冰箱包装结构设计 课程设计.docx
《冰箱包装结构设计 课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冰箱包装结构设计 课程设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
冰箱包装结构设计课程设计
《包装结构设计》课程设计
奥马冰箱BC-92包装结构设计
学院
专业
年级班别
学号
学生姓名
指导教师
2013年6月
1.1设计题目3
1.2设计目的3
1.3设计要求3
1.4设计要点4
2产品包装市场调研4
2.1调研目的4
2.2调研方式5
2.3调研统计5
3产品特性的分析5
3.1产品名称5
3.2产品外观6
3.3产品规格6
3.4产品重量6
7瓦楞纸箱尺寸设计
7.1内尺寸设计
7.2制造尺寸尺寸设计
7.3外尺寸设计
7.4集装箱的选择
7.5集装箱利用率
7.6最佳纸箱设计
结论
参考文献
1序言
1.1设计题目
奥马冰箱BC-92包装结构设计
1.2设计目的
本设计的目的是对《包装结构设计》、《运输包装》理论课的补充，是教学的一个重要环节。
通过设计能综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能；特别是结合包装设计及工艺的理论知识，提高分析和解决工程技术问题的能力。
通过设计能有机地综合包装设计、缓冲包装动力学、包装销售学、包装造型学、包装材料学、包装机械学等知识，并进行有效训练。
在设计过程中，熟练掌握如何调查研究、收集有关资料，做到能独立地分析和解决实际问题，以达到训练目的。
1.3设计要求
整个设计要树立正确的指导思想，提倡独立思考、深入钻研的学习精神，严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精。
设计中要正确使用标准和规范，应注意吸收工厂成功经验，反对不求甚解、照抄照搬，敷衍塞责的做法。
应进行详细的调查研究、收集所需资料，经过分析比较，拟出自己初步设计草案，最后确定自己的整个设计方案。
设计应满足以下条件（专指外包装的瓦楞纸板箱设计）：
1、适合生产条件
瓦楞纸箱应适合于从手工充填和封合到高速自动化生产线的生产，能适应简单的装置用以辅助手工操作，有专门的纸箱型号以满足特殊包装工序的要求，有时还要求提供综合的或额外的特性，例如缓冲特性等。
2、适合运输条件
瓦楞纸箱的结构设计应能承受各种不同的负荷，尤其要适合搬运和储存环境的要求，适合于输送带和滑板运输，使用托盘能够方便堆码，制成组合结构的托盘箱型要尺寸统一，便于自动化搬运，以发挥最大搬运效率。
3、适合销售条件
瓦楞纸箱要考虑印刷或书写产品说明，如产品名称、尺寸、数量、注意事项等，且通俗易懂，使司机、搬运工、装卸工、仓库保管员对产品有所了解，并妥加操作。
1.4设计要点
1、功能设计
功能设计涉及使用的方便性和有利于提高搬运效率，它包括的因素有：
（1）箱形的选择；
（2）安放商品和封合的方法；
（3）压痕的形式；
（4）开启的难易程度；
（5）货架承受重量；
（6）对法定检查或其它要求的难易程度；
（7）货物标志。
2、结构设计
结构设计包括包装强度和保护特性等以下因素：
（1）选择有助于提高强度的箱型；
（2）组合件和组合结构的选择；
（3）封合和连接形式；
（4）附件、衬垫等的选择。
3、几何设计
几何设计涉及到包装件的形式和尺寸的所有方面，它包含以下因素：
（1）卡车、托盘、集装箱等运输工具的配合；
（2）装卸和运输过程中包装件的重心及其稳定性；
（3）人工搬运的难易程度，箱形和箱重是否超越了人体功能的限度；
（4）单位包装所用的瓦楞纸板面积。
4、装璜设计
（1）纸箱外观特性的选择；
（2）必要的装饰；
（3）说明数据的条款；
（4）适印性能。
对于瓦楞纸箱这一“流动性广告”作用，人们的认识越来越深刻，因此，装璜设计已不再是可有可无的东西，而是瓦楞纸箱设计中必不可少的因素。
对于结构设计人员，要求能够与装璜设计人员通力合作，开拓出一条通过仓储、分发及展销等多个环节来传递信息的引人注目的途径。
瓦楞纸箱的装璜设计要选用大而醒目的图案，而不是采用在细部过份装饰的图案，目前最理想的是采用“超级图案设计”，即设计图案在各个瓦楞纸箱之间是相互连续的，当瓦楞纸箱堆码在一起时，组成一个巨大的生动活泼的花纹图案。
