电子枪在运输过程中的破损特性
摘要：电子枪是一种不规则、易破损、多材质的电子产品，在流通的过程中由于受到冲击、振动等作用易发生破损。本文通过机械冲击和振动实验，研究分析电子枪的破损特性，为电子枪的缓冲包装设计提供了基本数据。
关键词：电子枪，跌落冲击，振动，破损
1、引言
物流的重要环节是运输，在运输过程中商品不仅发生空间位移，同时还要保证商品的使用价值。冲击和振动是包装件在流通过程中经常受到的两种主要的力学类环境，对包装件造成的破损危害较大，为了减少包装件在运输过程中的破损率，就包装产品本身来说，在冲击和振动作用下研究其破损模式有利于缓冲包装的设计。
近年来由于工业化程度的提高，技术手段不断更新，各种产品系统结构日益复杂且更加精密，一个完整的独立系统，往往由数千个零部件以及数万电子元器件所组成。如果系统在运行中，由于外部环境改变而造成损坏或电子元器件连接处的脱落，轻则导致系统部分功能的丧失，重则造成整个系统功能的瘫痪，将造成不可预期的严重后果[1]。所以出厂前必须进行运输模拟实验，以防产品在运输过程中遭受外力作用而破损。
目前我国由于包装不善等原因造成商品经济损失的价值每年仍有140亿元之巨。其中因运输包装不当发生在运输过程的损失占80%左右[2]。由于我国的路面状况较差、铁路接缝不够紧密、发动机振动较大、车辆避振性能较差、船舶机械性能不够，包装件在流通过程中受到的冲击和振动能量较大，其发生损坏的潜在危险性较高[3]。电子产品属于精密的工业产品，怕碰撞和挤压等外力的威胁。包装本身要能抵抗外力，防止包装物或产品的变形；还能有效抑制运输、搬运过程中的振动和摩擦。防震包装的目的是运输、装卸过程中，当存在振动、冲击等外力作用时，保护被包装产品的性能和形态。所以在包装动力学中，缓冲减振抗冲击包装设计很受关注。
本文主要以电子枪（图1）为例。电子枪是一种不规则、易破损、多材质的电子产品，其外形呈细长多段管型结构，但形状不规则、结构复杂，部件由多种材料（不锈钢、玻璃、镍等）制造，金属薄片采用点焊连接。其基本结构按其结构特征划分为4段（图2），第1段排气管，第2段管脚，第3段固定玻杆、会聚帽，第4段焊接于会聚帽上的`4个弹簧片。
由于电子枪中的金属薄片点焊连接结构在运输物流过程中受到车辆、路面的冲击、振动作用容易损坏[4-5]。所以模拟电子枪在运输过程中所受的外力（主要是外部冲击作用和振动作用）来分析电子枪的破损特性，为其运输及包装提供理论依据是很有必要的。
2、电子枪破损特性的研究
2.1 电子枪冲击破损特性的研究
在产品运输过程中，机械冲击现象是可能经常发生的。按照力学概念，所谓冲击是指机械结构系统在受到瞬态外部激励时其力、位移、速度或加速度发生急剧变化的现象。实践证明，机械冲击现象是造成包装内装物即产品受损的一个重要因素。在商品装卸作业和运输操作过程中，机械冲击现象最有可能发生。
（1）实验原理：跌落实验的实验原理是按预定的状态将实验样品用夹具固定在实验台上，用预定的冲击脉冲波形对实验样品进行实验强度逐渐增强的冲击实验，直至产品破损。实验样品做的是自由落体运动，这样来模拟运输包装件的跌落情况。进行跌落实验时，提起实验品至预定高度，然后突然释放，使其按预定的高度自由落下，与冲击台面形成冲击。根据实验的要求，完成了一系列的跌落后，检查实验样品的完好程度。本次实验的测试系统由跌落实验机和数据采集与处理系统组成。
（2）实验方案
电子枪的固定方式：
a.底部支撑，电子枪水平放置，夹持在左部。
b.底部支撑，电子枪水平放置，夹持在中部
c.底部支撑，电子枪水平放置，夹持在右部
传感器固定方式：3个传感器分别固定于玻杆左、中、右位置。1个固定于冲击台面。同时检测4路信号。
跌落高度：从30cm起跌落，跌落一次台面升高5cm直到电子枪破损（每次时间间隔较长，不属于连续跌落冲击情况）。
冲击持续时间：2～4ms
2.2电子枪振动破损特性的研究
（1）实验原理：采用变频实验对电子枪进行振动实验，评定产品在变频振动或共振情况下的强度。实验时将产品固定在振动台上，让振动台在规定的频率范围内，以一定的扫频速率进行扫频振动。本次实验所采用的振动系统由电动振动系统、振动控制系统、数据自动采集与处理系统组成。
（2）实验方案：振动实验方案与冲击实验方案相同。
3、小结
本文实验方案中电子枪的夹持方式只列举了3种，在实验过程中，还研究了电子枪底部悬空夹持、冲击作用时间加长等不同因素对其的破损影响。
观察实验结果：电子枪破损不仅和夹持方式、冲击作用时间有关，还与电子枪本身结构有关。
（1）在冲击实验中，电子枪破损的部位多集中在排气管、黑瓷片、白瓷片处。破损形式主要包括：排气管下沉或上翘、白瓷片中部断裂、黑色瓷片断裂、瓷片角部破裂掉落、玻杆小凸台破裂。
（2）在振动实验中，电子枪无破损情况。
（3）电子枪的运输包装应着重考虑破损部位的防护。
本文通过实验研究电子枪的跌落冲击与振动破损特性，为电子枪运输防护包装设计提供理论依据。
参考文献
[1] 于君，王洋，焦新泉，秦丽.基于冲击振动信号的响应谱分析研究[J].包装工程.2008.29（9）：1-3
[2] 李沛生.我国商品运输包装及技术的现状与发展[J].物流技术与应用.2005.2：92-95
[3] 评介.我国运输包装状况不容乐观[J].中国包装工业.2008.3：49
[4] Veprik A M. Vibration protection of critical components of electronic equipment in harsh environmental conditions [J].Journal of Sound and Vibration.2003.259（1）：161–175
[5] 许文才，向明.连续冲击载荷对包装产品的影响[J].振动与冲击.2001.20 （3）：26-28
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