含磁性材料貨物的空運(yùn)包裝設(shè)計(jì)

■ 文/侯 俊，林偉清，彭國(guó)勛

（1.無錫市正新和包裝技術(shù)有限公司，江蘇 無錫 214026；2.陜西科技大學(xué)，陜西 西安 710016）

0 引言

根據(jù)德國(guó)《HPE Packing guidelines-2010，2nd revised edition》的規(guī)定，產(chǎn)品在物流配送過程中所受到的沖擊加速度因運(yùn)輸方式和運(yùn)動(dòng)方向的不同而有差異（見表1）?？者\(yùn)的物資在飛機(jī)著陸瞬間會(huì)受到比陸運(yùn)和水運(yùn)大得多的沖擊力。

表1 物流運(yùn)輸包裝的沖擊加速度*

當(dāng)客戶沒有提出物流配送時(shí)間要求時(shí)，可按照公路、鐵路或水運(yùn)的常規(guī)物流條件設(shè)計(jì)包裝，一般都是按表1所示的沖擊加速度選用向前、向后、側(cè)向等方向的加速度與垂直方向的加速度值空間矢量的合成值，計(jì)算各方向的動(dòng)態(tài)慣性力。根據(jù)各方向的動(dòng)態(tài)慣性力大小，設(shè)計(jì)內(nèi)裝物在框架木箱底座上的固定結(jié)構(gòu)，而最簡(jiǎn)單的方法就是按受力大小選用地腳螺栓[1]。

1 框架木箱的智能設(shè)計(jì)

對(duì)于重量在700～60 000 kg之間的內(nèi)裝物，一般采用國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的框架木箱作為外包裝。一個(gè)熟悉國(guó)內(nèi)外框架木箱標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)人員，完成其物料清單、工藝單、物耗單、核價(jià)單等的計(jì)算和三維圖設(shè)計(jì)，大約需要一個(gè)星期。若利用根據(jù)亞洲標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的框架木箱的智能設(shè)計(jì)軟件（以下簡(jiǎn)稱“智能設(shè)計(jì)軟件”）完成上述工作，只需不到5 min，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和重量。例如，無錫市某企業(yè)生產(chǎn)的1 030 kW/1287.5 kVA的永磁發(fā)電機(jī)（Permanent Magnetic Generator，PMG），機(jī)組尺寸為5 000 mm×1 830 mm×2 400 mm、重量為9 850 kg，利用智能設(shè)計(jì)軟件不僅可以構(gòu)建三維爆炸圖（見圖1），輸出標(biāo)準(zhǔn)的工程裝配圖和零件圖等，還能計(jì)算得到構(gòu)件尺寸（見表2）。

表2 常規(guī)物流條件下1 030 kW發(fā)電機(jī)的框架木箱構(gòu)件尺寸

圖1 常規(guī)物流條件下1 030 kW發(fā)電機(jī)的框架木箱設(shè)計(jì)圖

當(dāng)客戶要求用空運(yùn)方式配送1 030 kW發(fā)電機(jī)時(shí)，若仍然采用上述尺寸的框架木箱進(jìn)行包裝，則位于框架木箱底座的構(gòu)件會(huì)受損，必須按照表1所示的空運(yùn)的動(dòng)態(tài)垂直載荷4 g（1 g＋3 g）重新設(shè)計(jì)框架木箱。設(shè)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 空運(yùn)物流條件下1 030 kW發(fā)電機(jī)的框架木箱構(gòu)件尺

由此可見，主要受力構(gòu)件尺寸都變厚了，木材的材積由2.064 2 m3變成3.445 4 m3，增加了約1.669倍。

2 包裝件空運(yùn)物流條件下的緩沖包裝設(shè)計(jì)

當(dāng)客戶只要求用常規(guī)物流方式配送1 030 kW發(fā)電機(jī)時(shí)，可參考國(guó)際安全運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《ISTA 3A》規(guī)定的跌落高度100 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用美國(guó)軍標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的緩沖包裝智能設(shè)計(jì)軟件，按能量法計(jì)算緩沖材料的動(dòng)態(tài)緩沖性能，可表示為指數(shù)關(guān)系Yi=Aiexp（BiXi），其中動(dòng)應(yīng)力Yi=GiS與沖擊動(dòng)能Xi=SH/T，Gi為產(chǎn)品第i次跌落的沖擊加速度，S為靜應(yīng)力，H為跌落高度，T緩沖墊厚度?？紤]到框架木箱木底座有一定的緩沖性能，跌落時(shí)的沖擊加速度小于發(fā)電機(jī)的脆值[2]。常規(guī)物流方式配送方式下的緩沖分析結(jié)果如圖2所示，沖擊加速度小于產(chǎn)品脆值，所以常規(guī)物流方式配送物流是安全的。

