格力KS3002D空调扇运输包装设计.docx
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格力KS3002D空调扇运输包装设计
格力KS-3002D空调扇运输包装设计
1产品简介及市场定位
随着全球气候的变化，现在的夏天已然让大多数人觉得酷暑难耐了，于是电扇空调的制冷家电越来越多了。
可是，虽然空调能明显调节室内空气的温度，并且能根据需要调节为不同的温度。
但是其体积大，价格昂贵，且使用后由于室内密封，空气不流通，室内空气温度不均匀，易使人产生不适感，且易患空调病。
相比于空调，空调扇则结合空调与电扇的优点，它比普通风扇温度降低5－6度左右，低耗电，价格中等偏下，有的产品也有暖风作用和加装负离子功能，体积小，移动方便。
其良好的制冷效果被人们所称道，也为越来越多的人所接受。
所以空调扇的市场前景是很广阔的，开发商也推出了不同款式的空调扇来供客户选择，格力空调扇总该有八种款式，结构都比较新颖时尚，经过市场调研，我对格力KS-3002D空调扇的运输流通环境进行了考察，以解决在运输包装过程中的易些问题。
以下是格力KS-3002D空调扇的市场销售图。
图1-1格力KS-3002D空调扇1图1-2格力KS-3002D空调扇2
2产品的流通环境分析
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。
包装技术就是要确保产品由一地向另一地运送时不受经济上和功能上的意外损失。
对产品可能遭遇的条件作考察与评价，是运输包装设计中的重要内容。
流通过程的基本环节有：
装卸搬运环节、运输环节、贮存环节。
2.1装卸搬运环节
在装卸搬运环节中，由于格力KS-3002D空调扇销售遍及全国乃至全球任何地方，其销售范围非常的广泛，所以既可能有短流程运输也可能包括较长流程的运输。
如果流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多，所以对此商品的包装件造成的损害就越大。
装卸作业中既可能有人工装卸也有机械装卸，所以要中和考虑到抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机的突然启动和过急的升降都会造成产品的跌落损害。
2.2运输环节
在运输环节中，由于空调扇的销售范围广，既要有长途运输也要有短途运输，所以涉及到的交通工具种类比较多，包括汽车、火车、船舶、飞机和电瓶拖车、铲（叉）车、手推车等。
运输过程对货物包装件造成的损害原因有：
冲击、振动、气候条件和其他原因等。
一般此产品从包装车间要经铲车、电瓶车运送到仓库中，此时运输工具的启动、变速、转向、刹车会使产品改变速度，导致冲击损坏；当产品有仓库运送到铁路上及铁路运输过程中，由于交通工具会受到路面状况、路轨接缝、发动机振动、等因素影响，会产生振动。
而且此过程中还会受到气候变化的影响等等。
2.3贮存环节
在贮存环节中，贮存是商品流通链中重要的一环。
贮存方法、堆码重量、堆码高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境等，会直接影响产品的流通安全性。
在贮存时，为节省占地面积、常需将货物堆高，堆码后底部货物包装件将承受上部货物的重压。
这种重载压力会导致包装容器变形，影响包装外观及其动态保护性能。
据调查，一般仓库堆码高度为3～4m,汽车内堆码高限为2.5m,火车内限为3m,远洋货船舱内堆高限为8m。
因此，设计时还须校核包装容器的堆码承压强度，以确保货物在运输和储存时的安全。
3产品的特性分析
3.1产品的物理特性
根据格力KS-3002D空调扇的尺寸测量以及物理特性分析可知：
产品的尺寸为365mm×335mm×800mm，其重量大概为9.3kg，重心位于产品的中心处。
3.2产品的跌落高度
由于跌落高度是缓冲设计中必须使用的参数，而不同重量的包装件相应的跌落试验高度也有所不同，所以在这里参考表1取产品的跌落高度为100cm。
表3-1不同重量的包装件及不同搬运装卸方式对应的跌落试验高度
包装件重量（kg）
搬运装卸方式
设计跌落试验高度（cm）
0～10
一人手提
107
10～25
一人肩扛
92
25～100
两人抬
76
100～225
小型作业机械
61
225～450
小型作业机械
46
>450
大型作业机械
31
3.3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。
