重型八角形纸箱的结构设计

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：本节介绍一种新型瓦楞纸箱结构，即重型有底无盖八角箱，将原纸箱四角设计为八角，不仅抗压强度得到较大提高，其适用范围也更广，如袋装粉剂、颗粒剂的化工原料，电缆盘类产品，袋装液态物料等。

普通瓦楞纸箱的四角及侧壁，承受负载的能力并不均衡，当纸箱承受的压力超过其抗压极限时，纸箱侧壁的垂直面会出现弯曲、变形直至压溃，越靠近纸箱侧壁的中间部位，越容易出现变形，且变形越严重，侧壁上4个棱角的部位最后出现变形，抗压能力最强。

本节介绍一种新型瓦楞纸箱结构，即重型有底无盖八角箱，将原纸箱四角设计为八角，不仅抗压强度得到较大提高，其适用范围也更广，如袋装粉剂、颗粒剂的化工原料，电缆盘类产品，袋装液态物料等。

1.实验

重型有底无盖八角箱呈八边形结构，箱底由8个三角形摇盖拼接组成（见图1-4-1）。制造工艺简单，由一张瓦楞纸板经模切、折叠、钉合而成，其展开结构见图1-4-2。

普通纸箱在凯里卡特公式的计算中，纸箱的周长与高度是两个重要因素，为使试验结果有可比性，设定正八角箱、非正八角箱、常规0201型纸箱的周长完全一致，均为1656mm，高度均为600mm，所用材质相同。

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图1-4-1　重型八角箱结构

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图1-4-2　重型八角箱展开结构

所用材质为市场上最常用的5层瓦楞纸箱的定量，分别为200、120、120、120、200g/m2，楞型为欧美使用较多的BC楞（包括内围框用材）；八角箱的平面尺寸与标准托盘匹配；纸箱采用钉合的结合方式。

（1）方法与设计

1）周长、高度相等，0201型纸箱（正方形）与正八角箱（与1100mm×1100mm标准托盘匹配）抗压强度的研究；

2）周长、高度相等，有底、无底八角箱抗压强度的研究；

3）周长、高度相等，正八角箱与非正八角箱（与1200mm×1000mm标准托盘匹配）抗压强度的研究；

4）有内围框八角箱与无内围框八角箱抗压强度的研究；

5）有底、无底八角箱在运输振动时变形情况的研究；

6）八角箱在运输振动时横向冲击力的研究；

7）四周加粘加固带对八角箱鼓肚现象影响的研究。

（2）测试指标

空箱抗压强度是评价瓦楞纸箱好坏的一项重要指标，是指在压力试验机上均匀施加动态载荷直至箱体变形、压溃时的最大载荷。

按照GB/T 4857.4—2008测定抗压强度，将封箱后的瓦楞纸箱放置在微电脑程控压力试验仪的2个压板间，试验机的上压板按设定速度向下运动，接触纸箱后对其进行施压，同时测量纸箱所受的压力值与变形量，试验机自动记录数据。

2.结果与讨论

抗压强度：当周长、高度相等时，0201型纸箱（正方形）、有底正八角箱、有底非正八角箱、无底非正八角箱，它们抗压强度的对比见表1-4-1。

表1-4-1　不同底与形的八角箱抗压强度对比

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有、无内围框的八角箱抗压强度：有无内围框正八角箱抗压强度的比较见表1-4-2。由表1-4-2可知，有围框的正八角箱比无围框的抗压强度提高了将近90%，有围框的正八角箱比普通0201型纸箱抗压强度提高了2倍多。

表1-4-2　有无内围框八角箱抗压强度对比

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鼓肚变形：纸箱在使用过程中会出现鼓肚变形的现象，问题产生的原因分析如下。

（1）楞型选择不当。A瓦楞高度大，承受垂直方向压力性能好，但承受水平方向压力性能不如B瓦楞、C瓦楞。A瓦楞纸箱装上产品后，在动态运输过程中受到横向、纵向的振动，内装物与纸箱之间发生反复冲击，使纸箱壁变薄，容易出现鼓肚变形现象。

（2）堆放托盘的影响。产品在仓库堆放时，堆码高度通常不超过3m，一般是2个托盘叠加码垛。纸箱在堆放过程中，纸箱的强度变化是一个蠕变的过程，特别是底层纸箱，其特点为：在一定时间内相对稳定的载荷作用于纸箱，纸箱会发生连续的弯曲变形。

