CN114229234B - 一种模块化通用缓冲衬垫及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化通用缓冲衬垫及设计方法，包括若干个缓冲单元，相邻缓冲单元之间设有易撕线，每个所述缓冲单元上排列有缓冲胞元，同一缓冲单元中设有高度、边长各异的若干个缓冲胞元，这些缓冲胞元在同一个缓冲单元内对称设置。本发明利用管状结构的能量吸收理论，所设计的缓冲衬垫有三个等级，能够覆盖大部分脆值的产品，大大提高了包装衬垫的通用程度，降低了经济成本。

Description

一种模块化通用缓冲衬垫及设计方法

技术领域

本发明涉及电商物流防护品技术领域，尤其是一种模块化通用缓冲衬垫及设计方法。

背景技术

随着物联网技术及物流行业的发展，电子商务不断壮大，产品在电商物流过程中极易发生冲击损伤。因此，对电商产品进行有效的二次包装防护极为重要。

然而电商产品种类繁多，不同产品的尺寸、重量、防护需求，也就是脆值各不相同，商家通常需要为不同的产品准备多种规格的包装衬垫，这为缓冲衬垫的设计带来了困扰。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的模块化通用缓冲衬垫及设计方法，在常规的衬垫基础上增设了不同规格的缓冲胞元，缓冲胞元在坍缩过程中能够吸收产品跌落时的冲击能量，从而适用于多种规格的产品。

本发明所采用的技术方案如下：

一种模块化通用缓冲衬垫，包括若干个缓冲单元，相邻缓冲单元之间设有易撕线，

每个所述缓冲单元上排列有缓冲胞元，同一缓冲单元中设有高度、边长各异的若干个缓冲胞元，这些缓冲胞元在同一个缓冲单元内对称设置。

一个缓冲单元的中点处设有基准胞元，在基准胞元的周围线性阵列胞元组。

所述胞元组包括第一胞元和第二胞元，所述第一胞元的边长大于其高度；第二胞元的边长小于或等于其高度。

所述基准胞元的边长大于第一胞元、第二胞元的边长，基准胞元的高度小于或等于第一胞元、第二胞元的高度。

所述第一胞元、第二胞元间隔设置。

所述缓冲胞元采用中空结构。

所述缓冲胞元的高度随缓冲胞元的边长增大而减小。

一种设计模块化通用缓冲衬垫的方法，包括如下步骤：

一、调研阶段：对各类电子产品的规格和防护需求进行调研，将各类电子产品的体积、质量划分为若干等级，每个等级对应若干个脆值区间；根据各等级产品的最大质量、各等级的各个脆值区间的最小脆值，得到最大冲击力；根据各等级产品的最大质量以及预期跌落高度，得到最大冲击能量；

二、计算阶段：

基于管状结构的能量吸收理论，计算如下参数：

缓冲胞元边长和壁厚的计算：确定材料；再根据最大冲击力，结合管状结构平均压溃力的表征模型，获得管状结构的边长和壁厚；根据最小缓冲胞元在缓冲单元上的排列数量将计算得到的边长均分至各个缓冲胞元；

缓冲胞元高度的计算：根据管状结构有效压缩行程与平均压溃力的乘积，获得管状结构在有效压缩行程内所吸收的能量，结合最大冲击能量，得到各个缓冲胞元的高度；

三、根据选定材料的拉伸屈服强度和压缩屈服强度，根据上述计算结构，对应获得各等级产品对应的缓冲胞元壁厚、边长及高度尺寸。

作为上述技术方案的进一步改进：

计算缓冲胞元中尺寸最大的一个边长和壁厚的过程中，该缓冲胞元的平均压溃力需减去其它缓冲胞元的平均压溃力之和。

在计算高度最小的缓冲胞元高度时，需在计算所得的缓冲胞元高度下加上其它所有缓冲胞元的高度之和。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过计算设计缓冲胞元的边长、壁厚和高度，获得三个等级的模块化通用缓冲衬垫，能够分别用于包裹三种典型产品：手机、单反相机和笔记本电脑。这三种典型产品分别代表了典型脆值区间的产品，使用时，根据一级包装的尺寸沿易撕线裁剪适当尺寸的缓冲衬垫，将其完整包裹产品，缓冲胞元朝外，然后再放入纸箱进行包装，从而快速、便捷地完成各类产品的二次缓冲包装。

