青梨物流缓冲衬垫的设计课程

1、 III摘 要目前，关于如何减少果品采后损耗已成为全世界农产品业主要关心的问题之一。果品在流通过程中承受着静载、挤压、振动、跌落冲击等多种载荷形式的作用，从而产生机械损伤，机械损伤也是导致果品采后损耗的最主要原因。本文从果品实际运输环境出发，以果品在流通过程中跌落冲击的特性，并以箱装青梨为对象，对梨子在跌落冲击作用下的损伤进行了深入的研究并设计缓冲衬垫，以期代替现有的缓冲衬垫形式。本文将采用四种不同缓冲结构的箱装梨子分别在三组不同高度进行跌落试验。结果表明，采用设计的包装缓冲衬垫包装梨子时对其保护性最好；同一试验情况况下，包装箱内梨子损伤最严重的总出现在最底层，且损伤体积由底层向顶层逐渐减小；

2、包装箱内梨子的损伤随着跌落高度的增加而增加，且两者之间存在线性关系。文中以跌落试验为基础，研究在同一高度下无缓冲包装的跌落损伤和在现有缓冲包装结构时对箱内青梨的损伤关系。结果表明，在有缓冲包装的情况下特别是在加衬垫和网罩情况下可以大大减少因跌落而造成箱内青梨的损伤，在此基础下对、针对此情况设计了一款缓冲衬垫，并进行了对比试验，结果发现在设计的衬垫的保护性能优于现有的包装，虽然成本略高于现有的的缓冲包装形式，但本设计免除了网罩的使用，更加有利于环保，是未来绿色包装的趋势。关键词：箱装梨子，损伤，设计，缓冲包装，衬垫ABSTRACTAt present, on how to reduce frui

3、t postharvest losses has become one of the owners of the world agricultural products concern. Fruit in the circulation process under static load, extrusion, vibration, drop shock to the role of a variety of loading, resulting in mechanical damage, mechanical damage is the fruit post-harvest loss is

4、the most important reason. From fruits actual transportation environment and fruit in the circulation process of drop impact of the characteristics, and to box mounted green pears for the object, pears under drop impact damage carried out the in-depth study and design of Cushion, in order to replace

5、 the now some cushion in the form.This article will use four different buffer structure cartons pear drop test in three different heights. The results showed that using the design of the packaging cushion its protective packaging pears best; a box the same test case, the most serious injury of pear

6、appear in the bottom, and the lesion volume from the bottom to the top level gradually decreases ; the damage of pears in the box with the increase in drop height increases, and there is a linear relationship between the two.To drop test is based on research in the same high degree of cushioning fal

7、l injury and the damage inside the Green Pear in the existing buffer packaging structure. The results show that the buffer packaging, especially in the case of liners and nets can greatly reduce the result of a fall inside the Green Pear damage, on this basis, designed a cushion for this situation a

8、nd comparative test results showed that the protective properties in the design of the liner is better than the existing packaging, although the cost is slightly higher than the existing buffer in packaged form, but the design eliminates the use of nets, a more favorable and environmental protection

9、, the future of green packaging trend.Keywords:boxes pears, damage, design, cushion packaging, liner PAGE 8目 录第1章 绪论11.1 课题研究背景以及意义21.2 国内外的研究现状和发展动态21.3 果品损伤评价方法31.4 课题研究目的和主要内容41.4.1 研究目的41.4.2 研究的主要内容4第2章 现有果品包装现状分析、试验装置与试验前期准备52.1 现有果品包装现状分析52.1.1 果品包装方式及类型52.1.2 果品包装缓冲材料及类型62.1.3 包装箱结构与规格分析72.2

10、 试验测试装置与设备82.3 试验前期准备82.3.1 瓦楞纸箱尺寸的确定82.3.2 市面上缓冲件尺寸确定10第3章 箱装果品跌落冲击损伤试验研究113.1 流通环境中的冲击特性分析113.2 跌落冲击载荷对果品机械损伤的影响 113.3 箱装梨子跌落冲击试验研究123.3.1 试验材料与预处理 123.3.2 主要仪器与设备 123.3.3 试验设计与步骤 123.3.4 试验结果分析13第4章 箱装果品缓冲垫的设计164.1 箱装果品减损包装设计要求及缓冲垫的设计164.1.1 箱装果品减损包装设计要求164.1.2 箱装果品减损包装设计主要内容164.1.3 缓冲垫的尺寸设计及试样17

11、4.2 用设计的缓冲垫进行试验 184.3 设计的缓冲衬垫可行性分析194.3.1 四次试验对比分析 194.3.2 成本的对比分析 194.4 本章小结20第5章 基于CPS系统对果品减损系统的建议215.1 采收和加工过程中的减损措施215.2 包装减损措施21结论23参考文献24致谢25附录26 PAGE - 24 -第1章 绪论1.1课题研究的背景和意义目前，全世界农产品业关心的主要问题之一便是如何减少果蔬采后损耗。果蔬在采后的预处理、加工、包装、装卸、运输和销售的整个过程中承受着不同载荷的作用，包括冲击、振动、碰撞、静载等载荷形式，从而形成以塑性或脆性破坏形式为主的现时损伤和以粘弹性

