液晶电视运输包装结构优化设计

液晶电视运输包装结构优化设计

摘要：随着价格逐渐走低，同普通电视的价格差逐渐缩小，同时国内外品牌液晶电视的价格差逐步缩小，消费者对于液晶电视的了解和接受程度也在逐步提高。液晶电视除了提升了画质、做到令人垂涎的纤薄外观之外，同时可以有效的降低功耗，符合当前节能减排的大趋势。作者针对康佳LC37GS80C这款液晶电视,对其包装进行设计,采用能量法测定包装材料的缓冲曲线,设计单个产品的包装。

关键词：运输包装，应力-能量法，缓冲曲线，Cape Pack软件，结构优化The Optimum Structure Design of the LCD’s

Distributed Packaging ABSTRACT：As the price of the LCD is down, the gap between the LCD and the

common TV is gradually reducing. At the same time, the difference between domestic and overseas is lessening. The consumer’s comprehend and reception level of the LCD is improving little by little. Besides the legible picture and the tenuous facade, the power dissipation’s lowing is corresponding with the trend of energy conservation now. Aim at LC37GS80C of Kanka , the author design the packaging of it and use the stress-energy method to setting-out the cushion curves of the packaging material and design the packaging of single product.

KEY WORDS: distributed packaging, stress-energy method, cushion curve, Cape Pack, structure optimum

1前言

近年来，随着人们生活水平的提高，各种高科技家电产品纷纷走进了人们的生活，而我们日常生活必不可少的电视更是层出不穷，花样百出，而这些年液晶电视逐步替代了普通的“大块头”CRT电视，其高清晰的画面，超薄的体积，让人们爱不释手。整个液晶电视的

销售市场的现状是只销售平板部分，并不自带底座或挂壁，而且电源部分也和其一起处理。这是因为消费根据自己的喜好可以选择挂壁或底座，不带底座或挂壁的包装正好节约了成本，适应了现今低碳环保的理念，所以本次设计依然延续这种理念。随着价格逐渐走低，同普通电视的价格差逐渐缩小，同时国内外品牌液晶电视的价格差逐步缩小，消费者对于液晶电视的了解和接受程度也在逐步提高。液晶电视除了提升了画质、做到令人垂涎的纤薄外观之外，同时可以有效的降低功耗，符合当前节能减排的大趋势。通过前面的分析，现在康佳这个品牌所占市场份额不多，且37寸这种型号所占份额也不多，所以为康佳LC37GS80C 这款机型设计包装，来提高它的市场份额，为国产品牌出一份力，也是对我自己的一点锻炼具有积极的意义。

2 缓冲包装材料的选择

聚乙烯EPE是世界上产量最大的塑料品种，也是用量最大的塑料包装材料，其消耗量约占塑料包装材料总消耗量的30﹪。发泡聚乙烯EPE又名珍珠棉，是以高压低密度聚乙烯（LDPE）为主要原料通过挤压生成的高泡沫聚乙烯制品几乎没有吸水吸湿性，能防油、防潮，还能抵御许多化合物的侵蚀，对机械油、润滑脂等具有耐久性质量轻，缓冲性能好，各项指标均非常适合于作为包装材料使用.根据不同的需求，满足不同的包装要求。

聚苯乙烯EPS是最早实现工业化生产（1939）的塑料品种之一，目前成为仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大塑料。它具有成型工艺简单，价格便宜等优点。

聚氨酯PU泡沫塑料根据原料的不同，分为聚氨型和聚醚型两种，按照软硬程度分为软质、半硬质和硬质三种。软质聚氨酯泡沫塑料是一种常用的缓冲包装材料，从应力—应变曲线分析属于双曲正切弹性体。

蜂窝纸板Honeycomb paperboard是一种新型的环保包装缓，由纸质蜂窝夹层板组成，具有较高的耐压和较好的缓冲性能，以及保温、隔热及隔声性能，而且重量轻，强度高，承重大，成本低，易回收处理等优点，应用前景广阔。主要用作包装纸箱、包装缓冲垫，以及托盘等等，应用于电子电工产品、精密仪器、家用电器等产品的包装，可以代替木质包装材料。经过特殊处理后能够阻燃、防潮，防水、防霉以及防静电作用。缺点是蜂窝纸箱不可折叠，生产自动化程度低。各自的性能比较如表1所示。

表1 几种缓冲材料性能的比较

3 产品运输包装的缓冲设计

3.1 局部缓冲包装衬垫设计方法

C-σm曲线设计，若选用C-σm曲线设计，由公式T=CH/G可以看出，当C值最小时厚度T就最小，那么外包装容器的尺寸就最小，在C-σm曲线中作一条水平切线，那么切点的纵坐标对应最小缓冲系数值C，横坐标对应一个最大应力值σm，由公式T=CH/G可以求出衬垫的厚度T，由公式A=W/σm就可以求出衬垫面积A。

Gm-σst曲线设计，若选用Gm-σst曲线进行设计，首先根据H找出对应曲线，在曲线纵坐标上过G做水平直线与缓冲曲线有很多交点，取厚度较小的缓冲曲线进行设计，脆值与该曲线有两个交点，两个交点之间的曲线上每一点对应的加速度值都小于G时，都可选用，但选最右边一点进行设计时，面积最小，A=W/σst。

3.2 应力-能量法测缓冲曲线

应力—能量法主要包含4个公式:

应力=G ×s（式中: s—静应力, G—加速度值; )

