汽车运输过程中已经考虑过这个问题,所以较好解决。
将产品按照常规产品的要求跌落高度设定为90cm进行设计。
一般采用大型集装的仓库贮存,所以在仓库中采用的是大型包装箱或集装箱,堆码高度为2.5米,堆码层数为一层,避免静态压力的破坏。
c.流通过程中的气象环境
产品在南方地区生产发往全国各地,路途经过全国各地,覆盖全国的气象带地区。
所以产品的包装要适应各种不同气候条件的要求,适应温度和湿度的剧烈变化。
并且包装的是电子产品,要防止包装箱含水量过高,所以要再包装里面添加防腐剂和塑料薄膜等一些防潮物品。
并且也要添加防静电薄膜等,防止运输过程中产生的静电对电脑的一些配件造成损害。
同时包装要求严密,防止粉尘的进入污染产品。
2.产品特性分析
a.产品的外观参数
外形尺寸:
340mm*35mm*32.8mm;
重量:
2.2kg;
外壳材质:
复合材质;
产品重心:
笔记本电脑的几何中心。
b.产品易损部件的分析
屏幕表面正中位置垂直方向为易损部位。
也就是显示器内部的显像管和玻璃屏幕。
显像管位于显示器的内部,是显示器的核心部件,受到剧烈振动或冲击可能会造成显像管脱落;
而屏幕也是显示器功能主体部件,有意破损的玻璃构成,所以屏幕也是显示器包装的重点保护对象;
底座连接装置位于显示器的底部,安装使用时与底座连接,属于凸出部件,缓冲设计时也应考虑到,不能够承载,并要与外包装容器离有一定的距离,以免冲击是受损。
c.产品脆值的确定和固有频率
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。
通过各种资料的查询和对同类产品之间的相互比较,最终确定这款笔记本的产品脆值取[G]=70g。
产品的固有频率也设缓冲包装设计中的重要参数,应该通过实验测得。
合理的缓冲包装应该能够包装件的固有频率远离产品得固有频率,使其免受共振产生的强烈冲击的破坏。
3.缓冲包装材料的选择
缓冲包装材料的种类很多,但他们起缓冲作用的形式都是基本相同的,都是通过自身的形变来吸收包装件在流通过程中由于震动和冲击产生的破坏性的能量,并起到使产品与外界隔离的作用,避免内装物因冲击震动造成的损害。
比较常用的包装材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。
目前普遍用于电脑缓冲包装的是发泡聚苯乙烯(EPS)与发泡聚乙烯(EPE),聚乙烯泡沫塑料发泡均匀、柔软,有较好的缓冲与机械性能,压缩不易断裂,高低温环境下不易老化,可与产品直接接触不会产生化学变化与腐蚀现象。
故综合考虑决定使用聚乙烯泡沫塑料作为设计的缓冲材料。
虽然发泡聚乙烯不可以在自然环境中自动降解,包装废弃物会造成“白色污染”,但我感觉可以通过材料的再次回收进行二次利用解决这一问题。
发泡聚乙烯(EPE)。
EPE俗称“珍珠棉”,由30-40倍高发泡成形的产品,重量轻,有一定坚固性、柔软性、缓冲性能,受反复冲击其特性不变,它是一种高强缓冲、抗振能力的新型环保材料,EPE的PH值为中性,不会对任何产品造成损伤,同时它的优良特性能抵御外界的酸缄腐蚀,珍珠棉是一种易于加工和处理的新型保护型包装材料,EPE柔韧、质轻、富有弹性能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力,它导热率很低,隔热性能优异,独立气泡,几乎没有吸水性的放水材料。
不受各种气候条件影响,耐气候性优越。
切割、粘合、层压、真空成形、压缩等的加工性优秀。
细微气泡的泡沫材料、外表光滑、可着色,尽显优美效果。
4.缓冲包装方法的确定
在经济型和包装的快捷性方面分析,采用局部缓冲的方法更为适合,主要缓冲部位是电脑的左右两条边上分布,所以采用两个缓冲衬垫来进行缓冲。
三、缓冲设计计算与校核
1.缓冲衬垫基本尺寸计算
已知:
W=2.2kg;
[G]=70;
H=90cm。
在缓冲系数-最大应力曲线图中做水平线可知,最小缓冲系数值应为Cmin=5.6,最大应力值应为σm=0.17*105Pa。
衬垫厚度:
T=CH/G=5.6*90/70=7.2cm;
衬垫面积:
A=WG/σm=2.2*9.8*70*104/0.17×
105=887.8cm*cm;
2.缓冲衬垫校核
a.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,其中嘴刁的承载面积Amin与厚度之比应符合以下规定:
Amin>
(1.33T)2>9.6cm*cm
887.8>
(1.33×
3.6)2
由此可知此缓冲衬垫符合挠度要求。
b.由于笔记本的重量较小,而且流通消费迅速,不会出现长时间堆积的的现象,所以没有必要对缓冲衬垫进行如变量的校核。
c.跌落姿势的校核
主要进行局部缓冲角跌落情况下的校核,因为角跌落时产品所受的冲击能最大,当面产品满足角跌落校核的强度时,即可满足棱跌落和面跌落所要求的缓冲能力。
计算公式如下:
式中Ae—等效投影面积;
L—产品的长;
b—产品的宽;
d—产品的高;
k—系数;
这里取k值为1;
由公式可知纸箱在进角跌落时的承载;
A=182.2cm2。
此时静应力:
r=W/Ae=0.06(kg/cm2),差课本上的图可知静应力为0.06kg/cm2对应的最大加速度定小于产品的脆值70g,因此基于面跌落设计的缓冲垫满足角跌落的要求,只要通过了角跌落校核,就一定能满足棱跌落和面跌落的要求。
3.缓冲衬垫的结构设计
缓冲包装的缓冲垫的结构形式,因产品的质量、形状和尺寸不同,可采取用全面缓冲包装、局部缓冲包装和悬挂式缓冲包装等三种方法。
为了使用最少的缓冲材料取的最好的缓冲效果,降低包装成本,所以本设计选用局部缓冲包装方法对该产品进行包装,根据显示器的承载部位和易损部位,设计缓冲衬垫的结构。
由于产品的中心位于集合重心,所以缓冲衬垫的重要承载部分位于产品的中部。
产品的左右部分是对称的,而且外形是比较规则的长方形形状,因此采用左右两块缓冲衬垫并且向中间延伸的缓冲衬垫结构形式。
按照校核后的数值进行衬垫的厚度和尺寸设计缓冲衬垫,但为了刚加的安全可靠,期设计值要稍大于计算值。
缓冲衬垫的三视图和立体图如下:
4.笔记本其他配件的包装
笔记本电脑的配件包括电源适配器、说明书、保修卡、驱动光盘、系统光盘、电池等一些小型物品。
基于安全性、美观性、包装成本的考虑,采用瓦楞纸板做成的小型的长方体纸盒与电脑进行隔离包装的形式。
经过计算将此小纸盒尺寸设计为400mm*130mm*100mm。
展开图如下:
四、包装容器设计计算
1.运输包装设计
瓦楞纸板具有无污染、可再生、缓冲性能好等优点,广泛应用与各种产品的运输和销售包装中。
本设计也采用瓦楞纸板进行外包装设计,选用0201箱型。
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,但其承受垂直压力性能较高;
B楞型的瓦楞低又密.故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:
E楞型的纸板具有重虽轻、缓冲性能好、平面抗压强度好等特点,利于直接进行印刷,综合考虑,由于本设计对象笔记本电脑再流通过程中是堆码运输,因此对其纸箱要求要有较强的平面耐压性能;
此外,电脑是高精密产品,所以对缓冲垫的要求较高.一般纸箱不承担电脑的缓冲要求。
即外包装无须承担缓冲功能.所以综合考虑选择B单瓦楞纸板设计。
(1)内尺寸的计算
式中:
Xi——纸箱内尺寸(mm)
Xmax——内装物最大外尺寸(mm)
T——内衬或缓重层总厚(mm)
K’——内尺寸修正系数(查表)
取KL=5mm;
KB=5mm;
KH=4mm;
又已知Lmax=300mm;
Bmax=230mm;
Hmax=25.6mm;
T=72mm
所以Li=Lmax+T+K’=300+72×
2+5=449mm
Bi=Bmax+T+K’=230+72×
2+5=379mm
Hi=Hmax+T+K’=25.6+72+4=113.6mm
即纸箱的内尺寸为:
449mm×
379mm×
113.6mm
(2)制造尺寸的计算
X=Xi+k
F=B1/2+X1
X——瓦楞纸箱长、宽、高的制造尺寸mm
Xi——纸箱内尺寸mm
K——制造尺寸修正系数mm(查表)
