格力电压力锅的运输包装设计正文.docx
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格力电压力锅的运输包装设计正文
格力电压力锅的运输包装设计
一、研究背景和意义：
近年来，电饭煲在居民生活中的使用率越来越高，生产电饭煲的企业也越来越多。
每个企业所应用的包装形式不尽相同，其目的，都是为保证产品在出厂到销售物流过程中免受损坏，并且吸引消费者购买本公司的产品，刺激消费者的购买欲望等。
冲击和振动是包装件在流通过程中受到的两种主要负荷，为实现包装减损，包装结构必须有合理的缓冲能力，缓冲包装的目的是在运输，装卸过程中当发生振动，冲击等外力作用时，保护被包装产品的性能和形态。
了解各个电饭煲品牌的销售包装和缓冲衬垫形式，为课程设计确定设计方案。
二、市场调研：
调查地点：
天津国美电器
调查时间：
2012年5月
调查产品：
格力电压力锅
机器型号：
CY-6002
出品公司：
格力电器小家电制造有限公司
外形尺寸：
约355x352x362mm
产品容量：
6L
外形设计：
PVC多彩覆膜外壳，椭圆机身，外观时尚靓丽
产品功率：
1000W
产品重量：
5.18kg
产品颜色：
红色
三、产品特性分析及定位：
3.1产品名称：
格力电压力锅CY-6002
3.2产品简介：
它是格力公司采用最新技术研制开发的一种新型炊具，优化集合了压力锅，电饭锅，焖烧锅的优点于一体，并弥补了众锅的不足。
它自动控制烹饪压力（温度），结构先进，造型新颖，是现代家庭理想炊具，也是压力锅，电饭锅，焖烧锅的升级换代产品。
3.3产品规格：
外形尺寸：
约355x352x362mm
产品重量：
5.18kg
3.4产品包装要求：
运输包装能承受多次装卸、跌落、各种运输方式、起吊、堆码等外力作用而无损坏。
应保证在整个流通过程中具有防水、防潮、防盗、防晒等保护功能，确保产品完好无损。
包装在达到各种标准的基础上，还要尽可能的减少包装成本。
四、运输包装流通环境分析：
4.1产品的流通区间：
4.1.1产地：
格力电器（中山）小家电制造有限公司——广东
4.1.2目的地：
全中国各地
4.1.3海运：
考虑到产品可能会通过海运运输。
海上货物运输是国际运输的主要方式，国际贸易中约有90%的货物是以海上运输方式承运的。
海运过程中由于天气原因会发生振动，冲击等外力作用外，由于海面上的湿度较大，故还要考虑产品的防潮性能，以保证产品的质量。
4.1.4铁路和公路运输：
由于产品销往全国各地，既有长途运输又有短途运输。
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。
汽车运输振动加速度的大小也和路面状况、行驶速度、车型和载重量有关，但主要因素为公路的起伏和不平。
铁路运输时产生的冲击有两种。
一种是车轮滚过钢轨接缝时的垂直冲击；另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击。
4.2装卸和搬运环节：
一般来说，流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多。
装卸作业分人工和机械两种方式，一般以机械搬运为主，人工搬运为辅，采用卡车运输。
按常规产品的跌落高度定为60cm。
4.3运输环节：
由于产品的出厂地为日本，产品由日本出口运往中国，属于长途运输。
长途运输用的工具有汽车、火车、船舶和飞机等。
在整个运输过程当中，最主要的运输方式多为汽车运输。
在此过程中，运输工具的启动、变速、转向、刹车使货物改变速度，当货物堆垛松散时，它和车厢，和相邻货物发生碰撞，导致货物或包装容器的冲击损坏；运输工具受路面状况、发动机振动、车辆避震性能等因素的影响，产生周期性上下颠簸和左右摇晃，导致产品的损坏；当货物包装件结构不当、材料薄弱、封闭不严，在运输过程中经历不同气候区域，受到寒冷、炎热、干燥、潮湿、风雨等气候的影响，会使内装物发生变质或损坏；流通环境中，各种化学和机械活性物质、日光照射、雨水、静电场等因素会对产品性能造成影响。
