阅读说明：本技术 一种变尺寸环保型包装箱及其使用方法 (Variable-size environment-friendly packaging box and using method thereof ) 是由 孙军艳 陈智瑞 杨国瑞 杨伊辰 于 2019-12-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种变尺寸环保型包装箱及其使用方法：包装箱包括箱体框架、前侧面板及后侧面板；所述箱体框架包括顶部面板、底部面板、左侧支撑面板和右侧支撑面板,顶部面板及底部面板均包括两个通过滑轨相连的拼接面板；前侧面板及后侧面板均包括主板和拼接板,主板以及拼接板分别与箱体框架相连；箱体框架通过主板进行封闭,或者,箱体框架的前侧及后侧通过主板和拼接板进行封闭,箱体框架的顶部及底部通过填补顶部拼接面板及底部拼接面板进行封闭。本发明不仅实现了可多次拆卸、重复使用及便于回收的功能,而且箱体空间可以通过拉伸对原始形态的箱体体积进行扩大,使得包装箱可以灵活改变箱体尺寸,从而为不同规格的商品提供包装。(The invention discloses a variable-size environment-friendly packaging box and a use method thereof, wherein the variable-size environment-friendly packaging box comprises the following steps: the packing box comprises a box body frame, a front side panel and a rear side panel; the box body frame comprises a top panel, a bottom panel, a left side supporting panel and a right side supporting panel, wherein the top panel and the bottom panel respectively comprise two spliced panels connected through a sliding rail; the front side panel and the rear side panel respectively comprise a main board and a splice plate, and the main board and the splice plate are respectively connected with the box body frame; the box frame is sealed through the mainboard, perhaps, the front side and the rear side of box frame seal through mainboard and splice plate, and the top and the bottom of box frame seal through filling top concatenation panel and bottom concatenation panel. The invention not only realizes the functions of repeated disassembly and reuse and convenient recovery, but also expands the volume of the box body in the original shape by stretching the box body space, so that the size of the box body can be flexibly changed for the packing box, thereby providing packages for commodities with different specifications.)

一种变尺寸环保型包装箱及其使用方法

技术领域

本发明属于包装箱领域，涉及一种可变尺寸环保型包装箱。

背景技术

随着商品物流业务量的不断增加，商品包裹量也在同比增长，传统包装箱以瓦楞纸、泡沫作为材料，虽然成本低，但耐潮湿性差，在温度不变的情况下瓦楞纸箱的边压强度随着湿度的增大而减小，复原性小，远远不能满足可回收、可重复利用的设计要求。而且由于使用胶带作为密封工具，导致无法为商品提供充分的保护，同时，包装箱在运输、拆封中容易损坏、耐用性差，基本无法二次使用，回收利用率低。目前由于废弃包装箱产出了巨量的包装垃圾，并且所造成的浪费已经带来严重的资源和环境污染问题。设计可回收并重复利用的包装箱，对于降低物流风险与成本，提高物流服务质量都有积极意义。

中国专利CN209127167U公开了一种可折叠回收利用的包装箱，其采用了具有一定硬度的柔性防水材料，通过设置折叠线和折痕线，需要使用的时候，通过折叠组合形成具有内空结构的长方体状箱体；当不需要使用时，可还原为块状。其虽然一定程度上解决了包装箱回收利用的问题，但针对具体一个包装箱而言，其尺寸大小是不可变的，利用效率低，无法为不同尺寸的商品提供满足尺寸要求的可重复利用包装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变尺寸环保型包装箱及其使用方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种变尺寸环保型包装箱，该包装箱包括箱体框架、前侧面板及后侧面板；所述箱体框架包括顶部面板、底部面板、左侧支撑面板和右侧支撑面板，顶部面板及底部面板均包括与左侧支撑面板通过铰链相连的第一拼接面板、与右侧支撑面板通过铰链相连的第二拼接面板，以及与第一拼接面板和第二拼接面板分别相连的面板拉伸滑轨；前侧面板及后侧面板均包括主板和拼接板，前侧面板和后侧面板的主板以及拼接板分别与箱体框架相连；箱体框架通过前侧面板及后侧面板的主板进行封闭，或者，箱体框架的前侧及后侧通过前侧面板及后侧面板的主板和拼接板进行封闭，且箱体框架的顶部及底部通过将设置在箱体框架上的顶部拼接面板及底部拼接面板填补在经过拉伸后的箱体框架中对应第一拼接面板与第二拼接面板之间进行封闭。