2产品包装市场调研
2.1调研目的
在如今追求高品质生活的时代，越来越多的电子产品充斥着我们的眼球。
在大型电器方面，为保证生活能更加健康，电冰箱越来越多地进入居民家中，在居民生活中的使用率越来越高，生产电冰箱的企业也越来越多，为保证电冰箱在出厂到销售物流过程中免受损坏，并且吸引消费者购买。
为此了解各电冰箱品牌的销售包装和缓冲材料，为课程设计确定方案。
2.2调研方式
苏宁电器、国美电器、淘宝商城的市场调研工作
2.3调研分析
现如今，一款时尚简约、耗电量低、占地空间小但又有足够容积的产品是很能被消费群体认可的，在对市场的调查中，我选用的这款奥马冰箱BC-92符合上述优点，且是一款十分畅销的家用小冰箱。
查找[1]P109有关数据及对市场现有情况进行了解，发泡聚苯乙烯（EPS），俗称宝丽龙。
是一种可模塑的、轻质的、闭孔的和低成本的缓冲材料；发泡聚乙烯（EPE），俗称珍珠棉，是一种低密度、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好的、无毒的、耐腐蚀、阻水的和易回收的聚乙烯聚合物，不存在EPS易掉渣的缺点，缓冲性能好、抗静电能力好，且市面上的缓冲材料正逐步由EPS向EPE转变，EPE迅速发展起来。
因此在本设计中选用EPE为缓冲材料。
3产品分析
3.1产品名称
奥马冰箱BC-92
3.2产品外观
图3.1奥马BC-92冰箱主视图图3.2奥马BC-92冰箱展开图
3.3产品规格
宽×高×深：
490mm×474mm×840mm
脚垫：
r=15mmh=15mm
3.4产品重量
净重：
24kg
4产品的流通环境
4.1流通基本环节及堆码强度的确定
4.1.1装卸搬运环节
包装件在流通过程中会经历多次搬运作业，由于操作不慎会造成包装件发生跌落、碰撞而产生破损，而包装件的重量、体积会影响装卸作业方式。
包装件分为：
人工装卸、机械装卸。
4.1.2运输环节
运输是包装件流通过程的必要环节。
包括振动、冲击、气象条件、其他因素。
4.1.3储存环节
储存是产品及包装件流通过程中的一个重要环节。
其储存方法、储存周期、储存环境、堆码重量、堆码高度、堆码方式等会直接影响产品及包装件的流通安全性。
4.2跌落高度确定
无论是人工装卸还是机械装卸，都可能因人为因素或偶发事件使包装件与地面（或基面）之间产生跌落冲击。
由以下两种方法可确定产品的跌落高度[1]：
人工装卸跌落高度经验公式：
（4.1）
由于衬垫及瓦楞纸箱相对于产品占有的重量很小，现将其忽略，取W=24kg，代入上式，得H=61.2cm。
表4-1货物规格、装卸方式与跌落高度
货物
装卸方式
跌落参数
重量/kg
尺寸/cm
姿态
高度/cm
9
122
一人抛掷
一端面或一角
107
9~23
91
一人携运
一端面或一角
91
23~45
122
二人搬运
一端面或一角
61
45~68
152
二人搬运
一端面或一角
53
68~90
152
二人搬运
一端面或一角
46
90~272
183
机械搬运
底面
61
272~1360
不限
机械搬运
底面
46
>1360
不限
机械搬运
底面
30
根据表4-1，选用的产品m=24kg，符合二人搬运的装卸方式，其跌落高度为61cm。
综合上述结果，选择产品跌落高度h=61cm。
4.3堆码高度确定
选用最大限度的仓库堆码高度Hω=4000mm。
4.4内装物的放置方式
储运环节中内装物的放置方式为立放。
5缓冲包装设计
5.1建立缓冲包装模型
包装件是由内装物、非线性黏弹性缓冲垫、瓦楞纸箱外包装组成。
由于缓冲垫和外包装的质量相对冰箱较轻，可忽略不计。
因此，可把它们视为一个等效刚度系数为k的线性弹簧，则包装件可简化为一个单自由度线性系统（如下图示），其中内装物质量为m、弹簧系数为k、阻尼系数为c。
图5.1包装件缓冲包装动力学模型
包装件的位移随时间t变化，记为x（t）；外包装件的位移记为y（t）。
当包装件自由跌落时，x（t）与y（t）是一致的。
当外包装触地（或基面如运输工具的车厢底板）时，令y（t）=0；随后包装件被压缩并反弹起来，使x（t）呈现往复振动现象。
