權(quán)江坤 梁遙 鄒春龍

摘 要：隨著網(wǎng)購(gòu)需求量陡增，快遞包裝量快速增長(zhǎng)，由快遞包裝引起的環(huán)保問(wèn)題也日益凸顯。當(dāng)前解決方案多采用材料可降解的包裝產(chǎn)品或規(guī)范包裝尺寸，而缺少包裝袋重復(fù)利用的可行方案。文章設(shè)計(jì)了一種新型包裝袋，用于中小型快遞，通過(guò)一次按壓鎖止頂蓋實(shí)現(xiàn)包裝袋的機(jī)械鎖緊，并通過(guò)掃碼解鎖，有效減少過(guò)度包裝，可操作性和安全性較強(qiáng)，易于快速推廣

關(guān)鍵詞：中小型快遞;重復(fù)利用：機(jī)械鎖緊：包裝袋

中圖法分類(lèi)號(hào)：TB48文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

１ 引言

近年來(lái)，電子商務(wù)等數(shù)字經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)的創(chuàng)新發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)快遞包裹數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，２０２１ 年全年，我國(guó)快遞業(yè)務(wù)量達(dá)１ ０８３ 億件，同比增長(zhǎng)２９．９％［１］ ，包裹數(shù)量占全球一半以上。據(jù)估算，我國(guó)快遞業(yè)每年消耗的各種包裝產(chǎn)品可布滿(mǎn)近２０ 萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，膠帶用量近１７０ 億ｍ［２］ ，并與快遞業(yè)務(wù)量呈同步快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)日常生活和生態(tài)環(huán)境造成的影響已不容忽視。大多數(shù)在用的解決方案涉及可降解包裝材料的使用以及規(guī)范包裝以減少快遞過(guò)度包裝方面。在國(guó)家大力推廣快遞分類(lèi)合理包裝的當(dāng)下，本文設(shè)計(jì)了一款利用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖緊且針對(duì)中小型快遞可以重復(fù)利用的便捷環(huán)保包裝袋。

２ 快遞包裝袋整體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是由鎖緊打包機(jī)構(gòu)、包裝袋主體、包裝袋頂蓋和打包帶組成，設(shè)計(jì)示意圖如圖１ 所示。

裝袋在開(kāi)鎖時(shí)，鎖緊打包機(jī)構(gòu)鎖松，從里面抽出打包帶，打開(kāi)包裝袋頂蓋并取出物品，快遞員對(duì)其進(jìn)行回收。第二次使用時(shí)將物品放入后，蓋上頂蓋，將打包帶穿入鎖緊裝置，最后對(duì)鎖緊裝置進(jìn)行按壓完成打包。

３ 打包袋鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖２ 所示，快遞包裝袋主要分為鎖緊狀態(tài)和解鎖狀態(tài)。若１ 號(hào)件（打包帶）處于束縛狀態(tài)，整個(gè)包裝袋就保持鎖緊狀態(tài)。打包帶束縛與否是通過(guò)按壓或者回彈２ 號(hào)件（鎖止頂蓋）控制，然后帶動(dòng)３ 號(hào)件（壓蓋一體頂柱）上下往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鎖緊和解鎖。

３．１ 打包袋鎖緊功能設(shè)計(jì)

打包袋鎖緊過(guò)程：按下３ 號(hào)件（鎖止頂蓋），兩側(cè)１ 號(hào)件（頂針）卡在３ 號(hào)件（鎖止壓蓋）凹槽處，使鎖止壓蓋連接一體的頂柱將打包帶壓緊，防止打包帶滑出，使包裝袋處于鎖緊狀態(tài)。如圖３ 所示。

３．２ 打包袋開(kāi)鎖及回收

打包袋解鎖過(guò)程：掃碼通過(guò)指令→電磁鐵通電→頂針吸出→鎖止壓蓋回彈，帶動(dòng)鎖止壓蓋連接一體的頂柱回彈，將打包帶松開(kāi)，使包裝袋處于解鎖狀態(tài)。如圖４ 所示。