优选的，所述滑轨内嵌于对应的第一拼接面板和第二拼接面板中，第一拼接面板和第二拼接面板可沿该滑轨自第一拼接面板和第二拼接面板的对接位置相向移动一定距离。

优选，所述滑轨在第一拼接面板和第二拼接面板之间分多组进行设置。

优选的，所述顶部拼接面板及底部拼接面板上分别设置用于连接对应面板拉伸滑轨的固定凹槽。

优选的，所述前侧面板、后侧面板均通过铰链及L型卡槽结构与箱体框架相连。

优选的，所述L型卡槽结构包括设置在顶部面板和底部面板上的L型凸台以及设置在前侧面板和后侧面板上的L型凹槽，L型凸台与L型凹槽可对应嵌合。

优选的，所述箱体框架内的相应面板之间(顶部面板与左、右侧支撑面板之间，及底部面板与左、右侧支撑面板之间)及箱体框架与前侧面板、后侧面板之间均采用可固定角度铰链，所述可固定角度铰链包括分段设置的心轴固定体，各段心轴固定体的端面上设置有间隔布置的凸台或间隔布置的与所述凸台形状相应的凹槽，布置有凸台的心轴固定体与布置有凹槽的心轴固定体交错排列。

优选的，所述包装箱的各个面板采用聚丙烯材料制成。

上述变尺寸环保型包装箱的使用方法，包括以下步骤：

1)使用包装箱前，将折叠形态的箱体框架恢复为可包装物品的形态；

2)经过步骤1)后，将物品直接装入箱体框架内，或者，将箱体框架通过第一拼接面板和第二拼接面板与对应面板拉伸滑轨的相对移动进行拉伸后将物品装入箱体框架内；

3)利用前侧面板及后侧面板的主板封闭内部装有物品的箱体框架，或者，利用前侧面板、后侧面板、顶部拼接面板及底部拼接面板封闭内部装有物品的经过拉伸的箱体框架；

4)包装箱使用完毕后，将前侧面板及后侧面板的主板打开，或者，将前侧面板、后侧面板、顶部拼接面板及底部拼接面板打开；然后将箱体框架通过铰链重新折叠后进行收纳及整理。

优选的，所述前侧面板及后侧面板通过铰链收拢(转动)在箱体框架上。

优选的，所述顶部拼接面板及底部拼接面板通过其上设置的用于连接对应面板拉伸滑轨的固定凹槽收拢(连接)在箱体框架上。

本发明的有益效果体现在：

本发明提出的可变尺寸的环保型包装箱，不仅实现了可多次拆卸、重复使用及便于回收的功能，而且箱体空间可以通过拉伸，对原始形态的箱体体积进行扩大，使得包装箱可以灵活改变箱体尺寸，从而为不同规格的物品提供包装；并且通过有限元仿真，验证了所述可变尺寸的环保型包装箱的力学可靠性。本发明不仅提高了储存空间利用率，而且降低了回收成本，并且可以显著提高包装箱的重复利用次数。

进一步的，本发明在包装箱顶部、底部设置的多组滑轨，可以使得包装箱承受的力分散更为均匀，降低应力集中，解决可变尺寸拼装式包装箱容易因受力发生压溃、解体的问题。

进一步的，本发明采用的L型卡槽结构及铰链结构可以有效减少胶带等包装耗材的使用，降低了物流成本，提高了包装效率，并且有利于提高包装箱的重复利用率。

附图说明

图1本发明实施例中包装箱在原始形态下的结构示意图；

图2为本发明实施例中包装箱变尺寸过程中形态示意图；

图3为本发明实施例中包装箱变尺寸后的结构示意图；

图4为本发明实施例中包装箱折叠形态下的结构示意图；

图5为本发明实施例中包装箱前侧面板主板示意图；

图6为本发明实施例中包装箱顶部面板拉伸状态示意图；

图7为本发明实施例中包装箱前侧、后侧面板拼接板与右侧支撑面板的打开/收拢过程示意图；

图8为L型卡槽结构的示意图；

图9为可固定角度铰链的示意图；

图中：1-可固定角度铰链；2-前侧面板主板；3-底部面板；4-前侧面板拼接板；5-顶部拼接面板；6-右侧支撑面板；7-后侧面板拼接板；8-后侧面板主板；9-顶部面板；10-左侧支撑面板；11-底部拼接面板；12-L型卡槽结构；13-凹槽；14-滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

