一種電機大包裝結構的設計

周 思 許文蘭 趙坤所

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519100）

引言

電機是常用的機電設備，電機包裝是其運輸中的重要工具，是會直接影響電機質量的重要因素。電機生產下線后進行包裝，經過倉儲、物流，從包裝中取出投入使用，運輸過程中包裝保護電機不受到有效傷害。為了解決生產中遇到的包裝運輸成本占比過大、包裝材料回收利用率低、包裝材料不環保、包裝通用性差等問題，特設計一種滿足實際生產需要的經濟型電機包裝。

1 現狀及問題點

目前大多數小型電機的常規包裝都是紙箱或者泡沫箱，一箱數臺電機，箱內的支撐采用瓦楞紙或者泡沫。本方案以實際生產中需求量大、外徑規格φX的電機DJ為例進行說明，其采用瓦楞紙外包裝箱和泡沫板內支撐，一箱裝6臺電機，需要透明膠封箱打包，運輸叉板上單層可以放置6箱電機，限放置5層，因此一個包裝運輸單元可放置電機6×6×5=180臺；通過叉車將叉板周轉至倉庫，再經過物流短途運輸到客戶處，客戶取電機使用，包裝材料回收。

電機DJ為單軸伸不帶支架、有防水罩結構的典型電機結構；另有單軸伸帶支架、不帶防水罩結構的電機DJ1和雙軸伸、帶減震膠圈結構的電機DJ2，如圖1所示。因為外形尺寸不一樣，需要不同的泡沫板來包裝。

雖然這種成熟的包裝結構防震性能較好但還是存在很多問題點：

1）泡沫材料不環保，不能做薄壁件，通用性較差；

圖1 三種典型結構的電機示意圖

2）瓦楞紙和泡沫容易破損，紙箱易變形，回收次數有限；

3）需要封箱、搬運、碼垛，員工勞動強度大，人工費用高；

4）空箱占地面積大，回收成本高；

5）一個運輸單元中電機數量不多，運輸成本高。

2 技術方案

2.1 整體方案

高密度聚乙烯和ABS樹脂由于其良好的耐熱性、耐寒性、化學穩定性、電絕緣性、剛性、韌性和耐磨性等突出特性，作為包裝材料得到了非常廣泛的應用。它們是環保型塑料，承重性好并可做薄壁件，材料本身不吸水，可以多次回收而且破損后可以回收再制，整體成本低，因此是本方案中電機包裝的理想材料。

因為是量大機型的短途運輸包裝，為了盡可能的降低包裝成本，優選大包裝結構來提高包裝空間利用率，一個運輸單元不僅可以放置更多的電機、降低運輸成本而且降低員工勞動強度，減少人工成本。所以本項目方案設計成大包裝結構，包括設計成薄壁件的承托電機的小包裝單元的襯板、承托整個包裝的底板、保護最上層電機的頂板以及支撐包裝整體的實心的支撐柱，詳見圖2。

2.2 通用型襯板的設計

包裝襯板直接承托電機本體，設計時需要考慮空間利用率、限位、保護性等，在本方案中尤其側重通過提高通用性來降低成本，需要能承托圖1中三種典型結構的電機。如圖3所示，襯板的板體的上表面和下表面分別設有階梯狀的第一安裝槽和第二安裝槽，階梯狀設計是為了給防水罩、減震膠圈提供放置空間；槽底均設有出軸孔，用于穿出電機轉軸。在第一安裝槽的槽壁上設有四個均布的出線讓位槽，用于擱置電機的出線并對電機進行徑向定位和限位。在第一槽體的槽壁上設有均布的支架讓位槽，與出線讓位槽交錯分布，用于擱置電機的安裝支架并對電機進行徑向定位和限位。板體表面邊緣設有圍邊，對外圍的電機進行防護。為了包裝整體組合使用，在襯板支架讓位槽的反面設計呈寬度A的“十字”凸起限位，兩側的圍邊上分別設有尺寸為B×C的支撐柱安裝槽。在一個包裝襯板上第一安裝槽和第二安裝槽的數量均是多個且交錯設置，可以根據需要設定第一、第二安裝槽的數量和各個槽體的尺寸。

