温湿度及纸箱尺寸对堆码强度影响的实验研究
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中国农业机械学会２００８年学术年会论文集
温湿度及纸箱尺寸对堆码强度影响
的实验研究木
杨传民
孟宪文
王心宇
刘聪亮
【摘要】考虑远洋运输及全球气候变化，进行了堆码强度实验。重点考虑温度、湿度、尺寸对堆码强度的影响。根据国家标准，设计了４种箱型，每种箱型共取３３个实验点。每点三个纸箱，环境处理５小时。实验结果表明：湿度是强度的最大影响因素，次之是尺寸，温度影响不明显。按单位面积的压溃力进行纸箱强度相对比较，比较合理。从这个角度，小纸箱承载能力要高。将堆码强度作为约束引入到ＵＰＳｉｄｅＵｐ箱型的装填布局。提出了承载能力准则。关键词：湿湿度纸箱尺寸堆码强度装填布局能力准则
引言
装填布局在集装箱运输中已得到了应用。目前，有些学者将集装箱装填布局（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ
ｌｏａｄｉｎｇ
尺寸对堆码强度的影响，并提出了Ｕｐ箱型布局承载能力的判定准则。
ＳｉｄｅＵｐ
１．实验采用的标准、设备及实验原理
１．１采用的标准
本文参照了中华人民共和国国家标准ＧＢ／４８５７．２－２００５《运输包装件基本试验一第二部分：温湿度调节处理》瞄１、ＧＢ／４８５７．３－９２《运输包装件静载荷堆码试验方法》Ｈ。、ＧＢ／４８５７．４－９２《运输包装件压力试验方法》隋１、ＧＢ／４８５７．１６—９０《采用压力试验机的堆码试验方法》埔。；后三个标准分别相当于ＩＳ０２２３４－１９８５、
ＩＳ０２８７２－１９８５、ＩＳ０２８７４—１９８５。
ｐｒｏｂｌｅｍ）中稳定性和重量平衡作为了
约束。就我们所知，将包装件的承载强度作为约束寥寥无几。在Ｂｉｓｃｈｏｆｆｕ。１９９５年“集装箱装填方法中的问题”一文中，提到了装填物品的承载能力问题；在Ｂｉｓｃｈｏｆｆ幢１的２００６年“考虑装填物品承载能力的三维装填布局”一文中，只是对瓦楞纸箱的承载能力设定一个假设值。
瓦楞纸箱的承载能力受温湿度及尺寸的影响。研究温湿度及尺寸对瓦楞纸箱承载能力的影响，并将其影响规律应用到集装箱装填布局中，对于远洋及全球运输有着重要意义。原因在于南北半球的温湿度变化相当大，一半球是冬天而另一半球是夏天；各地的气候差异很大。考虑装填布局的利用率并同时考虑纸箱强度的变化，兼顾了充分利用空间和避免装填物品的破损。
本文主要通过实验研究温度、湿度及纸箱根据国标要求，实验主要分为两步：温湿度调节处理及压力实验。温湿度调节处理时间从达到规定的（温湿度）条件１小时后算起，可处理为４小时、８小时、１６小时等，我们采
１．２实验仪器设备
实验采用的ＨＴ－８０４５Ａ恒温恒湿试验机（可程式）由台湾弘达仪器股份有限公司生产。温度范围一７０＂－－－１５０℃；湿度范围：３０－－一９５％ＲＨ；内腔尺寸长宽高：１０００ｍｍＸ８００硼Ｘ１０００ｍ描。
采用的ＸＹＤ一４５Ｋ纸箱压力试验机由济南兰光机电技术发展中心生产。压力平板为
１２００ｒａｍＸ
１２００衄ｎ，平板移动范围７０～１３００ｍｍ。
１，３实验原理
用了４小时处理，即５小时以上的处理时间；然后严格按压力试验机规定步骤进行压力实验。每种处理环境共测试３个纸箱，实验数据取平均值。
奉天津市高校科技发展基金重点（项目编号：０６００１６—５）
杨传民天津商业大学机械工程学院教授博士，３００１３４天津孟宪文天津商业大学机械工程学院实验师津市王心字天津商业大学机械工程学院实验师刘聪亮天津商业大学机械工程学院学生
中国丧Ⅱ机械学会２００８年学术年台论文集
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２实验方案设计
瓦楞纸箱纸板采用佃楞，选择了四种尺寸瓦楞纸箱，其内腔长宽高尺寸分别为：＾箱：
４００Ｘ
３００×３５０；Ｂ箱５００×４００×４００：Ｃ箱：
５００×４００×５００；Ｄ箱：６００×５０９×６００。
