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瓦楞纸箱运输包装系统设计

[摘要] 瓦楞纸箱是一种薄壁结构的绿色包装容器，广泛应用于商品包装。瓦楞纸箱运输包装系统的优化设计是一个多目标函数、多变量的优化问题，以仓储空间利用率最大为优化目标函数，瓦楞纸箱强度为约束条件，优化瓦楞纸箱结构、配料方案及装载模式，能够全面进行纸箱优化设计，较好实现瓦楞纸箱对产品的安全保护、方便储运功能。

关键词：瓦楞纸箱 运输包装 优化

1、引言

瓦楞纸箱属于绿色包装容器，自发明至今已有100多年的历史，20世纪初的“普赖德哈姆案件”标志着纸箱包装的真正兴起，揭示了木箱包装的缺陷与不足。第一次世界大战期间，瓦楞纸箱在运输包装中的比例仅占20%，木箱占80%。第二次世界大战期间，瓦楞纸箱在运输包装中的比例猛增到80%，而木箱使用量急剧下降，瓦楞纸箱成为最重要的运输包装容器。1998年底的“天牛星虫”事件，美国、加拿大和欧盟等国实验所需的疲劳实验机1般具有优良的防紫外线功能为曲折疲劳实验机和拉压实验机家严禁我国未经热处理、熏蒸处理或防腐处理的木箱、木托盘出口，有力推动了瓦楞纸箱、蜂窝纸箱等纸质包装容器的应用研究和推广使用。

2、瓦楞纸箱性能分析

瓦楞纸箱是一种薄壁结构的包装容器，具有质量轻、强度高、易加工成型、易折叠、便于储存和搬运、易回收和再生利用、印刷适性优良、成本低等特性，已广泛应用于食品、水果、蔬菜、电子产品、工业器件、文化用品等工农业产品的销售包装和运输包装。表1是瓦楞纸箱和木箱的综合性能比较。显然，瓦楞纸箱在销售包装和运输包装中占有绝对优势，是替代木箱的最佳运输包装容器。但是，瓦楞纸箱强度有限，较木箱明显偏低，若不采用木托盘或木支架文具加固，内装物重量最好不超过55kg，其长宽高之和不超过250cm。另外，温湿度条件对瓦楞纸箱强度影响显著，必须提高其防潮能力。

总之，瓦楞纸箱具备保护产品、方便储运和促进销售等包装功能，是逐步代替木箱、塑料箱的理想外包装容器。

3、瓦楞纸箱运输包装系统

3.1优化设计

包装容器在商品从生产厂家到消费者的物流过程对产品的安全保护、方便储运起着决定性作用，可根据包装在商品流通、市场销售等方面所起的综合作用来评价，其中选择一个包括包装材料成本、运输成本、仓储成本的包装总成本最小的设计方案是缝拉伸强度非常重要的，即优化单件包装件的几何形状、尺寸，单件包装在外包装容器内的排列方式，外包装生物肥料容器的几何形状、尺寸，以满足以下包装设计要求：

·包装材料最省，包装成本最低；

·托盘利用率最大，仓储空间利用率最大；

·包装容器强度可保护产品的安全运输；

·包装容器满足几何形状抗磨剂、尺寸的约束条件。

因此，这是一个多目标、多变量的运输包装系统设计的优化问题，可描述为：

Min{fk(Vm,Vt,Vs)}k=1,2,...

(Vm,Vt,Vs)≤0

gt(Vm,Vt,Vs)≤0

gs(Vm,Vt,Vs)≤0

式中下标m、t和s分别表示包装材料、运输方式和仓储类型，Vm，Vt和Vs分别是包装材料变量、运输谱量和仓储变量，fk是成本目标函数，gm、gt和gs分别为包装材料约束条件、运输方式约束条件及仓储约束条件。