圖2 電機大包裝結構的整體方案示意圖

圖3 包裝襯板結構示意圖

圖4 包裝單元示意圖

如圖4所示，使用時多塊襯板上下層疊，其中下層電機包裝襯板的第一安裝槽與上層電機包裝襯板的第二安裝槽正對形成電機安裝位，電機的底部插裝在下層電機包裝板上的第一安裝槽內，電機的頂部插裝在上層電機包裝板上的第二安裝槽內。上下相鄰的兩塊襯板通過電機限位，不會有移動。采用該種結構組成的電機包裝結構，能夠適用于包裝有/無防水罩或者減震組件的電機、有/無安裝支架的電機、單軸電機、雙軸電機，能夠適用圖1所示的電機DJ、電機DJ1和電機DJ2三種典型結構的電機。

2.3 底板、頂板和支撐柱的設計

底板是整個電機包裝周轉、運輸的直接承載體，設計時首先要考慮其可靠性，必須要有足夠的承重性和穩固性，其次其結構要方便運輸。如圖5所示，本方案的底板在其表面設置有橫向間距和縱向間距相等為A的限位凸起，在底板表面形成呈“井字”型排列的間距為A×A的限位槽。限位凸起同時起到加強底板強度的作用。底板的底面設有用于支撐的底柱，底柱均布，且間距不影響叉車作業?？拷鋫缺谖恢迷O有多個尺寸為B′×C′的支撐腔，用于安裝支撐柱。如圖6所示，使用時將襯板放置在底板上，襯板上的寬度為A的“十字”型凸起結構能夠嵌合至間距為A的限位槽內形成限位，同時底板的側壁也會對襯板限位。底板面積是襯板面積的n倍（n≥1），單層能夠放置X×Y個襯板并且放滿，其中n=X×Y。

頂板是為了保護頂層電機設計的，所以設置有多個錐形的電機軸放置腔，其位置與頂層電機位置一一對應。頂板的面積設計與底板一致，且外圍側壁設置有擋板。如圖7所示，頂層電機的電機軸放置于頂板的電機放置腔內，保護軸不會受到磕碰,并進行限位，擋板保護外圍電機。

圖8 支撐柱結構示意圖

支撐柱是為了加固整體包裝的穩定性，其為截面為B×C的長柱狀，底部有尺寸略小的B′×C′的臺階狀的插接件，如圖8所示。整體裝配時，支撐柱的插接件裝入底板上尺寸為 B′×C′的支撐腔內固定住，中間部分卡在多層襯板上B×C的支撐柱安裝槽內，維系多層襯板的穩定，頂部套在頂板的擋板內，如圖8所示，將該項目所述的大包裝結構連接成一個整體的穩固的包裝單元。

以電機DJ為例，實際生產中一個襯板放置6臺電機、一層放4個襯板、可放10層，一個包裝單元6×4×10=240臺電機，其占地面積和原紙箱和泡沫板的180臺裝的包裝單元是一樣的，但是由于塑料材質的襯板承重性明顯優于紙箱，可以放置更多層電機，提高了包裝的空間利用率。當然，不同的電機可以根據不同的重量合理設計放置層數。

3 項目收益

本設計方案所述的電機大包裝結構的經濟收益主要體現在四個方面，下面以實際生產中需求量最大的電機DJ（日產能按10 000臺）為例進行說明。

3.1 通用化降低成本

優化前若電機DJ用原方案一個包裝單元成本是A元，它和電機DJ1、DJ2因為外形不一樣需要三款不同的泡沫板包裝，需開三種泡沫板的模具，需求量越大的電機分攤的模具費越低，則電機DJ1和DJ2的包裝成本均會高于A元，因此三款電機平均包裝成本其實會高于A元，而且增加物料種類也增加了管理成本。