12、变形为主的延时损伤，即机械损伤。 机械损伤是果品损坏的主要形式，也是病源微生物的入侵之门，是导致水果霉烂的最主要原因1。同时机械损伤还会使果品组织受到破坏，引起呼吸加强、膜透性增加、 品质下降，并可导致有关代谢物质的改变。因而，果品的机械损伤必须引起足够的重视。有人估计在高度机械化的国家，水果和蔬菜由于机械损伤而引起的平均损耗约占总重量的3040；而在运输过程中，80的果品会因运输条件的不同而产生损伤。我国是世界上果蔬第一生产大国，果品产量居世界首位，果品资源丰富。但由于我国物流技术起步较晚，果品物流技术还没有得到足够的重视，影响和制约我国果品物流发展的相关技术手段、软件和硬件还没有得到很好的

13、发展2，从而使得我国的果品在从生产基地、 采收、装卸、搬运、仓储、运输、加工到销售服务整个过程中产生的机械损伤更为严重。建立一个基于CPS的果蔬包装减损系统就显得尤为重要，因为包装是生产的终点，物流的始点。作为生产的终点，即最后一道工序，包装标志着生产的完成；作为物流的始点，包装完成后便具有物流的能力，在整个物流过程中包装要发挥对产品的保护作用。如果包装是从生产的终点要求出发，就难以满足流通的要求，包装与物流的关系比包装与生产的关系更为密切，作为物流始点的意义比生产终点的意义更重要。包装是物流活动的基础，没有包装几乎不可能实现物流的其他活动。包装贯穿于整个物流过程的始终，没有完善的包装就没有现

14、代化的物流。同时现代物流的发展又对包装提出了更高的要求，促进了包装的进一步发展。因此包装属于物流系统，这是现代物流的新概念。整体包装解决方案包含十分丰富的内涵，需要考虑方方面面的问题。产品生产企业一般缺乏有经验的物流包装方面的技术人员。关于包装箱的设计问题，非包装专业人士对防止堆码倒塌等的包装箱的科学设计不会计算3；对防锈包装、防潮包装等新技术不知如何选择或设计；基本没有顾及到物流包装系统的整体优化，不知道出口产品的包装应该如何符合进口国的包装法规等。 目前国内真正能做到为客户提供整体包装解决方案的公司微乎其微。主要原因有三：一是整体包装解决方案需要多种包装材料以及大量包装材料的实际测试性能数

15、据；二是整体包装解决方案需要各类包装材料检测设备及包装件安全性检测设备、专业包装技术人员；三是国内鲜有生产多种包装材料的大规模的综合性包装企业。但是，随着国内包装市场的逐渐成熟客户对包装企业的要求也越来越高，这一趋势势必会推进整体包装解决方案在国内包装市场的成长。 针对在一体化包装果品流通过程中可能出现的问题，如当加载和卸载、整件货物堆垛和卸垛或其他任何装运箱装卸时，都会有突然的碰撞加到装运箱、包装成整件的货物或甚至整个标准联运集装箱之上。有些装运箱可能意外掉下，在砸到地面时发生严重的冲击。其他的装卸方式，如人工堆垛集装箱时的抛掷、或船运货物的装载等，都可能将不同严重程度的冲击加载到每一个装卸

16、中的装运箱之上4。因而，设计一款基于CPS的果蔬包装减损系统里流通过程中减少跌落冲击对果品损伤的缓冲衬垫，对保证市场供应、丰富人民生活、增加外汇收入有着非常重要的意义，开展流通中果品的减损包装研究工作是当前国民经济发展的迫切需要。1.2国内的研究现状和发展动态国内学者对果品跌落特性及损伤的研究主要集中在单个果品上。 李小昱5等通过苹果的碰撞试验，分析了损伤体积与吸收能量、最大加速度、衬垫厚度和碰撞时间等因素之间的关系，论述了建立苹果碰撞损伤预测模型的可能性：建立了碰撞过程的加速度一时间曲线的数学模型。孙骊等6从物料特性角度研究了苹果在存放过程中的冲击破裂特性的变化。陈萃仁等7利用自制的冲击试验

17、台，对草莓果实由碰撞引起的机械损伤和耐贮特性的变化规律进行了较为系统的研究。陆秋君8、王剑平9陈善锋10均以黄花梨为研究对象，分析了跌落高度、梨的质量和坚实度这三个指标对损伤体积、碰撞时间、峰值力等因素的影响关系。 卢立新从包装工程角度出发，以嘎拉苹果为研究对象，提出了跌落损伤脆值与跌落损伤边界的新概念，并提出了测定获取跌落冲击损伤脆值与跌落损伤边界曲线的技术过程与方法，为控制果品类产品的跌落损伤、合理地进行缓冲包装设计提供了新的理论基础11明；并对单层和多层苹果的跌落冲击特性进行了研究，得到了苹果跌落损伤体积、速度变化量与其吸收能量之间的关系12。1.3果品损伤评价方法研究果品损伤机理是为了