在温度范围４０～５０℃内，约每隔１０℃取个测试点．共１０个点：在相对湿度范围３０％～９０％内，每隔１０％取个测试点，共７个点。应当指出，只有在某个温度以上才能够施加湿度，图１表不恒温恒湿箱旌加温湿度最佳范围，作为参考。根据标准．温度低于１５℃不加湿度，即不考虑湿度。据此，每种箱型实验点数共计３３个．每点测试３个纸箱取实验平均数值，每种箱型共计。９个纸箱。其中，在１５Ｙ？以ｒ不加湿度，每种箱型由４０℃～１０℃共取６个点：结合围１．从温度２０℃～５０℃及湿度４０％～９。％范围取４Ｘ６个点；在３０℃及３６５Ｉｉ｝ｌ、４０℃及
圈２１５℃ＨＴ｛加棍度４种箱型Ⅲ溃力∞＆
圈３１５℃卧上Ａ葙ａ湿度与压溃力关系曲面
３２％１ｄＨ、５０℃及３０ｅｘＲＨ分别取Ｉ点；托计３３个点。另外，环境蓿外的室外温度即纸箱置于的实验室温度１６～２５＂Ｃ；相对湿度３６％～７０９６Ｒ｝Ｉ。
圄１ＷｐＳｃ｝４５Ａ试验机最佳使用能力范围
目４１５℃出ＬＢ箱温Ⅲ度与出溃力戈系曲面
罔５１５＂Ｃ以±Ｃ箱温温度与Ⅱ溃力关系曲面
圈６１５＂Ｃ以ＬＤ箱Ⅺ《度－５＆溃力荒系自自
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３．实验结果与分析
图２～图６列出了４种箱型的实验结果。图２表示了１５＂Ｃ以下不加湿度４种箱型压溃力曲线。从图２可以看出，每种箱型的压溃力有高有低，并无明显规律，可能与当时纸箱处于的外界环境等因素有关，如实验纸箱当天处于温湿度。但箱型之间还是存在差异，即大箱型的平均压溃力高于小箱型的平均压溃力。
图３～图６分别表示了４种箱型温湿度与压溃力的关系曲面。在水平面的两个横纵坐标分别为相对湿度及温度，而垂直于水平面的垂直坐标为压溃力；压溃力的单位为ｄａＮ（ＩＯＮ）。另外，实验中还记录了压溃变形量，压溃变形量只是记录了压溃力达到该点实验最大值时平板延续的位移量，再次从略。
总体上，当温度一定时，随着湿度的增加压溃力下降比较明显；而湿度一定时，温度的影响并不明显。因此，湿度是纸箱强度的主要影响因素，也是显而易见的。
每种箱型在实验处理环境条件范围中，有最小压溃力与最大压溃力有一定比值。从Ａ～Ｄ，４种箱型的这个比值分别是：
１７３．３０／４７４．６３
、
１９７．８０／４９０．８０
、
２０６．００／５４２．３０、１９３．７３／５７４．２０，即３６．５％、
４０．３％、４０％、３３．７％，均值为３７．６２５％。可以看出，受温湿度影响比较大。
另外，对于Ｄ箱型（６００Ｘ５００Ｘ６００）在两个环境极端点进行了实验。他们分别是：（１）－４０℃的压溃力为５２２．０７ｄａｎ及变形量１２．５７
硼；（２）温度为５０℃及相对湿度为９０％时的压
溃力为２４０．５
ｄａＮ及变形量１１．１ｌｌｌｍ。与Ａ
箱型（４００Ｘ３００Ｘ３５０）相比，在两个环境极端点压溃力及变形量结果分别是３３３。９ｄａＮ及
１２．２７ｍｉｌｌ、２０７．８
ｄａＮ及７．９３衄。显然在两点的Ｄ压溃力均比Ａ箱型高；同理可进行各箱型之间在两个环境极端点结果比较。表明尺寸结构对纸箱的承载有着较重要的影响，因尺寸结构直接影响平板压溃的稳定性等。
应当指出，箱型尺寸不同压溃力也不同。为了便于比较，我们按单位面积的压溃力进行比较，是一种相对比较方法，比较合理，这也符合堆码实际。如温度为５０℃及相对湿度为９０％时，Ａ箱型的压渍力为２０７．８ｄａｎ，单位面积压溃力为：
２０７．８／（４００Ｘ３００）
＝０．００１７３ｄａＮ／舢２；而Ｄ箱型的单位面积压溃力
为
２４０．５２０７．８／
（
６００Ｘ５００
）
＝０．０００８０３ｄａｎ／ｍｍ２。这说明Ａ箱型比Ｄ箱型承载能力高。同理，可进行各纸箱之间单位面积压溃力，小纸箱承载能力要高。
４．ＵｐＳｉｄｅ
Ｕｐ箱型布局承载能力的判
定准则
对于Ｕｐ
Ｓｉｄｅ
Ｕｐ纸箱，所有立面的瓦楞
沟谷方向均朝上，恰好与上节的瓦楞纸箱的压溃实验情况相符。上节的实验数据适用于Ｕｐ
Ｓｉｄｅ
Ｕｐ纸箱的装填布局。考虑纸箱承载能力
作为ＵｐＳｉｄｅ
Ｕｐ箱型的装填布局的约束，只有
