笔记本电脑的缓冲包分装设计报告29.docx
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笔记本电脑的缓冲包分装设计报告29
设计说明书
运输包装课程设计
包装081刘娟娟06
实训时间：
2010年12月20-31日
指导老师：
邝贤锋董向欢
运输包装课程设计
设计说明书
目录
（一）明确设计的意义4
（二）概括设计的基本内容5
（三）缓冲包装设计5
（1）流通环境条件分析5
（2）缓冲结构的设计：
包括产品的特性的结构设计及缓冲材料的防护设计6
1）产品资料6
2）跌落高度6
3）产品脆值6
4）产品的固有频率7
（四）内包装袋（袋材料选择和认识、尺寸）7
（五）缓冲材料和缓冲特性8
5）缓冲材料和缓冲特性8
（六）缓冲材料的设计9
6）缓冲设计9
（七）附件纸盒的设计10
（八）瓦楞纸箱的设计10
（一）内尺寸的计算10
（二）制造尺寸计算11
（三）外包装尺寸11（四）堆码性能（系数）校核12
（九）成本分析13
13
1成本计算13
2运输成本的计算13
（十）笔记本电脑装箱单13
（十一）结论和建议14
（一）明确设计的意义
纸箱包装符合世界绿色消费潮流，有利于突破国际上的绿色贸易壁垒，同时对降低商品在流通中的破损率、提高包装产品的质量都将起到积极作用，它将面临良好的发展机遇和巨大的市场空间。
目前我国出口电子产品的外包装存在的主要问题有如下几个方面：
①部分纸箱的强度、耐压性等物理特性达不到相关标准要求，在经过长途运输和搬运卸载后，常出现变形和破损；
②产品包装的尺寸设计不尽合理其他包装，在设计时应尽量与欧盟的托盘、集装箱、柜台尺寸相匹配，比如欧洲现在标准的托盘尺寸为1200mm*800mm：
③瓦楞纸箱原纸的黏合强度不够（尤其是遇水后），同时很少在瓦楞纸箱外面采用相应的防水措施，造成纸箱的防潮性能较差。
现代包装是商品不可分割的组成部分。
包装和商品的生产、流通、消费一起，形成社会生产的良性循环。
商品在生产中采用好的包装，可以提高生产效率，降低生产成本；在商品流通中采用好的包装，可以提高运输、装卸效率，减少破损，降低劳动强度和费用；在商品销售过程中，好的商品包装起到了无声推销员的作用，同时还可以增加商品的附加值，从而扩大销售和带来好的经济效益。
笔记本电脑的销售需求量很大，但在运输与销售环节中因包装不当会对其质量和外观造成一定的破坏。
笔记本电脑属于贵重的电子产品，包装不当造成的损害将会带来严重的经济损失。
因此选择合适的材料与结构、计算出准确的尺寸对于缓冲垫和包装箱的设计是非常重要的。
本设计是采用一种新型笔记本电脑包装一气垫与瓦楞纸板复合缓冲包装结构。
它包括气垫、瓦楞纸板制造的缓冲结构、以及附件盒结构三部分。
采用这种新型的气垫与瓦楞纸板复合缓冲包装结构，具有物流包装成本低，重量轻、碳排量低等优点，可以替代目前大量使用的环保性能差的发泡聚苯乙烯（EPS）、成本高的发泡聚乙烯（EPE）、碳排量高的瓦楞缓冲垫等传统缓冲材料。
通过温湿度试验、跌落试验表明，本缓冲结构的各项性能都可以满足有关标准规定的要求；生产成本低于发泡塑料和瓦楞缓冲垫；由于气垫与瓦楞纸板复合缓冲包装结构件可以折叠运输与贮存，流通成本与能耗也很低；气垫与瓦楞纸板缓冲包装结构件是容易回收再生的理想绿色包装材料。
课程设计的目的：
在环境恶劣、资源紧缺的情况下，本文对笔记本电脑提出的新型复合包装瓦楞纸板与气垫相结合，此结构设计中由于气垫包装袋是由99％的空气和l％的胶膜组成，所有原料皆不含有毒物质及有毒重金属，不管是在生产、使用或放置，原物料或产品都是完全干净的，不会造成任何的污染。
此种包装材料属于可回收再利用的绿色包装，是很符合目前的环保消费意识。
除此之外在未充气前完全平面化、质轻体积小不占空间可节省大量的运输费用，还降低了一定的包装成本与运输成本。
