權(quán)江坤 梁遙 鄒春龍

摘 要：隨著網(wǎng)購需求量陡增，快遞包裝量快速增長，由快遞包裝引起的環(huán)保問題也日益凸顯。當(dāng)前解決方案多采用材料可降解的包裝產(chǎn)品或規(guī)范包裝尺寸，而缺少包裝袋重復(fù)利用的可行方案。文章設(shè)計了一種新型包裝袋，用于中小型快遞，通過一次按壓鎖止頂蓋實現(xiàn)包裝袋的機(jī)械鎖緊，并通過掃碼解鎖，有效減少過度包裝，可操作性和安全性較強，易于快速推廣

關(guān)鍵詞：中小型快遞;重復(fù)利用：機(jī)械鎖緊：包裝袋

中圖法分類號：TB48文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

１ 引言

近年來，電子商務(wù)等數(shù)字經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)的創(chuàng)新發(fā)展帶動了我國快遞包裹數(shù)量的持續(xù)增長，２０２１ 年全年，我國快遞業(yè)務(wù)量達(dá)１ ０８３ 億件，同比增長２９．９％［１］ ，包裹數(shù)量占全球一半以上。據(jù)估算，我國快遞業(yè)每年消耗的各種包裝產(chǎn)品可布滿近２０ 萬個標(biāo)準(zhǔn)足球場，膠帶用量近１７０ 億ｍ［２］ ，并與快遞業(yè)務(wù)量呈同步快速增長趨勢，對日常生活和生態(tài)環(huán)境造成的影響已不容忽視。大多數(shù)在用的解決方案涉及可降解包裝材料的使用以及規(guī)范包裝以減少快遞過度包裝方面。在國家大力推廣快遞分類合理包裝的當(dāng)下，本文設(shè)計了一款利用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖緊且針對中小型快遞可以重復(fù)利用的便捷環(huán)保包裝袋。

２ 快遞包裝袋整體方案設(shè)計

本設(shè)計主要是由鎖緊打包機(jī)構(gòu)、包裝袋主體、包裝袋頂蓋和打包帶組成，設(shè)計示意圖如圖１ 所示。

裝袋在開鎖時，鎖緊打包機(jī)構(gòu)鎖松，從里面抽出打包帶，打開包裝袋頂蓋并取出物品，快遞員對其進(jìn)行回收。第二次使用時將物品放入后，蓋上頂蓋，將打包帶穿入鎖緊裝置，最后對鎖緊裝置進(jìn)行按壓完成打包。

３ 打包袋鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖２ 所示，快遞包裝袋主要分為鎖緊狀態(tài)和解鎖狀態(tài)。若１ 號件（打包帶）處于束縛狀態(tài)，整個包裝袋就保持鎖緊狀態(tài)。打包帶束縛與否是通過按壓或者回彈２ 號件（鎖止頂蓋）控制，然后帶動３ 號件（壓蓋一體頂柱）上下往復(fù)移動，從而實現(xiàn)鎖緊和解鎖。

３．１ 打包袋鎖緊功能設(shè)計

打包袋鎖緊過程：按下３ 號件（鎖止頂蓋），兩側(cè)１ 號件（頂針）卡在３ 號件（鎖止壓蓋）凹槽處，使鎖止壓蓋連接一體的頂柱將打包帶壓緊，防止打包帶滑出，使包裝袋處于鎖緊狀態(tài)。如圖３ 所示。

３．２ 打包袋開鎖及回收

打包袋解鎖過程：掃碼通過指令→電磁鐵通電→頂針吸出→鎖止壓蓋回彈，帶動鎖止壓蓋連接一體的頂柱回彈，將打包帶松開，使包裝袋處于解鎖狀態(tài)。如圖４ 所示。

取件人在取件時，用特定的取件器掃描鎖止壓蓋上的二維碼和條形碼獲取解鎖數(shù)據(jù)，使電磁鐵產(chǎn)生相應(yīng)的磁力，通過磁力帶動兩側(cè)的頂針移動至平衡位置，此時彈簧再推動鎖止壓蓋上移，鎖止壓蓋上的頂柱松開，使打包帶處于松開狀態(tài)，鎖緊模塊解鎖，快遞員將裝置回收以便再利用。

４ 鎖芯頂針強度校核

當(dāng)鎖止壓蓋連接的彈簧處于下壓狀態(tài)時，整個機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)，依靠鎖芯頂針對鎖止壓蓋內(nèi)凹處的接觸，卡住鎖止壓蓋并維持鎖緊狀態(tài)。鎖芯頂針是整個包裝袋的主要受力部件。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國中小型快遞質(zhì)量一般在１０ ｋｇ以內(nèi)。從金屬耐用性［３］ 等方面考慮，頂針選用Ａｌ?Ｚｎ?Ｍｇ 合金最為合適， 其最大許用應(yīng)力［ σ ］ 為６００ＭＰａ［４～５］ 。受力處為圓形截面，由式（１）求出其所受最大切應(yīng)力。

其中，Ｆ 為截面處所受剪力，Ｒ 為截面半徑。

根據(jù)第三強度理論，由式（２）求出其相當(dāng)應(yīng)力。

其中，σ 為頂針?biāo)苷龖?yīng)力０ ＭＰａ，τ 為頂針?biāo)芮袘?yīng)力。

在１０ ｋｇ 載荷的作用下，對頂針進(jìn)行整體受力分析，如圖５ 所示。其最大應(yīng)力２８２ ＭＰａ ＜ ［ σ ］ ＝６００ ＭＰａ，計算出應(yīng)力為３６０．２ ＭＰａ＜［σ］ ＝６００ ＭＰａ。鎖芯頂針零件和材料可以滿足裝置中小型包裝工作要求。

５ 結(jié)束語

本文設(shè)計的快遞包裝袋在擁有可重復(fù)利用特點的同時，還擁有快捷鎖緊的特點，使其重復(fù)利用更加便捷。這些特點有助于對其進(jìn)行快速推廣［６～７］ ，為中小型快遞的包裝環(huán)保問題提供切實可行的設(shè)計方案。

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作者簡介：

權(quán)江坤（２００１—），本科，研究方向：精密測量技術(shù)。

梁遙（２００１—），本科，研究方向：精密測量技術(shù)。

鄒春龍（１９８８—），講師，研究方向：精密測量技術(shù)（通信作者）。