行業(yè)知識：運輸沖擊與振動的相關(guān)概念

運輸是貨物流通中的必要環(huán)節(jié)。長途運輸工具有汽車、火車、船舶和飛機(jī)。運輸過程對貨物包裝件造成損害的原因如下：

1. 沖擊。運輸工具的起動、變速、轉(zhuǎn)向、剎車會使貨物改變速度。當(dāng)貨物堆垛松散時，會與車廂或相鄰貨物發(fā)生碰撞，導(dǎo)致貨物或包裝容器的沖擊損壞。
2. 振動。汽車、火車、船舶和飛機(jī)等工具運行時受到路面狀況、鋼軌接頭、發(fā)動機(jī)振動、車輛抗振性能、水面風(fēng)浪、空中氣流等因素的影響，會產(chǎn)生周期性上下顛簸和左右搖晃。由于各種運輸工具結(jié)構(gòu)性能不同，其振動振幅與頻率范圍也各不相同。
3. 氣候條件。長途運輸?shù)呢浳镯毥?jīng)歷不同氣候區(qū)域，會受到寒冷、炎熱、干燥、潮濕、風(fēng)雨等氣候因素的影響。若貨物包裝件結(jié)構(gòu)不當(dāng)、材料薄弱、封閉不嚴(yán)，則會使內(nèi)容物發(fā)生變質(zhì)或損壞。
4. 其他因素。流通過程中，存在各種化學(xué)和機(jī)械活性物質(zhì)、有害微生物和嚙齒動物的損害等。具體說來，氧氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫等氣體，以及鹽霧、雨水、熱源、放射源、氣味源、日光照射等都會使包裝件及內(nèi)容物受污染或受損害，加速其品質(zhì)下降。電子產(chǎn)品應(yīng)考慮環(huán)境靜電場對其性能的影響。貴重物品還應(yīng)考慮防竊啟問題。

    存儲是產(chǎn)品在流通鏈中的重要一環(huán)。貨物儲存方法，堆碼重量、高度、儲存周期，儲存地點，儲存環(huán)境（如光、風(fēng)、雨、蟲、霉、鼠、塵、有害氣體等）直接影響產(chǎn)品包裝件的流通安全性。倉庫的建筑結(jié)構(gòu)型式對儲存環(huán)境中溫度、濕度、氣壓等因素影響甚大。

裝載及儲存時，為節(jié)省占地面積，常需將貨物堆高，堆碼后底部貨物包裝件將承受上部貨物的重壓。這種靜載壓力會導(dǎo)致包裝容器變形（蠕變），影響包裝外觀及其動態(tài)保護(hù)性能能。

一、流通環(huán)境的沖擊特性

沖擊是一種瞬間的、猛烈的機(jī)械運動，即物體在極短的時間內(nèi)發(fā)生很大的速度變化或完成突然的能量轉(zhuǎn)化。包裝件的沖擊主要發(fā)生于裝卸作業(yè)和運輸過程中，可分為垂直沖擊和水平?jīng)_擊。垂直沖擊主要由搬運、裝卸、起吊時跌落引起；水平?jīng)_擊主要發(fā)生于運輸車輛在崎嶇不平的路面上行駛中車輛突然啟動或制動，火車的編組溜放與轉(zhuǎn)軌，飛機(jī)著陸，船舶靠岸時。

沖擊時，雖然包裝件的速度只發(fā)生有限的變化，但由于沖擊作用的時間極其短促，因此，仍會產(chǎn)生極大的加速度，導(dǎo)致包裝件在瞬間承受極大的沖擊力，這種沖擊力會導(dǎo)致包裝內(nèi)容物的破損。

1. 裝卸時的沖擊

不論人工或機(jī)械裝卸，都可能因人為或偶發(fā)因素使包裝件自由跌落。此時沖擊碰撞發(fā)生于包裝件與地面之間，其沖擊加速度取決于跌落高度，而沖擊力大小除處取決于跌落高度外，還取決于包裝件質(zhì)量、內(nèi)襯墊緩沖性能和地面的剛性。據(jù)測定，人工裝卸的跌落沖擊加速度通常在10g左右，最高可達(dá)100g。裝卸作業(yè)的沖擊加速度值一般用g表示，g=9.8m/s²。

2. 運輸過程的沖擊

汽車運輸?shù)臎_擊，主要取決于路面狀況，車輛的啟動和制動，貨車重量及裝載穩(wěn)定性。火車運行時產(chǎn)生的沖擊有兩種，一種是車輪滾過鋼軌接縫時的垂直沖擊，在普通有縫線路上為80-120次/min，加速度最高為1g。另一種是車輛在連掛時產(chǎn)生的水平?jīng)_擊，沖擊加速度可達(dá)2-4g。若速度為14.5km/h時作溜放連掛，車體撞合的瞬間可能產(chǎn)生18g的沖擊加速度。影響火車連掛作業(yè)時水平?jīng)_擊力的主要因素是：車輛連掛速度越大沖擊力越大；車輛牽引裝置的緩沖性能好可吸收部分沖擊能量；貨物的質(zhì)量越大，它與地面的摩擦越大，越不容易滑動；貨物堆碼松散或間隙過大，倒塌和反復(fù)相撞的可能性增加；堆碼越高，最上層貨物的沖擊幅度越大。