通过比较日本、英国同类产品的脆值（如下表），本设计中的空调扇的脆值取[G]=80g。
表3-2英国得出的产品脆值
G值
产品
40
雷达和其它电气设备、真空管、自动控制仪、瞄准仪、回旋仪
40~60
制动回旋仪、马赫表、有防冲击支承的仪器
60~80
量油计、压力计、一般电气装置
80~100
牢固的真空管、阴极射线管、冰箱
100~120
热交换器、油冷却器、取暖电炉、记忆装置、散热器
表3-3日本得出的产品脆值
G值
产品类型
<10
大型电子计算机、大型变压器
10～20
精密测量仪器、电子复印机、精密电子仪器
21～40
大型电子管、精密显示器、摄影机
41～60
大型录音机、彩色电视机、钟表
61～90
照相机、音响装置、收录机、台式计算机、热水瓶、玻璃瓶
91～120
打字机、电冰箱、收音机、啤酒瓶
>120
陶瓷器皿、机械产品、计算器
4缓冲衬垫的设计计算
4.1确定缓冲材料产品固有频率
产品的固有频率也是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。
4.2确定缓冲材料
为了保证产品在流通过程中尽量不受到伤害，因选择合适的缓冲材料。
现在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。
缓冲材料的选择主要是单位体积的吸收能要大；材料给予内装产品的作用力要小。
而本次设计所选择的的缓冲材料为发泡聚乙烯（EPE）。
它是一种低密度的、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好的、无毒的、耐腐蚀、阻水的和易回收的材料。
其柔软性和韧性较好，拉伸强度高，缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小。
而且环保，易于回收利用，复合当下的环保要求。
4.3确定缓冲衬垫的尺寸
已知：
产品重9.3kg，脆值为80g，等效跌落高度为100cm，空调扇底面面积为36.5cm×33.5cm。
则W=9.3×9.8=91.14（N），静应力σs=W/A×104=91.14/（36.5×33.5）×104=0.0075×105Pa。
查图4-1可知σs=0.0075×105Pa与坐标Gm=80g的焦点位于曲线族的左边，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。
对于局部缓冲包装法，首先根据等效跌落高度找到对应的曲线，然后在曲线上找出对应的许用脆值，并作一条水平线，它与缓冲曲线有很多交点。
为了节省材料，一般取与之相交的厚度较小的缓冲材料进行设计，那么就可以得出缓冲材料厚度T，脆值与该厚度的缓冲曲线就有两个交点。
在两个交点之间的曲线上的每一点所对应的加速度值都小于脆值，在设计时都可选用。
但是选择最右边一个交点（静应力较大的一个交点）进行时，用料面积最省，所用公式为：
A=W/σs×104cm2（式4-1）
在图4-1中取Gm=80g作一条水平直线与缓冲曲线族相交，取厚度较小的缓冲曲线进行设计，则T=3cm时有两个交点，取右交点进行设计最省料，该点对应静应力为σs=0.08×105Pa，所需承载面积：
A=W/σs×104=91.14/（0.08×105）×104=113.92cm2，即对于该空调扇，只要其各面与T=3cm厚的缓冲衬垫之间接触面积大于最小承载面积113.92cm2即可。
此面积小于容器底面积，可以装入，说明本设计合理。
所以缓冲衬垫的面积A=113.92cm2，厚度T=3cm。
图4-1聚乙烯对应跌落高度H=100cm时最大加速度—静应力曲线
4.4强度校核
根据图4-1，聚乙烯Gm-σs曲线（h=100cm），为不超过产品脆值，σs需在左右交点之间，即σs在0.011—0.08×105Pa间。
（1）对于底部缓冲衬垫
前表面面积A1=106.8×（445-33×2）=40477.2mm2=404.77cm2；
后表面面积A2=106.8×（445-33×2）=40477.2mm2=404.77cm2；
左侧面面积A3=106.8×（414-33×2）=37166.4mm2=371.66cm2；
右侧面面积A4=106.8×（414-33×2）=37166.4mm2=371.66cm2；
底部面积A5=（106.82-50×40）×4=37624.96mm2=376.25cm2；
（2）对于顶部缓冲衬垫
前表面面积B1=106.8×（445-33×2）-502×2=35477.2mm2=354.77cm2；
