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而 可回收塑料托盘回收以后则是经由洗涤中心冲

  江南大学硕士学位论文 瓦楞纸板托盘的结构及其性能研究 姓名:袁国娜 申请学位级别:硕士 专业:包装工程 指导教师:张新昌 20080701 摘要 摘要 作为一种新型的“绿色环保’’产品,瓦楞纸板托盘原料丰富,成本低、重量轻、弹 性好、缓冲性能优良,可以回收,符合国际包装的发展趋势。但是国内目前对瓦楞纸板 托盘的研究尚属起步阶段,瓦楞纸板托盘结构较多、较杂、没有明确的归类,瓦楞纸板 托盘结构力学性能方面的研究也较少,各种结构瓦楞纸板托盘之间缺少性能优劣的比 较,瓦楞纸板托盘行业内尚未形成较为实用的结构设计方法。 本文通过试验、理论分析及计算机模拟的方法对瓦楞纸板托盘的结构和性能进行研 究,主要研究成果包括: (1)对现有瓦楞纸板托盘的结构进行归类总结,然后通过试验的方法逐类进行研 究,确定不同结构托盘承载性能的优劣次序,再综合考虑托盘的组成结构、成型方式及 其方便性、纸板用量、涂胶量等因素,总结归纳了一种综合性能较优的托盘结构。 (2)在以上研究的基础上,针对综合性能较优的托盘形式进行研究,通过理论分 析,运用复合材料层合板理论、层合板屈曲理论,推导了瓦楞纸板托盘典型结构包括垫 块、纵梁和面板的数学模型,讨论了各典型结构抗压强度的计算方法,并从结构力学分 析的角度研究了纵梁和面板的力学性能,得出了面板和纵梁在均布载荷和集中载荷条件 下的强度设计公式和校核公式。 (3)运用Pro/MECHANICAStructure分析模块对托盘的典型结构进行建模和静应 力分析,并将静载试验、理论分析和模拟试验的结果进行对比,验证了模型的准确性。 进而通过单因素试验,分析了各主要结构参数对典型结构承载能力的影响。最后,对瓦 楞纸板托盘进行整体建模,并通过计算机模拟静应力分析研究了托盘的整体受力情况, 从而确定瓦楞纸板托盘的受力形式、强化措施等。 本文的研究对瓦楞纸板托盘的结构设计、性能分析等都有一定的理论和实际意义。 关键词:瓦楞纸板托盘;垫块;纵梁;结构性能;计算机模拟 Abstract Abstract Asanewkindof greenproduct,Corrugatedpallet isverylight,cheap,easy torecycle, andaccordwiththe development trendofinternational packaging.But nowthedomestic design ofcorrugatedpallet isstillatthe startingstage.The structureofthe corrugatedpallet aremore,miscellaneous,and noclear classification,The researchonmechanicalproperty varylittle.Thereareno comparison betweendifferent pallets aboutthe performance.There isno complete andfeasible design methodof corrugatedpallet inthefield corrugatedpalletindustry.Inthisarticle,mainly dosomeresearchonthestructureand property ofthe corrugated palletthroughexperimentalmethod,theoreticalanalysis,andcomputer simulation.111emain researchresultsaleasfollows: (1)First existingstructureofthe corrugatedpallet,then studiedthe mechanical property ofdifferentkindsof palletsby carryingcapacitythemannerofmolding,quantity corrugatedboardetc.At last,educedakindof pallet withbetter property. (2)On thebasisoftheaboveresearchthisarticlestudiedthe carryingcapacity ofthe typical structureof corrugatedpalletincludingpanel,block