(一)箱体结构设计

本发明提出的变尺寸环保型包装箱原始形态时的结构如图1所示，所述变尺寸环保型包装箱包括前侧面板、后侧面板、左侧支撑面板10、右侧支撑面板6、顶部面板9、底部面板3、顶部拼接面板5及底部拼接面板11；顶部面板9与底部面板3结构相同，均包括两块尺寸大小相同的拼接面板；前侧面板与后侧面板结构相同，其中，前侧面板包括前侧面板主板2以及通过可固定角度铰链1与右侧支撑面板6前侧相连的前侧面板拼接板4，后侧面板包括后侧面板主板8以及通过可固定角度铰链1与右侧支撑面板6后侧相连的后侧面板拼接板7，原始形态时，前、后侧面板均仅使用对应前、后侧面板主板2、8完成对箱体前侧和后侧的封闭，而前、后侧面板拼接板4、7则通过所述铰链转向右侧支撑面板6(即收拢)，收拢后的前侧面板拼接板4与后侧面板拼接板7之间留有空间，以便放置可以与右侧支撑面板6相连的顶部拼接面板5，底部拼接面板11则按相同方式置于左侧支撑面板10上。

本发明所述的变尺寸环保型包装箱变尺寸后的结构如图2、图3所示，底部面板3和顶部面板9的两个相拼接的部分从箱体原始形态的中间位置，通过内嵌在底部面板3和顶部面板9中的多组滑轨14(由多个并行的条形体组成)进行移动拆分，从而实现对箱体的横向拉伸，拉伸一定距离后(利用滑轨可控制最大移动距离)，将顶部拼接面板5及底部拼接面板11拆下，并分别固定在箱体顶部及底部暴露出的滑轨14上(借助顶部拼接面板5及底部拼接面板11上与各个滑轨条形***置对应的贯通凹槽)，完成对变尺寸后的箱体的顶部和底部的封闭，再将前侧面板拼接板4向箱体前侧方向旋转并与前侧面板主板2相拼接，以及将后侧面板拼接板7向箱体后侧方向旋转并与后侧面板主板8相拼接，同时将前侧面板主板2、前侧面板拼接板4上部边缘及后侧面板主板8、后侧面板拼接板7下部边缘，利用设计的L型卡槽结构12实现与顶部面板9及底部面板3对应边缘的连接与固定，从而完成对变尺寸后的箱体的前侧和后侧的封闭。

本发明所述的变尺寸环保型包装箱折叠回收时的结构如图4所示，在箱体原始形态基础上，将前侧面板主板2旋转至底部面板3上，后侧面板主板8旋转至顶部面板9上。然后通过顶部面板9及底部面板3两侧用于连接左侧支撑面板10和右侧支撑面板6的铰链结构(可采用上述可固定角度铰链1)，即可将包装箱的对应箱体结构折叠(后侧面板主板8、顶部面板9与左侧支撑面板10等堆叠在一起，前侧面板主板2、底部面板3与右侧支撑面板6及前、后侧面板拼接板4、7等堆叠在一起)，折叠后包装箱的体积尺寸更小，方便收纳及整理。

参见图5，本发明所述的变尺寸环保型包装箱，其前侧面板主板2与后侧面板主板8结构相同，前侧面板主板2通过可固定角度铰链1与底部面板3中的左侧拼接面板相连，后侧面板主板8通过可固定角度铰链1与顶部面板9中的左侧拼接面板相连，L型卡槽结构12则布置在前侧面板主板2的整个上边缘处，及后侧面板主板8的整个下边缘处。

参见图6，本发明所述的变尺寸环保型包装箱，其顶部面板9与底部面板3结构相同，通过滑轨14调整箱体长度。顶部面板9中，通过滑轨14连接并支撑的两个可拆分(调整间距)的相同尺寸的拼接面板的前侧边缘，以及顶部拼接面板5对应侧边缘均布置有L型卡槽结构12，左、右两侧的拼接面板通过可固定角度铰链1与左侧支撑面板10、右侧支撑面板6对应相连。底部面板3中，通过滑轨14连接并支撑的两个可拆分(调整间距)的相同尺寸的拼接面板的后侧边缘，以及底部拼接面板11对应侧边缘均布置有L型卡槽结构12，左、右两侧的拼接面板通过可固定角度铰链1与左侧支撑面板10及右侧支撑面板6相连接。