相机为电子产品，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。
4.4存储环节：
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。
货物的贮存方法、堆码重量、高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境可直接影响产品包装件的流通安全。
我们知道托盘化包装整体性能好，堆码稳定性高，可避免散垛摔箱问题，适合于机械化装卸，提高工作效率3倍～8倍，也能大大减少流通过程中包装件发生碰撞、跌落、倾倒及野蛮装卸，提高产品运输的安全性。
故采用建筑结构较好的仓库贮存。
4.5流通环境的气象条件：
流通环境的气象条件，如水、温度、湿度、气压等都会对包装容器及产品质量产生影响。
由于产品在日本，销售范围为全中国各地，从日本到全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。
电动剃须刀为电子产品，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。
用标准化的环境条件，该产品的运输条件可表示为2K4/2B2/2S2/2M3。
五、产品的包装设计：
5.1产品的脆值：
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。
在实际生产中，一般要通过实验来测定产品的脆值，但在课程设计中我们只能通过查资料、比较同类产品的脆值来确定。
通过查阅英国产品的脆值（图一如下图），查得电饭锅脆值为100～120g，为了保证设计的可靠性，取下限100g。
流通环境跌落高度为60cm。
图1.美国得出的产品脆值
5.2缓冲包装的设计：
耐水性：
密闭泡孔结构、不吸水、防潮、耐水性能良好。
耐腐蚀性：
耐海水、油脂、酸、碱等化学品腐蚀，抗菌、无毒、无味、无污染。
加工性：
无接头，且易于进行热压、剪裁、涂胶、贴合等加工。
防震动：
回弹性和抗张力高，韧性高，具有良好的防震/缓冲性能。
保温性：
隔热，保温防寒及低温性能优异，可耐严寒和曝晒。
隔音性：
密闭泡孔，隔音效果好。
5.2.1缓冲包装设计的要求：
对于本产品的缓冲设计是格力公司的电压力锅，其重量为5.18kg，尺寸355x352x362mm，该产品试验脆值为100g（测定一般有两种方法：
脆值实验法和经验估算法）其装卸搬运环节一般以机械为主，装卸过程中能满足0.6m的高度跌落，采用的运输方式为海运。
5.2.2缓冲防振设计：
产品流通过程巾缓冲防振的目的是为了保证从缓冲衬垫传输到商品上的冲击加速度值小于导致商品破坏的脆值，同时使缓冲衬垫所产生的同有频率不超过导致商品破坏的临界共振频率，并避开运输工具的振动频率。
5.2.3缓冲包装材料的选择：
由于聚苯乙烯（PS）的容重很低，可减轻包装重量，降低运输费用；具有优良的冲击、振动能量的吸收性，用于缓冲防震包装能大大减少产品的破损；对温、湿度的变化适应性强，能满足一般包装情况的要求；吸水率低、吸湿性小，化学稳定性好，本身不会对内装物产生腐蚀，且对酸、碱等化学药品有较强的耐受性等性能故选择聚苯乙烯作为缓冲材料。
5.2.4缓冲材料的尺寸计算：
聚苯乙烯在跌落高度60cm时的最大加速度一静应力曲线，如图2所示。
图2.聚苯乙烯最大加速度一静应力曲线
根据静应力公式
δs=（W／A）×104，
得δs=（5.18×9．8／989.3）×104=0．005×105Pa。
查图，坐标δs=0．005×105Pa和坐标GD=100g的交点为B点；B点位于曲线的左边，说明静应力太大，没有必要采用全面缓冲保护，可改为局部缓冲。
在图中，取GD=100g作一条水平线和缓冲曲线族相交，取厚度较小的缓冲曲线进行设计。
则取厚度T=3cm，它的两个交点为C和D，取交点D进行设计最省料。
D点对应静应力为δs=0．047×105Pa，
