某军用包装结构设计与验证

某军用包装结构设计与验证

白焘赵耀辉徐淑权罗俊杰卓毅尹亚阁

西南技术工程研究所重庆400039

摘要：本文根据某军用产品对其包装提出的设计技术要求，设计了一种集装卸、贮存、运输等功能于一体的包装，实现内装物寿命周期内的密封防潮、支撑堆码及铅封防盗等，通过仿真分析计算包装在实际使用中各种工况下的应力应变和相关试验验证，全面考核包装的性能，可满足该军用产品的包装要求。

关键词：包装；结构设计

Amilitaryplasticpackagingstructuredesignandverification

BAITao，ZHAOYao-hui，XUShu-quan，LUOJun-jie，ZHUOYi，YINYa-ge

（Southwesttechnologyandengineeringresearchinstitute，chongqing400039，China）

ABSTRACT：Accordingtothedesigntechnicalrequirementsofamilitaryproductforitspackaging，thispaperdesignsapackagingthatintegratesloading，unloading，storage，transportationandotherfunctionstoachievesealingmoisture，support，stackingandleadsealinginthelifecycleofthecontents.Etc.，throughsimulationanalysis，calculatethestressandstrainandrelevanttestverificationofthepackageundervariousworkingconditionsinactualuse，comprehensivelyevaluatetheperformanceofthepackage，andmeetthepackagingrequirementsofthemilitaryproduct.

KEYWORDS：packaging；structuredesign

多年来，某军用产品包装一直沿用“木箱+铁皮箱”的结构形式，在使用过程中存在着包装质量大、防护功能差、铁皮箱零部件脱落、密封不可靠、装卸不方便等问题，因此，对于该军用产品包装亟待升级换代。文中主要从结构设计、仿真分析计算及试验验证三个方面进行阐述，设计出了满足该军用产品的包装，解决了旧包装面临的问题。

1包装设计技术要求

通过总结该军用产品旧包装的的不足之处，对其防护包装提出的主要设计技术要求有：①外形尺寸（长×宽×高）不大于500mm×500mm×500mm；②包装重量不大于10kg，容积不小于55L；③满足3层堆码强度及稳定性要求；④包装状态满足1.5m高度无损跌落要求；⑤包装内充正压12Kpa，1min压力不下降；⑥满足贮存温度-50℃～+65℃；⑦主体材料选用可回收塑料。

2防护包装设计[1]

通过分析包装设计技术要求，借鉴以往类似产品成功设计经验和相关理论知识，根据内装军用产品的结构特点、大小、密度等要求，按照GJB1182和GJB145A的相关规定，开展塑料包装的材料选用、结构设计与验证工作。

2.1材料选用设计[2]

根据设计技术要求，包装的主体材料选用可回收塑料，借鉴以往在军用产品上的成功应用案例，综合考虑经济性、综合力学性能、环境适应性等因素，拟选用在某型号武器上使用的改性高密度聚乙烯材料作为该塑料包装的主体材料，材料性能参数大致为：拉伸强度24MPa、弯曲强度21.8MPa、冲击强度26.3MPa，密度1.01g/cm2、泊松比0.42。

2.2结构设计[3-6]

军用产品型号多样，不同型号的外形结构为直径1mm~10mm的大小不一的颗粒状物料，在进行包装结构设计时，在考虑重量轻、成本低的原则下，进行合理的结构设计。参照GJB182A《军用物资直方体运输包装尺寸系列》及GJB183《军用平托盘基本尺寸和额定载重量》的相关规定，考虑设计的包装可选用标准的军用托盘进行单元化集装，具有良好的托盘集装适应性、较高运输工具空间利用率、符合操作机械化、反应快速化等要求。包装设计为矩形、端部开盖结构形式的筒式结构，由筒体、筒盖、密封圈及铅封扣组成，可实现包装在军用产品贮运及使用过程中的刚度和强度、快速装取、密封防潮、堆码和限位、托盘集装等功能要求，包装外形结构见图1。包装主要技术参数为①外形尺寸：400mm（六方）×480mm；①容积：56L；③重量：7.5kg。