3. 空運與海運

空運沖擊主要發(fā)生在飛機(jī)起降過程中，特別是降落時，因機(jī)輪與地面相撞而產(chǎn)生顯著的沖擊。其沖擊加速度大小與機(jī)種、駕駛技術(shù)、風(fēng)力、載重有關(guān)，最大可達(dá)14g。海運中的沖擊則與水域、風(fēng)浪、船型、載重、氣象條件有關(guān)，其沖擊值相對較小。

二、流通環(huán)境的振動特性

振動是指質(zhì)點相對其平衡位置所作的往復(fù)運動，描述振動的最基本參數(shù)是頻率和加速度。影響包裝件振動的因素來自運輸工具種類、運輸環(huán)境狀況、包裝結(jié)構(gòu)形式、裝載質(zhì)量等方面。由于影響因素的多樣性和隨機(jī)性，包裝件的振動屬于復(fù)合隨機(jī)振動。

1. 汽車運輸振動

汽車運輸振動加速度的大小與路面狀況、行駛速度、車型和載重質(zhì)量有關(guān)，但主要因素為公路的起伏和不平度。不同路面而引起的汽車振動通過底板傳遞給貨物，若包裝結(jié)構(gòu)不當(dāng)，會使包裝箱內(nèi)產(chǎn)品的振動加速度增大。防震包裝的目的即減弱包裝件對運輸環(huán)境振動的響應(yīng)。汽車運輸時包裝件的共振頻率一般小于25Hz。

交通部公路研究所對汽車運輸?shù)恼駝記_擊測試結(jié)果如下：汽車運輸?shù)碾S機(jī)振動加速度功率譜密度以垂直（上下）為最大，橫向（左右）為次，縱向（前后）最小；汽車運輸隨機(jī)振動加速度功率譜密度在2Hz左右和10Hz左右各有一個較大峰值。通常2Hz處的峰值為全頻帶內(nèi)最大值。采用汽車運輸?shù)陌b件其固有頻率應(yīng)避開這兩個頻率值。

2. 火車運輸振動

火車駛過鋼軌接頭時車輪受到?jīng)_擊，這對車輛是一種周期性激勵，由此引發(fā)運行車輛的周期性強(qiáng)迫振動。在正常行駛、進(jìn)出站、過道岔、車體搖晃、車體顫動、過鋼軌接頭、過橋梁等運行中，過鋼軌接頭引發(fā)的振動最為強(qiáng)烈。

3. 海運與空運振動

空運時飛機(jī)的振動主要來自發(fā)動機(jī)振動，表現(xiàn)出單振動、高頻率的特點，其振動加速度較小，比較穩(wěn)定。航行中的船舶是自由彈性體，當(dāng)受到外部干擾時，會產(chǎn)生一個或若干個調(diào)諧共振，其外部激勵來自柴油機(jī)的振動，螺旋槳與主傳動軸系的不平衡力，其他輔機(jī)的不平衡力及振動，波浪的周期沖擊，舵力。一般情況下，海運中出現(xiàn)兩個不同級別的振動：較平靜海面上穩(wěn)定航行時的振動；大風(fēng)浪中或緊急操作航行時的高強(qiáng)度振動。海浪引起的低頻振動為0.03-0.2Hz，對貨物的共振影響不大。

---節(jié)錄于清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社《運輸與包裝》教材（第3版）

關(guān)于振動的一些更為通俗的說明：

振動是貨物運輸時應(yīng)考慮的基本環(huán)境條件，尤其以精密儀器儀表、半導(dǎo)體材料、芯片、果蔬等對于振動敏感的貨物為甚。振動的物理特征是以振幅與頻率來描述的。振動強(qiáng)度以振動所產(chǎn)生的加速度大小來分級（達(dá)到一個振動加速度為1級，記為1g）。據(jù)相關(guān)研究，1g以上的振動加速度可直接造成果蔬類物理損傷，1g以下的振動也可能造成間接損傷。

影響運輸車輛振動的因素首先與車輛狀況相關(guān)，國外對卡車的車輪數(shù)與車體垂直振動強(qiáng)度關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，輪數(shù)少，即車體小、自重輕的車，振動強(qiáng)度高。摩托車、三輪車的振動加速度可達(dá)3-5g。車輪內(nèi)壓力高時，振動大。在同一車廂中，以后部的振動強(qiáng)度高于前部，上方的振動強(qiáng)度高于下方；其次與車速及路面狀況相關(guān)，一般而言，鐵路及高速公路比較平滑，因而運輸?shù)恼駝蛹铀俣群苌俪^1g，而且在鐵路及高速公路上，行車速度與振動關(guān)系不大。在條件較差的路面上行車時，則車速越快，振動越大。因此，道路狀況是運輸中振動大小的決定因素；再者與車輛中貨物的裝載狀況相關(guān)，空車或裝貨少的車廂振動強(qiáng)度高。另外，如果貨物堆碼不合理、不穩(wěn)固時，包裝與包裝之間的二次甚至多次碰撞，常會產(chǎn)生更強(qiáng)的振動，記錄到的振動加速度可達(dá)31g；最后與運輸方式有關(guān)，以公路運輸?shù)恼駝幼畲螅诼窙r不好的情況下，常會發(fā)生3g左右的振動。鐵路運輸?shù)恼駝虞^小。水運振動最小，雖然輪船的搖擺相當(dāng)大，要搖擺周期長，因此振動速度很小。