所需承载面积：
AD=W×104／δs=51.8X104／（0．047×105）=110.2cm2。
由图可知，最低点E点对应的加速度值最小，缓冲性能最好，产品的安全率最高。
若用E点进行设计，则E点对应的静应力为δs=0．027×105Pa，
所需承载面积AD=W×104／δs=51.8X104／（0．027×105）=192cm2。
由此可见，该设计取T=3cm的聚苯乙烯作缓冲衬垫，承载面积可作两种选择：
节约用料取A=110.2cm2；提高产品安全率取A=192cm2。
为此，综合考虑到产品的自身特性和实际条件，取A=192cm2。
根据电饭锅的设计参数，结合缓冲衬垫的尺寸厚T=3cm
5.2.6挠度校核：
衬垫尺寸的面积和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，其中最小承载面积A和厚度之比应符合以下规定（克斯特那经验公式）
Amin=（1.33T）2
式中：
T——厚度，cm；Amin——面积，cm2；
由公式可判定，衬垫不会弯曲。
Amin=192cm2，（1.33T）2=（1.33×3）2=16cm2
Amin>（1.33T）2，符合要求。
5.2.7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。
Tc=T（1+Cr）
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%）
Tc=T（1+Cr）=3（1+10%）=3.3cm
5.2.8跌落姿势的校核：
在衬垫设计时所引用的一系列特性曲线和数据，都是以假定
的理想姿态为前提，但是衬垫的实际工况远非标准姿态。
因此，有必要对基本设计尺寸作相应的校核和调整。
根据最坏的跌落公式
式中：
Ae——等效面积（cm2）；L2——角衬垫面积（cm2）；l、b、d产品的长、宽、高尺寸（cm）；安全系数，取1～4。
设计中，L2=Ae／4=48cm2。
代入电饭锅的各种参数值，得：
Ae=399cm2
由此，静应力为δs=0.013×105
由图知，0．35×104Pa对应的最大加速度为95g，小于电饭锅的许用脆值100g，满足要求。
所以，
缓冲衬垫的尺寸设计合理，其厚度为3cm。
5.2.9振动校核
在完成缓冲包装设计后，一般应进行防振包装校核，确认所选缓冲结构是否存在共振问题，或者分析是否会产生关键件的疲劳损伤。
振动是指质点相对其平衡位置所作的往复运动，描述振动的基本参数是频率和加速度。
影响包装件振动的因素来自于运输工具种类、运输环境状况、包装结构形式、装载重量等方面。
由于激励的多样性和影响因素的随机性，包装件的振动属于复合随机振动。
防振包装设计的基本原则是衬垫先按缓冲要求进行设计，然后校核其防振能力。
防振包装设计的目的是调节包装件固有频率，选择恰当的阻尼材料，把包装系统的振动传递率控制在预定的范围。
缓冲衬垫一般是按照冲击来设计，按照振动来校核。
选择公路和铁路运输方式校核缓冲衬垫的防振能力，具体校核方法如下：
参考材料的厚度t=4.5cm及静应力，由附图知曲线的峰值对应的频率fn=46Hz，传递率Tr=6。
又由图可知，46Hz时的公路运输的最大加速度比铁路运输的最大加速度值大，因此选用公路的最大加速度计算，取a为4.2g，即包装件在共振时受到的振动输入为an=4.2g，则产品的最大响应加速度为：
ap＝Tr×an=6×4.2=25.2g
所以，包装件的共振频率为46Hz，产品的最大响应加速度为25.2g，这是缓冲衬垫的厚度是4.5cm时的计算数值，小于产品的许用脆值70g，因此防振设计安全。
图3.振动传递率—频率曲线
图4.振动加速度—频率曲线
5.3缓冲衬垫的结构设计
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，根据电压力锅的承载部位和易损部位，设计缓冲衬垫的结构。
缓冲衬垫设计成上下结构，从上下两面对电压力锅进行保护。