图1包装外形结构示意图图2筒体结构示意图

2.2.1筒体设计

筒体为装载军用产品的主要零件，具有一定的刚度和强度，在进行刚度和强度设计时，考虑材料的性能参数及设计技术要求对包装的要求，将筒体设计为六边形、壁厚设计为6mm，实现整体包装的强度；同时在筒身设置加强筋，分布于筒肩上部和下部周圈及六个面的中间位置。筒体结构见图2。

2.2.2筒盖设计

根据筒体的筒口结构，箱盖设计为与之配合的圆形结构。箱盖顶部设置为球形结构，球形结构上分布加强筋实现筒盖的刚度和强度要求；筒盖内部设置有螺纹，装配时与筒体口部相配合。筒盖结构见图3。

2.2.3密封结构设计

包装的密封设计主要考虑筒体口部的密封，筒体、筒盖、密封圈共同组成密封空间，协同实现包装密封功能，在筒体口部设置密封圈，筒体和筒盖通过螺纹连接到位后，筒盖压缩密封圈实现筒体口部的密封，密封结构见图4。

图3筒盖结构示意图图4密封结构示意图

2.2.4堆码和限位设计

在筒体底部和筒盖顶部设计了限位配合结构，实现多层堆码要求。同时，在筒体底面设计防滑结构并进行表面磨砂粗化，增大摩擦力，保证地面堆放不滑动。堆码结构见图5。

图5堆码结构示意图图6提手结构示意图

2.2.5搬抬结构设计

为使包装具有人工搬抬和机械叉运功能，在筒体相对的两个侧面设置了提手结构，提手结构设计宽度为120mm，深度设置为60mm，且有一定向上切斜斜面，方便两人搬抬，提手结构见图6。

2.4.4铅封与防盗设计

在筒体口部和筒盖相应位置上设置铅封孔，将压入式卡紧结构形式的铅封扣装入铅封孔实现防拆封功能，该铅封方式实现了封口铅封一体化设计，要开启包装必须破坏铅封扣，实现了防盗设计，铅封与防盗结构见图7。

图7铅封与防盗结构示意图

3刚度和强度校核

3.1堆码工况应力、应变分析

根据军用产品堆积密度计算，装满包装后全包装状态总重量为57.5kg，应用ANSYS仿真分析软件，3层堆码时，以最底层的包装为研究对象，所受压力为115kg，作用于筒肩外侧平面，通过仿真分析：包装所受最大应力1.10Mpa，最大应变0.001，应力、应变云图见图8，图9。

图131.5m任一侧面跌落应力云图图141.5m任一侧面跌落应变云图

通过上述仿真分析数据，对比高密度聚乙烯材料参数可知：包装在3种工况下受到的最大应力值远小于材料的拉伸强度值，所以，材料的刚度和强度满足军用产品的使用要求。

4试验验证[7-8]

为验证包装箱是否满足设计技术要求，设计的包装将按照GJB150A、GJB2711、GJB1444及相关试验要求进行试验验证，试验项目有尺寸和重量检测、堆码稳定性试验、堆码强度试验、高温贮存试验、低温贮存试验、振动试验、冲击试验、运输试验、1.5m跌落试验等，全面考核包装的性能、功能及防护等是否满足设计技术要求的规定。

5结论

设计的包装结构刚度和强度满足军用产品的防护要求，具有可靠的密封结构、人工或机械搬抬结构、支撑堆码结构、铅封与防盗结构，满足包装设计技术要求的相关规定；选用的材料合理，可满足军用产品的使用环境温度要求，且可回收利用；试验验证项目全面考虑了军用产品实际使用过程中的各种工况，设置合理。本文提出结构设计方案、仿真分析计算过程及试验项目的设置可为类似军用产品的设计提供参考。

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作者简介：

白焘，男，四川平昌人，工程师，1988.10，汉，从事弹箭防护与包装技术