行業知識：運輸沖擊與振動的相關概念

運輸是貨物流通中的必要環節。長途運輸工具有汽車、火車、船舶和飛機。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、轉向、剎車會使貨物改變速度。當貨物堆垛松散時，會與車廂或相鄰貨物發生碰撞，導致貨物或包裝容器的沖擊損壞。
2. 振動。汽車、火車、船舶和飛機等工具運行時受到路面狀況、鋼軌接頭、發動機振動、車輛抗振性能、水面風浪、空中氣流等因素的影響，會產生周期性上下顛簸和左右搖晃。由于各種運輸工具結構性能不同，其振動振幅與頻率范圍也各不相同。
3. 氣候條件。長途運輸的貨物須經歷不同氣候區域，會受到寒冷、炎熱、干燥、潮濕、風雨等氣候因素的影響。若貨物包裝件結構不當、材料薄弱、封閉不嚴，則會使內容物發生變質或損壞。
4. 其他因素。流通過程中，存在各種化學和機械活性物質、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容物受污染或受損害，加速其品質下降。電子產品應考慮環境靜電場對其性能的影響。貴重物品還應考慮防竊啟問題。

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

裝載及儲存時，為節省占地面積，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。這種靜載壓力會導致包裝容器變形（蠕變），影響包裝外觀及其動態保護性能能。

一、流通環境的沖擊特性

沖擊是一種瞬間的、猛烈的機械運動，即物體在極短的時間內發生很大的速度變化或完成突然的能量轉化。包裝件的沖擊主要發生于裝卸作業和運輸過程中，可分為垂直沖擊和水平沖擊。垂直沖擊主要由搬運、裝卸、起吊時跌落引起；水平沖擊主要發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軌，飛機著陸，船舶靠岸時。

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

1. 裝卸時的沖擊

不論人工或機械裝卸，都可能因人為或偶發因素使包裝件自由跌落。此時沖擊碰撞發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，還取決于包裝件質量、內襯墊緩沖性能和地面的剛性。據測定，人工裝卸的跌落沖擊加速度通常在10g左右，最高可達100g。裝卸作業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

汽車運輸的沖擊，主要取決于路面狀況，車輛的啟動和制動，貨車重量及裝載穩定性。火車運行時產生的沖擊有兩種，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生的水平沖擊，沖擊加速度可達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生18g的沖擊加速度。影響火車連掛作業時水平沖擊力的主要因素是：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

空運沖擊主要發生在飛機起降過程中，特別是降落時，因機輪與地面相撞而產生顯著的沖擊。其沖擊加速度大小與機種、駕駛技術、風力、載重有關，最大可達14g。海運中的沖擊則與水域、風浪、船型、載重、氣象條件有關，其沖擊值相對較小。

二、流通環境的振動特性

振動是指質點相對其平衡位置所作的往復運動，描述振動的最基本參數是頻率和加速度。影響包裝件振動的因素來自運輸工具種類、運輸環境狀況、包裝結構形式、裝載質量等方面。由于影響因素的多樣性和隨機性，包裝件的振動屬于復合隨機振動。

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、車型和載重質量有關，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，若包裝結構不當，會使包裝箱內產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境振動的響應。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的振動沖擊測試結果如下：汽車運輸的隨機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最大值。采用汽車運輸的包裝件其固有頻率應避開這兩個頻率值。

2. 火車運輸振動

火車駛過鋼軌接頭時車輪受到沖擊，這對車輛是一種周期性激勵，由此引發運行車輛的周期性強迫振動。在正常行駛、進出站、過道岔、車體搖晃、車體顫動、過鋼軌接頭、過橋梁等運行中，過鋼軌接頭引發的振動最為強烈。

3. 海運與空運振動

空運時飛機的振動主要來自發動機振動，表現出單振動、高頻率的特點，其振動加速度較小，比較穩定。航行中的船舶是自由彈性體，當受到外部干擾時，會產生一個或若干個調諧共振，其外部激勵來自柴油機的振動，螺旋槳與主傳動軸系的不平衡力，其他輔機的不平衡力及振動，波浪的周期沖擊，舵力。一般情況下，海運中出現兩個不同級別的振動：較平靜海面上穩定航行時的振動；大風浪中或緊急操作航行時的高強度振動。海浪引起的低頻振動為0.03-0.2Hz，對貨物的共振影響不大。

---節錄于清華大學出版社，北京交通大學出版社《運輸與包裝》教材（第3版）

關于振動的一些更為通俗的說明：

振動是貨物運輸時應考慮的基本環境條件，尤其以精密儀器儀表、半導體材料、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。振動強度以振動所產生的加速度大小來分級（達到一個振動加速度為1級，記為1g）。據相關研究，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，國外對卡車的車輪數與車體垂直振動強度關系研究發現，輪數少，即車體小、自重輕的車，振動強度高。摩托車、三輪車的振動加速度可達3-5g。車輪內壓力高時，振動大。在同一車廂中，以后部的振動強度高于前部，上方的振動強度高于下方；其次與車速及路面狀況相關，一般而言，鐵路及高速公路比較平滑，因而運輸的振動加速度很少超過1g，而且在鐵路及高速公路上，行車速度與振動關系不大。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，空車或裝貨少的車廂振動強度高。另外，如果貨物堆碼不合理、不穩固時，包裝與包裝之間的二次甚至多次碰撞，常會產生更強的振動，記錄到的振動加速度可達31g；最后與運輸方式有關，以公路運輸的振動最大，在路況不好的情況下，常會發生3g左右的振動。鐵路運輸的振動較小。水運振動最小，雖然輪船的搖擺相當大，要搖擺周期長，因此振動速度很小。