stringutilizingthesandwich platetheoryand establishedthemathematicalmodel.Alsothis paper studiedthemechanical property ofthe panel stringutilizingthestructure theorythendeveloped theformulaof themunderuniformloadandconcentratedload. (3)thearticle analyzed themechanical property ofthetypical structureofthe corrugated palletbyusing methodofcomputersimulationthencompared theresults ofthe experimenttheoryanalysis computersimulationwhichindicatedthemodeliscorrect. Thenthe paper studiedtheinfluenceofeachmain designparameter tothe carryingcapacity corrugatedpallet’Stypicalstructure.Finallythisarticleestablishedthewhole pallet’S model analyzeditsmechanical property. TIlis study onthestructureand performance corrugatedpallethavesometheoretical practicalsignificance.Keywords:corrugatedpallet;block;string;structureproperty;computer simulation 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名:樾 关于论文使用授权的说明呕。7.212" 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定: 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允 许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文, 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 逝:21改第一章绪论 第一章绪论 1.1课题研究背景 托盘作为仓库、车站、码头实现大批量物资安全快速装卸不可缺少的附属工具,其 目的是提高产品储存和分发的效率,随着我国经济的迅速发展,物流系统的不断完善, 其使用量越来越大。据2004年相关调查数据显示:目前我国现有托盘的总数量较保守 的估计为1亿片,并以不低于2000万片/年左右的速度递增;全世界每年使用的运输用 托盘达数十亿。其中木托盘约占90%,塑料托盘约占8%左右,钢托盘、塑木托盘及其它 材质的托盘约占2%左右。然而,美国及欧盟对木质托盘、木质包装箱等有严格的规定, 并规定了中国集装箱出口美国产品的木质包装材料需进行杀虫(化学、高温或熏蒸)处 理,这一规定不仅增加了国内出口企业的负担,也引发我们在改进出口包装材料方面的 深思。结合目前国内托盘业的发展情况,我们过去甚至现在还在使用的木、铁、塑托盘, 虽然有其使用的明显优点,但其价格高、回收困难,而且不符合环保要求。为适应我国 经济与物流发展情况,顺应国际出口贸易的趋势,应对发达国家的“绿色环保贸易壁垒。, 中国包协在1998年利用美国与欧盟对中国出口产品使用的木托盘有所谓虫害这一机遇, 召开会议共商替代产品,其中之一就是纸质托盘。纸质托盘属一次性托盘,国内目前已 有蜂窝纸板托盘和瓦楞纸板托盘应用在物流系统中。 国内生产的瓦楞纸板主要是用于商品的包装(纸箱),在其它瓦楞纸板产品开发和 应用上还不很普遍。瓦楞纸板的单一化使用,使巨大的产能得不到及时消化,行业迫切 需要开辟瓦楞纸板应用的新领域。瓦楞纸板托盘就是其中一个重要发展方向。瓦楞纸板 托盘原料丰富,成本低、重量轻、弹性好、缓冲性能优良,特别是可以回收,不产生污 染,瓦楞纸板托盘使用以后经回收转到纸板制造厂再重新加工制造成新的瓦楞纸板,而 可回收塑料托盘回收以后则是经由洗涤中心冲洗又回到供应站继续使用。所以,可回收 塑料托盘用于某些产品的运输还存在卫生问题,而瓦楞纸板托盘则更加清洁卫生。因此 在木材资源短缺的情况下,用瓦楞纸板代替木材作为托盘是很有意义的。 