后表面面积B2=106.8×（445-33×2）-50×（50+30-10）×2=33477mm2=334.77cm2；
左侧面面积B3=106.8×（414-33×2）-502+3.14×502/4=36628.9mm2=366,29cm2；
右侧面面积B4=106.8×（414-33×2）-502+3.14×502/4=36628.9mm2=366,29cm2；
顶部面积B5=（445-33×2-50×2）×（414-33×2-50-60）-199×168=32970mm2=329.7cm2；
（3）当接触面积为A1+B1=404.77+354.77=759.54cm2
σs=W×104/A=91.14×104/759.54=0.0120×105Pa，
在0.011—0.08×105Pa范围内，即此静应力值对应的加速度值没有超过产品的脆值，所以对前表面，强度校核通过。
（4）当接触面积为A2+B2=404.77+334.77=739.54cm2
σs=W×104/A=91.14×104/739.54=0.0123×105Pa，
在0.011—0.08×105Pa范围内，即此静应力值对应的加速度值没有超过产品的脆值，所以对后表面，强度校核通过。
（4）当接触面积为A3+B3=371.66+366.29=737.93cm2
σs=W×104/A=91.14×104/737.93=0.0124×105Pa，
在0.011—0.08×105Pa范围内，即此静应力值对应的加速度值没有超过产品的脆值，所以对左侧表面，强度校核通过。
（5）当接触面积为A4+B4=371.66+366.29=737.93cm2
σs=W×104/A=91.14×104/737.93=0.0124×105Pa，
在0.011—0.08×105Pa范围内，即此静应力值对应的加速度值没有超过产品的脆值，所以对右侧表面，强度校核通过。
（6）当接触面积为A5=376.25cm2
σs=W×104/A=91.14×104/376.25=0.024×105Pa，
在0.011—0.08×105Pa范围内，即此静应力值对应的加速度值没有超过产品的脆值，所以对下表面，强度校核通过。
（7）当接触面积为A6=131.89cm2
σs=W×104/A=91.14×104/329.7=0.028×105Pa，
在0.011—0.08×105Pa范围内，即此静应力值对应的加速度值没有超过产品的脆值，所以对上表面，强度校核通过。
所以，对于各个接触面强度校核均通过。
4.5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T之比应符合以下规定：
Amin/（1.33T）2＞1。
因=Amin=28.48cm2，则Amin/（1.33T）2=28.48/（1.33×3）2=1.79＞1符合挠度要求。
4.6跌落姿态改变时缓冲能力的校核
在实际的流通过程中，包装件的跌落姿态千变万化，有时一角着地，有时一棱着地，较之一面着地的标准姿态，受力情况变化较大，因而有必要对基本设计尺寸作相应的校核和调整。
基于面冲击设计的缓冲衬垫只要通过了角冲击校核，就一定能满足楞冲击的要求，所以在整个设计过程中只要进行角冲击校核即可。
4.6.1角跌落校核
设产品侧、底、正面上衬垫的投影面积分别为S1、S2、S3，其相应的与衬垫的接触面积为L12、L22、L32，令产品侧、底、正面上衬垫的投影面积分别为S1、S2、S3，其相应的与衬垫的接触面积为L12、L22、L32，则L12=L2=113.925cm2，L22=L2=113.925cm2，L32=L2-4×5=113.925-20=93.925cm2
由立体几何知识可知，缓冲衬垫的面积与产品侧面积之比等于缓冲衬垫的投影面积与产品侧面投影面积之比，即有：
L12:
b·d=S1:
lbd/（l2+b2+d2）1/2
L22:
l·b=S2:
lbd/（l2+b2+d2）1/2
L32:
l·d=S3:
lbd/（l2+b2+d2）1/2
则：
S1=L12l/（l2+b2+d2）1/2；
S2=L22d/（l2+b2+d2）1/2；
S3=L32b/（l2+b2+d2）1/2
代入得：
S1=113.925×36.5/（36.52+33.52+802）1/2=44.19cm2
S2=113.925×80.0/（36.52+33.52+802）1/2=96.86cm2
S3=93.925×33.5/（36.52+33.52+802）1/2=33.44cm2
故角跌落时的有效受力面积：