18、从微观上对果品的损伤作阐释，而采用科学合理的损伤测定、评价方法对判断果品损伤程度具有重要意义。目前，对果品损伤的评价方法还没有统一的标准可行，研究的目的、对象不同，其评价方法也有所不同。文献13比较了计算损伤的不同方法。现有的对果品损伤的测定、评价方法大致可以归纳为如下几种4:(1)目测法(损伤面积)这是一种简易的测定方法，以可见的苹果外伤长度、深度、平均面积等表示其损伤程度。美国农业部将苹果分为四级，分别是微伤特选级、轻伤精选级、中等损伤实用级和严重损伤等几级。(2)损伤体积法损伤体积法一般是在果品受损伤24-28h后测定损伤尺寸，再按椭球体计算，也可按双球缺体计算。这种方法主要适用于苹果、

19、梨等形状较规则，且产生褐变后损伤尺寸易于测量的大果实。(3)损伤指数法(EBI)Peleg等14提出了评价多种综合损伤程度的评价指标，即等效损伤指数法EBI(Equivalent seveTebruiseindex)。这种方法将果品损伤按其损伤尺寸不同分为五个等级（具体分级方法见表1.1)，分别是没有损伤、微伤、轻伤、中等损伤、严重损伤，并给不同等级的损伤赋予权重，从而得到整体损伤指数值。这种方法主要适用于形状不规则且损伤组织大小不易观测的果品。损伤指数的计算公式是： (1-1)表1.1损伤指数法损伤等级的分类方法等级指数损伤级别单个损伤尺寸(mm)等效累积损伤尺寸(mm)0.0没有损伤0.0

20、120.1微伤2532 除此之外，在特定的研究领域中，也可利用光吸收和反射、透视特性、升温、吸水、霉菌生长和种子发芽等方法测定农产品的损伤程度。综上所述，可以发现：(1)目前，对箱装果品损伤的研究主要集中在包装箱对果品保护特性的研究，果品缓冲包装技术方法的研究还比较少，果品减损包装技术研究还处于起步阶段。(2)跌落冲击引起的损伤问题得到了更多的重视，但对于果品在跌落冲击的动力学特性的研究还甚少，目前还没有找到合适的方法来研究包装箱中果品的动力学特性变化规律，并以此来设计包装缓冲衬垫。故通过实验的方法来验证包装缓冲衬垫的可行性具有一定意义。而本次实验因条件限制将采用目测法对各组梨的损伤情况进行测

21、定1.4课题研究目的和主要内容果品的贮运技术研究已经得到了越来越多学者的重视，研究果品减损包装对减少果品采后损耗具有重要的现实意义。1.4.1研究目的在基于CPS果蔬包装减损系统中，研究果品在流通过程中气候条件、温度、相对湿度、大气压力以及跌落冲击和振动等载荷特性，对减少果品的机械损伤、优化果品包装设计系统具有重要意义。但受客观条件限制，本课题仅针对果品在流通过程中由于装卸和运输引起的跌落冲击对果品造成的机械损伤作系统的研究，通过实验手段，设计出一套优化的包装缓冲衬垫希望以此来减少果蔬在由于装卸和运输引起的跌落冲击对果品造成的机械损伤。1.4.2研究的主要内容本文通过实验手段，研究流通过程中箱

22、装果品在不同跌落情况动力学特性和损伤规律，并在此基础上设计出果品缓冲衬垫。研究的主要内容包括：(1)作为课题研究的基础，本文将对目前市场上果品的包装现状做充分调研，并对课题中用到的试验设备的性能和试验设计方法做详细阐述。(2)对箱装果品在不同跌落高度、不同缓冲包装条件下进行多组试验，分析各种工况下果品的损伤规律。建立预测果品损伤的试验模型。(3)结合果品的损伤特性和外界载荷特性，设计出减少果品因跌落而造成机械损伤的缓冲衬垫。第2章 现有果品包装现状分析、试验装置与试验前期准备2.1 现有果品包装现状分析包装可解释为用适当的材料或容器保护商品在贮运及流通过程中的价值与状态。对果品卫生及品质采取保

23、护措施，也即包装，是现代果品流通体系所依赖的技术基础之一。课题确定研究对象为梨子，作者在对株洲市区及周边地区大型超市、卖场以及水果店内梨子的包装现状作充分的调研的基础上，对目前梨子包装现状作如下阐述。2.1.1 果品包装方式及类型调研发现，目前果品包装水平总体上还不高。市场上常用的梨子包装方式主要有以下几种类型；(1)纸箱包装纸箱包装是市场上果品包装的主要方式之一，也是外贸出口、国内贮运销售的果品主要采用的包装方式。纸箱包装又可以分为高档型和中档型两种。高档型：这种包装的外观图案设计精美、纸箱用材考究，纸箱上设计有自己的品牌、商标、装果数量及产地，纸箱的抗压能力、防潮能力均符合相关标准，果实色