意义：
气垫和瓦楞纸板的复合包装对笔记本电脑的包装是一种全新的尝试。
气垫包装袋运用少量合成塑料薄膜及气室观念，开发成气室排列的内包装，包装成本与运输成本都较低、环保可回收、防潮、防腐、抗震保护极佳，是替代现有的EPS、EPE、纸制类内包装，是最经济、最符合环保的包装材料。
（二）概括设计的基本内容
1—内包装袋（袋材料选择和认识、尺寸）
2--EPE（材料特性、尺寸计算
3--瓦楞纸板
4---附件的纸盒（2个盒，瓦楞纸板、结构设计图）、隔板
5--内尺寸计算（Li×Bi×Hi）
6--纸箱设计（选择箱型，由内尺寸—制造尺寸和外尺寸）---堆码强度校核（2.5m,180d）--Ps和Pc（凯里卡特公式计算瓦楞纸箱抗压强度，原料配比）
7--成本核算。
方案：
由于笔记本电脑具有重量轻、体积小、随身携带方便等优点笔记本电脑有着很大的市场潜力。
但由于在销售与运输过程中，困包装、运输、装卸等不当常常会使其外观及功能可能遭到不同程度的破坏，影响了笔记本电脑的使用价值。
因此对笔记本电脑设计出切实可行的包装方案，有着重要的意义。
（三）缓冲包装设计
（1）流通环境条件分析
包装件在运输流通中所经历的一切外部因素统称为流通环境条件。
流通过程以生产工厂为起点，以消费者为终点，它包括了商品及包装的运输、中转、装卸、仓储、陈列、销售等环节。
货物流通环境中各种外界因素及包装损害原因见下表。
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、生活化学条件等）的考验而安然抵达目的地，才能实现其功能，体现其社会经济效益
表：
货物流通环境中各种外界因素及包装损害原因
外界因素
损害包装的原因
冲击
装卸时跌落，在滑到、运输带上跌落，包装时滚动，搬运时翻倒、抛掷。
车辆在坑洼路面上行驶
振动
路基上有规则的缺陷（路轨接缝、沥青剥裂），车轮不平衡，结构振动
静压力
加固拉紧力、其他约束力、仓库堆垛、起重运输
动压力
火车转轨、堆垛共振、在滑到和运输带上受其他包装物阻挡
扎刺
误用吊钩、装卸设备
变形
支撑或起吊不平衡
升温
暴晒、高温环境
降温
天寒、运输中未保暖
低压
海拔高、飞机机舱未充压
光照
日光直接照射、光化学作用
水
储存、装卸、运输时雨淋、船上污水与海水溅淋、潮湿或有水蒸气环境、有热变冷
生物
微生物、真菌、霉菌、昆虫、鼠害
时间
材料老化、泄露
污染
灰尘、沙粒等外来物，产品渗漏
盗窃
窃取、偷换
放射性
材料放射性污染
（2）缓冲结构的设计：
包括产品的特性的结构设计及缓冲材料的防护设计
1）产品资料
电脑外尺寸（mm）
300*230*25.6
电脑重量（kg）
2.2
附件合重量（kg）
3.64
长期有效堆码高度（m）
2.5
负荷时间（d）
180
原产地
广州
用途
主要用于国内销售
2）跌落高度
根据课本第四章中的经验公式计算得，本笔记本电脑的跌落高度为90mm
3）产品脆值
脆值的含义是产品经受振动和冲击用以表示其强度的定量指标。
又称为产品的易损度。
此值表示产品对外力的承受能力，一般用重力加速的倍数G来表示。
G值越大，表示产品对外力的承受能力越强。
传统的脆值理论概念是基于产品的破坏性跌落试验规定的，其力学模型如图2-8。
图中包装产品被简化成均质体m，缓冲介质简化为一弹簧，弹性系数为k，跌落高度为H，x为弹簧受压的变形量。
根据能量装换规律，从H高处跌落到弹簧受压发生最大变形靠，为便于讨论略去外包装和弹簧本身质量，不考虑阻尼。
按能量转换规律，从h高度开始跌落，到弹簧受压发生最大变形为止，产品具有的势能将全部转化为弹簧的变性能，其大小等于产品克服弹簧反力所做的功，即：
由于弹簧是线性的，故p（x）=kx，由mgh=l／2k，代入上式得：
P（x）=2mgh／x（2.2），根据牛顿第二定律，产品在弹簧力作用下的加速度a=p（x）/m,代入（2—2）得：