参见图7，本发明所述的变尺寸环保型包装箱，其左侧支撑面板10与右侧支撑面板6结构相同，在板面上设计有与滑轨14间隔、宽度相等的凸条，凸条之间形成贯通式凹槽13，在箱体处于原始形态时，即可将底部拼接板11和顶部拼接板5按照与在滑轨14处相同的安装方式分别连接固定在左侧支撑面板10和右侧支撑面板6各自对应的板面上。

参见图8，本发明所述的变尺寸环保型包装箱，其L型卡槽结构12具体包括两种结构设计形式，其中一种是在面板(以前侧面板主板2为例)边缘处设计的“L”型凹槽，另一种是在面板(以顶部面板9为例)边缘处设计的“L”型凸台，“L”型凹槽与“L”型凸台通过相互嵌合，实现相应面板(例如，顶部面板9与前侧面板主板2)的拼接与密封。

参见图9，本发明所述的变尺寸环保型包装箱中，所述可固定角度铰链1包括心轴以及多段心轴固定体(圆柱形)，每段心轴固定体在其两个铰链连接端面处分别设计有两个扇形凸台(均匀间隔，即180度)或分别设计有四个扇形凹槽(均匀间隔，即90度)，将一面板(例如，顶部面板9)边缘间隔排布的端面设计为上述扇形凸台的心轴固定体与另一面板(例如，右侧支撑面板6)边缘间隔排布的端面设计为上述扇形凹槽的心轴固定体拼装为完整的心轴固定结构，然后用心轴贯穿该结构，即形成可固定角度铰链1。利用该可固定角度铰链1可以实现面板之间相对的旋转，且可以在转动到间隔90°、180°、270°三种角度时，利用扇形凸台与扇形凹槽的嵌合，实现面板之间转动位置的固定；其中，当面板旋转90°时，扇形凸台与扇形凹槽相配合完成角度固定，箱体可实现折叠与支撑，保证箱体的稳定性，当板面旋转270°时，扇形凸台与扇形凹槽相配合完成角度固定，可完成箱体拉伸后的面板拼接。

(二)包装箱尺寸规格设计

包装箱尺寸设计的基本要求是在满足力学强度、减少承重变形的前提下，尽可能减少材料使用。长、宽、高、壁厚和圆角半径是在尺寸设计中最基本的要素。设计中主要需要关注三个方面的问题：一是确定长、宽、高、壁厚和圆角半径尺寸，一般遵循壁厚均一的原则；二是考虑包装箱内装物本身尺寸；三是要以国际标准化模数尺寸为基础，与物流系统其他各环节相协调，与其它物流尺寸相适应。

国际标准化组织确定的基础模数尺寸为600×400mm。经统计，目前电商中心常用的箱体长度主要集中在100～300mm之间，宽度主要集中在100～200mm之间，高度主要集中在100～200mm之间。为了满足电商中心的应用需要，本发明采用模数分割法确定系列化尺寸，根据上述尺寸范围，本次的模数设计取L/2，L/3，L/4，L/5，L/6，W/2，W/3，W/4，W/5；即基本长度尺寸分别为300mm，200mm，150mm，120mm，100mm；宽度尺寸分别为200mm，132mm，100mm，80mm。根据上述包装箱结构设计，拉伸后的长度尺寸＝基本长度尺寸+1/3×宽度尺寸，因此，对宽度尺寸进行圆整，最终确定的宽度尺寸分别为180mm，120mm，90mm，60mm。例如，在宽度为180mm的情况下，其对应的拉伸后的长度尺寸分别为360mm，260mm，210mm，180mm，160mm。高度与宽度尺寸一致。壁厚一般范围为1～3mm，圆角半径尺寸一般取值和壁厚相近。

(三)箱体可靠性验证

为验证包装箱的强度和形变是否符合要求，在Windows10.0环境下，利用NX11.0建立包装箱的三维模型，其基本外形尺寸范围为：长在100～300mm之间，宽和高在80～200mm之间，壁厚和圆角半径为1～3mm。将三维模型导入ANSYS Workbench软件中进行有限元仿真分析。