F—纸箱对接摇盖宽度;
B1—纸箱非结合端面制造尺寸;
X1—摇盖拉长系数。
查包装结构课本上的表格可以得出K11=3;
K12=2;
Kb1=3;
Kb2=2;
K=6;
J=38;
X1=2;
所以:
L1=Li+K11=452(mm),L2=Li+K12=451(mm);
B1=Bi+Kb1=382(mm),B2=Bi+Kb2=381(mm);
H=Hi+K=113.6(mm),F=B1/2+X1=115(mm);
(3)外尺寸的计算
由以下公式可以得出其外尺寸:
X0=Xi+2t
式中:
X0—瓦楞纸箱外尺寸;
Xi—纸箱内尺寸;
t-纸板计算厚度
查表可得出t=4。
所以由公式X0=Xi+2t得;
瓦楞纸箱的外尺寸为:
437mm×
387mm×
120.6mm;
(4)瓦楞纸箱抗压强度计算
由公式:
计算可以得出:
Z=2(Lo+Bo)=2×
(437+387)=1648mm
P=61.94×
(4×
6.10/1648)2/3×
1.27×
1648=1919N
(5)堆码性能校核
公式:
公式中:
SPF—堆码性能系数
G——单个纸箱重量kg
Z—纸箱周边长mm
Nmax----最大堆码层数
代入数据得SPF=4.3大于2小于5,说明对于安全堆码有足够的强度。
由计算结果设计出瓦楞纸箱的展开图如下:
装潢图如下:
缓冲衬垫、附件盒、纸箱的装配图如下:
2.集合包装选择
所谓集合包装,是指将一定数量的产品或包装件组合在一起,形成一个合适的运输单元,以便于装卸、储存和运输,又称组合包装或集装单元。
物资包装集装化必须遵守通用化、标准化和系统化原则。
集合包装的已经越多的应用到当今物流中,起到不可取代的作用。
集合包装的有事主要在于:
①能可靠地保护商品
②为装卸作业机械化、自动化创造了条件,加速了运输工具的周转,缩短了货物送达时间,提高劳动生产率。
③缩小包装件体积,降低运输成本,从总体上提高了仓库、运输工具载重和容积利用率。
④节约包装费用。
⑤便于清点货件,简化物流过程各个环节间、不同运输方式之间的联合运输,实现“门到门”的一条龙服务。
⑥促进包装标准化。
⑦降低储存费用。
集合包装的种类很多,主要有捆扎集装、托盘、集装架、集装袋、集装网、集装箱等6种。
(1)托盘
a.选择的依据是托盘的表面利用率要高。
前面的设计可知瓦楞纸箱的外尺寸为:
L*B*H=437mm*387mm*120.6mm。
由我国联运平托盘外部尺寸系列可知选择公称尺寸Lo×
Bo=1200mm×
1000mm,叉孔高度为100mm。
b.瓦楞纸箱在托盘上的排列方式。
排列方式选择Q型即为Lo∥B;
Bo∥L。
托盘L方向上排列瓦楞纸箱的数目为3;
B方向上排列瓦楞纸箱的数目为2。
c.瓦楞纸箱在托盘上的堆码方式采用平齐重叠堆码方式:
该方式使瓦楞纸箱的四个角上下对应,故承载能力大,强度高而且稳定性也好。
d.该托盘包装的固定用热收缩薄膜惊醒固定,并加抗滑夹层以防滑动。
(2)集装箱
已知托盘包装件的最大外尺寸为L0×
B0×
H0=1200mm×
1000mm×
1000mm。
由于该托盘包装外尺寸的高度为1000mm,所以在集装箱中可以进行两侧各的堆码放置。
由我国集装箱规定尺寸可知,应选择集装箱的型号为:
JZ—20。
托盘在集装箱中的排列方式为Q型:
在L方向上的数目为5;
在B方向上的排列数目为2。
六、引用的测试标准和方法
纸板测试方法
瓦楞纸板和瓦楞纸箱的边压强度、耐破强度、戳穿强度、粘合强度和抗压试验等五项性能测试方法。
性能测试必须对所以试样进行前处理。
就是将试样放在温度23℃±
2℃,湿度50%±
5%的恒温恒湿的环境里处理24小时后作试验。
1.边压强度的测试
仪器:
BF-F-200A压缩试验仪,又名微电脑边压强度试验机,边压强度试验机,边压实验机,微电脑环压强度实验机,环压强度实验机,环压实验机。
在瓦楞方向上,一定厚度(25mm)的瓦楞纸板,单位长度所能承受的垂直均匀增大的力,称为瓦楞纸板的边压强度。
边压强度的单位是:
N/m。
从三个样箱上各取三块规格为100mm±
0.5mm×
25mm±