24、泽统一、果品优质。高档化的包装主要以国外进口水果和礼品盒式的包装为主。中档型这种包装果品的消费群体主要以工薪阶层为主。纸箱上一般没有自己的品牌、商标和产地，纸箱用材一般，纸箱的抗压能力和防潮能力都不符合国家相关标准，包装箱内果实品质也相差较大。这种包装在市场中占有较大的份额，主要以纸箱版面的不断翻新来适应市场的需求，从而迎合消费者的心理。(2)塑料包装箱塑料包装箱是果品贮运和周转中使用较广泛的一种包装容器，可以用多种合成材料制成，最常用的是用较硬的高密度聚乙烯制成的多种规格的包装箱。由于塑料包装箱具有外表光滑。易于清洗，能够重复利用等优点，使其在果品贮运和周转包装中得以广泛应用。而在一些中小城

25、市和乡村，亦有将塑料包装箱作为销售包装使用的现象。由于塑料包装箱对果品的保护特性不及纸质包装箱，因而采用塑料箱包装时，果品更容易产生损伤。(3)木箱包装木箱包装已较少使用，主要用于果品的周转和运输。而在一些偏远地区和乡村，木箱包装也作为销售包装存在。(4)其他包装方式此外，还有一些其他的果品包装容器，比如筐类、塑料袋和网袋。这些包装容器由于其对果品的保护特性差、外表不美观而逐渐被淘汰使用，而采用这些包装容器包装的果品质量普遍较差，目前主要在一些乡村地区还存在。果品采用何种包装方式，主要是由果品本身的价值所决定的。总体上来讲，目前果品包装主要趋向于方便小巧、精美高档、绿色环保等方向发展。2.1.

26、2 果品包装缓冲材料及类型为了减轻运输过程中各种冲击力对果品的影响，增强包装容器对果品的保护功能、 减少果品损伤，在包装容器中添加一些缓冲包装材料是实现这一目的的有力手段。目前，果品包装市场上使用的缓冲包装材料主要有：衬垫缓冲材料在使用纸箱、塑料箱包装果品时，常在包装箱内每一层苹果下面添加缓冲衬垫，以防止果品在流通过程中果品与容器、果品与果品直接碰撞造成损伤。目前，使用最多的衬垫材料是瓦楞纸板和瓦楞芯纸，瓦楞纸板又包括B型和E型两种愣型。近几年来，由于环境污染等问题使人们把目光转向这种绿色环保缓冲包装材料上，再加上瓦楞纸板具有加工性良好、成本低、使用温度范围广、无公害等优点，从而得以广泛使用。

27、 托盘缓冲材料在一些高档和进口的果品包装中，常使用托盘作为缓冲材料来起到保护果品的目的。目前，使用最多的托盘材料主要有聚氯乙稀托盘和纸浆模塑托盘。用热成型法制成的聚氯乙稀托盘，具有质量轻、韧性与装饰性好等优点，常用在果品销售包装中。纸浆模塑托盘是以纸浆为主要原料，经碎解制浆、调料后，注入模具中成型、干燥而得。由于纸浆模塑托盘具有原料来源丰富，生产与使用过程无公害，产品质量轻，抗压强度较大，缓冲性能好等优点，近几年来被应用到果品缓冲包装中。发泡塑料网袋发泡塑料网袋是使用最广泛的果品缓冲包装材料，并且很多情况下都是和衬垫缓冲材料、托盘缓冲材料结合使用来达到保护果品的目的。其他缓冲材料除此之外，在一

28、些高档果品包装中，常在果品上包裹一层轻柔的纸，称之为包纸，纸质主要以油纸及普通纸为主。使用包纸可以抑制果品体内水分的蒸腾损失，减少失重和萎焉程度；同时由于包纸的隔离作用，可减少霉烂和感染病害果品的传染，延长贮藏和运输期。有时也会在每一层的果品与果品之间加缓冲材科，称之为隔档，以防止在搬运和运输过程中果品之间的碰撞造成其损伤。而一些植物纤维类的缓冲包装材料，如农作物秸秆，在近几年也得到了应用。2.1.3 包装箱结构与规格分析如前文所述，目前市场上使用的果品包装容器主要有纸箱、塑料箱、木箱等几种，而纸箱是使用最广泛的果品包装容器，这与纸箱具有良好的机械加工性能、易于实现机械化作业、表面具有良好的印

29、刷性能、原料来源广泛等诸多优点是不可分割的。结合课题研究，本节对市场上使用最为广泛的纸质包装箱的结构、规格及材质作简单描述。目前市场上使用的纸质包装箱箱型主要以0201型为主，其结构图如图21所示。0201型纸箱是02型系列纸箱中的代表箱型，又称为标准瓦楞纸箱，主要应用于苹果的运输包装。图2.1 0201型纸箱结构图02型纸箱是开槽型纸箱，是代表带有钉合、黏合剂或胶带粘合的制造商接头与上下摇盖的一页纸板成型纸箱。近年来由于果品包装逐步走向高档化、小型化，许多公司也根据市场需求制造了一系列不同尺寸的包装箱。制造纸箱的瓦楞纸板多为C型楞和BC型楞，瓦楞形状为UV形。C型瓦楞纸板综合了A型楞纸板和B