1.2国内外研究概况 1.2.1国内研究概况 就收集的相关文献看,国内目前对瓦楞纸板托盘结构和性能方面的研究较少,尚属 起步阶段,多是相关方面的研究。 许文才和王德忠【l】通过连续压力试验、堆码试验和压力试验等大量试验,对不同结 构的瓦楞纸板托盘进行测试,得出了其相应的压力试验参数,为瓦楞纸板托盘结构设计 和应用选择提供了依据。 在纸基平托盘标准GB/T19450—2004中【2】,规定了瓦楞纸板托盘的试验方法和检验 规则,对本课题的研究有~定的指导意义。 申昱,宋建丽等人f,】利用数值模拟技术对塑料托盘进行研究,通过模拟研究给出了 托盘结构的应力分布图和变形图,提高了托盘的设计效率。 天津中级物流装备有限公司的靳连金f4】将CAD软件Pro/ENGINEER与CAE技术ANSYS相 江南大学硕士学位论文 结合,应用于托盘箱产品设计中,在Pro/ENGINEER软件中完成零件、部件和总体的造型 设计后,自动生成有限元网格并进行计算,如果分析设计的结果不符合设计要求则重新 进行造型和计算,直到满意为止。从而大大提高了设计水平和效率。 李玲、李大纲等【s】通过对普通胶合板托盘、一层竹芯板托盘和三层竹芯板托盘进行 抗弯试验,分析了在3种载荷情况(5、10和15)下,三种类型的托盘所需要厚度的最小值。 发现一层竹芯板的结构可以明显降低厚度,能够节约材料,降低成本:同时还得出了厚度 和载荷经验公式。其分析方法对瓦楞托盘的研究有一定的指导意义。 由于托盘的顶面板是由单层或多层瓦楞纸板组合而成,因此顶面板的相关研究可以 参照瓦楞纸板相关方面的研究。 高德、董静等【6】应用ABAQUS有限元分析软件,针对AB型瓦楞纸板在动态冲击下的缓 冲性能,进行非线性有限元仿真分析,得到表征瓦楞纸板缓冲性能的加速度曲线,并与动 态跌落实验测试得到的曲线进行比较,结果验证了ABAQUS有限元仿真的有效性,为瓦楞 纸板缓冲性能的研究提供了新方法。从中可以借鉴对瓦楞纸板进行计算机模拟时的材料 参数的选择及其动态仿真模拟的方法。 王鹤腾、高德等【7】应用有限元分析软件针对AB型瓦楞纸板的静态压缩性能进行了非 线性有限元仿真分析,得到了瓦楞纸板在一定均布预载下的应力分布图,并分析了应力 分布特点,结果表明:瓦楞纸板的压塌现象各层不是同时发生的,最大应力值主要集中在 瓦楞芯纸的楞顶和楞底处,并且从此处开始压溃。其中瓦楞纸板的非线性有限元建模, 静态压缩仿真分析和仿真结果分析很有借鉴意义。 高德、李军、王锦岩【s】对几种形状的瓦楞进行了计算,分析了瓦楞形状参数对瓦楞 纸板缓冲性能、结构强度和材料消耗量的影响,得到了一种较好的瓦楞形状,其研究方 法对于本课题中垫快的层数、楞型对托盘承载能力的影响的研究有一定的指导意义。 由于本课题所研究托盘的垫块之一为瓦楞纸板以层层缠绕的方式形成,与瓦楞纸箱 0201型箱类成型方式相同,去掉0201箱的底和盖就是卷绕层数为一层的挚块。因此有关 瓦楞纸箱结构和性能的研究对于本课题中瓦楞纸板托盘垫块的研究有一定的借鉴作用。 朱丽萍、汪文陆等【,】以瓦楞纸箱为材料,较系统地研究了纸箱尺寸、瓦楞方向、接 合方式和纸板材质等因素对纸箱抗压力的影响,对于本课题中垫块承载能力与相关因素 的关系的研究有一定借鉴意义。 廖敏,戴跃洪【lo】为了有效解决瓦楞纸箱结构设计和选料问题,研究了结构设计的方 法与流程,结构尺寸和选料的优化方法等。通过分析物品的排列方向、数目、纸箱体积 与纸板用料面积的关系,研究了纸箱的理想尺寸比例的数学模型:通过抗压和堆码强度 计算方法,研究了纸箱选料方法:在综合分析强度、美学等因素的基础上,研究了纸箱结 构尺寸优化方法,同时提出了基于遗传算法的纸箱优化选料方法,建立了用料成本的经 济性评价方法。其中纸箱的理想尺寸比例的数学模型对于垫块尺寸比例的研究有一定指 导意义,以及其中的纸箱结构尺寸优化方法和遗传算法都对本课题都有一定的借鉴意 第一章绪论路,也为瓦楞纸板托盘力学性能的研究提供了一种新思路。 1.2.2国外研究概况 从收集到的国外文献来看,国外对瓦楞托盘力学性能的研究也比较少,多是木托盘 相关方面的研究,可以从木托盘的力学性能相关研究中得到启发。 日本工业标准jIsz0608-1997纸制平托盘中【12】,对瓦楞纸板托盘的型式、种类、 最大承载质量、尺寸、试验方法及检测有明确的规定,这使得对瓦楞纸板托盘相关研究 有一定的参照。 E.GeorgeStem等人1131用实验的方法研究了各种不同材料的木托盘的静应力和最大 承载能力的大小,并通过比较得出了具有最大静应力和最大承载能力的一种托盘材料。 Heebinktl4]提出了一种托盘堆码时顶面板的简单的计算方法。 Wallinfl5】用简单的方法计算了在不同简支条件下托盘的应力和工作状况。 