0.5mm,无印刷、无机械压痕、破损的试样共九块。
边压强度测试的仪器是压缩强度试验仪:
BF-F-200A,试验机的主要参数是:
测量范围:
0-3000N,准确度:
±
1%,显示值相对变动值:
<1%,最小读数值:
1N,上压板下降速度:
12.5mm<min,下压板板面尺寸:
120mm×
120mm
边压强度的测试方法是将试样置于试验仪下压板正中间,使试样的瓦楞方向垂直于两压板,用导块支持试样,使试样的表面垂直于压板,开动试验仪施加压力。
当加压接近50N时移开导块,直至试样压坏,记录试样所能承受的最大压力。
读数要求精确至1N。
对测试结果,求出算术平均值,并按下列公式计算出边压强度。
R=F×
1000÷
L,式中:
R-边压强度单位N/m,F-试样承受最大压力N,L-试样长边尺寸mm。
边压强度的单位是N/m,而试样的长边尺寸为100mm,这就需要进行数据处理。
首先把100mm转换为0.1m,按上述公式计算。
假设测试中试样承受的最大压力算术平均值为680N,经过数据处理就是:
680N/0.1m=6800N/m。
那么,按上述公式列出,该试样的边压强度值为:
6.80×
103N/m
瓦楞纸板的边压强度直接影响瓦楞纸箱的支撑强度。
而瓦楞纸板的生产工艺,瓦楞纸板的结构、楞形、粘合剂的质量等因素都能影响瓦楞纸板的边压强度。
2.耐破强度的测试
BF-B-100破裂强度实验机,又名耐破度仪,电子式破裂强度试验机,耐破度试验机,破裂强度试验机,耐破度仪,电子式破裂强度试验机,耐破度试验机,破裂强度试验机。
瓦楞纸板单位面积所能承受的均匀增大的最大压力值为瓦楞纸板的耐破强度。
三个样箱中的每个样箱上各取四块规格为140mm×
140mm无印刷、无水印、无折痕或明显损伤的度样共十二块。
耐破强度测试的仪器是耐破度仪,耐破度仪的主要技术参数是:
0-6000KPa,准确度:
0.5%FS,分辨率:
1KPa,试样夹环:
上夹环孔径31.5±
0.05mm,下夹环孔径31.5±
0.05mm,上、下夹环内孔同轴度误差:
<0.25mm,加压速度:
170±
15ml/min,试样夹紧压力:
>690KPa(可调)。
耐破强度的试验方法:
一个被下压环牢固夹紧的能够凸起并复原的橡胶膜在液压的作用下,以一定的力把紧紧固定在上、下压环之间的试样通过凸起的橡胶膜使试样破裂。
测试时把试样分成A、B组。
A组正面贴向橡胶膜,B组反面贴向橡胶膜进行测试。
当试样破裂时,读取显示值。
对测试结果,求出算术平均值,保留三位有效数字。
耐破度仪的液压很重要,液压系统工作正常,保证液压油能满足工作需要,要经常对液压主油进行观察和测量。
要观察和测量油量减小,观察液压油是否因运行而变质或污损。
3.戳穿强度的试验
戳穿强度试验机,又名戳穿强度测定仪,冲孔试验机,一定形状的角锥穿过瓦楞板所做的功,所显示的能量称为瓦楞纸板的戳穿强度。
戳穿强度的单位是:
J。
从三个样箱的每个样箱的箱壁上各取四块规格为175×
175mm的试样共十二块。
戳穿强度试验的仪器是戳穿强度测定仪,戳穿强度测定仪的主要技术参数是:
0-48J,准确度:
A标尺±
0.05J,B标尺±
0.1J,C标尺±
0.2J,D标尺±
0.5J,摆臂摆动次数:
>100次,摩擦套环阻力:
>0.25J,角锥体特性尺寸:
三底边长6mm,锥体高25±
0.7mm,棱边园角半径(R):
1.5mm。
戳穿强度的试验方法是将所取试样分别以正、反面纵向和下、反面横向依次放在具有固定力(250N-1000N)的带透孔的夹板中间,调整所需重锤把摩擦环套在角锥后面,选择和测试相适应的测量范围,调整零位,把指针拨到最高刻度值,然后启动释放装置,使摆臂推动角锥穿透试样。
读取实测值。
对测试的结果,求出算术平均值,保留三位有效数字。
4.粘合强度的测试
粘合强度夹具,压缩试验仪,又名微电脑边压强度试验机,边压强度试验机,边压试验机,微电脑环压强度试验机,环压强度试验机,环压试验机。
瓦楞纸板的面、里、芯纸和波形瓦楞
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