包装件模拟运输旋转振动测试的标准解读及应用分析

本科毕业论文 时间:2018-05-03 我要投稿

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摘 要:通过对标准ASTM D999中的旋转振动测试、ASTM D4169 标准中的程序F松散载荷振动、ISTA标准中的固定位移振动试验和GB/T 4857.7-2005标准中的定位移法这四个标准的分析与综合,探讨包装件模拟运输旋转振动测试的原理、设备要求和程序过程,得出包装件模拟运输旋转振动测试在包装测试中的应用,为模拟运输旋转振动台奠定了理论基础。

  关键词:包装运输 模拟 旋转振动 固定位移振动 标准

  在包装运输过程中,包装运输、配送和包装处理是最关键的因素。而运输包装测试根据产品的特点与实际的运输环境,通过实验室的模拟环境,对包装件进行检测和试验,进而通过改进产品的包装特性、结构设计和包装方式以及使用材料,使产品包装达到要求[1]。

  评估运输包装件在实际使用中表现的一个简单、快捷、有效且低廉的方法是通过在实验室中进行模拟测试。通过测试的包装,可以保证达到使用稳定性、环保性、循环利用性等指标的要求。机械试验在运输包装测试中处于核心地位,在运输过程中,车载设备会受到多种机械环境条件的影响,主要为振动、冲击、静负荷、倾斜摇摆、稳态加速度、装卸作业中的自由跌落等,其中振动和冲击是最主要的因素[2]。

  而振动测试可以用来检测运输包装件的强度及对内装产品的保护能力,主要是通过在包装运输过程中承受外来振动或自身振动,达到预定的寿命和可靠性的能力[3]。

  振动测试包括正弦振动、周期性振动、随机振动和颠簸等几种运动形式,但是在实际运输过程,包装件与包装件和装置之间会经历弹跳、移动、碰撞这几个过程[4]。包装件承受的是重复随机冲击环境,这种严酷的机械环境会导致包装箱和包装件损坏,填充在包装箱的缓冲材料性能退化,甚至会松开包装箱,破坏填充层,使之暴露于大气环境下[5]。

  在包装运输测试过程中包装件会发生旋转振动、碰撞和冲击等,而包装运输件在运输过程中部分产生的振动与运输工具、装载方式、路况等因素有关[6]。目前,运输包装件旋转振动(固定位移振动试验)的标准有美国材料与试验协会标准ASTM D999、ASTM D4169、国际安全运输协会ISTA标准和G B/T 4857.7-2005包装运输包装件基本试验方法,下面分别对这几个标准进行分析。

  一、ASTM D999-货运集装箱振动试验测试方法的标准实施规范

  这个标准[7]涵盖了货运集装箱的不同振动测试,可以用来评估在实际运输过程中货运箱受到振动时的功能(包括内包装、封箱方法以及货运箱的结构强度和对产品的保护能力)。这些程序适合于不同形式、材料、种类、内包装设计、封箱方法、尺寸和重量的货运箱。但是这些程序不能评定设计产品的振动响应,也不能说明这些程序是否更适合分析产品运作结构。

  货运箱在运输过程会产生机械振动,因此受到复杂的动态压力。在A2旋转振动测试中,适用于单个集装箱在运输车运输过程中运动没有受到限制的测试,也适用于由于负载和堆码的放大振动导致货运箱重复振动的测试。

  振动测试设备装备一个足够强度和刚度的水平台面,保证加载测试样品时,设备施加的振动在整个测试平面上均匀分布。通过测试台面旋转运动,使包装件在垂直方向产生正弦曲线的振动。振动的双幅位移应该为25mm,而频率范围处于2Hz到至少5Hz之间。同时为了防止测试样品脱离台面,测试设备要装备护栏,隔板或其它限制物,但台面保证不能限制样品垂直方向的运动。

  ASTM D999标准中规定的试验程序如下。

  (1)将测试样品按正常装载方式放置在测试平台上,附加限制装置以防止包装件水平运动时脱离台面,同时防止包装件随意摆动,但不能限制测试样品垂直运动。调整限制装置,使测试样品在水平方向从中心位置产生大约10mm的自由运动。

  (2)振动台面的初始启动频率为大约2Hz,平稳地增加测试频率,直至测试样品的某些位置重复地脱离测试台面。为了保证测试包装件受到持续的重复振动,当包装件脱离测试平台时,用一块厚1.6mm,宽 50mm的垫片插入包装件下,最少可以塞入100mm长,垫片并能间歇地沿着测试样品的整个长度移动。通过足够长的垫片来确保操作者的安全,并把垫片平放在振动台面上。