本发明利用管状结构的能量吸收理论，所设计的缓冲衬垫有三个等级，能够覆盖大部分脆值的产品，大大提高了包装衬垫的通用程度，降低了经济成本。

附图说明

图1为本发明的缓冲衬垫展开图。

图2为本发明的一个缓冲单元结构示意图。

图3为本发明的一个缓冲单元剖视图用于体现管状结构。

图4为本发明的缓冲衬垫包裹手机的结构示意图。

图5为本发明的缓冲衬垫包裹单反相机的结构示意图。

图6为本发明的缓冲衬垫包裹笔记本的结构示意图。

其中：1、缓冲单元；2、易撕线；3、缓冲胞元；

301、基准胞元；302、第一胞元；303、第二胞元。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图6所示，本实施例的模块化通用缓冲衬垫，包括若干个缓冲单元1，相邻缓冲单元1之间设有易撕线2，

每个缓冲单元1上排列有缓冲胞元3，同一缓冲单元1中设有高度、边长各异的若干个缓冲胞元3，这些缓冲胞元3在同一个缓冲单元1内对称设置。

一个缓冲单元1的中点处设有基准胞元301，在基准胞元301的周围线性阵列胞元组。

胞元组包括第一胞元302和第二胞元303，第一胞元302的边长大于其高度；第二胞元303的边长小于或等于其高度。

基准胞元301的边长大于第一胞元302、第二胞元303的边长，基准胞元301的高度小于或等于第一胞元302、第二胞元303的高度。

第一胞元302、第二胞元303间隔设置。

缓冲胞元3采用中空结构。

缓冲胞元3的高度随缓冲胞元3的边长增大而减小。

本实施例的设计模块化通用缓冲衬垫的方法，包括如下步骤：

一、调研阶段：对各类电子产品的规格和防护需求进行调研，将各类电子产品的体积、质量划分为若干等级，每个等级对应若干个脆值区间；根据各等级产品的最大质量、各等级的各个脆值区间的最小脆值，得到最大冲击力；根据各等级产品的最大质量以及预期跌落高度，得到最大冲击能量；

二、计算阶段：

基于管状结构的能量吸收理论，计算如下参数：

缓冲胞元3边长和壁厚的计算：确定材料；再根据最大冲击力，结合管状结构平均压溃力的表征模型，获得管状结构的边长和壁厚；根据最小缓冲胞元3在缓冲单元1上的排列数量将计算得到的边长均分至各个缓冲胞元3；

缓冲胞元3高度的计算：根据管状结构有效压缩行程与平均压溃力的乘积，获得管状结构在有效压缩行程内所吸收的能量，结合最大冲击能量，得到各个缓冲胞元3的高度；

三、根据选定材料的拉伸屈服强度和压缩屈服强度，根据上述计算结构，对应获得各等级产品对应的缓冲胞元3壁厚、边长及高度尺寸。

计算缓冲胞元3中尺寸最大的一个边长和壁厚的过程中，该缓冲胞元3的平均压溃力需减去其它缓冲胞元3的平均压溃力之和。

在计算高度最小的缓冲胞元3高度时，需在计算所得的缓冲胞元3高度下加上其它所有缓冲胞元3的高度之和。

本实施例的具体结构及设计原理如下：

如图1-图3所示，为本发明的缓冲衬垫结构示意图，图1为整张缓冲衬垫的展开图，一张缓冲衬垫由若干个缓冲单元组成，每个缓冲单元的结构如图2和图3所示，包括了若干个缓冲胞元，每个缓冲胞元如图3，为中空的管状结构。

一个缓冲单元中心设有基准胞元，在基准胞元四周呈正方形围设有第一胞元和第二胞元。第二胞元位于正方形排列的四个顶点处，相邻两个第二胞元之间设有两个第一胞元。其中，基准胞元的边长最长，第一胞元的边长最小，第二胞元的边长介于第一胞元和基准胞元之间。

每个缓冲胞元的高度由缓冲胞元的边长和壁厚决定，边长越长，高度越低。

具体的计算方式如下：

先对中小型电子产品的规格和防护需求进行调研，获得表1所示的分级表。

表1中小型电子产品分级表

分级表中，根据产品体积和质量，将中小型电子产品分为三个等级，每个等级对应三个不同的脆值区间。

考虑到同类产品的表观密度接近，因此产品的体积和质量之间存在一定对应关系，本实施例中，按照产品体积、质量成正比的关系进行归类得到表1。

根据不同等级产品的最大质量以及每个等级下的各个脆值区间内的最小脆值，得到不同产品能够承受的最大冲击力；根据不同等级产品的最大质量以及可能跌落高度，得到不同产品跌落过程中的最大冲击能量。计算得到等级Ⅰ涉及的三类产品能承受的最大冲击力分别为144.2N、418.9N和624.9N，最大冲击能量为5.49J；等级Ⅱ涉及的三类产品能承受的最大冲击力分别为329.6N、957.4N和1428.3N，最大冲击能量为12.6J；等级Ⅲ涉及的三类产品能承受的最大冲击力分别为618.0N、1795.2N和2678.1N，最大冲击能量为23.54J。