30、型楞纸板的特性，既有足够的刚性，又有良好的减振性能，可以有效的保护内装物。而近年来，随着人们对产品包装要求的提高，越来越多的公司采用BC愣纸箱对果品进行包装。2.2 试验测试装置与设备本次试验采用学校的现有的PDT-227 试验机，PDT-227试验机适用于诸如家用电器、计算机系统、电视机以及家具等大型的产品和包装，最大承载能力为227 Kg，并具备了以往只能在小型试验机上才能实现的操作简便、高精度和高可重复性等特点。PDT-227采用钢焊接结构的下落托架，通过高精度的轴承系统以及结构钢梁导向。下落托架通过精密电机控制其升降和定位，并采用气动气缸释放该托架。下落过程开始后，托架加速向下运动，被

31、测包装将产生自由下落。托架与位于基座内的特制液压机构和橡胶相撞后能量被吸收，避免了出现反弹的情况。 定位:精密电机提升和定位系统 控制:MicroTestTM 手持控制器和脚踏开关承载:500 Lbs. 227 Kg 特点:独特的地面安装系统可进行超大型的产品；还可选配金属基座2.3 试验前期准备如前文所述，由于瓦楞纸板包装箱在果品包装中使用最为广泛，且具有诸多优点；同时考虑到果品在包装箱内装箱形式，拟定本课题试验设计思路：采用自行设计的0201型瓦楞纸板包装箱；包装箱内放置两层梨子，由上向下依次为第1层和第2层；每层8个梨子，以铅垂方向直线排列的方式装箱。梨子在包装箱内以果柄方向平行于水平面

32、的方式放置，试验用梨子垂直于果柄方向的最大直径范围是6572 mm，取计算尺寸69 mm；梨子高度范围为7992 mm，取计算尺寸85mm。2.3.1 瓦楞纸箱的设计本课题用到包括采用C型和BC型两种瓦楞纸板制作的纸箱。这里以C型瓦楞纸板制作纸箱、内装2层苹果、B型瓦楞纸板制作缓冲件为例，根据孙诚在纸包装结构设计书中介绍的方法，阐述其设计过程。其中B型瓦楞基本参数：楞高2.5-2.8mm，楞数，计算厚度为3mm；C型瓦楞基本参数：楞高3.4-3.8mm，楞数，计算厚度为4mm；BC型瓦楞纸板的计算厚度为7mm。(1)内尺寸内尺寸主要由包装箱内内装物的尺寸、排列方式、公差系数和缓冲隔衬等几个因素

33、决定，根据课题拟定的装箱形式，确定其计算公式为： （2-1）式中： 纸箱内尺寸，单位mm； 内装物外尺寸，单位mm； 内装物排列数目； 内装物公差系数，单位mm； 缓冲件总厚度，单位mm； 内尺寸修正系数，单位mm；公式中各系数值均可从该文献中查得，将相关数据分别代入公式(2-1)中得到纸箱内尺寸的计算值分别为：(2)制造尺寸 箱体制造尺寸计算箱体长、宽、高制造尺寸的计算公式是： (2-2) 式中： 瓦楞纸箱制造尺寸，单位mm； 纸箱内尺寸，单位mm； 制造尺寸修正系数。单位mm 将相关数值带入公式(2-2）中可得： 对接摇盖制造尺寸对接摇盖制造尺寸计算公式是： （2-3）式中： 纸箱对接摇盖

34、宽度，单位mm； 纸箱非接合端面宽度制造尺寸，单位mm； 摇盖伸长系数，单位mm 将相关数值带入公式(2-3)中可得： 接头尺寸瓦楞纸箱通过钉合和黏合剂粘合接头来成型时，接头J的尺寸一般根据瓦楞层数及工厂工艺水平而定。一般来讲，单瓦楞纸板接头尺寸取3540mm；双瓦楞纸板4550mm。因而，这里取 外尺寸外尺寸计算公式如公式（2-4）： （2-4）式中： 瓦楞纸箱外尺寸，单位mm 纸箱最大制造尺寸，单位mm; 制造外尺寸修正系数，单位mm取，得：2.3.2 缓冲件的尺寸课题用到的缓冲件有衬垫，其衬垫使用市面上常用的衬垫形式B型瓦楞纸板采用其设计尺寸如下： 第3章 箱装果品跌落冲击特性及损伤的试

35、验研究果品在流通过程中由于装卸、搬运不当等原因引起的跌落冲击是果品品质下降的一个重要原因，研究果品的跌落冲击特性及损伤规律，对提高果品减损技术具有重要意义。为此，本章以简化的箱装果品为研究对象，深入研究包装箱中果品的跌落冲击特性及其损伤规律。 31流通环境中的冲击特性分析 冲击是指物体在很短的时间发生很大的速度变化或进行突然的能量变换。产品在流通过程中冲击主要发生在装卸作业和运输过程中，可分为垂直冲击和水平冲击。垂直冲击主要是由搬运、装卸、起吊时跌落引起；水平冲击主要发生在运输车辆行驶时、车辆的突然启动或制动时、船舶靠岸等情况下。在装卸作业过程中，不管是人工装卸还是机械作业，包装件随时都有跌落