Urbanik06J开发了一种在一种简支条件下有三个纵梁的托盘的应力和刚度的理论计 算方法。 Joseph R.LofersklandThomasE.Mclain1171,讨论了一种比较可靠的托盘设计方法, 既同过在四种简支条件和五种加载条件下,得到托盘的应力、刚度和承受能力,进而对 托盘进行设计。 E.GeorgeStem[1s]提出了一种新的确定托盘刚度和最大承载能力的测试方法。通过 对比试验得出,该测试方法所得数据是精确的,该方法与原来的测试方法相比更简单、 更省时、更容易得出托盘的极限承载能力。 S.H.MasoodandS.HaiderRizvi【19】提出一种新的托盘设计方法,用可以用重复利用的 瓦楞纸板复合物或塑木材料作为托盘材料。通过有限元的方法来进行分析,相关的信息 包括:重量、装载状况、安全状况。在这些设计方法中,有五种方法被推荐,一个是由 塑木材料制成,两个是由瓦楞纸板构成,另外两种是由特殊的复合材料构成。选择的目 的在于确保托盘的安全和稳定,选择的过程就是检查当托盘被叉举时的最大变形量,以 及基于RanKine破损理论的最大压力下的托盘彻底破损,得出的结论是塑木材料、瓦楞 纸板材料、以及两种材料的复合材料都可以制成稳定结实的托盘。采用有限元进行分析, 可以得出几种比较好的设计方法,就是可以设计出具有传统托盘一切功能而重量是传统 托盘三分之一的新托盘。 13目前研究中存在的主要问题 (1)瓦楞纸板托盘结构较多、较杂,没有进行较为科学的分类 现有的瓦楞纸板托盘结构有好多种,有条状瓦楞纸板粘合而成的纵梁,有单独垫块 组成的纵梁,其中垫块的组成方式和形状又有好多种,如有卷绕式垫块、层合式垫块、 有长方形垫块、正方形垫块、椭圆柱形垫块和圆柱形垫块等等,总之其结构形式各异, 没有明确的归类。 (2)瓦楞纸板托盘结构力学性能方面的研究较少 从国内外的研究来看,对瓦楞纸板托盘结构力学性能方面的研究并不多见,而更多 的是木托盘相关方面的研究。此类托盘的性能标准也是大体上等效木托盘等的相关标 江南大学硕士学位论文 准,瓦楞纸板托盘由于材质特殊,因此亟需结构力学性能方面的研究,从而确保该类托 盘在生产实际中的应用稳定性。 (3)各种结构瓦楞纸板托盘之间缺少性能优劣的比较 目前瓦楞纸板托盘种类较多,性能各异,而对它们性能优劣方面的比较较少,因此 需要对不同结构托盘的性能进行比较,从而得出大致的优劣次序,方便实际应用。 (4)尚未形成较为实用的结构设计方法 目前国内在瓦楞纸板托盘研究与应用方面仍属起步阶段。瓦楞纸板托盘行业内尚未 形成较为实用的结构设计方法,这导致企业在设计托盘结构时完全凭借经验,缺少理论 依据,设计出的托盘产品常出现材料用量过度或者承载能力不过关,从而达不到运输或 储存过程中要求托盘所要承载货物的重量,使自身压溃变形甚至损坏产品;在实际产品 的设计中重复设计较多,设计人员工作量较大。 1.4研究的目的与意义 本课题研究的目的在于通过试验研究、理论研究和计算机模拟的方法对全瓦楞纸板 托盘的结构设计与性能开展研究,探讨瓦楞纸板托盘结构设计方法及性能优化方法。使 瓦楞纸板托盘的生产有据可依,从而使瓦楞纸板托盘的生产更加规范化、系统化、科学 化,最终形成一套系统、完整的瓦楞纸板托盘研究体系,并服务于该行业的实际生产。 我国是瓦楞纸板的生产大国,纸板的产量居世界第二位。然而,目前国内生产的瓦 楞纸板主要还是用于商品的包装(纸箱),近年来才开始应用在缓冲衬垫上,很少开发 其他产品。瓦楞纸板的单一化使用,使巨大的产量得不到及时消化,导致过剩,因此迫 切需要开辟瓦楞纸板应用的新领域。在中国纸板产品的多元化发展中,瓦楞纸板托盘就 是其中的一个重要发展方向。 瓦楞纸板托盘在许多经济发达的国家已广泛运用于许多商品(如水果和蔬菜)的 包装与运输。在日本,瓦楞纸板托盘占托盘总量的四分之一,其价格比木制托盘、金属 制托盘的造价低很多,完全符合绿色环保要求,是应用在出口商品托盘包装的最佳形式 之一。 采用瓦楞纸板做托盘具有以下多方面的优势: 瓦楞纸板的制造工艺成熟,比木材或塑料等包装材料的价格便宜,可以降低运输 成本,且容易搬运。 由于瓦楞纸板托盘没有树木的裂片,没有使之固定的钉子和粗糙不平的边角,更 没有像木托盘熏蒸时留下的有毒化学物,因此不会污染环境和伤害人体。 瓦楞纸板属于绿色包装材料,与当前倡导的绿色包装相适应,完全可以循环使用, 对保护森林资源、维护生态平衡有显著贡献。 瓦楞纸板由于自身结构的特点,具有很好的保护和防震功能,瓦楞纸板托盘有利 于保护好商品并减少损失,适合机械化搬运,速度较快。 瓦楞纸板托盘结构稳定性好,有很强的机械强度,有突出的抗压能力和抗弯能力, 不易变形,通过增高堆码,能有效利用贮藏空间。 出于环保原因,国际运输要求尽量不要使用木托盘,因此瓦楞纸板托盘的需求迅速 第一章绪论增长。