两种约束形式：一是每种纸箱的重量一定，在布局中限制最大层数；另一种形式是层数有限（即装填高度有限），限制每种箱型的重量。
设有ｎ种箱型，他们的重量和单位面积压
溃力分别为№及ｌｑＩ，ｆ＝１，２，…，刀。应当指
出，可直接将单位面积压溃力作为许用值，也可除上一个安全系数。按照Ｕｐ
Ｓｉｄｅ
Ｕｐ箱型的
装填布局方法，设在集装箱高度厶上第ｋ次迭
代能够装填第ｆ种箱型的层数为ａ臆，每层仅摆放一种箱型。不妨设ｎ种纸箱的单位面积压溃
力Ｐｉ】是按降序排列的，
即
ｂ】＞ｂ：】＞…＞ｈ】。并设每种箱型底面面
积为Ａｒｅａｆ，实际每种箱型的底面压强为吼＝嵋／Ａｒｅａｆ。由于对于Ｕｐ
Ｓｉｄｅ
Ｕｐ箱型
按层摆放，考虑承载能力要求时，容易实现将
较大的０＂ｉ】箱型放在较低层。则承载能力准则
为
≥Ｌ
…
吒
ｌ吆
…吒（１一—二）卜触
≤豳
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应当指出，利用公式，当校验某种箱型ｆ的承载能力时，应不考虑本层的重量，应将ａ谴以ａ髓－１代入；
当ａ谊＝０时，第ｆ种箱型无层
５．结束语
通过实验研究温度、湿度及纸箱尺寸对堆码强度的影响，结果表明，湿度是堆码强度的最大影响因素，次之是尺寸，温度影响不明显。在设计的４种箱型中，最小压溃力与最大压溃力之比的平均值为３７．６２５％，应重视运输过程温湿度环境影响。按单位面积的压溃力进行纸箱强度相对比较，比较合理。从这个角度，小纸箱承载能力要高。将堆码强度作为约束引入到Ｕｐ
Ｓｉｄｅ
可摆，不需校验。由（１）式可以校核承载能力的安全性，也限制最大层数或最大重量。应当指出，０＂ｉ
Ｊ是温度、湿度、尺寸的函数，可按
上节实验数据或实验方法得到具体温度、湿度、尺寸的０－ｉ
Ｕｐ箱型的装填布局，提出了承载
Ｊ。
能力准则。
参考文献
［１］．ＢｉｓｃｈｏｆｆＥＥ，ＲａｔｃｌｉｆｆＭＳＷ．Ｉｓｓｕｅｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｐｐｒｏａｃｈｅｓ
ｔｏ
ｃｏｎｔａｉｎｅｒｌｏａｄｉｎｇ，Ｏｍｅｇａ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，１９９５，２３（４）：３７７—３９０
Ｊｏｕｒｎａｌ
［２］．Ｂｉｓｃｈｏｆｆ
ｏｆ
ＥＥ．Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐａｃｋｉｎｇｏｆｉｔｅｍｓｗｉｔｈ１ｉｍｉｔｅｄｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ，Ｅｕｒｏｐｅａｎ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，１６８：９５２—９６６
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ
［３］．中华人民共和国国家技术监督局，ＧＢ／４８５７．２－２００５，运输包装件基本试验一第二部分，北京：中国标准出版社，
２００５
［４］．中华人民共和国国家技术监督局，ＧＢ／４８５７．３－１９９２，运输包装件静载荷堆码试验方法，北京：中国标准出版社，
１９９２
［５］．中华人民共和国国家技术监督局，ＧＢ／４８５７．４－１９９２，运输包装件压力试验方法，北京：中国标准出版社，１９９２［６］．中华人民共和国国家技术监督局，ＧＢ／４８５７．１６－１９９０，采用压力试验机的堆码试验方法，北京：中国标准出版社，
】９９０
温湿度及纸箱尺寸对堆码强度影响的实验研究
作者：作者单位：
杨传民， 孟宪文， 王心宇， 刘聪亮
杨传民(天津商业大学机械工程学院 天津 300134)， 孟宪文,王心宇,刘聪亮(天津商业大学机械工程学院)
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下载时间：2011年1月11日