含磁性材料货物的空运包装设计

■ 文/侯 俊，林伟清，彭国勋

（1.无锡市正新和包装技术有限公司，江苏 无锡 214026；2.陕西科技大学，陕西 西安 710016）

0 引言

根据德国《HPE Packing guidelines-2010，2nd revised edition》的规定，产品在物流配送过程中所受到的冲击加速度因运输方式和运动方向的不同而有差异（见表1）。空运的物资在飞机着陆瞬间会受到比陆运和水运大得多的冲击力。

表1 物流运输包装的冲击加速度*

当客户没有提出物流配送时间要求时，可按照公路、铁路或水运的常规物流条件设计包装，一般都是按表1所示的冲击加速度选用向前、向后、侧向等方向的加速度与垂直方向的加速度值空间矢量的合成值，计算各方向的动态惯性力。根据各方向的动态惯性力大小，设计内装物在框架木箱底座上的固定结构，而最简单的方法就是按受力大小选用地脚螺栓[1]。

1 框架木箱的智能设计

对于重量在700～60 000 kg之间的内装物，一般采用国内外标准规定的框架木箱作为外包装。一个熟悉国内外框架木箱标准的技术人员，完成其物料清单、工艺单、物耗单、核价单等的计算和三维图设计，大约需要一个星期。若利用根据亚洲标准开发的框架木箱的智能设计软件（以下简称“智能设计软件”）完成上述工作，只需不到5 min，极大地提高了设计效率和重量。例如，无锡市某企业生产的1 030 kW/1287.5 kVA的永磁发电机（Permanent Magnetic Generator，PMG），机组尺寸为5 000 mm×1 830 mm×2 400 mm、重量为9 850 kg，利用智能设计软件不仅可以构建三维爆炸图（见图1），输出标准的工程装配图和零件图等，还能计算得到构件尺寸（见表2）。

表2 常规物流条件下1 030 kW发电机的框架木箱构件尺寸

图1 常规物流条件下1 030 kW发电机的框架木箱设计图

当客户要求用空运方式配送1 030 kW发电机时，若仍然采用上述尺寸的框架木箱进行包装，则位于框架木箱底座的构件会受损，必须按照表1所示的空运的动态垂直载荷4 g（1 g＋3 g）重新设计框架木箱。设计结果如表3所示。

表3 空运物流条件下1 030 kW发电机的框架木箱构件尺

由此可见，主要受力构件尺寸都变厚了，木材的材积由2.064 2 m3变成3.445 4 m3，增加了约1.669倍。

2 包装件空运物流条件下的缓冲包装设计

当客户只要求用常规物流方式配送1 030 kW发电机时，可参考国际安全运输协会标准《ISTA 3A》规定的跌落高度100 mm进行设计。利用美国军标等标准开发的缓冲包装智能设计软件，按能量法计算缓冲材料的动态缓冲性能，可表示为指数关系Yi=Aiexp（BiXi），其中动应力Yi=GiS与冲击动能Xi=SH/T，Gi为产品第i次跌落的冲击加速度，S为静应力，H为跌落高度，T缓冲垫厚度。考虑到框架木箱木底座有一定的缓冲性能，跌落时的冲击加速度小于发电机的脆值[2]。常规物流方式配送方式下的缓冲分析结果如图2所示，冲击加速度小于产品脆值，所以常规物流方式配送物流是安全的。

图2 常规物流方式配送下发电机框架木箱包装的跌落缓冲分析结果

当客户要求用空运方式配送1 030 kW发电机时，若仍然采用上述尺寸的框架木箱进行包装，则发电机因着陆时的冲击加速度远远超过发电机的冲击脆值100 g而受损。根据GJB 67.4—85《军用飞机强度和刚度规范 地面载荷》的规定，飞机着陆时的下沉速度为3 m/s，正常着陆时应在离地面0.5 m的高度完成飞机拉平，飘落高度不超过1 m；粗暴着陆时飘落高度不超过2 m。为保证足够的可靠性，设计缓冲包装时假定平均飘落高度为1 m，相应的飞机着陆时的下沉速度为1.5 m/s。不计起落架的缓冲作用，在底座上添加厚度为600 mm的EPE600，得到图3所示的分析设计结果，可以保证空中运输安全。

图3 空运物流方式配送下发电机框架木箱包装的跌落缓冲分析结果

3 包装件空运物流条件下的防磁包装设计

当空运货物含有磁性材料部件时，为防止航空器仪表特别是罗盘仪表受到干扰，托运人应当按照下列方式对磁性材料进行包装。

（1）磁控管和照度计等仪器、装置的相反磁极必须相对放置。

（2）永磁体材料必须加装保磁性衔铁或者进行屏蔽，以防磁场造成罗盘仪表偏差。

（3）磁性材料的每一包装件必须按照国际航空运输协会《危险品规则》第七章的规定正确标记和标贴。

（4）在货物托运前，按照国际航空运输协会守则902（International Air Transport Association，IATA），将磁性材料视为第9类危险材料。空运出货时，必须按照空运IATA 规定，若距离2.1 m，则防磁包装表面的最大磁场感应强度为200 nT。

对于永磁发电机，若未作防磁包装，则其表面磁场感应强度一般为1 237 nT。

防磁包装屏蔽体厚度估算可用以下公式：

式中：t表示屏蔽体厚度，A表示衰减量（相对值），d表示屏蔽体直径（当屏蔽体为矩形时是指最长边的尺寸），μ表示材料的磁导率。

对于1 030 kW永磁发电机防磁包装，选用坡莫合金作为防磁材料，其磁导率μ为9 000 H/m，选屏蔽体厚度t为3.5 mm、屏蔽体直径d为5 000 mm，可得屏蔽体的衰减量Ac=tμ/d=3.5×9 000/5 000=6.3，满足A＝1 237/200＝6.185＜Ac的要求。

由此，空运时的1 030 kW永磁发电机防磁包装，可采用2型框架木箱，并且将其侧面、端面、顶盖和底板的人造板箱板换成3.5 mm的坡莫合金板，再用木螺丝固定在木框架结构上即可。

4 结语

按常规物流环境条件设计的框架木箱，动载荷增大了4倍，不能满足空运物流环境条件的要求，需要设计更坚固的框架木箱。由于空运着陆时的平均飘落高度为1 000 mm，远远达不到常规物流条件下的100 mm标准，框架木箱底座的缓冲性能不能满足缓冲设计的要求，需要另行增加泡沫塑料等缓冲性能更好的缓冲垫，以确保产品不会因着陆冲击而受损。当空运货物含有磁性材料部件时，应根据国际航空国际航空运输守则902（International Air Transport Association ，IATA）规定的磁性货物被列为第 9 类危险品的要求进行设计，防止磁性材料部件对航空器仪表特别是罗盘仪表受到干扰，影响运输安全。