随着我国加入WTO以及出口贸易的与日俱增,为提高物流工作的效率及降低物流 成本,瓦楞纸板托盘制品的应用范围将会越来越广,课题研究的技术方法有广阔的应用 前景。 本课题研究的瓦楞纸板托盘结构优化设计方法及其性能评价测试方法,优化了瓦楞 纸板托盘的结构并简化现有的设计过程,可以初步作为设计瓦楞纸板托盘结构的程序和 依据,提高我国瓦楞纸板托盘制品的设计水平和质量,还可以将目前国内包装界瓦楞纸 板托盘结构的设计精确化、标准化。 1.5课题的主要研究内容 本课题主要对瓦楞纸板托盘的结构和性能进行研究,通过对瓦楞纸板托盘结构的归 类总结及试验分析得出了一种综合性能较优的托盘,然后利用层合板理论、复合材料夹 层板理论和结构力学对瓦楞纸板托盘的典型结构包括承载面板、纵梁、垫块进行分析, 建立了各自的数学模型,最后通过计算机模拟对瓦楞纸板托盘的典型结构和整体进行建 模,分析其结构参数对其承载能力的影响趋势。课题的主要研究内容如下: (1)首先对现有的瓦楞纸板托盘进行归类总结,然后通过试验,逐类对托盘进行 研究,得出不同托盘的承载性能,再综合考虑其结构组成、成型方式及其方便性、纸板 用量、涂胶量等技术特征,最后确定一种综合性能较优的托盘。 (2)在上述研究的基础上,对综合性能较优的托盘进行力学分析,通过层合板理 论、复合夹层板理论对瓦楞纸板托盘的典型结构包括承载面板、纵梁和挚块进行分析, 建立了其各自的数学模型,得出承载面板的应变求解方程和基本控制方程、纵梁的抗压 强度公式、以及垫块的抗压强度公式。并通过结构力学对面板和纵梁的强度和挠度进行 分析,得出瓦楞纸板托盘的承载面板和纵梁在均布载荷和集中载荷条件下的设计公式和 校核公式。 (3)通过计算机模拟对瓦楞纸板托盘的典型结构包括垫块、纵梁及托盘整体进行 建模,分析其各自的力学性能,将试验、理论、模拟结果进行对比,验证理论和模拟的 准确性,再进一步分析各结构参数对其承载能力的影响趋势。 江南大学硕士学位论文第二章瓦楞纸板托盘及其分类 2.1瓦楞纸板托盘的结构、类型及尺寸规格 2.1.1瓦楞纸板托盘的结构 瓦楞纸板托盘结构由承载面板和纵梁或垫块及(或)外加底面板构成,应连接合理 牢固,其各部件的名称如图2-1所示。 卜托盘的高2一托盘的宽 3一托盘的长4一插孔高 5一又孔6一又孔宽 9一底板10一下面开口部1卜垫块12一垫块的高13-挡板14-挡板的高 图2-1瓦楞纸板托盘各部件名称 Fig.2-lPartnameof corrugatedpallet 2.1.2瓦楞纸板托盘的类型 根据瓦楞纸板托盘的使用面、进叉方向及挡板的型式组合可分为如下几种,如表 表2-1种类及代号Tab.2.1 Kindandcode 种类 代号 种类 代号 种类 代号 二向进叉单面型 S2 二向进叉单面使用型D2 二向进叉曲面使用型 R2 l,q向挡板pq向进叉单面型 54F4 网向挡板pq向边叉甲I面使用型D4F4 第二章瓦楞纸板托盘及其分类表2-2型式及代号 Tab.2—2 Type andcode 图2-2托盘的种类及代号Fig.2—2 Kindandcodeof paUet 2.1.3瓦楞纸板托盘的尺寸规格 根据纸托盘标准【2】中规定:纸基平托盘尺寸及公差按GB/T2934t2'J的规定。 江南大学硕十学位论文2.1.3.1平面尺寸 (1)公称外廓尺寸 GB/T2934中规定的托盘尺寸有1200mmX1000mm,1200mm800mm,1140mmX 1140mm,1219nn X1016mm。 (2)公称外廓尺寸的公差 平面公称外廓尺寸公差为0~-6mm。 2.1.3.2叉孔的竖向尺寸 (1)除叉孔高度不小于95mm的自由叉孔托盘外,托盘的叉孔高度应为70mm一100mm, 优先选取100mm。 (2)托盘凹槽顶面到地面的距离应不小于55rm;到其本身纵梁的距离应不超过 45mm。 (3)部分四向进叉托盘及自由叉孑L的双面托盘,从顶面板最低部件的下边至地面 的距离应不超过127mm;四周有基底的托盘,该尺寸应不超过156mm。 2.1.3.3叉孔及开口的水平尺寸 双向及四向进叉托盘叉孔及开口水平尺寸如图2-3和表2-3所示 图2-3双向及四向进叉托盘的叉孔水平尺寸 Fig.2-3 Thef.0d【holesizeofthe two-way four-waypallet袁2-3双向及四向进又托盘的又孔的水平尺寸 Tab.2-3Thef.orkholesizeofthe two-way four-waypallet2.1.3.4底面板构件尺寸 为了便于托盘运输车的叉轮插入,托盘底面板构件厚度应不超过28mm,若厚度超过 第二章瓦楞纸板托盘及其分类lOmm,应按下列要求在底面板构件顶面每一侧边的前后加倒角: a)倒角斜面与水平面之间夹角应为40。