如果长期在静压力作用下，纸箱会被压塌、损坏，因此托盘上堆放的最下层纸箱通常会出现鼓肚现象，且有部分压溃变形。纸箱在垂直压力作用时，箱面中央出现的变形量最大，出现压溃后，折痕为鼓出状。

试验证明，0201型瓦楞纸箱受压时，4个棱角处抗压强度最好，4边中点处抗压强度最差。

如果上层托盘脚块压在纸箱中间位置，纸箱中间位置易形成集中载荷（见图1-4-3），导致纸箱破裂、永久变形，解决的办法是在其下加一平垫板。如果托盘铺板缝隙过宽，纸箱的箱角容易掉进缝隙中，导致纸箱鼓肚（见图1-4-4）。

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图1-4-3　两层托盘堆码

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图1-4-4　包装件托盘

（3）内装物本身特性的影响。液体、黏稠体、流体、颗粒及粉末类等产品，纸箱包装后，由于产品本身特性，内装物下沉，顶部与内装物之间的间隙越来越大，且箱底四周受力最大，因此，这类产品在贮存、运输过程中常出现纸箱鼓肚变形现象，尤其是在纸箱下部1/5～1/4处最为严重。

有、无底八角箱：有、无底正八角箱（内装物粉料125kg）在电磁振动试验仪上，按ISTA 3E中的振动图谱振动4h，加速度为0.54g，理论行程峰峰值为45.13mm，八角箱箱体变形情况（见图1-4-5和图1-4-6）。

由图1-4-5可得，无底八角箱从箱体底部边缘发生鼓肚变形。由图1-4-6可知，有底八角箱从箱体底部边缘向上20mm左右的位置才开始发生鼓肚变形。

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图1-4-5　无底加盖八角箱变形情况

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图1-4-6　有底加盖八角箱变形情况

由此可知，有底八角箱在一定程度上抵抗了内装物对纸箱向外的冲击力，降低了鼓肚变形对纸箱造成的破坏程度。

加固带：加固带是一种纤维材料，伸缩变形量极小。目前国内使用较多的是美国爱得力品牌，加固带宽度为3～20mm不等，共6种规格，断裂强度为15～50kg，熔化点为160℃，软化点为95℃。在纸板加工过程中，可加热黏合在瓦纸与面纸、瓦纸与里纸之间（在纸箱内外表面都看不见），然后加工成纸箱（见图1-4-7）。加固带可以紧固纸箱，防止瓦楞压溃变形、夹角撕破、箱体鼓肚下坠，有效保护内装物；保护垂直压痕线、提手及模切手孔。在搬运过程中，提高纸箱的抗摔能力，减少货物损坏；顶部加固可以防止打包带勒破箱口、损坏内装物，增加纸箱的周转次数。

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图1-4-7　加固带纸箱

以内装物为液体进行分析，液体压强原理：液体内部向各个方向都有压强，压强随液体深度的增大而增大，同种液体在同一深度时各个方向的压强大小相等，不同的液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关，密度越大，液体的压强越大。液体压强公式为p=ρgh。其中ρ为液体密度；g为重力加速度，9.8N/kg；h为深度，即液体内部某一点到液面竖直方向的距离。同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等。由帕斯卡定律（加在密闭液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递）可得，纸箱越靠近底部，四周受力越大，包装件在贮存、运输过程中鼓肚现象越明显，破损越严重。如果加粘加固带，需要按加固带的宽度、纸箱受力等情况来设计加粘条数，其位置、间距等数据需要通过试验来验证。

3.结语

周长、高度相等时，有底正八角箱比普通0201型纸箱的抗压强度提高了68%，有底非正八角箱比普通0201型纸箱的抗压强度提高了51%，有底正八角箱比非正八角箱的抗压强度提高了11.2%。

有底非正八角箱与无底非正八角箱的抗压强度几乎相等，无明显区别。有围框正八角箱比无围框的抗压强度提高了90%，有围框正八角箱比普通0201型纸箱的抗压强度提高了2倍多。

有底八角箱在一定程度上可抵抗内装物对纸箱底部边缘向外的冲击力，减少纸箱鼓肚变形的发生；纸箱越靠近底部四周受力越大，包装件在贮存、运输过程中鼓肚现象越明显，破损越严重；加粘加固带的方式可以减少纸箱鼓肚变形、破损。

对大型的有底八角箱来讲，加工它的模切机规格尺寸要求较大或超大。

重型八角形纸箱的结构设计

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