如果包装件放在运输工具上，运输过程中随运输工具振动，y（t）可视为包装系统的激振，使包装件发生强烈振动。
利用牛顿第二定律，可写出如下运动微分方程：
（5.1）
整理后得：
（5.2）
这是一个具有常系数的二阶线性微分方程，f（t）为该系统的激振。
5.2确定产品脆值
5.2.1经验估计法
（5.3）
强烈冲击现象α=801，β=0.704
中等冲击现象α=203，β=0.306
较弱冲击现象α=53.2，β=0.100
产品受到中等冲击，净重为24kg，则:
Gc=76.76
5.2.2类比法
表5.1中国机械标准化研究所推荐的产品脆值范围
G值
产品类型
25~40
冰箱压缩机
40~60
彩色电视机、显示器、鸡蛋
60~90
黑白电视机、电冰箱
90~120
光学经纬仪、荧光屏、陶瓷器皿、单放机、电动玩具
综合上述结果，确定奥马冰箱脆值Gc=80。
5.3缓冲材料的选择
包装箱中的缓冲垫的作用是通过为高速跌落过程中的产品提供达到静止所需空间的方式来缓减冲击载荷，并消散一定的冲击能，保证产品在可能的恶劣物流条件下不损坏。
缓冲材料要有良好的冲击能量和振动吸收性能，有良好的回弹性，其形变越小越好，应有一定的弯曲强度，且有良好的柔软性。
目前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）、聚丙烯泡沫塑料（EPP）等。
表5.2缓冲材料的特性对比
缓冲
材料
性能
要求
发泡聚苯乙烯
发泡聚乙烯
发泡聚丙烯
聚苯乙烯/乙烯互聚物
聚氨酯
乙烯-醋酸乙烯共聚物
瓦楞纸板
蜂窝纸板
纸浆模
EPS
EPE
EPP
EPO
EPU
EVA
Corrugatedboard
Honley-combboard
Pulpmould
缓冲性能
3
4
4
4
5
4
2
1
1
多次跌落
3
4
5
4
2
1
2
1
2
压缩刚度
4
2
3
4
1
3
4
5
3
占有面积
3
4
5
5
3
5
3
3
3
撕裂刚度
2
3
4
4
3
5
2
1
2
戳穿强度
2
3
5
4
3
5
2
1
1
耐溶剂侵蚀
4
4
4
4
4
5
3
3
3
磨损产品
4
5
5
5
5
5
2
1
1
尺寸稳定性
3
4
5
4
4
5
2
2
2
成型效率
5
3
5
5
4
4
3
1
5
碳排量
3
4
4
4
4
3
1
2
2
再循环
2
3
3
2
3
3
5
4
3
废弃成本
2
2
2
2
2
2
5
4
4
根据表5.2缓冲材料的特性对比，选取冰箱的缓冲材料为聚乙烯泡沫塑料（EPE）
5.4缓冲材料基本尺寸的计算
5.4.1设计缓冲垫厚度和面积
1、静态缓冲系数法：
G因子表达式：
（5.4）
压缩应力公式：
（5.5）
整理（5.4）（5.5）得：
（5.6）
产品m=24kg，接触面积为柜脚处置空，则:
，A=229432.57mm2。
代入（5.6）式得σm=820.11kPa=8.37kgf/cm2。
σm与[1]P113图6-6橡胶黏结动物纤维的静态缓冲系数-最大静应力曲线交于曲线6，C=5
缓冲材料厚度：
（5.7）
计算可得缓冲材料厚度为t=3.91cm。
2、动态缓冲系数法：
（5.8）
解得，σs=0.01kgf/cm2。
由[1]P120t图6-10（b）聚乙烯泡沫塑料的最大加速度-静应力曲线，静应力σs与G=80交于B点，B点位于曲线的左边，说明静应力过大，没有必要用整个底面进行全面缓冲保护，可改为局部缓冲。
在图中取G=80作一水平线，与t=5cm相交于C、D两点，选D点进行设计最省料，对应的σmd＝0.13kgf/cm2
所需承载面积：
=（24×9.8）/0.13=1809.23cm2
3、过原点切线法：
由[1]P136图6-28过原点切线法，过原点作一条切线，与原点交于O点，则σo=2.6kgf/cm2=2.6×98KPa=254.8KPa
缓冲系数：
C=3.9
最小承载面积：
Amino=WGc/σmo=（24×9.8×80×104）/（254.8×103）=738.46cm2
综上，顶、底部缓冲材料的厚度取t顶=t底=4cm,接触面积为738.46cm2，取侧部厚度为t=3cm。
由包装托体的结构形状尺寸可近似得出刚度
k=EA/L
式中：
A一受力部位面积，L一受力部位厚度，m。
