孫杰華，蔣明明，趙西友

中件空投托盤緩沖包裝設(shè)計

孫杰華1，蔣明明2，趙西友2

（1.桂林旅游學(xué)院，廣西 桂林 541006；2.空降兵訓(xùn)練基地，廣西 桂林 541003）

解決現(xiàn)役中件空投無緩沖、貨臺空投成本高等問題。在保證中件空投托盤和運輸機具有良好的空投適應(yīng)性和匹配性的基礎(chǔ)上，以托盤的緩沖功能為核心，設(shè)計托盤的框架結(jié)構(gòu)。確定托盤的主要材料，設(shè)計具有一定緩沖功能、效費比較高的中件空投托盤。以厚度為50 mm的邊8蜂窩紙板緩沖墊為例計算，當(dāng)承載質(zhì)量為500 kg空投物資時，需要厚度為143 mm的蜂窩紙板緩沖墊。計算結(jié)果表明，中件空投托盤的緩沖材料選擇合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計正確，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的目的。設(shè)計的中件空投托盤具有儲運方便、裝機簡單、吸能緩沖、成本低廉等特點，為中件空投系統(tǒng)的改進和空投貨臺的設(shè)計提供了一種思路。

中件空投；托盤；緩沖

在傳統(tǒng)小件和中件空投系統(tǒng)中，通過捆吊系統(tǒng)把貨臺、空投物資和降落傘連成一個整體[1]。在空投過程中，貨臺需要承受巨大的開傘過載和落地沖擊力。傳統(tǒng)貨臺的強度較高、重量較大[2-6]，且沒有采取緩沖措施，存在2種弊端：對貨臺材料強度要求高，加工難度大；緩沖功能較差，為了保證空投系統(tǒng)以較小的速度降落，減小落地沖擊力，因此降落傘面積必須足夠大，這樣增加了空投的成本。由此可見，設(shè)計一種具有緩沖功能的中件空投托盤很有必要，既能通過托盤的緩沖性能保護空投物資安全，又能降低降落傘和托盤的設(shè)計要求，從而降低整個空投系統(tǒng)的成本，提高效費比。

1 設(shè)計思路

將中件空投托盤與運輸機和機上空投設(shè)備配套使用，應(yīng)適用于現(xiàn)役中型運輸機雙路重力空投方式，必須滿足儲存、運輸和裝卸等基本功能，且易于加工、成本低。很顯然，新設(shè)計的中件空投托盤應(yīng)改變傳統(tǒng)貨臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇，傳統(tǒng)小件和中件空投系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實際使用情況如圖1—3所示。

圖1 小件空投托盤

圖2 中件空投托盤

圖3 中件空投集裝箱

以落地速度16 m/s、額定載質(zhì)量500 kg和通用標(biāo)準(zhǔn)尺寸1 200 mm×1 200 mm×110 mm作為基本性能指標(biāo)。通過對中件空投系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)托盤不承受開傘過載，以結(jié)構(gòu)強度好、成本低廉、輕質(zhì)環(huán)保的紙質(zhì)材料作為主要緩沖材料設(shè)計中件空投托盤[2,7-9]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

中件空投托盤由底板、紙方管、面板、蜂窩紙板緩沖墊、導(dǎo)向輪和捆吊連接環(huán)等部分組成。設(shè)計成雙向進叉結(jié)構(gòu)，具有捆綁、裝卸、存儲、轉(zhuǎn)運、空投和著陸緩沖等功能。設(shè)計導(dǎo)向輪與載機艙內(nèi)側(cè)導(dǎo)板交聯(lián)，見圖4。捆吊連接環(huán)與穿過載物囊（或載物網(wǎng)）的捆吊帶配合使用，將托盤與載物囊（或載物網(wǎng)）連接固定。

圖4 托盤裝機狀態(tài)