取件人在取件時(shí)，用特定的取件器掃描鎖止壓蓋上的二維碼和條形碼獲取解鎖數(shù)據(jù)，使電磁鐵產(chǎn)生相應(yīng)的磁力，通過(guò)磁力帶動(dòng)兩側(cè)的頂針移動(dòng)至平衡位置，此時(shí)彈簧再推動(dòng)鎖止壓蓋上移，鎖止壓蓋上的頂柱松開(kāi)，使打包帶處于松開(kāi)狀態(tài)，鎖緊模塊解鎖，快遞員將裝置回收以便再利用。

４ 鎖芯頂針強(qiáng)度校核

當(dāng)鎖止壓蓋連接的彈簧處于下壓狀態(tài)時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)，依靠鎖芯頂針對(duì)鎖止壓蓋內(nèi)凹處的接觸，卡住鎖止壓蓋并維持鎖緊狀態(tài)。鎖芯頂針是整個(gè)包裝袋的主要受力部件。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)中小型快遞質(zhì)量一般在１０ ｋｇ以?xún)?nèi)。從金屬耐用性［３］ 等方面考慮，頂針選用Ａｌ?Ｚｎ?Ｍｇ 合金最為合適， 其最大許用應(yīng)力［ σ ］ 為６００ＭＰａ［４～５］ 。受力處為圓形截面，由式（１）求出其所受最大切應(yīng)力。

其中，Ｆ 為截面處所受剪力，Ｒ 為截面半徑。

根據(jù)第三強(qiáng)度理論，由式（２）求出其相當(dāng)應(yīng)力。

其中，σ 為頂針?biāo)苷龖?yīng)力０ ＭＰａ，τ 為頂針?biāo)芮袘?yīng)力。

在１０ ｋｇ 載荷的作用下，對(duì)頂針進(jìn)行整體受力分析，如圖５ 所示。其最大應(yīng)力２８２ ＭＰａ ＜ ［ σ ］ ＝６００ ＭＰａ，計(jì)算出應(yīng)力為３６０．２ ＭＰａ＜［σ］ ＝６００ ＭＰａ。鎖芯頂針零件和材料可以滿(mǎn)足裝置中小型包裝工作要求。

５ 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的快遞包裝袋在擁有可重復(fù)利用特點(diǎn)的同時(shí)，還擁有快捷鎖緊的特點(diǎn)，使其重復(fù)利用更加便捷。這些特點(diǎn)有助于對(duì)其進(jìn)行快速推廣［６～７］ ，為中小型快遞的包裝環(huán)保問(wèn)題提供切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 鄭淼．快遞包裝綠色發(fā)展的實(shí)踐探索［Ｊ］．天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，２０２２（４）：９２?９６．

［２］ 高昂，程越，李柏晨，等．快遞包裝分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)化研究［Ｊ］．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，２０２２（１５）：１１８?１２１．

［３］ 李艷芬，袁濤．金屬材料損傷分析中的物理冶金分析技術(shù)研究［Ｊ］．冶金與材料，２０２２，４２（５）：６６?６８．

［４］ 陳麗暉．高強(qiáng)度鋁合金構(gòu)件彈塑性穩(wěn)定性分析［Ｄ］．長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，２０２２．

［５］ 李臻宇，王研艷，葉魁，等．一種新型快遞打包袋［Ｐ］．中國(guó)，ＣＮ２１１２２４５９３Ｕ，２０２０?０８?１１．

［６］ 鄧凱凱． 一種可重復(fù)利用的快遞打包盒［ Ｐ］． 中國(guó)，ＣＮ１０８１９０２２１Ｂ，２０１９?１１?１５．

［７］ ＧＯＮＧ Ｊ，ＬＵ Ｘ，ＨＥ Ｊ，ｅｔ ａｌ． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｎｄ ｓａｆｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｅｘｐｒｅｓｓ ｐａｃｋｉｎｇ ｂｏｘｅｓ ［ Ｊ ］． ＭＡＴＥＣ Ｗｅｂ ｏｆＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ，２０２０，３２５：０２００３．

作者簡(jiǎn)介：

權(quán)江坤（２００１—），本科，研究方向：精密測(cè)量技術(shù)。

梁遙（２００１—），本科，研究方向：精密測(cè)量技術(shù)。

鄒春龍（１９８８—），講師，研究方向：精密測(cè)量技術(shù)（通信作者）。