36、的可能。人工装卸中最常见的冲击情况是包装件从工人肩中或手中跌落与地面接触，产生一定的冲击力，从而造成产品损坏。冲击力或冲击加速度的大小，除了与跌落高度有关以外，还取决于包装件的质量、缓冲材料的性质和地面的反弹能力。据测定，人工装卸时的跌落冲击加速度通常在10g左右，有时可达到100g。机械作业装卸时，例如起重机垂直起吊和垂直下落的时会产生很大的加速度：铲车垂直托举货物时也会产生冲击。但这两种情况下产生的冲击加速度比人工装卸时产生的冲击加速度要小得多。32跌落冲击载荷对果品机械损伤的影响 果品在流通过程中影响其机械损伤的力学载荷主要包括静态载荷和动态载荷两种。静态载荷主要存在于固定的贮藏仓库中，

37、包括由于堆垛的作用力或包扎装置及其他使货物稳定的装置所施加的力所引起的顶部和底部的挤压。动态载荷主要包括由于装卸搬运引起的跌落冲击和运输工具引起的振动载荷。跌落冲击载荷使果品在接触部位在瞬间受到一个较大的作用力，而后作用力又因果品反弹而在瞬间消失。在整个碰撞过程中，果品的变形经历了弹性变形和塑性变形两个阶段。弹性变形未引起现时损伤，塑性变形产生细胞破裂、变形或果肉变软从而引起果品出现现时损伤；同时冲击力向深处传递使果皮下组织较深处亦产生损伤。因而，在跌落冲击载荷作用下，果品的损伤大多是大塑性变形，导致局部组织坏死，最终使整个水果腐烂变质。同时，由前文所述可知，箱装果品的跌落冲击损伤还与跌落高度

38、、跌落次数、包装形式等多种因素有关。33箱装梨子跌落冲击试验研究3.3.1 试验材料与预处理试验选用梨子，产地中国新疆。试验选用的梨子试样形状规则、表面无损伤。梨子的基本特征参数为：；垂直果柄方向的最大直径6572mm。苹果包装箱采用市场上常用的0201型纸箱，选用C型瓦楞纸板制作，其设计过程已在本文第2.3.1章节中阐述。C型瓦楞基本参数是：楞高3.4-3.8mm，楞数。缓冲材料包括衬垫、隔档和网罩。网罩采用市场上常用的网罩；衬垫和隔档采用B型瓦楞纸板制作，其设计过程已在第2.3.2章节中阐述。B型瓦楞基本参数是：楞高2.52.8mm，楞数，计算厚度为3mm。3.3.2主要仪器与设备采用实验

39、室的 PDT-227 跌落试验机。3.3.3试验设计与步骤试验研究不同的缓冲包装结构和不同跌落对包装箱内梨子的跌落冲击特性和损伤的影响。包装箱内放置三层梨子，由上向下依次为第1层和第2层；每层8个梨子；试验时梨子外套发泡塑料网。所用缓冲结构分别为：(1)对比试验：直接将梨子放人纸箱中；不采用任何缓冲材料；(2)每层加衬垫：即在箱内每层苹果下都放置衬垫;(3)衬垫和网罩：箱内每层梨子下均放置衬垫，并对每个梨子加套网罩；简单概括本试验中三种不同跌落工况(即采用的三种不同缓冲结构)分别为：对比 试验、每层加衬垫、衬垫加网罩。(一)试样特征参数的测定为了使试验数据不出现太大的离散行，跌落冲击试验之前，

40、测量梨子试样质量：测出垂直果柄方向的试样直径，多次测量得到的平均值即为试样的等效球径。(二)研究不同跌落高度下，梨子的跌落特性和损伤情况。确定3组不同的跌落高度(h)依次为50、70、90cm。每组跌落高度下都对上述四种不同跌落工况进行试验，每次试验重复跌落三个试验单元。为了节省梨子，每次试验时仅选择一列梨子进行更换，并测定该列各层梨子的损伤情况，其余梨子仅作填充物。 3.3.4试验结果分析通过目测法将梨子分为四级，分别是微伤特选级(I)、轻伤精选级()、中等损伤实 级()和严重损伤()等几级。（1）对比试验将梨子进行编号第一层分别编号a-1、a-2、a-3、a-4；第二层分别编号A-1、A-

41、2、A-3、A-4。 表3.1对比试验损伤情况记录编号A-1A-2A-3A-4a-1a-2a-3a-450cm eq oac(,1)50cm eq oac(,2)70cm eq oac(,1)70cm eq oac(,2)90cm eq oac(,1)90cm eq oac(,1)注表中 eq oac(,1)、 eq oac(,2)表示跌落的次数图3.1损伤示意图（2）每层加衬垫将梨子进行编号第一层分别编号b-1、b-2、b-3、b-4；第二层分别编号B-1、B-2、B-3、B-4。表3.2每层加衬垫的损伤记录编号B-1B-2B-3B-4b-1b-2b-3b-450cm eq oac(,1)5

42、0cm eq oac(,2)70cm eq oac(,1)70cm eq oac(,2)90cm eq oac(,1)90cm eq oac(,1)注表中 eq oac(,1)、 eq oac(,2)表示跌落的次数图3.2损伤示意图（3）衬垫和网罩将梨子进行编号第一层分别编号c-1、c-2、c-3、c-4；第二层分别编号C-1、C-2、C-3、C-4。表3.3加衬垫和网罩损伤记录编号C-1C-2C-3C-4c-1c-2c-3c-450cm eq oac(,1)IIIIIII50cm eq oac(,2)IIIIII70cm eq oac(,1)III70cm eq oac(,2)III90cm