a=2hg／x（2·3），令2h／x=G则a=Gg（2-4）由于2h>>x，故G>>l；式（2-4）表示产品跌落冲击时产生的加速度，通常表现为重力加速的的倍数；在冲击问题上，通常用G这种倍数来表示加速度的大小。
由式（2．2），得：
P=GW（2．5），上式表明，产品跌落时所受冲击的大小，等于其重量和G的乘积。
当这种冲击超过产品结构所允许的极限时，产品即发生破损。
选择的设计笔记本电脑，其重量为2.2kg，尺寸300*230*25.6mm，则该产品试验脆值为70g（测定一般有两种方法：
脆值实验法与经验估算法）。
其装卸搬运环节一般以机械为主．装卸过程中能满足O．9m的高度跌落，采用空运方式运输。
4）产品的固有频率
产品的固有频率也设缓冲包装设计中的重要参数，应通过实验测得。
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。
（四）内包装袋（袋材料选择和认识、尺寸）
PE袋是塑料袋的一种，PE袋分高密度的和低密度的。
高密度的更加坚韧，透明度高，手感硬挺，价格相对较贵。
一般超市给的塑料袋都是高密度PE袋。
低密度PE袋就是一般市场卖菜给的最普通的那种摸上去很软的袋子，品质较次，透明度差，价格便宜。
聚乙烯简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。
在工业上，也包括乙烯与少量α－烯烃的共聚物。
聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70～-100℃）,化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）,常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，耐热老化性差。
聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。
采用不同的生产方法可得不同密度（0.91～0.96g／cm3）的产物。
聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法（见塑料加工）加工。
用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。
左图是PE内包装袋的示意图。
由于没有给出确定的附件的长宽高，所以经过假设后，确定附件纸盒的外尺寸为L*B*H=350mm×250mm×30mm
（五）缓冲材料和缓冲特性
5）缓冲材料和缓冲特性
缓冲气柱包装袋是一种应用空气缓冲原理整体包裹物品使之不被破坏的新型缓冲包装材料，气垫包装袭由气柱和热封线加以分隔组成，在该热封线上每问隔10～15公分即开设一连通口。
而一气柱与另一气柱之间则各自独立，气体无法在气柱组之间互通。
任一气柱破裂气体泄漏时，并不影响其它气柱的气密状卷。
它可以在很大程度上取代现有的EPS、EPE、纸制类内包装材料，是最经济、最符合环保的包装材料。
a缓冲气柱包装袋
①以往仓库需一大堆的缓冲材料库存，但气垫体包装袋可以实时上线，立刻充填，要多少就充多少，完全不占空间。
②气体包装袋是由99%的空气和1％的胶膜组成，包装材料未使用前完全平整，不占空问可节省大量的运储费。
3气体包装袋的支撑性绝佳，单一个气体包装袋可承受60～120kg的重压而不破裂。
④气体包装袋能保护所包装的产品，不只是填充、支撑。
和传统的填充物比较．不会因包装内箱空隙大，而在运送过程中物品经常移位造成损坏，既使遭遇外力挤压，气体包装袋的贴身设计也能利用气垫柬分散压力以避免损害。
⑤在一般的使用条件之下，气体包装袋可以节省205～40％的运送空问。