Ae=S1+S2+S3=44.19+96.86+33.44=174.19cm2
此时静应力：
σs=W/Ae×104=91.14/174.19×104=0.052×105Pa
查图4-1可知，此静应力对应的加速度值为45小于产品脆值80g，则角跌落校核通过。
4.7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即为蠕变增量Cr。
其大小按下式计算：
Tc=T（1+Cr）（式4-2）
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
经过以上校核，最后计算所得缓冲衬垫尺寸厚度T=3.3cm，面积A=113.92cm2。
4.8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，根据空调扇的承载部位和易损部位，设计缓冲衬垫的结构。
由于该空调扇的重心位于产品的中心处，所以缓冲衬垫的主要承载部分在底部；易损件滚轮也位于产品底部。
又因为空调扇整体外形基本是一个规则的几何结构，所以只需从上下两底部对空调扇进行保护，并且保证易损部件滚轮和底座以及最上部的把手装置得到保护。
缓冲衬垫的具体结构见图4-3。
具体尺寸如A3图纸所示。
图4-3底部缓冲结构
图4-4顶部缓冲结构
5瓦楞纸箱的设计
5.1产品的结构特点和装箱要求
由于该空调扇的重心位于产品的中心处，所以缓冲衬垫的主要承载部分在底部；易损件滚轮也位于产品底部。
又因为空调扇整体外形是一个规则的几何结构，所以只需从上下两底部对空调扇进行保护，并且保证易损部件滚轮和底座连接装置得到保护。
5.2瓦楞纸箱的设计
5.2.1箱型的选择
本设计采用箱型为0201类纸箱，由于空调扇有一定的质量，为了连接牢固，接头采用U形钉连接。
同时采用一页箱成型。
5.2.2楞型的选择
A型的瓦楞高度和间距最大，柔软且富有弹性，有非常好的缓冲性能。
B型的平压强度较高，表面平整度较高，印刷效果较好。
所以选用AB型瓦楞。
5.2.3瓦楞纸板
因为用于内销，所以选用第二类瓦楞纸板，内装物质量为9.3kg，最大尺寸为365mm×335mm×800mm。
假设底部滚轮的直径为5cm，厚度为4cm。
则根据缓冲材料的尺寸T=3.3cm=33mm,L2=113.925cm2，可得内装物的外廓尺寸为431mm×401mm×866mm。
则最大综合尺寸为1698mm。
根据瓦楞纸板表（GB6543-86），应选用第二类第三种双瓦楞纸板，其代号为D-2.3。
根据瓦楞纸板技术指标（GB6544-86），D-2.3的技术指标为耐破度1373（kPa），边压强度7500（N/m），戳穿强度9.8（J）。
根据箱板纸技术指标（GB13024-91），由于产品用于内销，则内外面纸和中间垫纸都选用C等箱板纸。
假设三层箱板纸取相同的耐破强度，则根据经验公式每层箱板纸的耐破强度应为：
σb＝P/（0.95×3）＝1373/（0.95×3）=481.75kPa，外面纸的耐破指数取1.9Pa·㎡/g，要求的定量为：
Q=σb/r=481.75/1.9=253.55g/㎡，所以外面纸选用定量为280g/m2的C等箱板纸。
内面纸和中间垫纸的耐破指数取2kPa·㎡/g，要求的定量为：
Q=σb/r=481.75/2=240.88g/㎡,所以内面纸和中间垫纸选用定量为250g/m2的C等箱板纸，其环压指数均为6N·m/g。
根据瓦楞芯纸技术指标（GB13023-91），选用C等瓦楞纸芯，两层瓦楞芯的定量均取140g/m2，环压指数为4.4N·m/g。
按照选用的箱板纸，瓦楞纸板的耐破强度为：
P=0.95
σb=0.95×（1.9×280+2×250+2×250）=1455.4kPa
按照选用的箱板纸和瓦楞芯纸，瓦楞纸板的定量=内外面纸及各中间垫纸定量之和+（瓦楞芯纸定量）×瓦楞展开系数+粘合剂定量。
该运输包装采用双瓦楞纸板为AB楞，根据瓦楞纸板的瓦楞展开系数表5-1，可查得其展开系数分别为1.5和1.3。
所以瓦楞纸板的定量=280+250+250+（140×1.5+140×1.35）+100=1279g/m2，其中粘合剂的定量为100g/m2。
表5-1瓦楞纸板的瓦楞展开系数表
5.2.4瓦楞纸箱的尺寸
5.2.4.1内装物外廓尺寸
L0=431mm；B0=401mm；H0=866mm
5.2.4.2瓦楞纸箱的内尺寸
公差△X0在长度与宽度方向的取值为3—7mm，高度方向为3—4mm，则纸箱内尺寸为：
L´=L0+△X0=431+5=436mm；
B´=B0+△X0=401+4=405mm；
