中件空投托盤緩沖包裝設計

孫杰華，蔣明明，趙西友

中件空投托盤緩沖包裝設計

孫杰華1，蔣明明2，趙西友2

（1.桂林旅游學院，廣西 桂林 541006；2.空降兵訓練基地，廣西 桂林 541003）

解決現役中件空投無緩沖、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性和匹配性的基礎上，以托盤的緩沖功能為核心，設計托盤的框架結構。確定托盤的主要材料，設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，當承載質量為500 kg空投物資時，需要厚度為143 mm的蜂窩紙板緩沖墊。計算結果表明，中件空投托盤的緩沖材料選擇合理，結構設計正確，能夠實現設計的目的。設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，為中件空投系統的改進和空投貨臺的設計提供了一種思路。

中件空投；托盤；緩沖

在傳統小件和中件空投系統中，通過捆吊系統把貨臺、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計要求，從而降低整個空投系統的成本，提高效費比。

1 設計思路

將中件空投托盤與運輸機和機上空投設備配套使用，應適用于現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，新設計的中件空投托盤應改變傳統貨臺的結構設計和材料選擇，傳統小件和中件空投系統結構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、額定載質量500 kg和通用標準尺寸1 200 mm×1 200 mm×110 mm作為基本性能指標。通過對中件空投系統進行結構設計，實現托盤不承受開傘過載，以結構強度好、成本低廉、輕質環保的紙質材料作為主要緩沖材料設計中件空投托盤[2,7-9]。

2 結構設計

中件空投托盤由底板、紙方管、面板、蜂窩紙板緩沖墊、導向輪和捆吊連接環等部分組成。設計成雙向進叉結構，具有捆綁、裝卸、存儲、轉運、空投和著陸緩沖等功能。設計導向輪與載機艙內側導板交聯，見圖4。捆吊連接環與穿過載物囊（或載物網）的捆吊帶配合使用，將托盤與載物囊（或載物網）連接固定。

圖4 托盤裝機狀態

中件空投托盤的結構見圖5，紙方管配裝導向輪安裝見圖6。

2.1 底板

底板采用優質的膠合板。底板與載機艙內導軌上的滾棒系統交聯，是重要的承壓部分。膠合板為可降解的環保材料。

2.2 紙方管

紙方管共有4根，布置在兩邊和中間，為托盤的骨架結構。通過膠黏劑和捆吊連接環把底板、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運托盤叉車叉位標準，方便從托盤雙向叉移轉運。

圖5 中件空投托盤結構

圖6 紙方管配裝導向輪

2.3 面板

面板采用蜂窩紙板（30 mm，邊4工業紙板），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工業紙板，將其平鋪于托盤面板上面，四周用捆吊連接環卡位限制。緩沖墊是起到緩沖作用的主要部分，所用層數可根據空投物資進行調整。

2.5 導向輪

導向輪設計成可伸縮式，一是為了使托盤尺寸符合國軍標要求；二是方便儲存、運輸。當儲存和運輸時，導向輪收進托盤的紙方管內，空投時從紙方管內拉出導向輪，實現托盤與載機艙內側導板系統的交聯，見圖7。

圖7 導向輪結構

2.6 捆吊連接環

由金屬制作的12個捆吊連接環沿托盤四周均勻分布，并穿過底板、紙方管、面板，是實現托盤與載物囊（載物網）連接的關鍵部件，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

根據設計指導思想，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力[10-14]。

圖8 托盤承壓計算模型示意

最大載質量=500 kg，接觸面積為5 280 cm2，則面板應力的計算見式（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。根據撓度相應公式計算可知，當載質量為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 相當跌落高度的計算

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，目前尚沒有關于此類物品的脆值資料，但參考已有物品的脆值，可認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的牛卡紙，芯紙選擇定量為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《蜂窩紙板規范》可知，計算結果符合緩沖性能要求。

計算空投物的動應力：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。動應力計算見式（4）。

式中：為空投物的脆值。當空投物質量為500 kg時，動應力m≈681 kPa。

查找蜂窩紙板動應力-緩沖系數曲線[15-17]（見圖9），其對應的緩沖系數為2.1～2.3，對上述空投狀態可取=2.2。

圖9 動應力-緩沖系數曲線

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]。

在結構設計過程中，緩沖材料的各項性能是設計緩沖包裝件的重要依據。根據中件空投托盤既要具備托盤自身結構的高穩定性，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，防止空投物資發生毀損，保證其正常使用。由此可見，根據托盤結構遴選性能優異的緩沖材料至關重要。

4 結語

中件空投系統的設計比較復雜，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的托盤為對象，對托盤的結構和材料選擇進行了設計，通過計算驗證了設計的可行性，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

后勤技術革新項目（CKJ20C025）

孫杰華（1985—），女，講師，主要研究方向為應用數學。

蔣明明（1983—），男，講師，主要研究方向為空降空投。

責任編輯：彭颋