⑥气体包装袋不管要回收或经完全破坏丢弃或焚化，部无环保问题的产生。
⑦气体包装袋所用原料皆不含有毒物质及有毒重金属，不管是在生产、使用或放置任何状况下，原物料（胶膜）或成品（气垫）都是完全干净的，不会造成任何的污染。
如上图：
气垫包装袋
气垫结构图
bEPE缓冲包装设计
随着环保要求的逐渐提高,无法自然分解,体积大且不易回收的缓冲材料EPS作为缓冲材料的市场将越来越小;瓦楞纸板虽有环保、易裁切、成本低、使用范围宽等优点,但由于其表面较硬,对某些产品表面会有磨损,难形成三维曲面,湿度影响较大,过载复原性较差,有关瓦楞纸板的缓冲理论尚未建立等原因,因此短期内还不能完全替代EPS;而EPE（ExpandedPolyethylene发泡聚乙烯）不但具有回弹性好、密度低、耐候性好、耐腐蚀、阻水和易回收等优点,而且缓冲理论较为成熟,因此它将在今后一段时期内的出口产品缓冲包装领域仍会占有很大市场比率。
所以，选用EPE作为缓冲气柱包装袋的材料。
（六）缓冲材料的设计
6）缓冲设计
缓冲材料的尺寸计算:
A=WG/rm
（1）T=CminH/G
（2）
式中：
A一缓冲衬垫面积；W一产品重量；G一产品脆值或冲击加速度；rm材料最大应力；T一缓冲衬垫厚度；Cmin一缓冲系数；H一等效跌落高度；如图l所示，为发泡聚乙烯的缓冲系数一最大应力曲线。
在本次设计中，已知参数W为2.2kg，G为70g，H为90cm。
在曲线图中作一条水平线，那么切点的纵坐标对应最小缓冲系数值Cmin为5．6，而横坐标就对应最大应力值rm为0．17x105Pa
由公式
（1）
（2）得缓冲气垫的厚度面积为：
T=CminH/G
T=CminH/G=5.6×90/70=7.2（cm）
A=WG/rm=2.2×9.8×70×104/0.17×105=887.8（cm2）
①挠度校核：
当衬垫的面积与厚度之比超过一定厚度时，衬垫容易挠弯或变弯，大大降低衬垫的负重能力。
为了避免挠弯，衬垫的最小承载面积Amin与厚度之比应符合以下规定：
Amin/（1.33T）2＞1887.2/（1.33×5.6）2＞1可知符合挠度要求。
②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）=7.2（1+10%）=7.92cm，经过各项较核后，且定最后衬垫尺寸为T=8cm，A=900cm2
右图是PE内包装袋的示意图：
（七）附件纸盒的设计
由于没有给出确定的附件的长宽高，所以经过假设后，确定附件纸盒的外尺寸为460*185*40mm，右图是附件纸盒的平面展开图：
（八）瓦楞纸箱的设计
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。
对于笔记本电脑的包装一般是用单体包装的．本设计选标准箱型020l型．为了保持侧面的印刷面不被破坏．接头设计与侧面连接．由于笔记本电脑重量轻。
故实际中可使用胶黏剂粘合接头。
按照GBT6544——1999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，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．一般不承担了电脑的缓冲要求。
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。
考虑到产品的自身特点，本设计的外包装容器采用双层瓦楞纸板箱，外层采用抗冲击能力较强的E楞纸板，内层选用缓冲能力较强的C楞纸板；箱型选02类纸箱；接头采用强度较高的粘合剂粘接。
（一）内尺寸的计算
Xi=Xmax+T+K’
式中：
Xi——纸箱内尺寸（mm）
Xmax——内装物最大外尺寸（mm）
nx——内装物排列数目
d——内装物公差系数（mm）
T——衬格或缓重建总厚（mm）