则k=（0.4*106*690.2*10-4）/（5*10-2）≈5.5*105N/m
忽略阻尼有
Wn2=k/m则Wn=（5.5*105/20.3）1/2≈165.8Hz
5.5确定系统的有效频率
参考[1]P15式（2-40）
，得
忽略阻尼，参考[1]P26式（3-3）有
系统的有效频率
5.6缓冲材料变形量
参考[1]P14式（2-34）
静变形：
δs=
动变形:
δm=（
5.7校核防震要求
校核缓冲垫的压缩挠曲：
由[1]P114克斯特拉经验公式进行校核Amin/（1.33t）2>1
厚度t=4cm的缓冲材料符合压缩挠曲的要求。
5.8缓冲垫的尺寸设计
由6.4对缓冲材料的基本尺寸计算，没必要对整个底面进行全面缓冲，只需要进行局部缓冲（如图示）
缓冲垫与机箱接触面积：
A=738.46cm2
加上脚垫的接触面积：
A′=738.46×4π×1.52=766.73cm2
每块加脚垫的接触面积：
A′/4=191.68cm2
确定缓冲垫尺寸：
L=150mmB=150mmH=100mmT顶=T底=40mmT侧=30mm
冰箱的底部有脚垫，r=15mm,t=15mm，底部缓冲垫在离箱体30cm的地方开方形孔，由于动变形量δm=15.7mm,所以取开孔厚度>15+15.7=30.7mm,其尺寸为l×b×h=35mm×35mm×31mm
6瓦楞纸箱强度设计
6.1纸箱内部最大尺寸设计
6.1.1由缓冲包装的计算确定纸箱内部最大尺寸：
Li×Bi×Hi
产品的外部最大尺寸：
Xmax＝lomax×bomax×homax=490mm×474mm×840mm
由T顶=T底=40mm、T侧=30mm
选择0201箱型，查[2]P139表5-7瓦楞纸箱内尺寸修正系数k＇值取k＇Li=5，k＇Bi=5，k＇Hi=4
Li＝lomax＋2T2+k＇Li＝490＋2×30+5＝555mm
Bi＝bomax＋2T2+k＇Bi＝474＋2×30+5＝539mm
（修正为Bi＝bomax＋2T2+k＇Bi＝474＋2×29+5＝537mm）
Hi＝homax＋2T1+k＇Hi＝840＋2×40+4＝924mm
Li×Bi×Hi＝555mm×539mm×924mm
（修正为Li×Bi×Hi＝555mm×537mm×924mm）
6.1.2画出纸箱俯视剖面图，标明垂直箱面，并给这些垂直箱面标上编号（一般成对标注）
6.2APM公式选材
6.2.1确定所设计纸箱的箱面宽度，箱面宽度参考纸箱内部尺寸；
由于纸箱厚度对箱面宽度影响不大，在此先忽略不计，取W1=W2=555mm，W3=W4=539mm。
6.2.2确定纸箱箱面种类系数；
查[2]P162表5-29箱面种类系数表得标准箱面N的箱面种类系数a=1.0
6.2.3确定印刷强度系数；
查[2]P164表5-33印刷强度影响系数（%），箱面简单印刷，其印刷影响系数P.F.=95%。
6.2.4确定纸箱最大堆码层数，载荷系数；
忽略纸箱厚度，先取纸箱外尺寸为555mm×539mm×924mm。
仓储过程中的最大有效堆码高度为Hw=4m,单件包装件H0=924mm。
纸箱最大堆码层数Nmax=INT（Hw/H0）=4层。
查[2]P166表5-34载荷系数表取载荷系数K=3。
6.2.5计算纸箱载荷F=9.81KM（NMAX-1）
机箱净重m=24kg，忽略缓冲垫厚度和纸箱厚度，取包装总重量M=24kg
F=9.81×3×24×（4-1）=2118.96N。
6.2.6根据所选箱型，及APM公式简化公式，列出公式详细表达式；
=
设P=F，得s=
=
得s=23.8,取s=27查[2]P162表5-31a单瓦楞纸板强度系数
纸箱面纸采用115/115-117/1B型，
纸箱结构采用0201型，楞形为UV形B型瓦楞纸箱。
6.2.7抗压强度计算；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
箱面编号
纸板结构
箱面种类
W
s
a
as
备注
①
②
115/115-117/1B
N
N
555555
23.56
23.56
2727
1.0
1.0
27
27
636.12
636.12
③
④
115/115-117/1B
N
N
539539
23.22
23.22
2727
1.0