  (3)在这个振动频率下继续测试,达到标准要求的时间,或规定的周期,或观察到规定数量的损坏时停止试验,并检查损坏情况。

  (4)如果货运箱在运输过程可能会以其它方向摆放,则至少保证一个货运箱的每个可能摆放方向完成规定的测试时间。

  备注4:如果没有规定测试时间,推荐测试一个小时,也可以参考操作D4169。

  (5)检查货运箱和内在产品,记录测试中出现的损坏结果。

  二、ASTM D4169运输集装箱和设备性能测试的标准实施规范

  这个标准[8]提供了评估货运单元在实验室中承受分配环境的能力的一个统一依据。这个标准是通过测试产品在不同分配周期经受一系列预期的严酷环境的测试计划来实现。但是对于危险材料的适用性还没有确定。

  在程序F-松散载荷振动,通过在分配周期中测试水平和测试方法的目的是确定货运单元在散装或松散负载运输过程中承受重复振动的能力,该测试水平和方法应该考虑重复冲击的振幅、方向和时间。

  测试方法参考ASTM D999中的方法2,测试环境为分配周期包含影响产品、集装箱或如缓冲器等部件性能的气候条件。在标准条件下进行测试,并对气候条件的影响进行补偿,标准大气环境温度为(23±1)℃,相对湿度为(50±2)%。纤维板货运箱按照标准D4332进行试验,相同的大气条件应该应用于任何确保水平。试验前应该使包装件和产品的各个部件在72h的调节周期或足够的时间达到平衡。

  在此标准与ASTM D999中增加了驻留时间分配的规定。驻留时间在通常的垂直货运轴方向分配50 %,剩余的50 %平均分配到其它所有可能的货运方向。具体的驻留时间分布如表1所示。

  (1)对于确保水平Ⅰ和Ⅱ,组合加载和有滑动装置的集装箱底部的测试时间为2小时,对于其它在运输中任意取向的集装箱,则每三个相互垂直的轴线测试时间为1小时。

  (2)对于确保水平Ⅲ,集装箱底部进行15分钟测试,同时两个相邻的边分别进行7.5分钟测试。

  三、ISTA标准

  1A和2A标准[9-10]都规定了固定位移振动试验的设备要求,它们都规定了振动试验系统在固定频率下能产生1in(25mm)振幅的振动。

  仪器需要满足ASTM D999标准中方法A1或A2的仪器要求。与ASTM标准相比,增加了转速计和计时器。

  振动台可做旋转运动或者垂直线性运动,振幅峰-峰值为1in(25mm)。

  金属薄片:0.06in(1.5mm)厚,大约2in(50mm)宽,长度适当。

  转速计或类似指示器来确定振动频率,单位为Hz或CPM。

  计时器或秒表。

  振动系统的限定装置的作用为防止测试样品脱离台面,固定包装件的测试方向,但是不能限制在垂直方向上的运动。这点与ASTM D999标准要求一致。

  同时给出了试验时间的计算公式。试验时间可以通过下式来计算:

  式(1)

  具体结果如表2所示。

  具体试验的操作过程如下。

  (1)将包装件的面3向下放置于振动台上,其中面3为图1所示。(2)启动振动系统,使设备在最低的频率下产生25 mm的位移。(3)在25mm的固定位移下,缓慢增加振动台的频率(速度)直到包装件能即刻离开台面。(4)金属垫片能否从最长直径的底部间断地移动到振动台的台面。如果能,保持此频率,并进行步骤5。如果不能,则缓慢增加频率直到满足步骤4的要求,然后保持此频率。(5)根据公式(1)和步骤4的CPM或Hz来确定振动试验时间。(6)开始计时振动试验时间。(7)振动系统是否为垂直线性振动。如果是,进行步骤12;如果不是,进行下一步骤。(8)完成一半的试验时间,则停止试验,同时按照表2进行试验。(9)重新在最低的频率产生25mm的全位移。(10)重复步骤(3),在25mm的固定位移下,缓慢增加振动台的频率(速度)直到包装件能即刻离开台面。(11)重复步骤(4)。如果能,保持此频率,并进行步骤12;如果不能,则缓慢增加频率直到满足步骤11的要求,然后保持此频率。(12)继续计时,完成振动试验的另一半时间。(13)完成振动,进行其它振动试验。

  其中2A步骤中增加了包装件的检查,可视的损坏是允许的,在任何方式检查包装件的当前状态或产品的状态和位置。

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