中件空投托盤的結(jié)構(gòu)見圖5，紙方管配裝導(dǎo)向輪安裝見圖6。

2.1 底板

底板采用優(yōu)質(zhì)的膠合板。底板與載機艙內(nèi)導(dǎo)軌上的滾棒系統(tǒng)交聯(lián)，是重要的承壓部分。膠合板為可降解的環(huán)保材料。

2.2 紙方管

紙方管共有4根，布置在兩邊和中間，為托盤的骨架結(jié)構(gòu)。通過膠黏劑和捆吊連接環(huán)把底板、面板連接牢固，以對托盤起到整體支撐作用，具有一定的承壓能力和緩沖作用。4根紙方管的布置符合聯(lián)運托盤叉車叉位標(biāo)準(zhǔn)，方便從托盤雙向叉移轉(zhuǎn)運。

圖5 中件空投托盤結(jié)構(gòu)

圖6 紙方管配裝導(dǎo)向輪

2.3 面板

面板采用蜂窩紙板（30 mm，邊4工業(yè)紙板），四周采用U型紙槽包邊粘合而成，這樣既具有承壓作用又有緩沖作用。面板是起到緩沖作用的重要組成部分。

2.4 蜂窩紙板緩沖墊

蜂窩紙板緩沖墊采用50 mm邊4工業(yè)紙板，將其平鋪于托盤面板上面，四周用捆吊連接環(huán)卡位限制。緩沖墊是起到緩沖作用的主要部分，所用層數(shù)可根據(jù)空投物資進行調(diào)整。

2.5 導(dǎo)向輪

導(dǎo)向輪設(shè)計成可伸縮式，一是為了使托盤尺寸符合國軍標(biāo)要求；二是方便儲存、運輸。當(dāng)儲存和運輸時，導(dǎo)向輪收進托盤的紙方管內(nèi)，空投時從紙方管內(nèi)拉出導(dǎo)向輪，實現(xiàn)托盤與載機艙內(nèi)側(cè)導(dǎo)板系統(tǒng)的交聯(lián)，見圖7。

圖7 導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)

2.6 捆吊連接環(huán)

由金屬制作的12個捆吊連接環(huán)沿托盤四周均勻分布，并穿過底板、紙方管、面板，是實現(xiàn)托盤與載物囊（載物網(wǎng)）連接的關(guān)鍵部件，其只承受中件空投托盤的開傘過載，而不承受空投物資的開傘過載。

3 承壓和緩沖性能計算

根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)思想，將托盤作為離機部件，在著陸時起緩沖作用，不承受空投物資的開傘動載，故不考慮托盤的抗彎剛度，僅計算著陸時托盤的承壓和蜂窩紙板墊的緩沖性能。

3.1 托盤的承壓計算

計算模型見圖8，托盤穩(wěn)定著陸時其底板首先接觸地面，承受地面的反作用力，然后把反作用力傳遞給紙方管縱梁，紙方管又把力傳遞給托盤的面板，面板再把力傳遞給上層蜂窩紙板緩沖墊。在傳遞過程中，受力主要集中在紙方管與紙方管的接觸面上，因此，承壓計算也就是比較蜂窩紙板的平壓強度與所受到的應(yīng)力[10-14]。

圖8 托盤承壓計算模型示意

最大載質(zhì)量=500 kg，接觸面積為5 280 cm2，則面板應(yīng)力的計算見式（1）。

作為緩沖用的蜂窩紙板的最小平壓強度不小于200 kPa，故著陸瞬間面板上的蜂窩紙板不會壓壞。根據(jù)撓度相應(yīng)公式計算可知，當(dāng)載質(zhì)量為500 kg時，蜂窩紙板變形撓度不超過5.3 mm。

3.2 蜂窩紙板墊緩沖性能計算

3.2.1 相當(dāng)?shù)涓叨鹊挠嬎?/p>

空投物與托盤的初速0=0；落地速度=16 m/s；重力加速度=9.8 m/s2；等效跌落高度的計算見式（2）。

3.2.2 空投物脆值的確定

空投物資為食品、糧食、油料等不易碎物品，目前尚沒有關(guān)于此類物品的脆值資料，但參考已有物品的脆值，可認(rèn)為此類物品的脆值大于150，可取180～200。

