飞机大部件运输包装箱的设计与研究

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中航工业西飞国合技术处 710089

摘要：文章描述了一种运输飞机大部件的薄壁钢构架长型运输包装箱的设计过程，对选材和结构设计以及强度校核进行了介绍，指出了这种适合公路和水路运输的超高超长包装箱设计要点，实践证明此种包装箱的运输飞机大部件可靠性。

关键词：包装箱 钢构架 卡板 强度

1.引 言

随着航空市场的迅猛增长，传统飞机部件运输平台受到飞机装配制造车间空间的限制，已无法适应现代化的飞机生产需求。转包生产是国际航空合作的一个重要领域，随着航空部件的转包生产范围的扩大，产品运输也是关键的一个环节。航空部件运输包装箱虽属于航空产品的附属品，但也是运输航空产品不可缺少的载体。本文以747-8垂尾前扭力盒为例，针对航空大部件运输包装箱的设计进行讨论。

2.设计原则

航空部件运输包装箱要考虑的因素很多，适用、美观、坚固、节约和有效保护产品安全是通用的要求。航空产品不均匀、易变形、偏心、载荷分布集中，运输包装箱应根据产品结构，协调产品在包装箱中的放置、固定与系留，还应有良好的缓冲设计，阻止诱发环境的作用力向产品传递，防止飞机产品产生振动响应。包装箱设计同时应适于交付过程中的理货、装卸、运输和贮存，应不仅装箱方便，还应拆除简捷，易于处理废弃包装，不浪费资源、不污染环境。

3.设计方案

下面以747-8垂尾前扭力盒为例，详细讨论运输包装箱的设计。

3.1.箱体材料和外形尺寸的确定

747-8垂尾前扭力盒外形及尺寸15米×1.9米×2.75米，在运输中属于超高超长产品。若采用专用运输车运输成本会非常高，如果采用全实木包装箱，国内木材资源比较短缺，制造成本很昂贵，那么选择薄壁钢构架包装箱是最好的选择，即以0.8-1.5mm厚钣金型材为构架，外敷人造板为蒙皮，人造板出口是免熏蒸，而且抗压、承重性上仅次于实木。

根据产品的外形特征，可选择硬质直方体。箱底下设有100mm高的支撑，便于铲车移动箱体。国内的公路一般限高为4.5米，而运输超长产品要用平板卡车。目前常用的平板卡车车厢距地面1.2米，为符合公路运输高度要求，设计时必须将箱体高度控制在3.3米以下。按产品外廓尺寸，距内壁的距离，箱体壁厚尺寸，箱盖的高度以及吊环所增加的尺寸等，最终可确定箱体外廓尺寸15.9米×2.2米×3.3米。

3.2.箱体底板设计

该产品总重量在470千克左右，且15米长，人力无法搬运，必须由叉车、吊车进行上下搬运及移动，因此对于包装厢底部设计有特殊要求。包装箱底盘设计4米长的阶梯，这样就能从20米长车厢减至17米长车厢的卡车来运输，因为国内通用平板卡车车厢前段油箱处底板比后段高出约0.3米，阶梯设计能有效利用卡车车厢，降低了运输成本，又减轻了箱体重量。底板要考虑能用铲车和吊车两种工具移动箱体，根据箱体过长，考虑移动时需要用两个叉车，所以在重心位置两侧各设计两个叉车孔，根据常用叉车叉脚尺寸，两个叉车孔间距200-600mm之间，可采用2T-3T和5T叉车叉运箱体。另外需要设计吊车吊环，同叉车孔类似，重心两侧各单侧需要2个吊环，采用两组钢丝起吊箱体，增加受力点的位置，起吊过程中也容易保证箱体的平衡。四周采用槽钢，选择角钢作为中间支撑，保证在运输或起吊时箱子底部强度。包装箱箱体底盘设计示意见图1。

图1 包装箱箱体底盘设计示意图

3.3.整体设计

箱体采用框架结构设计，使用角钢焊接框架，外部采用木质多层板10mm蒙皮与角钢进行铆接。市场供应标准规格的木质多层板是1米×2米，设计时框架角钢间距不超过1米，减少多层板的拼接或剪裁，同时保证多层板蒙皮的强度。在箱体周襞内衬塑料薄膜或复合薄膜作为防雨层，防止海浪或雨水浸入。箱体外设置厚度不超过0.5mm的马口铁皮对箱体四周进行边缘密封，蒙皮对接处涂环氧胶进行密封。

图2 包装箱整体设计示意图

产品在箱体内采用木质卡板定位，按不同位置设计根据产品外形设计的U型卡槽。用通用螺栓将卡板连接在箱体上，对箱体侧壁支撑作用。在每个卡板与产品的接触面上包上20mm厚的海绵后，再包裹上无纺布，作为缓冲层，防止产品在运输中受到冲击和振动。在端头设计挡块限定位置，防止产品窜动。对于箱盖强度要求不高，主要是起封闭作用。如果设计一个将近16米整体盖，箱盖的变形量比较大，也不便于装卸。因此对于箱盖分为两段设计，中间由帽子形状的连接器连接两段箱盖，减少了箱盖的变形，也简便了装卸过程。由于产品和箱体的高度总和为6.05米，设计时考虑产品装箱时从顶部入箱时比较困难，在箱体大端头做整体可卸门，这样可以水平装箱产品，人员可以控制产品装箱的位置。在箱体的小端头两侧设计人员可以出入的可卸门，一是增强箱体底部的光线，二是便于装卸人员出入箱体。

4.强度校核

对于航空产品的运输，箱体强度和刚度尤为重要。为防止由于产品放置不均匀、易变形、偏心、载荷分布集中现象的发生，对箱体结构框架和蒙皮进行了强度和刚度有限元分析。根据如实反映箱体结构的几何形状、构造型式、材料特性、传力路线、承载方式和边界条件等基本原则，参考箱体结构的Catia模型和图纸，使用国际先进的有限元建模计算软件MSC.Patran2008建立了有限元分析模型，利用MD.Nastran求解，得到极限载荷工况下的应力计算和变形结果，经过多轮分析计算，得到完全满足强度和刚度要求的箱体结构尺寸。

5.结束语

此项包装箱已经安全运输32架的产品，为超长超高航空部件运输提供了成功的实例，也为薄壁钢构架长型包装箱的强度计算积累了经验。实际应用证明，采用薄壁钢构架包装箱运输航空大部件能适应国际运输，设计方法简便，制造容易而且成本低廉，便于装卸、存储和运输，易于回收。

参考文献：

[1] 彭国勋，运输包装[M]，北京：印刷工业出版社，1999

[2] 王学峰，国际物流运输[M]，北京：化学出版社，2004

[3] 刘喜生，包装材料学[M]，长春：吉林大学出版社，2004

[4]MSC.Patran&Nastran用户手册

[5]飞机设计手册 第9册