含磁性材料貨物的空運包裝設計

■ 文/侯 俊，林偉清，彭國勛

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

0 引言

根據德國《HPE Packing guidelines-2010，2nd revised edition》的規定，產品在物流配送過程中所受到的沖擊加速度因運輸方式和運動方向的不同而有差異（見表1）。空運的物資在飛機著陸瞬間會受到比陸運和水運大得多的沖擊力。

表1 物流運輸包裝的沖擊加速度*

當客戶沒有提出物流配送時間要求時，可按照公路、鐵路或水運的常規物流條件設計包裝，一般都是按表1所示的沖擊加速度選用向前、向后、側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，計算各方向的動態慣性力。根據各方向的動態慣性力大小，設計內裝物在框架木箱底座上的固定結構，而最簡單的方法就是按受力大小選用地腳螺栓[1]。

1 框架木箱的智能設計

對于重量在700～60 000 kg之間的內裝物，一般采用國內外標準規定的框架木箱作為外包裝。一個熟悉國內外框架木箱標準的技術人員，完成其物料清單、工藝單、物耗單、核價單等的計算和三維圖設計，大約需要一個星期。若利用根據亞洲標準開發的框架木箱的智能設計軟件（以下簡稱“智能設計軟件”）完成上述工作，只需不到5 min，極大地提高了設計效率和重量。例如，無錫市某企業生產的1 030 kW/1287.5 kVA的永磁發電機（Permanent Magnetic Generator，PMG），機組尺寸為5 000 mm×1 830 mm×2 400 mm、重量為9 850 kg，利用智能設計軟件不僅可以構建三維爆炸圖（見圖1），輸出標準的工程裝配圖和零件圖等，還能計算得到構件尺寸（見表2）。

表2 常規物流條件下1 030 kW發電機的框架木箱構件尺寸

圖1 常規物流條件下1 030 kW發電機的框架木箱設計圖

當客戶要求用空運方式配送1 030 kW發電機時，若仍然采用上述尺寸的框架木箱進行包裝，則位于框架木箱底座的構件會受損，必須按照表1所示的空運的動態垂直載荷4 g（1 g＋3 g）重新設計框架木箱。設計結果如表3所示。

表3 空運物流條件下1 030 kW發電機的框架木箱構件尺

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

2 包裝件空運物流條件下的緩沖包裝設計

當客戶只要求用常規物流方式配送1 030 kW發電機時，可參考國際安全運輸協會標準《ISTA 3A》規定的跌落高度100 mm進行設計。利用美國軍標等標準開發的緩沖包裝智能設計軟件，按能量法計算緩沖材料的動態緩沖性能，可表示為指數關系Yi=Aiexp（BiXi），其中動應力Yi=GiS與沖擊動能Xi=SH/T，Gi為產品第i次跌落的沖擊加速度，S為靜應力，H為跌落高度，T緩沖墊厚度。考慮到框架木箱木底座有一定的緩沖性能，跌落時的沖擊加速度小于發電機的脆值[2]。常規物流方式配送方式下的緩沖分析結果如圖2所示，沖擊加速度小于產品脆值，所以常規物流方式配送物流是安全的。

圖2 常規物流方式配送下發電機框架木箱包裝的跌落緩沖分析結果

當客戶要求用空運方式配送1 030 kW發電機時，若仍然采用上述尺寸的框架木箱進行包裝，則發電機因著陸時的沖擊加速度遠遠超過發電機的沖擊脆值100 g而受損。根據GJB 67.4—85《軍用飛機強度和剛度規范 地面載荷》的規定，飛機著陸時的下沉速度為3 m/s，正常著陸時應在離地面0.5 m的高度完成飛機拉平，飄落高度不超過1 m；粗暴著陸時飄落高度不超過2 m。為保證足夠的可靠性，設計緩沖包裝時假定平均飄落高度為1 m，相應的飛機著陸時的下沉速度為1.5 m/s。不計起落架的緩沖作用，在底座上添加厚度為600 mm的EPE600，得到圖3所示的分析設計結果，可以保證空中運輸安全。

圖3 空運物流方式配送下發電機框架木箱包裝的跌落緩沖分析結果

3 包裝件空運物流條件下的防磁包裝設計

當空運貨物含有磁性材料部件時，為防止航空器儀表特別是羅盤儀表受到干擾，托運人應當按照下列方式對磁性材料進行包裝。

（1）磁控管和照度計等儀器、裝置的相反磁極必須相對放置。

（2）永磁體材料必須加裝保磁性銜鐵或者進行屏蔽，以防磁場造成羅盤儀表偏差。

（3）磁性材料的每一包裝件必須按照國際航空運輸協會《危險品規則》第七章的規定正確標記和標貼。

（4）在貨物托運前，按照國際航空運輸協會守則902（International Air Transport Association，IATA），將磁性材料視為第9類危險材料。空運出貨時，必須按照空運IATA 規定，若距離2.1 m，則防磁包裝表面的最大磁場感應強度為200 nT。

對于永磁發電機，若未作防磁包裝，則其表面磁場感應強度一般為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（相對值），d表示屏蔽體直徑（當屏蔽體為矩形時是指最長邊的尺寸），μ表示材料的磁導率。

對于1 030 kW永磁發電機防磁包裝，選用坡莫合金作為防磁材料，其磁導率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，空運時的1 030 kW永磁發電機防磁包裝，可采用2型框架木箱，并且將其側面、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構上即可。

4 結語

按常規物流環境條件設計的框架木箱，動載荷增大了4倍，不能滿足空運物流環境條件的要求，需要設計更堅固的框架木箱。由于空運著陸時的平均飄落高度為1 000 mm，遠遠達不到常規物流條件下的100 mm標準，框架木箱底座的緩沖性能不能滿足緩沖設計的要求，需要另行增加泡沫塑料等緩沖性能更好的緩沖墊，以確保產品不會因著陸沖擊而受損。當空運貨物含有磁性材料部件時，應根據國際航空國際航空運輸守則902（International Air Transport Association ，IATA）規定的磁性貨物被列為第 9 類危險品的要求進行設計，防止磁性材料部件對航空器儀表特別是羅盤儀表受到干擾，影響運輸安全。