5。; b)倒角的竖向高度应不超过lOmm。 2.1.3.5带翼托盘的翼宽尺寸应不小于65mm。 2.1.3.6底面板的支撑面 托盘底面板的支撑面应不小于托盘平面尺寸的35%。 2.1.3.7托盘的方正度 制造时,托盘平面两对角线瓦楞纸板托盘的生产工艺及成型方式 目前国内的瓦楞纸板托盘还处于起步阶段,这方面的设备很少,完整的流水生产线 几乎没有。大多数厂家还是依靠人工作业,瓦楞纸板托盘的生产工艺主要分为三个部分: 托盘面板生产,托盘底脚生产和面板与底脚的粘结,其工艺流程为: 图2-4瓦楞纸板托盘的生产工艺沅程 Fig.2-4 Production process corrugatedpallet制作时的注意事项: 1.瓦楞纸板托盘粘合或钉合及插接成型后应牢固,保证在正常使用中不开裂。每平 方米纸板脱胶部分之和不大于200衄2,每米长单张纸板纵、横方向翘曲不得大于20ram。 2.瓦楞纸板托盘应做到切边齐整无毛刺,切断表面裂损宽度不得超过8mm,表面不 得有明显的油污、水渍、斑纹、粘痕等。 3.瓦楞纸板托盘不应有其他使用上的缺陷。 4.瓦楞纸板托盘可根据用户要求进行防潮处理。 2.3瓦楞纸板托盘的归类与总结 2.3.1归类的目的和意义 现有的瓦楞纸板托盘种类较多,结构形式各异,为方便研究,首先要对其进行归类 和总结,这样可以逐类对托盘进行研究,得出不同种类托盘的不同性能,从而对其性能 进行比较,得出不同种类托盘性能的优劣次序,再对性能较优托盘进行深入的研究。 江南人学硕十学位论文23.2归类方法 瓦楞纸板托盘根据结构组成的不同,可以按结构的不同分为垫块式和条状式:挚块 式叉可按结构组成的不同分为卷绕式和层合式,层舍式又有层合束裹包式方形垫块、层 合四周裹包式方形垫块、层合全裹包式方形垫块;条状式是由一定宽度的条状瓦楞纸板 层层粘合而成。 233归类结果 23.3.I垫块式 (1)卷绕式 纵梁是由九个垫块构成,每个挚块是由瓦楞纸扳层层卷绕,再用白乳胶粘合而成, 瓦楞方向垂直于上托板。 图2-5卷绕式垫块托盘 Fig 2—5Corrugated叫letwithnvolutedblocks (2)层合式 图2-6卷绕式垫堤 Fig 2—6Convolutedblock a)层合未裹包式,垫块由多片五层瓦楞纸板块贴合而成,鹋块四周没有瓦楞纸板包 裹层.瓦楞方向垂直于上托板,如图2—7a所示: b)层合四周裹包式.纵粱由九块长宽相等的方垫块组成,垫块由多片五层瓦楞纸 板块贴台而成,垫块四周再用单片三层瓦楞纸板裹包起来,瓦楞方向垂直于上下托板, 并将挚块与上托板粘连起来,垫块问距正好形成叉孔,如图2—7b所示。 c)层合全裹包式,挚块由多层瓦楞纸板粘合而成,再把整个挚块用一定形状的瓦 楞纸板盒子全部包起来 图2—7层合式托盘Fig Layerspallet第二章瓦楞纸扳托巍及其分类 23 3.2条状式 纵梁由瓦楞纸板条组成,图2—8a由四个纵梁构成,图2—8b由三个纵粱构成,图2—8c 在纵粱上开有辅助叉孔。大多数纵粱都是由一定宽度的长条瓦楞纸板层层粘合而成,外 层用单层瓦楞纸板进行裹包,看起柬比较美观。 围2-8由纵粱蛆成的瓦楞托盘Fig2 8CormgatoflPa】letwithstrings 2.4本章小结 本章的主要工作是: (1)首先介绍了瓦楞纸板托盘的结构由承载面板和纵梁或垫块及(或)外加底面 板构成,瓦楞纸板托盘各部件的名称,以及瓦楞纸板托盘的类型、尺寸规格。 (2)简要介绍了瓦楞纸板托盘的生产工艺流程,包括三部分:托盘面板生产,托 盘底脚生产和面板与底脚的粘接。 (3)对瓦楞纸板托盘进行归类总结,按照结构组成的不同可以分为垫块式和条状 式;挚块式又可按结构组成的不同分为巷绕式和层合式;条状式是由一定宽度的条状瓦 楞纸板层层粘合而成。为接下来对瓦楞纸板托盘进行迓类研究打下基础。 江南人学硕士学位论文 第三章瓦楞纸板托盘结构性能的试验研究 瓦楞纸板托盘由承载面板和垫块(或纵粱)及底面板等构成。其中垫块(或纵粱) 是主要的承压部分,托盘承载能力的大小主要由垫块(或纵粱)决定;它也是纸板用量 最大的部分,托盘的纸板用量主要决定于垫块(或纵梁)的结构。因此,挚块(或纵梁) 是托盘结构中最重要的部分之一。 3.1瓦楞纸板托盘的垫块和纵梁结构 按结构组成不同,瓦楞纸板托盘的垫块一般分为卷绕式(图3一la)和层台式两类; 层合式又有层合末裹包式方形挚块(图3一lb)、层合四周裹包式方形垫块(图3lc)、层 合全裹包式方形垫块(N3一ld)等;纵梁主要是条状结构,即一定宽度的条状瓦楞纸板 层层粘合而成(图3—1e)。 图3一l几种垫块的结构Fig 3-1Differentblocks 上述垫块都是由瓦楞纸板卷绕或层叠,并用自乳胶粘合而成。