飛機大部件運輸包裝箱的設計與研究

陳紅麗

中航工業西飛國合技術處 710089

摘要：文章描述了一種運輸飛機大部件的薄壁鋼構架長型運輸包裝箱的設計過程，對選材和結構設計以及強度校核進行了介紹，指出了這種適合公路和水路運輸的超高超長包裝箱設計要點，實踐證明此種包裝箱的運輸飛機大部件可靠性。

關鍵詞：包裝箱 鋼構架 卡板 強度

1.引 言

隨著航空市場的迅猛增長，傳統飛機部件運輸平臺受到飛機裝配制造車間空間的限制，已無法適應現代化的飛機生產需求。轉包生產是國際航空合作的一個重要領域，隨著航空部件的轉包生產范圍的擴大，產品運輸也是關鍵的一個環節。航空部件運輸包裝箱雖屬于航空產品的附屬品，但也是運輸航空產品不可缺少的載體。本文以747-8垂尾前扭力盒為例，針對航空大部件運輸包裝箱的設計進行討論。

2.設計原則

航空部件運輸包裝箱要考慮的因素很多，適用、美觀、堅固、節約和有效保護產品安全是通用的要求。航空產品不均勻、易變形、偏心、載荷分布集中，運輸包裝箱應根據產品結構，協調產品在包裝箱中的放置、固定與系留，還應有良好的緩沖設計，阻止誘發環境的作用力向產品傳遞，防止飛機產品產生振動響應。包裝箱設計同時應適于交付過程中的理貨、裝卸、運輸和貯存，應不僅裝箱方便，還應拆除簡捷，易于處理廢棄包裝，不浪費資源、不污染環境。

3.設計方案

下面以747-8垂尾前扭力盒為例，詳細討論運輸包裝箱的設計。

3.1.箱體材料和外形尺寸的確定

747-8垂尾前扭力盒外形及尺寸15米×1.9米×2.75米，在運輸中屬于超高超長產品。若采用專用運輸車運輸成本會非常高，如果采用全實木包裝箱，國內木材資源比較短缺，制造成本很昂貴，那么選擇薄壁鋼構架包裝箱是最好的選擇，即以0.8-1.5mm厚鈑金型材為構架，外敷人造板為蒙皮，人造板出口是免熏蒸，而且抗壓、承重性上僅次于實木。

根據產品的外形特征，可選擇硬質直方體。箱底下設有100mm高的支撐，便于鏟車移動箱體。國內的公路一般限高為4.5米，而運輸超長產品要用平板卡車。目前常用的平板卡車車廂距地面1.2米，為符合公路運輸高度要求，設計時必須將箱體高度控制在3.3米以下。按產品外廓尺寸，距內壁的距離，箱體壁厚尺寸，箱蓋的高度以及吊環所增加的尺寸等，最終可確定箱體外廓尺寸15.9米×2.2米×3.3米。

3.2.箱體底板設計

該產品總重量在470千克左右，且15米長，人力無法搬運，必須由叉車、吊車進行上下搬運及移動，因此對于包裝廂底部設計有特殊要求。包裝箱底盤設計4米長的階梯，這樣就能從20米長車廂減至17米長車廂的卡車來運輸，因為國內通用平板卡車車廂前段油箱處底板比后段高出約0.3米，階梯設計能有效利用卡車車廂，降低了運輸成本，又減輕了箱體重量。底板要考慮能用鏟車和吊車兩種工具移動箱體，根據箱體過長，考慮移動時需要用兩個叉車，所以在重心位置兩側各設計兩個叉車孔，根據常用叉車叉腳尺寸，兩個叉車孔間距200-600mm之間，可采用2T-3T和5T叉車叉運箱體。另外需要設計吊車吊環，同叉車孔類似，重心兩側各單側需要2個吊環，采用兩組鋼絲起吊箱體，增加受力點的位置，起吊過程中也容易保證箱體的平衡。四周采用槽鋼，選擇角鋼作為中間支撐，保證在運輸或起吊時箱子底部強度。包裝箱箱體底盤設計示意見圖1。

圖1 包裝箱箱體底盤設計示意圖

3.3.整體設計

箱體采用框架結構設計，使用角鋼焊接框架，外部采用木質多層板10mm蒙皮與角鋼進行鉚接。市場供應標準規格的木質多層板是1米×2米，設計時框架角鋼間距不超過1米，減少多層板的拼接或剪裁，同時保證多層板蒙皮的強度。在箱體周襞內襯塑料薄膜或復合薄膜作為防雨層，防止海浪或雨水浸入。箱體外設置厚度不超過0.5mm的馬口鐵皮對箱體四周進行邊緣密封，蒙皮對接處涂環氧膠進行密封。

圖2 包裝箱整體設計示意圖

產品在箱體內采用木質卡板定位，按不同位置設計根據產品外形設計的U型卡槽。用通用螺栓將卡板連接在箱體上，對箱體側壁支撐作用。在每個卡板與產品的接觸面上包上20mm厚的海綿后，再包裹上無紡布，作為緩沖層，防止產品在運輸中受到沖擊和振動。在端頭設計擋塊限定位置，防止產品竄動。對于箱蓋強度要求不高，主要是起封閉作用。如果設計一個將近16米整體蓋，箱蓋的變形量比較大，也不便于裝卸。因此對于箱蓋分為兩段設計，中間由帽子形狀的連接器連接兩段箱蓋，減少了箱蓋的變形，也簡便了裝卸過程。由于產品和箱體的高度總和為6.05米，設計時考慮產品裝箱時從頂部入箱時比較困難，在箱體大端頭做整體可卸門，這樣可以水平裝箱產品，人員可以控制產品裝箱的位置。在箱體的小端頭兩側設計人員可以出入的可卸門，一是增強箱體底部的光線，二是便于裝卸人員出入箱體。

4.強度校核

對于航空產品的運輸，箱體強度和剛度尤為重要。為防止由于產品放置不均勻、易變形、偏心、載荷分布集中現象的發生，對箱體結構框架和蒙皮進行了強度和剛度有限元分析。根據如實反映箱體結構的幾何形狀、構造型式、材料特性、傳力路線、承載方式和邊界條件等基本原則，參考箱體結構的Catia模型和圖紙，使用國際先進的有限元建模計算軟件MSC.Patran2008建立了有限元分析模型，利用MD.Nastran求解，得到極限載荷工況下的應力計算和變形結果，經過多輪分析計算，得到完全滿足強度和剛度要求的箱體結構尺寸。

5.結束語

此項包裝箱已經安全運輸32架的產品，為超長超高航空部件運輸提供了成功的實例，也為薄壁鋼構架長型包裝箱的強度計算積累了經驗。實際應用證明，采用薄壁鋼構架包裝箱運輸航空大部件能適應國際運輸，設計方法簡便，制造容易而且成本低廉，便于裝卸、存儲和運輸，易于回收。

參考文獻：

[1] 彭國勛，運輸包裝[M]，北京：印刷工業出版社，1999

[2] 王學峰，國際物流運輸[M]，北京：化學出版社，2004

[3] 劉喜生，包裝材料學[M]，長春：吉林大學出版社，2004

[4]MSC.Patran&Nastran用戶手冊

[5]飛機設計手冊 第9冊