电压力锅的外形不是规则几何结构，要通过缓冲衬垫的结构设计使其能够在外包装箱内稳定。
缓冲衬垫的厚度合和面积，按照校核后的数值，但是要实现使其在外形不规则地情况下在外包装箱内固定，必须使用多于理论计算的缓冲材料，承载面积也必定大于理论值。
六、运输包装设计：
6.1运输包装材料的选择：
瓦楞纸板因无污染可再生具有良好的缓冲性能等优，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相机的包装一般是用单体包装的，本设计选上侧开设计。
UV型瓦楞纸板分为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。
E楞型的纸板具有重量轻、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，由于本设计对象相机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，相机是高精密电子产品，所以对缓冲垫的要求较高，一般都承担了相机的缓冲要求，即外包装无须承担缓冲功能，所以综合考虑选择选用A等和B等箱板纸，A等作为外面纸，B等作为内面纸和中间垫纸设计。
6.2瓦楞纸板的厚度设计：
瓦楞纸板的厚度是瓦楞设计中一个非常重要的因素，不仅决定着瓦楞纸箱的尺寸．而且影响到瓦楞纸箱的强度。
一般是原纸厚度和瓦楞高度之和。
图5.瓦楞纸板计算厚度
综合计算根据公式得厚度为3.3。
6.3运输包装的尺寸设计：
6.3.1外包装的尺寸设计：
由于是单体包装.就无须考虑排列方式了.所以其内尺寸计算公式为
Xi=Xmin+2T+K
式中：
Xi一纸箱的内尺寸；T一缓冲件的厚度；K一内尺寸修正系数
表1.
L1
B1
H1
小型箱
中型箱
大型箱
3-7
3-7
1-3
3-4
5-7
取KL=5mm，KB=5mm，KH=4mm，又已知L=355mm，B=352mm，
H=362mm，T=30mm，故由公式得：
XL=Xmin+2T+KL=355+2×30+5=420mm
XB=Xmin+2T+KB=352+2×30+5=417mm
XH=Xmin+2T+KH=362+2×30+4=426mm
纸箱的内尺寸：
420mm×417mm×426mm
6.3.2瓦楞纸箱的制造尺寸为：
表2.02类单瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm）
名称
楞型
L1
L2
B1
B2
H
A
6
4
6
3
9
B
3
2
3
2
6
C
5
3
5
3
8
E
2
1
2
1
3
X=Xi+∆X（Xi为瓦楞纸箱的内尺寸，∆X为瓦楞纸箱的制造尺寸修正系数）
L1=Li+∆L1=426+9=435mm
L2=Li+∆L2=426+6=432mm
B1=Bi+∆B1=416+9=425mm
B2=Bi+∆B2=416+5=421mm
H=Hi+∆H=426+18=444mm
6.3.3瓦楞纸箱外摇盖的制造尺寸为：
表3.02类单瓦楞纸箱摇盖伸长系数X1
名称
楞型
0201
0203
0204
0205
0206
A
2-3
0-2
2-3
0-2
0-2
B
1.5-2
0-1
1.5-2
0-1
0-1
C
1.5-2.5
0-1.5
1.5-2.5
0-1.5
0-1.5
E
0
0
0-1
0
0
F=B1/2+∆X’=425/2+4.5=217mm
6.3.4瓦楞纸箱接头的制造尺寸为：
表4.瓦楞纸箱接头尺寸J
纸板结构
单瓦楞
双瓦楞
J
35-40
45-50
J=50mm。
6.3.5瓦楞纸箱的外尺寸为：
图6.瓦楞纸箱外尺寸
X”=X+∆X”（X为瓦楞纸箱的制造尺寸，∆X”为瓦楞纸箱的外尺寸修正系数）
L”=L1+∆L”=435+10=445mm
B”=B1+∆B”=425+10=435mm
H”=H+∆H”=444+12=456mm
故瓦楞纸箱的外尺寸为：
L”×B”×H”=445mm×435mm×456mm
6.3.6瓦楞纸箱的堆码强度:
由于产品要运往全国各地，故瓦楞纸板采用第一类第三种双瓦楞纸板，其代号为D-1.3、D-1.3要求的耐破强度为1569kPa。
选用A等和B等箱板纸，A等作为外面纸，B等作为内面纸和中间垫纸。
三层箱板纸取相同的耐破强度，根据经验公式每层箱板纸的耐破强度应为：
σb=P/（0.95×3）=1569/（0.95×3）=551kPa
（1）外面纸的耐破指数取2.95kPa∙m2/g，要求的定量为：
Q=σb/r=551/2.95=187g/m2
根据箱板纸技术指标的规定，外面纸选用定量为200g/m2的A等箱板纸，其环压指数为8.4N∙m/g。
（2）内面纸和中间垫纸的耐破指数取2.65kPa∙m2/g，要求的定量为：
Q=σb/r=551/2.65=208g/m2
根据箱板纸技术指标的规定，内面纸和中间垫纸选用定量为230g/m2的B等箱板纸，其环压指数为8.4N∙m/g。
（3）根据瓦楞芯纸技术指标的规定，瓦楞芯纸选用定量为140g/m2的B等芯纸，其环压指数为5.8N∙m/g。
瓦楞纸板的面积：
A=（长+宽）×（高+F×2）×2
=（445mm×435mm）×（456mm
+217mm×2）×2×10-6
=1.57m2
（4）瓦楞纸板的重量（瓦楞纸板每1m2为1180g）：
W=QA=1180×1.57/1000=1.85kg
（5）瓦楞纸箱的周长为：
Z=2（L+B）=2×（445+435）/10=176cm
（6）瓦楞纸板的综合环压强度为：
Px=∑rQ+∑rmCQm
=（200×8.4+230×8.4+230×8.4）+（5.8×1.6×140+5.8×1.4×140）
=7980N/m=79.8N/cm
（7）楞常数取13.36，箱常数取0.66，瓦楞纸箱的抗压强度为：
Pc=1.68Px（4aXz/Z）2/3∙Z∙J
=1.68×79.8×（13.36×4/411.72）2/3×411.72×0.66
=9339N
（8）货物重量W是内装物重量和纸箱重量之和，
即W={内装物重量×内装数量/1000+瓦楞纸板的重量}×9.8其值为：
W=[5.18+0.52]×9.8
=55.86N
（9）堆码高度取4m，安全系数取3，纸箱的堆码载荷为：
P=KW（H/h-1）
=3×55.86×（400/60-1）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高度。
6.3.7运输包装性能试验大纲的编制：
通过以上了解了相机电子产品的特性、流通条件及客户要求，设计的试验项目如下：
（1）温、湿度预处理：
在35oC的条件下，放置24h；
（2）压力试验：
最大堆码层数为25层，裂变系数8；
（3）变频振动：
寻找产品的共振点；
扫频加速度：
0.75g
倍频程：
0.5oct/min
扫频范围：
3HZ～100HZ～3HZ
加速度：
1g
振动时间：
15min
（4）随机振动：
堆码层数11层，垂直方向随机振动，振动时间6h
（5）可控水平冲击试验
半正弦波冲击；
冲击持续时间18min；
冲击加速度:
5g
冲击次数：
3次
（6）喷淋试验：
试验温度：
35oC
雨量80±10l/
·h
试验时间：
60min
（7）防晒试验
灯光照射温度：
40oC
试验时间：
6h
（8）翻滚试验：
2面2次
七、总结：
通过本次的课程设计使我对运输包装的课程有了更加深入系统的了解，对自己在运输包装方面的认识更加深刻，对自己在物流方向的运输包装有更加宏观的把握，也通过这次课程设计回顾了许多本专业相关课程的知识，对自己在专业方面的掌握有了一个提升，为自己以后在专业方面的发展奠定了一个基础。
同时也通过查阅资料，自我挖掘的过程中拓宽了自己的眼界和视野，对运输包装也有了全新的认识和了解。
在设计过程中，意识到自己在某些方面的不足，为之后的学习和研究的领域和方向有个大体的方向和目标。
这次设计是自己学习和实践的最好的结合。
参考文献
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