43、 eq oac(,1)90cm eq oac(,1)注表中 eq oac(,1)、 eq oac(,2)表示跌落的次数图3.3损伤示意图对三次试验数据进行对比分析可画出图3.4图3.4 各次试验梨子损伤情况从以上三种市面上常见的包装形式进行分析可知梨子的损伤与跌落高度存在一定关系且在包装箱内各层梨子底部加衬垫并加网罩可以有效降低各层梨子的损伤。进一步比较可以发现在各种试验条件下，包装箱内各层梨子损伤量最大总是出现在第二层即底层梨子，并且损伤量有底部向顶层减小。这主要是因为底层的梨子在跌落的瞬间，既要受到来自冲击试验台的冲击力，又受到同一列果柱中上层梨子由于静重产生的碰撞力，因而底层梨子的损伤体

44、积最大；而顶层梨子由于直接与包装箱顶盖接触，对其起到了一定的保护作用，并且顶层梨子损伤仅发生在与第2层梨子接触的一侧，因而其损伤量最小。 箱装果品缓冲垫的设计41箱装果品减损包装设计要求及主及缓冲垫的设计如前文所述，影响果品损伤的因素很多， 本文仅针对果品在流通过程中经受的跌落冲击进行分析并进行包装设计，以期为果品的减损包装提供科学依据。 4.1.1箱装果品减损包装设计要求良好的运输条件能减小传递到包装箱中果品上的外界激励载荷，从而减小果品损伤。除了选择合适的运输方式、运输工具外，专用的缓冲包装技术是运输中保护果品的一种有力手段。对果品实施缓冲包装的目的是在装卸、运输过程中，当发生跌落冲击时，

45、保护果品的性能和形态，从而减小其损伤。对果品实施缓冲包装必须要求适度。包装不足则不利于保护果品，会使其产生损伤，影响其商品价值；包装过度则会造成资源材料浪费、成本上升，同时还可能带来环境问题。适度的缓冲包装，既可以保护果品在运输过程中的安全，又可以节约材料资源，降低包装成本。流通过程中的各种外界因素、果品自身的生理特性、包装材料的性能等构成了果品减损包装设计的复杂因素。在实际操作中，果品减损包装设计主要有缓冲包装设计和防振包装设计两方面构成，但本次设计主要以缓冲性能为主要研究对象，故设计缓冲包装设计，缓冲包装设计解决的问题主要是：选择合适的缓冲材料并确定其尺寸；并通过试验比较若干不同缓冲材料对

46、果品的保护效果的优劣；判断现有包装结构的可靠性与经济性。4.1.2箱装果品减损包装设计主要内容 缓冲包装设计主要包括以下内容：根据研究对象及实际流通环境条件，确定缓冲包装方案。要求结合产品的外形和特点，确定纸箱种类、箱型和纸板结构。抗压强度和载荷是纸箱设计中的主要依据，也是衡量纸箱对产品保护性能好坏的一项重要指标，在此需加以考虑。设计过程中，要兼顾材料的经济性和美观性等要求。 选择合适的缓冲包装材料，设计原型包装。选择缓冲材料时应综合考虑材料的力学特性、结构设计等因素，同时还要考虑果品的流通环境及其力学特性，以此来综合研究包装系统中各个因素的特征及相互制约的关系，探索果品减损规律。根据前文试验

47、结果可知，在瓦楞纸板衬垫和将瓦楞纸板衬垫加网罩时并用时对苹果的保护效果最好。同时由跌落试验结果可知，包装箱内底层苹果损伤最严重。因而在设计原型包装时，可以采用瓦楞纸板衬垫和隔档并用、并对底层苹果实施多层衬垫保护的措施，以便更好地保护果品。4.1.3缓冲垫的尺寸设计及试样（1）缓冲垫的设计结合2.3.1和2.3.2章节所提到的内容，本次缓冲衬垫设计材料采用的是B型瓦楞纸板，其结构与尺寸见图4.1： 图4.1缓冲垫设计三视图结合三视图画出设计缓冲衬垫的效果图和立体图如图4.2：图4.2缓冲垫的效果图和立体图（2）包装箱尺寸的重新确定结合2.3.1和2.3.2章节所提到的包装箱的重新确定需要考虑得到

48、的仅仅是缓冲垫尺寸的变化而引起H的变化，故包装箱尺寸为42试用设计的缓冲垫进行试验设计缓冲衬垫并且加隔板将梨子进行编号第一层分别编号d-1、d-2、d-3、d-4；第二层分别编号D-1、C-2、C-3、C-4。表4.1设计缓冲衬垫并加隔板的损伤记录编号D-1D-2D-3D-4d-1d-2d-3d-450cm eq oac(,1)IIIIIII50cm eq oac(,2)IIIIIIII70cm eq oac(,1)IIIIII70cm eq oac(,2)IIII90cm eq oac(,1)II90cm eq oac(,1)III注表中 eq oac(,1)、 eq oac(,2)表示跌落