表1 瓦楞纸箱与木箱性能比较

编号 瓦楞纸箱 木箱 项目 优点 缺点 优点 缺点 1 抗压强度 较低 高 2 缓冲性能 富有弹性 无弹性 3 防潮性能 易吸湿变形 雨淋不变形 淋湿不易干燥 4 保护产品 防振，内有格挡、衬板或衬垫等附件保护产品 木质坚硬，内无保护产品的附件，易损坏产品 5 密封性 密封性好，防尘清洁 有缝隙，易进灰尘等杂物 6 箱型结构 结构新颖种类多 结构简单种类少 7 外观质量 箱面平滑图文清晰 箱面粗糙标志模糊 8 仓储运输 装卸轻便易堆码 笨重装卸费力 9 空箱储存 可折叠，所占空间小 立体箱型，所占空间大 10 操作性 装箱方便速度快 装箱费力速度慢 11 包装成本 低 高 12 原料资源 耗木量低 木材缺乏 13 生产方式 机械化自动化效率高 半机械化或手工操作效率低 14 国际运输 适应国际化产品包装 许多国家禁止木箱出口包装 15 体积重量 体积小，重量轻，运输成本低 体积大，重量大，运输成本高 16 废旧处理 易再生利用环保性好 拆除复杂不易处理

3.2设计框图

瓦楞纸箱作为一种重要的外包装容器，其设计主要包括功能设计、结构设计和装潢设计等。功能设计涉及纸箱的使用方便性和储存搬运效率，它包括箱型选择、商品排列、模压形式、封箱与开启。结构设计包括与包装强度和保护特性等有关的因素，如选择有利于提高强度的箱型、组合件和组合结构、封口和连接形式、附件、衬垫等。装潢设计主要设计纸箱外观特性、运输包装标志、印刷适性等。图1是瓦楞纸箱设计流程图，不包括功能设计和装潢设计，其中P、P′分别是抗压强度理论值和实测值，Ps是堆码强度，K是安全系数。

4、瓦楞纸箱结构优化设计

4.1设计步骤

（1）计算纸箱结构尺寸；

（2）选择最佳箱型；

（3）计算抗压强度，优进瓦楞纸板的配料方案；

（4）箱坯图设计；

（5）输出箱坯图和纸板配料方案。

图1 瓦楞纸箱结构设计框图

4.2瓦楞纸箱结构CAD

瓦楞纸箱结构CAD主要包括以下几个方面内容：计算纸箱抗压强度，校核纸箱堆码强度，纸箱箱坯结构图设计，输出箱坯图和纸板配料方案，其流程图如图2所示。瓦楞纸箱结构CAD中有两个数据库和一个图形库，即纸板配料方案数据库、楞型数据库和箱型数据库，分别供相应功能模块调用。

纸板配料方案数据库有24种瓦楞纸板的组合方案，每种方案中瓦楞面纸和里纸相同。该数据库主要记录了包括瓦楞原纸的克重及环压强度等信息资料，以结构体组织数据，采用库文件形式贮存，通过子函数实现数据输入、添加、修改、读取及显示等操作。

楞型数据库主要记录各种楞型的组合方式及其厚度之间的关系，也以结构体组织数据，采用库文件形式贮存，通过子函数实现数据输入、添加、修改、读取及显示等操作。

箱型图形库记录了02类14种型号的国际标准纸箱结构，包括0200、0201、0203、0204、0205、0206、0210、0211、0212、0215、0216、0217、0218、0225等箱型，可满足小型机电产品的运输包装选用。通过子函数实现对纸箱图形库的数据输入、添加、修改、选择、显示及放大等操作。

图2 瓦楞纸箱结构CAD流程图

5、结论

瓦楞纸箱广泛应用于商品包装，在销售包装和运输包装中占有绝对优势，是替代木箱的最佳运输包装容器。瓦楞纸箱运输包装系统的优化设计是一个多目标函数、多变量的优化问题，以仓储空间利用率最大为优化万能拉力实验机是1款多功能的拉力机目标函数，瓦楞纸箱强度为约束条件，优化瓦楞纸箱结构、配料方案及装载模式，能够较全面进行纸箱优化设计，较好实现瓦楞纸箱对产品的安全保护，方便储运功能。