动能量= sh / t（式中: s—静应力, h—跌落高度, t—缓冲厚度;）

y=ae bx（式中: a, b—材料常数, e—自然常数, y—动应力, x—动能量;）G=ae bsh/t/s式中变量含义同上式。

（1）设置最大与最小吸收能量值

因E = sh / t,故最小吸收能量意味着最小的s,最小的h和最大的t。若最终目的是为了得出一系列的缓冲曲线,那么对于封闭式气泡缓冲材料来讲,常用取值为: s = 3.45 kPa, h = 0. 31m ，t = 0. 15m ,即e = sh / t = 7. 13 kN /m2。对于开放式气泡缓冲材料来讲,由于其刚度较差,所以其极限值应更低。

最大吸收能量值意味着最大的s、最大的h和最小的t。如果最终目的是为了得出一系列的缓冲曲线,那么对于封闭式气泡缓冲材料来讲,常用取值s=20. 7kPa,h= 1. 22m ,t =0. 076m ,即e = sh / t = 332. 29kN /m2。对于开放式气泡缓冲材料来讲,由于其刚度较差,所以其极限值应稍低。

该步只是为冲击测试确定一个能量值范围,因此没有必要设定过于精确,因为测试机台本身的限制也会导致该范围的变更。

（2）等分空间域

如果选用的范围是7. 13～332. 29kN /m2,则可将能量域步长设置

34.45kPa。可选择9个不同的能量值,如34. 45、68. 9、103. 35……和310. 05kN /m2。

3.3 根据Gm-σst曲线进行局部缓冲包装设计

首先，每一条曲线都与G=40有交点，所以选择了厚度最小的最节省材料；其次，在与G=40的水平直线交点处最右端点为所选点，所以t=0.05m, σ

st=0.007MPaA=W/σst=15.5x9.8/0.7=217cm2。由于液晶显示器在展示过程中是立体放置，而运输过程中是否横置需要用Cape Pack软件进行验证，所以如果让设计的衬垫无论怎样放置都是可行的话，必须综合这两种方案，对衬垫进行了设计，设计的本质都是把液晶电视卡在四个角垫里。

首先，让LB面成为受力面，进行设计：

这次只有底部两个角垫受力，所以每个角垫受力面积Ａ1=113x96=108.5 cm2

总体受力面积A’=108.5x2=217cm2=A=217cm2

其次，设计LH面受力，选用4个角垫，把液晶电视固定并起到缓冲保护的作用。

每个角垫受力面积Ａ1=5.6x4+9.6x4=60.8 cm2

总体受力面积A’=60.8x4=242.4cm2>A=217cm2

图1 角垫平面主视图

图2 角垫立体图

图3带缓冲衬垫包装的整体效果图4缓冲衬垫的校核[1]

1）产品强度校核

产品与衬垫之间的作用是相互的。在跌落冲击时，产品以惯性力和自重压缩衬垫，衬垫则以同样大小的弹力反作用于产品。在基础设计中，为了节省材料，常常设法减小衬垫的负载面积，由此带来的后果是产品支承面的应力集中，可能导致产品的局部破损。因此，必须校核产品支承面的应力，控制在产品强度所允许的范围内。

即[σ]≥σm

2)挠度校核

衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定厚度时，衬垫容易挠曲或变弯，大大降低了衬垫的负重能力。为了避免挠曲，其中最小承载面积Amin与厚度T之比应符合以下规定：

Amin/（1.33T）2＞1

式中：T—厚度，cm

A—面积，cm2

代入数值有217/（1.33×5）2 ＞1

3)跌落姿态校核

包装件在角跌落冲击时，一个角触地，那么冲击力就通过外包装容器的角分散给组成此角三个面的缓冲衬垫上，其反作用力又通过缓冲衬垫的三个面再传递给产品。因此在角冲击时，包装件有三个面参与缓冲，由于传递到每一个缓冲衬垫上的冲击力很难确定，就需要找到一个角冲击时等效于面冲击跌落时的等效面积，然后进行校核设计。

4）恢复性校核

冲击次数不同，缓冲材料性能差异很大；

缓冲材料在长期的静压力作用下，其塑性变形量会随时间而增大，这种蠕变使得衬垫尺寸变小，在使用一段时间后容器内出现空隙，加剧内装产品的振动和摩擦擦伤，同时缓冲衬垫的缓冲能力有所下降。考虑这一因素，初步设计的衬垫尺寸应附加一个蠕变补偿值，称为蠕变增量，其大小按下式计算：Tc=T(1+Cr)

式中：Tc—修正后的厚度，cm

Cr—蠕变系数，﹪

T—原设计厚度，cm

此设计中蠕变系数Cr取0.6%，

代入数值有：

Tc=T(1+Cr)=5×（1+0.6﹪）=5.03cm

5）温湿度校核

环境温湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响；温度的升高或降低还会引起衬垫尺寸的变化。因此，应根据流通过程中可能出现的环境条件修正缓冲衬垫的尺寸。由于交换机是销往全国各地，在运输途中应注意温湿度的变化。

5 防振包装设计

缓冲包装一般首先考虑冲击防护，然后还应该进行振动防护设计。

防振设计的目的是调节包装固有频率，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之内。由于对于此流通环境中包装件受到的振动加速度——频率曲线和振动传递率曲线不是很明确，所以防振包装的设计就没有办法来做，在此考虑到就可。