圖2 常規(guī)物流方式配送下發(fā)電機(jī)框架木箱包裝的跌落緩沖分析結(jié)果

當(dāng)客戶要求用空運(yùn)方式配送1 030 kW發(fā)電機(jī)時(shí)，若仍然采用上述尺寸的框架木箱進(jìn)行包裝，則發(fā)電機(jī)因著陸時(shí)的沖擊加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)電機(jī)的沖擊脆值100 g而受損。根據(jù)GJB 67.4—85《軍用飛機(jī)強(qiáng)度和剛度規(guī)范 地面載荷》的規(guī)定，飛機(jī)著陸時(shí)的下沉速度為3 m/s，正常著陸時(shí)應(yīng)在離地面0.5 m的高度完成飛機(jī)拉平，飄落高度不超過1 m；粗暴著陸時(shí)飄落高度不超過2 m。為保證足夠的可靠性，設(shè)計(jì)緩沖包裝時(shí)假定平均飄落高度為1 m，相應(yīng)的飛機(jī)著陸時(shí)的下沉速度為1.5 m/s。不計(jì)起落架的緩沖作用，在底座上添加厚度為600 mm的EPE600，得到圖3所示的分析設(shè)計(jì)結(jié)果，可以保證空中運(yùn)輸安全。

圖3 空運(yùn)物流方式配送下發(fā)電機(jī)框架木箱包裝的跌落緩沖分析結(jié)果

3 包裝件空運(yùn)物流條件下的防磁包裝設(shè)計(jì)

當(dāng)空運(yùn)貨物含有磁性材料部件時(shí)，為防止航空器儀表特別是羅盤儀表受到干擾，托運(yùn)人應(yīng)當(dāng)按照下列方式對(duì)磁性材料進(jìn)行包裝。

（1）磁控管和照度計(jì)等儀器、裝置的相反磁極必須相對(duì)放置。

（2）永磁體材料必須加裝保磁性銜鐵或者進(jìn)行屏蔽，以防磁場(chǎng)造成羅盤儀表偏差。

（3）磁性材料的每一包裝件必須按照國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)《危險(xiǎn)品規(guī)則》第七章的規(guī)定正確標(biāo)記和標(biāo)貼。

（4）在貨物托運(yùn)前，按照國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)守則902（International Air Transport Association，IATA），將磁性材料視為第9類危險(xiǎn)材料?？者\(yùn)出貨時(shí)，必須按照空運(yùn)IATA 規(guī)定，若距離2.1 m，則防磁包裝表面的最大磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為200 nT。

對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)，若未作防磁包裝，則其表面磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度一般為1 237 nT。

防磁包裝屏蔽體厚度估算可用以下公式：

式中：t表示屏蔽體厚度，A表示衰減量（相對(duì)值），d表示屏蔽體直徑（當(dāng)屏蔽體為矩形時(shí)是指最長(zhǎng)邊的尺寸），μ表示材料的磁導(dǎo)率。

對(duì)于1 030 kW永磁發(fā)電機(jī)防磁包裝，選用坡莫合金作為防磁材料，其磁導(dǎo)率μ為9 000 H/m，選屏蔽體厚度t為3.5 mm、屏蔽體直徑d為5 000 mm，可得屏蔽體的衰減量Ac=tμ/d=3.5×9 000/5 000=6.3，滿足A＝1 237/200＝6.185＜Ac的要求。

由此，空運(yùn)時(shí)的1 030 kW永磁發(fā)電機(jī)防磁包裝，可采用2型框架木箱，并且將其側(cè)面、端面、頂蓋和底板的人造板箱板換成3.5 mm的坡莫合金板，再用木螺絲固定在木框架結(jié)構(gòu)上即可。

4 結(jié)語(yǔ)

按常規(guī)物流環(huán)境條件設(shè)計(jì)的框架木箱，動(dòng)載荷增大了4倍，不能滿足空運(yùn)物流環(huán)境條件的要求，需要設(shè)計(jì)更堅(jiān)固的框架木箱。由于空運(yùn)著陸時(shí)的平均飄落高度為1 000 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到常規(guī)物流條件下的100 mm標(biāo)準(zhǔn)，框架木箱底座的緩沖性能不能滿足緩沖設(shè)計(jì)的要求，需要另行增加泡沫塑料等緩沖性能更好的緩沖墊，以確保產(chǎn)品不會(huì)因著陸沖擊而受損。當(dāng)空運(yùn)貨物含有磁性材料部件時(shí)，應(yīng)根據(jù)國(guó)際航空國(guó)際航空運(yùn)輸守則902（International Air Transport Association ，IATA）規(guī)定的磁性貨物被列為第 9 類危險(xiǎn)品的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，防止磁性材料部件對(duì)航空器儀表特別是羅盤儀表受到干擾，影響運(yùn)輸安全。