一種電機(jī)大包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)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(jī)是常用的機(jī)電設(shè)備，電機(jī)包裝是其運(yùn)輸中的重要工具，是會直接影響電機(jī)質(zhì)量的重要因素。電機(jī)生產(chǎn)下線后進(jìn)行包裝，經(jīng)過倉儲、物流，從包裝中取出投入使用，運(yùn)輸過程中包裝保護(hù)電機(jī)不受到有效傷害。為了解決生產(chǎn)中遇到的包裝運(yùn)輸成本占比過大、包裝材料回收利用率低、包裝材料不環(huán)保、包裝通用性差等問題，特設(shè)計一種滿足實際生產(chǎn)需要的經(jīng)濟(jì)型電機(jī)包裝。

1 現(xiàn)狀及問題點

目前大多數(shù)小型電機(jī)的常規(guī)包裝都是紙箱或者泡沫箱，一箱數(shù)臺電機(jī)，箱內(nèi)的支撐采用瓦楞紙或者泡沫。本方案以實際生產(chǎn)中需求量大、外徑規(guī)格φX的電機(jī)DJ為例進(jìn)行說明，其采用瓦楞紙外包裝箱和泡沫板內(nèi)支撐，一箱裝6臺電機(jī)，需要透明膠封箱打包，運(yùn)輸叉板上單層可以放置6箱電機(jī)，限放置5層，因此一個包裝運(yùn)輸單元可放置電機(jī)6×6×5=180臺；通過叉車將叉板周轉(zhuǎn)至倉庫，再經(jīng)過物流短途運(yùn)輸?shù)娇蛻籼?，客戶取電機(jī)使用，包裝材料回收。

電機(jī)DJ為單軸伸不帶支架、有防水罩結(jié)構(gòu)的典型電機(jī)結(jié)構(gòu)；另有單軸伸帶支架、不帶防水罩結(jié)構(gòu)的電機(jī)DJ1和雙軸伸、帶減震膠圈結(jié)構(gòu)的電機(jī)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(jié)構(gòu)防震性能較好但還是存在很多問題點：

1）泡沫材料不環(huán)保，不能做薄壁件，通用性較差；

圖1 三種典型結(jié)構(gòu)的電機(jī)示意圖

2）瓦楞紙和泡沫容易破損，紙箱易變形，回收次數(shù)有限；

3）需要封箱、搬運(yùn)、碼垛，員工勞動強(qiáng)度大，人工費(fèi)用高；

4）空箱占地面積大，回收成本高；

5）一個運(yùn)輸單元中電機(jī)數(shù)量不多，運(yùn)輸成本高。

2 技術(shù)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(xué)穩(wěn)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(yīng)用。它們是環(huán)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(jī)包裝的理想材料。

因為是量大機(jī)型的短途運(yùn)輸包裝，為了盡可能的降低包裝成本，優(yōu)選大包裝結(jié)構(gòu)來提高包裝空間利用率，一個運(yùn)輸單元不僅可以放置更多的電機(jī)、降低運(yùn)輸成本而且降低員工勞動強(qiáng)度，減少人工成本。所以本項目方案設(shè)計成大包裝結(jié)構(gòu)，包括設(shè)計成薄壁件的承托電機(jī)的小包裝單元的襯板、承托整個包裝的底板、保護(hù)最上層電機(jī)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(shè)計

