隨著人們生活水平的改善，對果蔬的需求越來越 多，因此其運(yùn)輸范圍越來越廣。作為大眾最喜愛的水 果之一，我國蘋果市場需求量極大，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅 2017 年我國蘋果的產(chǎn)量就達(dá)到了 43 800 kt。由于我國幅員 遼闊，蘋果往往需要經(jīng)過長遠(yuǎn)的公路運(yùn)輸，在達(dá)到消 費(fèi)者手中前的流通過程中會(huì)經(jīng)歷裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等 多個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)物理上會(huì)受到?jīng)_擊、振動(dòng)、氣候等多 因素的影響。蘋果作為一種較高市場價(jià)值的水果，以 山東紅富士蘋果為例，市場單價(jià)約 18 元/kg，其由于 包裝緩沖保護(hù)不善而造成的壞果現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此 造成經(jīng)濟(jì)上的大量損失。綜上所述，有必要對蘋 果等貴重的果蔬產(chǎn)品進(jìn)行合理的緩沖包裝安全保 護(hù)。生鮮果蔬的運(yùn)輸包裝防護(hù)在靜載、沖擊、碰 撞、擠壓等多種類型載荷作用下的損壞模式已經(jīng)引起 廣泛關(guān)注。

試驗(yàn)樣品選用紅富士蘋果，產(chǎn)于中國山東。試驗(yàn) 選用的蘋果尺寸、形狀、成熟情況基本一致，表面無傷 疤和可視損傷，蘋果的基本參數(shù)：質(zhì)量為（230±10）g， 赤道果徑為（83±3）mm。包裝蘋果的泡沫網(wǎng)為 EPE發(fā)泡塑料，緩沖襯墊材料為厚 10 mm，30~40 倍高發(fā) 泡形成的 EPE 珍珠棉。

主要儀器有 WDW-10C 萬能材料試驗(yàn)機(jī)，深圳市 新三思材料檢測有限公司；DT-315 跌落試驗(yàn)臺(tái)，華 威檢測設(shè)備有限公司；Model 7000 液壓振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)，美國 Lansmont 公司；GZX-9420MBE 恒溫恒濕箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

將厚度為 10 mm 的 EPE 發(fā)泡緩沖墊片切成 10 cm×10 cm 的方形試樣，將試樣放置在萬能材料試驗(yàn) 機(jī)上，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。為避免材料表面不平整，首先 對試樣進(jìn)行預(yù)加載，當(dāng)壓縮載荷達(dá)到 0.5 N 時(shí)開始記 錄數(shù)據(jù)，壓縮速率為 2 mm/min。試驗(yàn)結(jié)束后，記錄 試驗(yàn)的壓縮載荷-位移數(shù)據(jù)。

選取若干蘋果，分為帶泡沫網(wǎng)和無泡沫網(wǎng) 2 組， 并進(jìn)行編號。將樣品放置在跌落試驗(yàn)臺(tái)上，調(diào)節(jié)跌落 高度，進(jìn)行跌落預(yù)試驗(yàn)，跌落試驗(yàn)機(jī)的低限跌落高度 為 29 mm。由預(yù)試驗(yàn)可知，無論是否帶泡沫網(wǎng)，蘋果 都會(huì)產(chǎn)生大面積淤損，因此采用量尺輔助 跌落法，以測定低高度下的蘋果跌落狀態(tài)。選用 5， 10，15，20 cm 等 4 個(gè)跌落高度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)很難嚴(yán)格 控制蘋果以底平面著地的姿勢跌落，因此，改用平行 雙量尺法，使蘋果上下面平行于量尺，確保所有蘋果 的跌落面都在赤道線上。事實(shí)上，受接觸面曲率大的 影響，后一種跌落方式嚴(yán)酷程度較前一種更大，因此 采用赤道處作為跌落接觸面是合理的。跌落試驗(yàn)后將 蘋果放置在常溫下 24 h，觀察并測定其淤損面積（A）， 以網(wǎng)格硫酸紙映射標(biāo)記淤損面積。