本试验以上述垫块和 纵粱为研究对象,通过单轴静态压缩试验,测定其承载能力(以最大载荷表示)。试样 处理环境为标准大气,温度为23--+1‘C,相对湿度为(50.2)%;试验设备有DCZ 2516 型纸箱纸盒电脑打样机、纸箱抗压试验机等。 3.2几种垫块的试验分析 3.2.1卷绕式垫堤 卷绕式挚块由瓦楞纸板层层卷绕,再用白乳胶粘合而成,如图3-Ia所示,这种结构 涂胶量小,成本低。易成型,因而加工制造比较方便。 眷绕式挚块的试验共有两部分:(1)通过试验,分析瓦楞楞型、截面长宽比、高度 对卷绕挚块承载能力的影响,并得出一组较优的参数组合:(2)以较优参数组合为基础, 增加挚块卷绕层数并进行试验,分析层数对垫块承载能力的影响a 321 l确定因素水平 (1)确定瓦楞楞型因素水平 目前生产瓦楞纸板托盘的企业多采用Bc楞卷绕垫块,本试验为了方便对比研究,结 合实验室试验条件,瓦楞楞型因素选用的水平为Bc楞、A楞,选取A楞作为一个水平的主 第三章瓦楞纸板托盘结构性能的试验研究 要目的是为了描述单瓦楞与双瓦楞垫块在整体上承载能力的差距,从而作为一个参考 值,并不作为本文的主要研究内容。 (2)确定垫块截面长宽比因素的水平 在这一因素水平的选取中应用到结构设计学知识,并结合实际生产,将长宽比这一 因素的水平选定为1、1.5、2,同时也大体了解截面长宽比的变化对承载能力的影响。 (3)确定垫块高度因素水平 垫块高度在一定范围内对承载能力会有一定影响,但由于本文研究的垫块是托盘的 一部分,托盘的规格大都是按照相关标准规定的,此外,托盘与叉车的配合会影响到垫 块高度的设计,而在调研过程中,纸托盘的垫块高度一般都分布在100mm一160mm,为了便 于研究,这一因素水平选取为100mm、130ram、160mm。 以上三个因素互不影响,为便于试验结果的对比,也为增加试验结果的说服力,应 确保其他因素的恒定。在这个试验过程中,瓦楞纸板卷绕方向的长度及垫块截面面积是 一定的,若截面长宽比变化,则卷绕层数会发生相应变化,因此还需要考虑卷绕层数对 垫块承载能力的影响。 (4)确定卷绕层数因素的水平 卷绕层数也是影响垫块承载能力的重要因素,实际生产中的垫块大多是三层卷绕的 瓦楞纸板挚块,对于卷绕层数的选择,层数过多,在卷绕结构的最里端纸板折痕相隔距 离很短,对承载能力的提高不会有明显的影响。为使研究更加系统,这一因素水平选定 因素水平表如表3-1所示:表3-1因素水平表 Tab.3.1Leveloffactor 3.2.1.2楞型、长宽比和高度的影响 选取瓦楞楞型、截面长宽比、垫块高度三个结构参数进行研究,每个因素取三个水 平,运用正交试验表L9(34)设计试验方案。试验数据如表3—2所示: 13 江南大学硕士学位论文 表3-2卷绕垫块压缩试验数据 Tab.3 Compresstestdataofconvolutedblock 结果 I瓦楞楞 截面长宽 垫块高 实验结果y(N) Y平均值 应力(MPa) 序号 lO)l(100)4824.94844.2 4557.9 4742.3 0.91 综合以上所有垫块的压缩试验曲线,可以得出垫块在整个受压过程中,变化趋势如 图3—2大体可分成三段 图3-2垫块载荷一变形趋势图 Fig.3-2Capability-distortion chart A段:弹性变形阶段,挚块结构发生弹性形变,符合虎克定律。在此阶段,试样在 外观上无明显变化或者可以理解成变形较小,表现在曲线上为压缩力和变形量同步增 加。Q点对应最大承载载荷,即为产生弹性形变的极限变形点。 B段:压溃变形阶段,外观上看,试样破坏程度逐渐加大。在曲线上,表现为变形 量继续加大,但压缩力开始下降,并有明显的下降趋势。此时,试样承载能力下降,该 阶段产生的变形是完全不可恢复的。 C段:在垫块承载能力下降到一定程度时不会迅速减小,或者说下降趋势非常缓慢, 可近似看成在一定值附近波动。 对试验数据,采用极差分析法进行分析,可以画出水平趋势图: 14 第三章瓦楞纸板托盘结构性能的试验研究 BCBC l130160 截面长交比高度 图3-3水平趋势图 Fig.3—3 Thelevel tendency chart 试验结果表明: (1)各因素对垫块承载能力影响的大小顺序为:楞型>高度>截面长宽比。 (2)瓦楞纸板的楞型是主要因素。这是因为对于纸板来说,五层BC瓦楞纸板的承载 能力要远大于三层A楞瓦楞纸板。 (3)高度是次要因素。本试验选取的三个水平中承载能力由大到小顺序为: Floo>F130>F160。垫块高度为100ram时,材料用量最少,承载能力最大,并且这一挚块高 度也最符合国家联运托盘标准的尺寸。