3.2.3 蜂窩紙板緩沖系數(shù)的確定

擬用厚度為50 mm的蜂窩紙板，蜂窩孔邊長為8 mm，面紙選擇定量為200 g/m2的?？垼炯堖x擇定量為100 g/m2的瓦楞原紙。蜂窩紙板密度的計算見式（3）。

計算得到所用蜂窩紙板的密度為0.034 g/cm3，對照《蜂窩紙板規(guī)范》可知，計算結(jié)果符合緩沖性能要求。

計算空投物的動應(yīng)力：500 kg的空投物資用1 200 mm×1 200 mm托盤裝載的承載面積=1.44 m2。動應(yīng)力計算見式（4）。

式中：為空投物的脆值。當(dāng)空投物質(zhì)量為500 kg時，動應(yīng)力m≈681 kPa。

查找蜂窩紙板動應(yīng)力-緩沖系數(shù)曲線[15-17]（見圖9），其對應(yīng)的緩沖系數(shù)為2.1～2.3，對上述空投狀態(tài)可取=2.2。

圖9 動應(yīng)力-緩沖系數(shù)曲線

3.2.4 蜂窩紙板緩沖墊厚度計算

蜂窩紙板緩沖墊厚度的計算見式（5）[8,18-19]。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，緩沖材料的各項性能是設(shè)計緩沖包裝件的重要依據(jù)。根據(jù)中件空投托盤既要具備托盤自身結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性，又要具備一定的著陸抗沖擊性能要求，在材料選擇上必須考慮上、下面板和中間層的功能需求，使用性能互補、滿足需求的包裝材料，使其既能抗沖擊，又具有緩沖作用，防止空投物資發(fā)生毀損，保證其正常使用。由此可見，根據(jù)托盤結(jié)構(gòu)遴選性能優(yōu)異的緩沖材料至關(guān)重要。

4 結(jié)語

中件空投系統(tǒng)的設(shè)計比較復(fù)雜，需要考慮的因素很多。托盤或貨臺是其中的一部分。文中以中件空投系統(tǒng)的托盤為對象，對托盤的結(jié)構(gòu)和材料選擇進行了設(shè)計，通過計算驗證了設(shè)計的可行性，為后勤物資空投托盤（或貨臺）提供了較好的緩沖包裝設(shè)計方法。

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Design of Middle Airdrop Pallets Buffer Packaging

SUN Jie-hua1, JIANG Ming-ming2, ZHAO Xi-you2

(1.Guilin Tourism University, Guangxi Guilin 541006, China; 2.Airborne Training Base, Guangxi Guilin 541003, China)

The work aims to solve the problem of no buffer and high cost of existing middle airdrop platform. On the basis of ensuring the good adaptability and matching between the middle airdrop pallet and the transport plane, the frame structure of the pallet was designed with the buttering function of pallet as the core. The main material of the pallet was determined, and the middle airdrop pallet with certain buffering function and high efficiency cost ratio was designed. An edge 8 honeycomb paperboard with a thickness of 50 mm was used as the cushion. When carrying the dynamic stress generated by 500 kg airdrop materials, a honeycomb paperboard cushion with a thickness of 143 mm should be used for buffering. The calculation results showed that the cushioning material selected was reasonable and the structure design was correct, which can realize the design purpose. The middle airdrop pallet designed has the characteristics of convenient storage and transportation, simple installation, energy absorption and buffering, low cost, etc., which provides a way of thinking for the improvement of middle airdrop system and the design of airdrop platform.

middle airdrop part; pallet; buffer

TB485.1

A

1001-3563(2022)07-0154-06

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.019

2021-07-11

后勤技術(shù)革新項目（CKJ20C025）

孫杰華（1985—），女，講師，主要研究方向為應(yīng)用數(shù)學(xué)。

蔣明明（1983—），男，講師，主要研究方向為空降空投。

責(zé)任編輯：彭颋