優化后就包裝材料本身的成本而言，本方案所述的用高密度聚乙烯和ABS樹脂材料制作的襯板、底板、頂板和支撐柱組成的一個包裝單元的材料價格是遠高于用紙箱和泡沫板的，如果僅電機DJ一款分攤模具費那一個包裝單元的成本會高達8A，但是由于三款電機通用包裝，覆蓋產量的增加讓分攤模具費用降低，則平均下來一個包裝單元的成本僅需5A元，而且減少物料種類降低了管理成本。

3.2 包裝材料投入成本降低

優化前的電機DJ使用瓦楞紙和泡沫板包裝，包裝材料可以用4次，每年需要投入365÷4≈91次全新的包裝材料；而高密度聚乙烯和ABS樹脂材料使用壽命在四年以上，每年才需要投入1/4次全新包裝材料。因此優化后雖然一個包裝單元的材料成本增加了，但是由于電機數量增加了、包裝使用壽命增加了，使得平均每年包裝材料的整體投入成本大幅度降低，僅為原來的1.03 %。具體分析見表1。

3.3 運輸成本降低

以市面上單趟運輸費用為B元的貨車為例，每車可運輸12個包裝單元。由于取走電機后紙箱體積沒有變化，但是空箱可以堆積更高，優化前每兩車電機的包裝單元需要一車回收；而電機取走后包裝襯板疊加在一起的高度明顯減小，可以較高地堆積，每四車電機的包裝單元需要一車回收；所以優化后包裝回收的頻次降低一半。優化后由于每趟車可以運輸更多的電機、提高了運輸效率，而且回收的運輸成本降低了，電機DJ的運輸投入成本每年可以縮減為原來的63 %。具體分析見表2。

3.4 人工成本降低

優化前電機DJ采用紙箱打包，紙箱一般都是提前折好的，放好電機后需要封箱，一整箱電機重量在20 kg左右，需要堆碼成一個包裝單元再進行周轉，人工堆碼需要整箱電機搬運所以勞動強度比較大，電機使用時需要每箱都人工拆箱，加上周轉和倉儲費用合計一個包裝單元的人工成本在100C元，單臺電機的人工成本為100C÷180≈0.56C元。

表1 包裝材料投入成本分析

表2 運輸成本分析

使用優化后的方案對電機DJ包裝，不需要提前折紙箱，不需要封箱，堆碼時只需要放置空的襯板，使用時也不需要拆箱，勞動強度大大降低，生產效率也提高了；而且由于每個包裝單元電機更多，所以周轉和倉儲的費用也降低了，折算后一個包裝單元的人工成本僅需70C元，單臺電機的人工成本為70C÷240≈0.29C元。人工成本可節約五成。

綜上所述，這種采用高密度聚乙烯和ABS樹脂材料的電機大包裝各方面成本都優于原來紙箱和泡沫板的包裝方式，由于是開放性包裝不具備防潮能力所以不適于長途運輸，但是完全滿足需求量大、短途運輸的電機周轉要求，以電機DJ為例可節約50 %以上的包裝、運輸成本，年度收益百萬以上。

4 結束語

目前該電機大包裝結構的設計方案已輸出并申請發明專利CN 201910406518.8《一種電機包裝板及電機包裝結構》、實用新型專利CN 201920769103.2《一種電機包裝結構》和CN 201920719130.9《一種電機包裝板及電機包裝結構》。本項目所述的電機大包裝設計方案，經過驗證包裝整體穩固可靠，順利通過相關包裝運輸試驗。由于包裝襯板通用性強，可大范圍的推廣應用該項目成果，降本收益進一步擴大，同時也為其他系列電機包裝設計提供參考經驗，應用前景廣闊，市場收益顯著。