这一结论的得出,使得生产企业在满足承载要求 的同时,尽可能的节省了成本,如果市场上形成一致的认可,无疑加快了瓦楞纸板托盘 标准化进程。 (4)截面长宽比是最次要因素。本试验选取的三个水平中承载能力由大到小顺序为: Fl_.5>F2>Fl。当截面长宽比为1.5时其承载能力最大,也有助于垫块的稳定性。如果截 面长宽比过大,截面积成狭长型,稳定性降低,因此这一结论大体上符合生产实际的要 综上所述,这种垫块的最优参数组合是:BC楞、截面长宽比1.5、高度100mm。3.2.1.3卷绕层数的影响 卷绕一层相当于有4条边,两层应有8条边,类推下去,卷绕N层有4XN条边,为了 解边数的变化对承载能力是否有影响,本试验在层数变化过程中也有边数的变化,它不 影响数据的分析,反而能更加仔细的描述层数与承载能力的变化关系。 采用上述较优参数组合,通过改变卷绕层数来测定其承载能力。试验数据如表3—3 所示: 表3-3层数对承载能力的影响 Tab.3-3Testdataabouttheinfluenceof layers 江南大学硕+学位论文将表3-3的数据绘制成卷绕边数和承载能力、应力之间的关系曲线卷绕边数对承载载荷、应力影响的曲线 Theinfluenceofconvoluted layer carryingcapacityandstress 从图3-4a可以看出,承载能力与卷绕边数接近正比例关系,即随着卷绕边数的增加, 垫块的承载能力随之增大。这是因为随着层数的增加,受力面积随之增大,同时也增强 了垫块的强度,那么承载能力也会随着层数的增加而增大。 从图3-4b可以得出在边数增加至9以后,应力保持不变,这说明挚块实际的承载应 力并不是随着层数增多而无限增加,层数达到一定值时,承载应力不会继续增加。此时 要想提高承载能力,只有通过增加层数,扩大受力面积。 以最优参数组合为基础进行试验,可得该组挚块平均承载应力是1.552MPa。 3.2.2层合式垫块 选取三种结构进行研究: (1)未裹包式方形挚块(如图3-1b所示),是由瓦楞纸板切割成一定长度和宽度的 小片,再用白乳胶层层粘合而成,成形不太容易,涂胶量大,每层都要涂胶,费时间。 (2)四周裹包式方形垫块(如图3-1c所示),为了增加美观,在b结构的基础上四 周用一层长条瓦楞纸板包起来,这样看起来比较整齐、美观。 (3)全裹包式方形垫块(如图3-1d所示),同样为了美观,在b结构的基础上,设 计一定形状的外包盒子,把b结构全部包起来。 每种结构再分别选取两个因素:截面长宽比和高度,每个因素都有三个水平,采取 正交试验方案,因素水平表如表3-4所示 表3-4因素水平表 Tab.3-4I。eveloffactor 16 0.090.227 0.099 对试验数据采用极差分析法进行分析,可以画出水平趋势图如图3-5所示: IOO130 160 结构 截砸长宽比 高度 图3-5水平趋势图 Fig.3 Theleveltendency chart 试验表明: (1)各因素对垫块承载能力的影响顺序为:截面长宽比>高度>结构形式。 (2)垫块截面长宽比是主要因素。三个水平中承载能力的大dJIr页序是:F2>Fl>F1..5。 江南大学硕士学位论文(3)垫块高度是次要因素。三个水平中承载能力的大小顺序是:Floo>F130>Fi60, 当垫块高度为100mm,材料用量最少,承载能力最大,并且这一垫块高度也符合国家联 运托盘标准的尺寸。 (4)有无外包层对垫块承载能力的影响相比不明显,是最次要因素。三个水平对 承载能力影响的大小顺序是:未包式>四周包>全包式。在这种情况下,既可以节省材 料,也可以简化成形方式,只是外观不很美观。 综上所述,最优的参数组合是:未包式结构、截面长宽比2;高度100ram。 以最优参数组合为基础,制备一组垫块式样(6个)继续进行压缩试验,可得该组 垫块的平均承载应力是0.735MPa。 3.2.3层合式纵梁 层合式纵梁是由一定宽度的长条瓦楞纸板层层粘合而成,如图3—1e,每层都要涂胶, 涂胶量大,纸板用量大,耗时比较长,不易成形。 选取截面高宽比和高度两个因素,各取三个水平,选用正交试验表Lo(34)设计试验 方案。因素水平表如表3—6所示: 表3-6因素水平表 Tab.3.6Leveloffactor 试验数据如表3—7所示: 表3-7层合式纵梁的压缩试验数据 Tab.3.7Compresstestdataoflayersstring 截面高宽比 垫块高度 试验结果(N) 平均值 应力(-阮) 1DO41341.5 39022.1 38112.0 39491.87 0.564 0.0570.t43 18 第三章瓦楞纸板托盘结构性能的试验研究

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