1.0
27
27
626.94
626.94
则抗压强度：
6.3堆码层数校核
纸箱抗压强度P=2399.814N，取F=P
纸箱单件包装总重量M=24kg
载荷系数K=3
查[2]P167公式（5-42）F=9.81KM（Nmax-1）,
无托盘最大堆码层数：
Nomax=F/（9.81KM）+1=2399.814/（9.81×3×24）+1=4.39>Nmax=4层
则纸箱纸板的结构设计符合强度要求。
7瓦楞纸箱尺寸设计
7.1内尺寸设计
由7.1纸箱内部最大尺寸,得Li×Bi×Hi＝555mm×539mm×924mm
（修正为Li×Bi×Hi＝555mm×537mm×924mm）
7.2制造尺寸尺寸设计
7.2.10201箱制造尺寸:
单件内装物瓦楞纸箱制造尺寸计算公式：
查[2]P140式（5-10）
式中X-瓦楞纸箱制造尺寸，mm
Xi-纸箱内尺寸，mm
k-制造尺寸修正系数，mm
查[2]P141表5-902类瓦楞纸箱制造尺寸修正系数k值与xf值，得kL1=3mm、kL2=3mm,kB1=3mm、kB2=1mm,kH=6mm，Xf=1mm。
L1=555+3=558mm、L2=555+3=558mm
B1=539+3=542mm、B2=549+1=540mm
（修正后B1=537+3=540mm、B2=547+1=538mm）
H=924+6=930mm
7.2.2对接摇盖制造尺寸:
在纸箱摇盖对接封合的箱型中，0201型箱的摇盖宽度制造尺寸理论值应为箱宽尺寸的1/2，由于摇盖回弹作用的影响，摇盖宽度制造尺寸应该加一修正值，即摇盖伸长系数Xf。
[2]P141式（5-11）纸箱对接摇盖宽度：
=
=271.5mm
7.2.3制造商接头制造尺寸
查[2]P142表5-10瓦楞纸箱制造商接头制造尺寸J=40mm。
7.3外尺寸设计
单件内装物的0201型瓦楞纸箱外尺寸计算公式：
查[2]式（5-20）
式中Xo-纸箱外尺寸，mm
Xmax-纸箱最大制造尺寸，mm
K-制造外尺寸修正系数，mm
查[2]P147表5-19瓦楞纸箱外尺寸修正系数K值，得K=4mm。
L0=L1+K=558+4=562mm
B0=B1+K=542+4=546mm（修正后B0=B1+K=540+4=544mm）
H0=H+K=930+4=934mm
则L0×B0×H0=562mm×546mm×934mm
（修正后L0×B0×H0=562mm×544mm×934mm）
7.4集装箱的选择
查[1]P342表12-10，经过多次选择集装箱的尺寸并进行计算对比，选择1AA集装箱利用率最好。
集装箱型号：
1AA
集装箱尺寸：
其Li′×Bi′×Hi′=11998mm×2330mm×2350mm
7.5集装箱利用率
内装物的排列方式：
采用Q型堆码b//L,l//B,h//H
Li′/Bo=11998mm/546mm=21.97，将Bo修正为544mm
则Li′/Bo=11998mm/544mm=22.06，nl=22
Bi′/Bo=2330mm/562mm=4.15,nb=4
Hi′/Ho=2350mm/934mm=2.52,nh=2
集装箱内体积：
V集=11998×2330×2350（mm）=6.57×1010mm3
内装物占用体积：
V物=544×562×934×22×4×2（mm）=5.03×1010mm3
集装箱利用率：
7.6最佳纸箱设计
纸箱内尺寸：
Li×Bi×Hi＝555mm×537mm×924mm
纸箱制造尺寸：
L1=555+3=558mm、L2=555+3=558mm
B1=537+3=540mm、B2=547+1=538mm
H=924+6=930mm
纸箱外尺寸：
L0×B0×H0=562mm×544mm×934mm
8印刷标志说明
纸箱上应该印有以上标志：
向上、易碎物品、怕湿、堆码层数极限。
9设计总结
9.1本设计优缺点及对产品的建议
参考文献
[1]《物流运输包装设计》/彭国勋主编.-2版.-北京：
印刷工业出版社，2012.1
[2]《包装结构设计》/孙诚主编.-3版.-北京：
中国轻工业出版社，2012.7
[3]《画法几何与机械制图》/冯开平、左宗义主编.-2版.-广州：
华南理工大学出版社，2007.7（2009.12重印）
升级会员 