H´=H0+△X0=866+4=870mm
5.2.4.3瓦楞纸箱的制造尺寸
运输包装用的的双瓦楞纸板为AB型瓦楞，内尺寸伸放量△X´按相应规定取值，摇盖伸放量取5mm，结头尺寸取50mm。
于是，
制造尺寸为：
L1=L´+△X´=436+9=445mm；
L2=L´+△X´=436+6=442mm；
B1=B´+△X´=405+9=414mm；
B2=B´+△X´=405+5=410mm；
H=H´+△X´=870+18=888mm；
外摇盖的制造尺寸为：
F=B1/2+△X´=414/2+5=212mm；
接边舌头尺寸J=50mm
5.2.4.4瓦楞纸箱的外尺寸
外尺寸在长度和宽度方向上的加大值△X取10mm，高度方向的加大值
△X=12mm，故
外尺寸为：
L´´=L1+△X=445+10=455mm；
B´´=B1+△X=414+10=424mm；
H´´=H+△X=888+12=900mm
5.3瓦楞纸箱的结构
箱坯即为一页箱，如图5-1所示。
箱坯的面积S=（L1+L2+B1+B2）×（H+F×2）+J×H=（445+414+442+410）×（888+212×2）+50×888=mm2=2.29m2，其质量为Q×S=1279×1.99=2.93kg
选用16号U形钉钉合，每个U形钉的破坏载荷p取20N，斜向排列，强度系数K=1，所需钉数位n=W/（Kp）=9.3×9.8/（1×15）=6.08个，钉数定为12个，钉距为70mm，到底、顶两面的距离为34mm。
封箱选用宽度为80mm的胶带。
图5-1瓦楞纸箱制造尺寸
5.4瓦楞纸箱的堆码强度
瓦楞纸箱的周长为Z=L1+L2+B1+B2=445+414+442+410=1711mm=171.1cm
瓦楞纸板的综合环压强度为Px=∑rQ+∑rmCQm=（6×280+6×250+6×250）+（4.4×1.5×140+4.4×1.35×140）=6435.6（N/m）=64.36（N/cm）
AB楞的楞常数取13.36，箱常数取0.66，瓦楞纸箱的抗压强度为
Pc=Px（aXz/（Z/4））2/3·Z·J=1.86×64.36×（13.36/171.1/4）2/3×171.1×0.66=3428.66（N）
货物（包装件）质量W是内装物重量和纸箱重量之和，其值W=（9.3+2.93）×9.8=119.854N。
取堆码高度为450cm，安全系数取2，堆码载荷为P=KW（h/H-1）=2×119.854×（450/88.8-1）=975（N）
显然抗压强度比堆码载荷大得多，所以此瓦楞纸箱具有足够的堆码载荷，满足包装要求。
5.5运输包装标识
运输包装可以分为三大类，即收发货标志、储运图示标志和危险货物包装标志。
对于格力空调扇的运输包装，需印上收发货标志：
格力空调扇标志标志、供货号、货号、规格、重量、生产日期、生产厂家、体积、有效期限、运输号码等及储运图示标志：
小心轻放、向上、怕雨、堆码极限等。
其中堆码极限为4500/900=5层。
具体标志见附图——瓦楞纸箱装潢图。
6总结
我选择的是格力KS-3002D空调扇作为设计产品，通过对产品特性分析和市场调查，根据运输包装课堂上老师所讲的流通环境一章，我对此空调扇在运输过程中的流通条件进行了大致的分析和总结并确定了其脆值，接着为了保证在运输过程中使产品尽可能能完整无损，对产品进行缓冲包装设计，最终根据产品的性能及缓冲材料特性，选择了泡沫聚乙烯塑料，作为缓冲衬垫，并采用局部缓冲包装形式对其进行设计；然后是是选择外包装瓦楞纸箱，选用了AB型双瓦楞纸板，其代号为D-2.3，经校核满足要求；最后完成了本次课程设计的内容。
另外，通过本次课程设计，我们将该门课程所写的知识很好的串联起来，综合运用，提高了我们综合运用书本知识到实践的能力，在本次设计中还使用了其他的工具，例如PHOTOSHOP,PRO/E,CAD等软件，更加熟悉了这些软件的使用方法，为以后工作打下基础。
同时，经过此次课程设计，我懂得了设计一个运输包装的过程及困难，也知道了自己在实际操作方面的欠缺。
由于此前没有过类似经验，这次设计过程中出现了很多问题，但最终在老师的帮助和自己的努力下得以解决，也使我更深刻的认识到了运输包装的重要性。
相信有了此次经验，我在以后的运输包装设计中将能设计出更好的作品。
参考文献
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印刷工业出版杜,1999
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