49、的次数图4.3损伤示意图由以上数据明显可知在设计的缓冲衬垫试验情况下已经完全没有了，级损伤，而且就试验过程观察而言，级损伤的程度也大大减轻。4.3设计的缓冲衬垫可行性分析4.3.1四次试验对比分析得出试验对比图，如图4.4所示：图4.4各次试验梨子损伤情况如上图所示使用设计的缓冲衬垫并加隔板的情况下，不同高度的测试大大降低了箱内青梨的损伤特别就已经没有了，损伤，在试验方面减损性能已经达标，高于现有包装缓冲衬垫即衬垫和网罩组合形式的保护能力。4.3.2成本的对比分析设计的衬垫产用的B型瓦楞纸板，市场报价是2.4元/m2，本次试验设计的衬垫每一层一个总面积是0.244371m2，定为方案1网罩成本

50、大约是0.02元每个，本次实验所用网罩16个，定为方案2，成本分析如表4.2 成本对比分析方案一方案二衬垫成本1.17元0.21元网罩成本0元0.32元总成本1.17元0.53元表4.2 成本对比分析从以上成本分析可知，方案一成本高于方案二0.64元。4.4本章小结用设计的缓冲衬垫并加隔板的情况下，不同高度的测试大大降低了箱内青梨的损伤特别就已经没有了，损伤，的损伤程度也大大降低，从保护性能来看减损性能已经达标，高于现有包装缓冲衬垫的保护能力。成本虽然高于现有的衬垫加网罩的包装形式，但是就未来环保的趋势，更有利于环保，且设计的缓冲衬垫的保护能力强于现有的包装形式。所以本次设计应当是达到了预期的

51、目的。第五章 基于CPS系统对果品减损系统的建议5.1采收和加工过程中的减损措施果品在采收和加工过程中的减损措施主要可以从以下几个方面入手：(1)选择最佳采摘、收获时间果晶在成熟期是其最佳收获时期。果品成熟度可用手持式硬度计测定其背阴部位，也可用注射针抽出果品中心(如苹果的核心)处气体，分析其乙烯含量，评定其成熟度。一般成熟度分为可采成熟度、食用成熟度和生理成熟度，一般果品需要在前两个时问内采摘，而不能在生理成熟度时采收。 (2)确定合适的收获方法和堆放方式 现代的果品收获大多采用机械方式进行，例如采摘收番茄、摇树收苹果均会造成损伤。设计此类机器时，要尽可能采用降低机械损伤的措施，如选用合理的

52、摇树频率，与苹果的接触表面有缓冲材料等。人工收集的要选用合适的容器和堆码方式，以期降低果品损伤。收获后的田间预处理 为降低果品采后的田间热，在堆放时需要通风散热，有的果蔬还可用水或消毒剂淋洗，降低表面污物和灭菌，提高保鲜效果，延缓因机械损伤造成霉变和褐变的速度。例如对苹果作表面涂蜡处理，不仅有利于保鲜，而且有光泽，既保护了果皮表层，又降低了机械损伤，使外观增色，就可以提高商品价格。加工过程中的减损措施随着生产技术的发展，果品加工的方法也越来越多，出现损伤也是种类繁多。其中较为常见的是“热应力及应力裂纹”例子，即当温度、水分发生变化，导致果品因膨胀、收缩产生内应力，从而导致“应力裂纹”的出现。例

53、如洗樱桃水温与浸水时间不当，吸水过多使之开裂。控制温度、水分是防止。应力裂纹”的主要措施。另外，有些果品的去皮工序中，若改用高压液力去皮，相比碱液去皮而言，污染和损伤均会有所降低。 5.2包装减损措施 合理的包装对减少果品损伤具有重要作用。合理的包装可以减少果品在流通过程中经受跌落冲击、碰撞和振动载荷的机会，减小传递到果品上外界激励载荷，从而可以更好地保护果品。 (1)采用“定位”包装和“紧装”法 将果品按某种几何规律排列包装，如将苹果等球形状果品采用一点或二点接触的面心立方体结果排列，可得到容积密度最大而静重和振动损伤较小的效果。所谓“紧装” 法，是指果品装箱的充实性。充实性高时果品在运输过

54、程中跳动机会少，因振动产生的损伤就可能减小。 (2)包装箱的刚度和强度 根据本文第二章所述，目前果品包装箱主要有纸箱、塑料箱和木箱等几种，其中瓦楞纸箱是果品包装最为常用的箱型。抗压强度是衡量瓦楞纸箱对产品保护性好坏的主要指标，不仅与面纸/芯纸的性能、纸板厚度、纸箱的周长等因素有关；运输过程中的振动载荷也会对纸箱的抗压性能有一定的影响。对于果品包装而言，多数用较深的箱装运，深度周长/7：对于正方形截面的箱，其深度I057边长。但是果品装载深度过大时会增加底层果品的接触压力，深度过小时会增加顶层果品的振动强度。所以应综合考虑纸箱的抗压强度和果品装载深度来进行纸箱设计。 (3)包装缓冲材料的合理选用 缓冲包装材料主要应用于产品的运输包装，缓冲特性是其