根据管状结构的能量吸收理论，管状结构的平均压溃力应等于产品承受的最大冲击力，而管状结构在有效压缩行程内够吸收的能量应当等于最大冲击能量。基于上述基本原则和根据下述方法计算缓冲胞元边长、壁厚和高度。

(1)缓冲胞元边长和壁厚的计算。

先计算最小缓冲胞元的边长和壁厚。根据上述计算得到的最大冲击力结合管状结构平均压溃力的表征模型；不同材料的管状结构平均压溃力表征模型略有不同，若采用纸质材料可参考廉晓根获得的基于典型折叠机制提出的纸管轴向压缩下的平均压溃力理论预测模型；在材料确定的情况下可得到管状结构的边长和壁厚。本实施例中采用纸质作为缓冲单元材料。由于壁厚对边长的影响极为显著，极小的壁厚变化便会引起极大的边长变化。因此，选用较为合理尺寸作为缓冲胞元的壁厚和边长，如表2中参数。再根据最小缓冲胞元在缓冲单元上的排列数量将计算得到的边长均分至各个缓冲胞元。均分的具体操作为：例如一个缓冲胞元的边长为10单位，如果有5个缓冲单元，则每个缓冲胞元的边长为2单位。由于胞元之间采用并联结构，也就是缓冲胞元之间管状结构的腔室相互连通，当较小缓冲胞元压溃至较大缓冲胞元时，较大缓冲胞元之上的所有缓冲胞元将共同完成能量吸收。因此，在计算较大缓冲胞元壁厚和边长时，此缓冲胞元平均压溃力需减去之前所有缓冲胞元的平均压溃力之和。

(2)缓冲胞元高度的计算。

先计算最大缓冲胞元的高度。根据管状结构有效压缩行程与平均压溃力的乘积，获得管状结构在有效压缩行程内够吸收的能量，结合最大冲击能量得到不同缓冲胞元的高度。由于胞元之间采用并联结构，较小胞元需要在压溃至较大胞元前吸收所有冲击能量，因此，在计算较小胞元高度时需要在就算得到的胞元高度下加上之前所有胞元的高度之和。

本实施例选用拉伸屈服强度和压缩屈服强度分别为14.92MPa和2.32MPa的纸作为材料，根据上述计算可得到表2所示各等级产品对应的缓冲胞元的壁厚、边长及高度尺寸。

表2缓冲胞元尺寸/mm

采用上述设计获得三个等级的模块化通用缓冲衬垫，分别包裹三种典型产品：手机、单反相机和笔记本电脑。根据一级包装的尺寸沿易撕线裁剪适当尺寸的缓冲衬垫，将其完整包裹产品，如图4-图6所示，图4包裹手机，图5包裹单反相机，图6包裹笔记本电脑；再将其放入纸箱内封装，便可快速、便捷地完成各类产品的电商二次缓冲包装。

本发明适用范围广，通用程度高，能够有效降低包装成本。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (2)

1.一种模块化通用缓冲衬垫，其特征在于：包括若干个缓冲单元(1)，相邻缓冲单元(1)之间设有易撕线(2)，

每个所述缓冲单元(1)上排列有缓冲胞元(3)，同一缓冲单元(1)中设有高度、边长各异的若干个缓冲胞元(3)，这些缓冲胞元(3)在同一个缓冲单元(1)内中心对称设置，

一个缓冲单元(1)的中点处设有基准胞元(301)，在基准胞元(301)的周围线性阵列胞元组，

所述胞元组包括第一胞元(302)和第二胞元(303)，所述第一胞元(302)的边长小于其高度；第二胞元(303)的边长小于或等于其高度，

所述基准胞元(301)的边长大于第一胞元(302)、第二胞元(303)的边长，基准胞元(301)的高度小于或等于第一胞元(302)、第二胞元(303)的高度，

所述缓冲胞元(3)采用中空结构，

所述缓冲胞元(3)的高度随缓冲胞元(3)的边长增大而减小。

2.如权利要求1所述的一种模块化通用缓冲衬垫，其特征在于：所述第一胞元(302)、第二胞元(303)间隔设置。