包裝襯板直接承托電機(jī)本體，設(shè)計時需要考慮空間利用率、限位、保護(hù)性等，在本方案中尤其側(cè)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(jié)構(gòu)的電機(jī)。如圖3所示，襯板的板體的上表面和下表面分別設(shè)有階梯狀的第一安裝槽和第二安裝槽，階梯狀設(shè)計是為了給防水罩、減震膠圈提供放置空間；槽底均設(shè)有出軸孔，用于穿出電機(jī)轉(zhuǎn)軸。在第一安裝槽的槽壁上設(shè)有四個均布的出線讓位槽，用于擱置電機(jī)的出線并對電機(jī)進(jìn)行徑向定位和限位。在第一槽體的槽壁上設(shè)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(jī)的安裝支架并對電機(jī)進(jìn)行徑向定位和限位。板體表面邊緣設(shè)有圍邊，對外圍的電機(jī)進(jìn)行防護(hù)。為了包裝整體組合使用，在襯板支架讓位槽的反面設(shè)計呈寬度A的“十字”凸起限位，兩側(cè)的圍邊上分別設(shè)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(shù)量均是多個且交錯設(shè)置，可以根據(jù)需要設(shè)定第一、第二安裝槽的數(shù)量和各個槽體的尺寸。

圖2 電機(jī)大包裝結(jié)構(gòu)的整體方案示意圖

圖3 包裝襯板結(jié)構(gòu)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(jī)包裝襯板的第一安裝槽與上層電機(jī)包裝襯板的第二安裝槽正對形成電機(jī)安裝位，電機(jī)的底部插裝在下層電機(jī)包裝板上的第一安裝槽內(nèi)，電機(jī)的頂部插裝在上層電機(jī)包裝板上的第二安裝槽內(nèi)。上下相鄰的兩塊襯板通過電機(jī)限位，不會有移動。采用該種結(jié)構(gòu)組成的電機(jī)包裝結(jié)構(gòu)，能夠適用于包裝有/無防水罩或者減震組件的電機(jī)、有/無安裝支架的電機(jī)、單軸電機(jī)、雙軸電機(jī)，能夠適用圖1所示的電機(jī)DJ、電機(jī)DJ1和電機(jī)DJ2三種典型結(jié)構(gòu)的電機(jī)。

2.3 底板、頂板和支撐柱的設(shè)計

底板是整個電機(jī)包裝周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸?shù)闹苯映休d體，設(shè)計時首先要考慮其可靠性，必須要有足夠的承重性和穩(wěn)固性，其次其結(jié)構(gòu)要方便運(yùn)輸。如圖5所示，本方案的底板在其表面設(shè)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(qiáng)底板強(qiáng)度的作用。底板的底面設(shè)有用于支撐的底柱，底柱均布，且間距不影響叉車作業(yè)?？拷鋫?cè)壁位置設(shè)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(jié)構(gòu)能夠嵌合至間距為A的限位槽內(nèi)形成限位，同時底板的側(cè)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(hù)頂層電機(jī)設(shè)計的，所以設(shè)置有多個錐形的電機(jī)軸放置腔，其位置與頂層電機(jī)位置一一對應(yīng)。頂板的面積設(shè)計與底板一致，且外圍側(cè)壁設(shè)置有擋板。如圖7所示，頂層電機(jī)的電機(jī)軸放置于頂板的電機(jī)放置腔內(nèi)，保護(hù)軸不會受到磕碰,并進(jìn)行限位，擋板保護(hù)外圍電機(jī)。

圖8 支撐柱結(jié)構(gòu)示意圖

支撐柱是為了加固整體包裝的穩(wěn)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(nèi)固定住，中間部分卡在多層襯板上B×C的支撐柱安裝槽內(nèi)，維系多層襯板的穩(wěn)定，頂部套在頂板的擋板內(nèi)，如圖8所示，將該項目所述的大包裝結(jié)構(gòu)連接成一個整體的穩(wěn)固的包裝單元。

以電機(jī)DJ為例，實際生產(chǎn)中一個襯板放置6臺電機(jī)、一層放4個襯板、可放10層，一個包裝單元6×4×10=240臺電機(jī)，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(zhì)的襯板承重性明顯優(yōu)于紙箱，可以放置更多層電機(jī)，提高了包裝的空間利用率。當(dāng)然，不同的電機(jī)可以根據(jù)不同的重量合理設(shè)計放置層數(shù)。