由于蘋果是否受損與淤損面積的大小并沒有統(tǒng) 一的判定標(biāo)準(zhǔn)，因此文中定義淤損面積占總面積 0.5%左右時(shí)，即 1 cm2 （影響蘋果經(jīng)濟(jì)價(jià)值）為損壞。 對于無網(wǎng)蘋果，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，確定選擇在 4，5， 6 cm 等 3 個(gè)跌落高度進(jìn)行跌落試驗(yàn)，重復(fù) 3 次，在無網(wǎng)情況下，跌落高 度間隔 1 cm，蘋果損傷情況相差明顯。當(dāng)?shù)涓叨?為 6 cm 時(shí)，蘋果損傷面積超過 1 cm2；當(dāng)?shù)涓叨葹?5 cm 時(shí)，蘋果損傷面積在臨界值附近；當(dāng)?shù)涓叨?為 4 cm 時(shí)，蘋果損傷面積明顯小于 1 cm2 ，且肉眼觀察幾乎無損傷。綜上所述，可以判定無網(wǎng)蘋果的破損 臨界跌落高度為 5 cm。對于帶泡沫網(wǎng)蘋果，當(dāng)?shù)涓叨葹?15，20 cm 時(shí)，帶網(wǎng)蘋果 損傷面積分別為 2.57，4.12 cm2，遠(yuǎn)大于 1 cm2，損傷 面積肉眼清晰可見；當(dāng)?shù)涓叨葹?10 cm 時(shí)，蘋果損 傷面積為 1.09 cm2，接近 1 cm2 ，肉眼觀察不明顯； 當(dāng)?shù)涓叨葹?5 cm 時(shí)，蘋果無明顯損傷或者損傷極 其輕微。在 8，9，10，11 cm 的跌落高度下重復(fù)上述步驟 進(jìn)行跌落試驗(yàn)，，當(dāng)?shù)涓叨葹?8，9 cm 時(shí)，蘋果 平均淤損面積分別為 0.627，0.813 cm2，均小于 1 cm2 ， 損傷面積輕微，肉眼觀測不明顯；當(dāng)?shù)涓叨葹?11 cm 時(shí)，蘋果平均損傷面積為 1.167 cm2，超過 1 cm2，靜 置 24 h 后，損傷情況明顯可見；當(dāng)?shù)涓叨葹?10 cm 時(shí)，蘋果損傷情況在破損界定范圍內(nèi)，接近 1 cm2 ， 因此，可以判斷網(wǎng)裝蘋果的臨界破損跌落高度為 10 cm。與無網(wǎng)蘋果跌落相比，泡沫網(wǎng)能有效保護(hù)蘋果。

文中以蘋果為例，通過靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和跌落試驗(yàn) 分別測得其線剛度和臨界跌落高度，基于單自由度線 性理論模型計(jì)算出其脆值。據(jù)此優(yōu)化設(shè)計(jì)蘋果的緩沖 運(yùn)輸包裝方案。通過蘋果跌落試驗(yàn)，測得無網(wǎng)裝蘋果 臨界跌落高度為 5 cm，而網(wǎng)裝蘋果臨界跌落高度為 10 cm。由靜態(tài)壓縮試驗(yàn)測得蘋果的剛度為 106.59 kN/m，網(wǎng)裝蘋果剛度為 104.48 kN/m，并計(jì)算得到前 者固定頻率為 109.79 Hz，后者固定頻率為 106.58 Hz。 上述結(jié)果說明盡管泡沫網(wǎng)對系統(tǒng)剛度的影響可以忽 略不計(jì)，但由于泡沫網(wǎng)的自適應(yīng)變形可對應(yīng)力進(jìn)行重 新分布，弱化應(yīng)力集中，進(jìn)而大幅度提高了蘋果的破 損臨界跌落高度。由 EPE 發(fā)泡塑料緩沖襯墊的靜態(tài) 壓縮試驗(yàn)得到 EPE 襯墊的靜態(tài)緩沖系數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn) 最小靜態(tài)緩沖系數(shù)為 2.39，對應(yīng)的應(yīng)力為 175.92 kPa。 結(jié)合蘋果搬運(yùn)過程中的跌落高度約為 80 cm，設(shè)計(jì)出 最省材料方案，緩沖墊厚度為 1.98 cm，以此對蘋果 產(chǎn)品進(jìn)行緩沖包裝。在掃頻振動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)中測得蘋果 固定頻率為 104.03 Hz，與前述方案測得的固定頻率 （106.58 Hz）一致，證實(shí)了方案的可行性。公路譜隨 機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘋果破損主要受沖擊控制而非振動(dòng)。 跌落校核試驗(yàn)結(jié)果顯示無緩沖襯墊的蘋果產(chǎn)生破損， 有緩沖襯墊的蘋果完好無損，與預(yù)期結(jié)果一致。綜上 所述，基于單自由度模型的緩沖設(shè)計(jì)方案是有效的。 值得注意的是，文中提出的方案在試驗(yàn)操作上具有簡 便性，且對試驗(yàn)設(shè)備要求較傳統(tǒng)脆值測定方法低，同 時(shí)具有普適性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。