K’——内尺寸修正系数（查表得KL=5mm；KB=5mm；KH=4mm）
Li=Lmax+T+K’=300+80×2+5=465mm
Bi=Bmax+T+K’=25.6+80×2+5=190.6mm
Hi=Hmax+T+K’=230+80×2+4=394mm
（二）制造尺寸计算
X=Xi+k
式中：
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）
L1=465+7=472mm
L2=465+5=470mm
B1=190.6+7=197.6mm
B2=190.6+5=195.6mm
H=394+10=404mm
摇盖宽度F=B1/2+XfXf——02类纸箱摇盖伸长系数mm
F=98.8+3.5=102.3mm
粘合襟片查表取50mm，开槽宽度取2倍纸板厚12mm
上图为瓦楞纸箱的平面展开图
（三）外包装尺寸
3.运输包装外箱外尺寸的确定。
由外寸公式：
X0=Xmax+K
式中：
X0─纸箱外尺寸，mm
Xmax─纸箱最大制造尺寸，mm
K─纸箱外尺寸修正系数，mm
其中修正系数根据查表14取K=8mm。
所以外箱外尺寸为：
L0＝Lmax＋K＝465＋8＝473mm
B0＝Bmax＋K＝190.6＋8＝198.6mm
H0＝Hmax＋K=394＋8＝402mm
所以,瓦楞纸箱的外尺寸为：
473mm×198.6mm×402mm；
表14瓦楞纸箱外尺寸修正系数K
楞型
AA
BB
CC
AB
AC
BC
K
10～14
6～10
8～12
8～12
9～13
7～11
（四）堆码性能（系数）校核
公式中：
SPF—堆码性能系数
Z—纸箱周边长mm
Nmin----最大堆码层数
代入数据得=4.3>2说明对于安全堆码有足够的强度。
（九）成本分析
1成本计算
由于此品牌电脑公司的有关包装是由其他公司负责的，所以包装材料成本这方面给出的相关资料只有外包装盒、缓冲盒、附件盒以及纸托盘的价格。
原有的包装成本与新的包装成本的对比也只是从外包装盒、缓冲盒、附件盒和纸托盘这四个部分进行对比。
全瓦楞纸板结构的包装和气垫与瓦楞纸板复合的结构相比在包装成本上降低了8.09元。
2运输成本的计算
计算公式：
铁路（整车）、水运、航空运费计算公式为：
运费=计费重量（吨）×适用的运价率
设计的运输为：
已知在EPS托盘上共放60个包装件，单个包装件的毛重为5．5157kg，实际毛重为5．5157kg×60+5．9462kg（托盘、箱盖、瓦楞纸护角）=336．8882kg。
假设运费单价为$a，根据航空运费计算得出，每一托盘运费应为$336．8882a，平均每台PC运费为336．8882a／60=$5．6a。
（十）笔记本电脑装箱单
五张恢复光盘，一条电话线，两个小红帽，一个螺丝钉，一个笔记本包，一个128M优盘，两本厚的说明书，保修卡，一条电源线，一个AC适配器。
（十一）结论和建议
随着我国笔记本电脑市场的逐年扩大。
我们必须高度重视笔记本电脑的运输包装时可能出现的问题。
在考虑环境保护的前提下．使用尽量少的包装材料．采用有效的包装方法，保证笔记本电脑安全到达世界各地的用户手中。
虽然本文只是针对某一尺寸的笔记本电脑设计的．但其设计思路却可以应用到所有尺寸的笔记本电脑。
当然，设计本身还存在一些问题：
其一是本文按单自由度处理问题．但理论上讲。
任何种产品都可以看作具有无限个自由度，即使仅考虑有限的几个脆弱元件．很多物品包装也必须按两个或多个自由度处理．才能提供合理的包装设计。
如果强行简化成单自由度系统。
就可能引起较大的误差。
其二是包装箱的设计只考虑对货物的容纳．而未考虑包装箱制成后在集装箱内的装载。
因此，笔记本电脑的运输包装设计还需等待进一改进。
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