3 項目收益

本設(shè)計方案所述的電機(jī)大包裝結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)收益主要體現(xiàn)在四個方面，下面以實際生產(chǎn)中需求量最大的電機(jī)DJ（日產(chǎn)能按10 000臺）為例進(jìn)行說明。

3.1 通用化降低成本

優(yōu)化前若電機(jī)DJ用原方案一個包裝單元成本是A元，它和電機(jī)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(jī)分?jǐn)偟哪＞哔M(fèi)越低，則電機(jī)DJ1和DJ2的包裝成本均會高于A元，因此三款電機(jī)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(yōu)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(yuǎn)高于用紙箱和泡沫板的，如果僅電機(jī)DJ一款分?jǐn)偰＞哔M(fèi)那一個包裝單元的成本會高達(dá)8A，但是由于三款電機(jī)通用包裝，覆蓋產(chǎn)量的增加讓分?jǐn)偰＞哔M(fèi)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(yōu)化前的電機(jī)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(yōu)化后雖然一個包裝單元的材料成本增加了，但是由于電機(jī)數(shù)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(yùn)輸成本降低

以市面上單趟運(yùn)輸費(fèi)用為B元的貨車為例，每車可運(yùn)輸12個包裝單元。由于取走電機(jī)后紙箱體積沒有變化，但是空箱可以堆積更高，優(yōu)化前每兩車電機(jī)的包裝單元需要一車回收；而電機(jī)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(jī)的包裝單元需要一車回收；所以優(yōu)化后包裝回收的頻次降低一半。優(yōu)化后由于每趟車可以運(yùn)輸更多的電機(jī)、提高了運(yùn)輸效率，而且回收的運(yùn)輸成本降低了，電機(jī)DJ的運(yùn)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(yōu)化前電機(jī)DJ采用紙箱打包，紙箱一般都是提前折好的，放好電機(jī)后需要封箱，一整箱電機(jī)重量在20 kg左右，需要堆碼成一個包裝單元再進(jìn)行周轉(zhuǎn)，人工堆碼需要整箱電機(jī)搬運(yùn)所以勞動強(qiáng)度比較大，電機(jī)使用時需要每箱都人工拆箱，加上周轉(zhuǎn)和倉儲費(fèi)用合計一個包裝單元的人工成本在100C元，單臺電機(jī)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(yùn)輸成本分析

使用優(yōu)化后的方案對電機(jī)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(qiáng)度大大降低，生產(chǎn)效率也提高了；而且由于每個包裝單元電機(jī)更多，所以周轉(zhuǎn)和倉儲的費(fèi)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(jī)的人工成本為70C÷240≈0.29C元。人工成本可節(jié)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(jī)大包裝各方面成本都優(yōu)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(yùn)輸，但是完全滿足需求量大、短途運(yùn)輸?shù)碾姍C(jī)周轉(zhuǎn)要求，以電機(jī)DJ為例可節(jié)約50 %以上的包裝、運(yùn)輸成本，年度收益百萬以上。

4 結(jié)束語

目前該電機(jī)大包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案已輸出并申請發(fā)明專利CN 201910406518.8《一種電機(jī)包裝板及電機(jī)包裝結(jié)構(gòu)》、實用新型專利CN 201920769103.2《一種電機(jī)包裝結(jié)構(gòu)》和CN 201920719130.9《一種電機(jī)包裝板及電機(jī)包裝結(jié)構(gòu)》。本項目所述的電機(jī)大包裝設(shè)計方案，經(jīng)過驗證包裝整體穩(wěn)固可靠，順利通過相關(guān)包裝運(yùn)輸試驗。由于包裝襯板通用性強(qiáng)，可大范圍的推廣應(yīng)用該項目成果，降本收益進(jìn)一步擴(kuò)大，同時也為其他系列電機(jī)包裝設(shè)計提供參考經(jīng)驗，應(yīng)用前景廣闊，市場收益顯著。