有限元仿真分析的参数设置如下：聚丙烯的弹性模量为1300MPa，泊松比为0.4103；剪切强度为34.5MPa，密度为0.92g/cm³，拉伸强度为29Mpa，压缩强度为45Mpa，弯曲强度为50～58.8Mpa。网格大小设置：2mm，划分六面体为主的网格，网格数量为37814个，节点数量是96129个。以包装箱顶面为最主要的受力面(在实际中，包装箱通常是堆码存放)，载荷设置以运输过程中平均堆码载荷0.015MPa为基准，定义为压力，加载在顶面上，并对箱体下表面设置全约束。

采用上述有限元仿真分析，包装箱设计尺寸均满足力学性能要求，通过调整长、宽、高以及壁厚和圆角半径，仿真发现：长、宽、高、壁厚和圆角半径尺寸逐渐增大时，包装箱最大应力和位移逐渐减小。当长、宽和高分别增长到为260mm、180mm和180mm，壁厚和圆角半径增长到2.5mm以后，应力和位移减少不再明显，考虑到设计应尽量减少尺寸以节省材料，因此认定该尺寸(260mm×180mm×180mm)的包装箱具有最优的综合性能。从而确定原始形态下尺寸为200mm×180mm×180mm。仿真结果表明：该尺寸下箱体最大应力为3.14MPa，最大应变为0.003，最大变形量为1.66mm。由于最大应力(3.14MPa)远小于聚丙烯材料拉伸强度29MPa，说明了包装箱结构和尺寸设计结果可靠性较高。

(四)使用方法

步骤1、通过将包装箱上相应的可固定角度铰链1旋转90°，将折叠回收形态的箱体结构打开为纵向截面为正四边形的原始形态箱体结构。

步骤2、判断原始形态箱体体积是否满足待包装货物体积，若满足，则进行步骤3，若不满足，即货物体积大于原始形态箱体体积，则进行步骤4。

步骤3、将货物通过箱体前侧或后侧面板位置装入原始形态下的包装箱，将前侧面板主板2及后侧面板主板8通过L型卡槽结构12分别与顶部面板9及底部面板3相连接，即可完成包装。

步骤4、将顶部面板9及底部面板3的两个可拆分拼接面板通过滑轨14相向滑动至固定位置，将顶部拼接面板5及底部拼接面板11分别从右侧支撑面板6及左侧支撑面板10上取下，并安装在暴露在外的滑轨14上，通过箱体前侧或后侧面板位置装入货物，旋转前侧面板主板2至封接位置，将前侧面板拼接板4通过可固定角度铰链1向前侧面板主板2方向旋转270°，再通过L型卡槽结构12实现前侧面板主板2、前侧面板拼接板4与顶部面板9及顶部拼接面板5的连接，旋转后侧面板主板8至对应封接位置，将后侧面板拼接板7通过可固定角度铰链1向后侧面板主板8方向旋转270°，再通过L型卡槽结构12实现后侧面板主板8、后侧面板拼接板7与底部面板3及底部拼接面板11的连接，即可完成包装。

步骤5、包装箱使用完毕后，对于未拉伸的包装箱，将箱体相应可固定角度铰链1旋转90°，直接将箱体折叠回收，或者，对于经过拉伸的包装箱，先恢复为原始形态，再将箱体折叠回收。

(五)本发明的主要优点

(1)绿色环保

该包装箱具有可拆卸、可回收、可重复利用的特点，解决了包装箱重复利用率低的困境，符合绿色发展及可持续发展的理念。

(2)可靠程度高

该包装箱选用聚丙烯(PP)材料的面板，具有较高的耐冲击性、防潮性、机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，对物品具有较好的保护效果。

(3)良好的耐用性

该包装箱采用锁扣(例如，L型卡槽结构)的方式对产品进行封装，对包装箱无损害，可提高重复使用次数。

(4)良好的收纳性

该包装箱通过改变面板之间的连接角度实现箱体的折叠，有利于减少包装收纳的时间，并减少包装回收后所占用的收纳空间，提高了回收效率的同时也降低了回收成本，使得包装箱具有了更高的使用价值。

(5)通过模数分割法以及现实统计分析，确定了可变化模块以及标准化尺寸，利于该包装箱在物流行业应用。