角柱型瓦楞套箱的高承重设计

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：我们研制开发的角柱形瓦楞套箱，有效提高了纸箱的抗压强度，在减少资源消耗的同时，大大降低了生产成本。本节介绍的角柱型瓦楞纸套箱结构是重型包装的一个新方向，其抗压强度是相同尺寸与材质的0201型普通纸箱的2倍左右，在高温高湿等恶劣条件下，纸箱的抗压强度下降较少，具有明显的耐压优势。图1-6-8套箱高度对抗压强度影响角柱型瓦楞托盘套箱（大尺寸）的抗压强度针对大尺寸角柱型瓦楞纸箱，研究角柱型对纸箱抗压强度的影响。

为了提高纸箱的抗压强度，人们常常会采用提高纸张克重或等级、采用加厚楞型（如AA，ABC）、箱内增加立柱类支撑等方法，结果造成加工繁杂、使用麻烦、成本提高等问题。我们研制开发的角柱形瓦楞套箱，有效提高了纸箱的抗压强度，在减少资源消耗的同时，大大降低了生产成本。

本节介绍的角柱型瓦楞纸套箱结构是重型包装的一个新方向，其抗压强度是相同尺寸与材质的0201型普通纸箱的2倍左右，在高温高湿等恶劣条件下，纸箱的抗压强度下降较少，具有明显的耐压优势。

1.实验

角柱型瓦楞纸套箱是由2部分组成，外层是0201型普通纸箱，在该箱内再套1个角柱型内围框（见图1-6-1），角柱型内围框制造工艺简单，由一张纸板经模切、折叠、黏结而成（见图1-6-2）。

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图1-6-1　角柱型瓦楞纸箱

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图1-6-2　角柱型内围框折叠示意

（1）纸箱尺寸与材料

外箱尺寸设定为三种：A的尺寸为360mm×270mm×400mm，B的尺寸为360mm×360mm×400mm。这两款中型纸箱的尺寸在日常生产中使用很普及，适合在标准托盘上3×4与3×3排列码放，外箱与角柱内围框所用材质都是市场上最常用的，它们分别为（200+120+100+120+200）g/m2，楞型为欧美使用较多的BC楞。外箱C俗称“托盘箱”或“吨箱”，尺寸为1050mm×1050mm×1000mm，外箱材质（440 + 180 + 200 + 180 + 440）g/m2，楞型为AA。内围框材质与楞型同A、B箱，内围框角柱结合方式为热熔胶手工黏合。

（2）方法

①套箱加工

外箱是由1片瓦楞纸板组成，顶部和底部折叠（俗称上、下摇盖），构成箱底和箱盖，通过黏合或打钉的方式制成纸箱。角柱型内围框也是由1片瓦楞纸板经模切、折叠，然后用热熔胶黏合而成。

②实验设计

内围框角柱三角边边长分别设计为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm，挡板高度分别设计为120mm、150mm、180mm、210mm、240mm（见图1-6-3），研究不同三角边长对长方形纸箱A和正方形纸箱B抗压强度的影响。当内围框角柱三角边边长分别设计为40mm、70mm，挡板高度分别为120mm、210mm，研究挡板位置（在长边或短边）对纸箱抗压强度的影响。

当角柱三角边周长相等时，研究角柱三角形等边和直角边对纸箱抗压强度的影响（见图1-6-4与图1-6-5）。

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图1-6-3　角柱型内围框结构示意

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图1-6-4　等边角柱型

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图1-6-5　直角边角柱型

设外箱的高宽比为1.2∶1 、1.6∶1 、2∶1（此时纸箱尺寸分别为360mm×270mm×324mm、360mm×270mm×432mm、360mm×270mm×540mm），研究纸箱高度对抗压强度的影响。内围框角柱三角边边长为100mm、200mm，挡板高度分别设计为300mm、600mm，研究C型大尺寸托盘角柱套箱抗压强度的变化。

③测试指标和方法

纸箱抗压强度是指在压力试验机上均匀施加动态载荷，至箱体变形或压溃时的最大值，是重型瓦楞纸箱质量好坏的一个重要技术指标。

纸箱抗压强度按照GB/T 4857.4—2008测定，使用微电脑程控抗压强度试验仪，测量纸箱所受的压力值，在纸箱被压溃后试验机将自动记录下压力峰值和受压变形量。

2.结果与讨论

（1）角柱三角边长对套箱抗压强度的影响

角柱三角边长对套箱抗压强度的影响较大，图1-6-6（长方形箱）、图1-6-7（正方形箱）中内围框三角边长为0时（即无内围框普通0201型纸箱的抗压强度），与加内围框的纸箱比较，无论是长方形还是正方形，其抗压强度是无内围框纸箱抗压强度的2倍以上。

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图1-6-6　三角边长对长方形套箱抗压强度的影响

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图1-6-7　三角边长对正方形套箱抗压强度的影响

三角边长对长方形角柱型套箱（尺寸360mm×270mm×400mm）抗压强度的影响，由图1-6-6可知，随着内围框角柱三角边长的增加，纸箱抗压强度呈上升趋势。内围框角柱三角边长为60mm、70mm、80mm时，纸箱的抗压强度接近，说明再增加角柱三角边长对纸箱抗压强度意义不大，且边长为60mm时较为经济。

三角边长正方形角柱型套箱（尺寸360mm×360mm×400mm）抗压强度的影响，由图1-6-7可知，随着内围框角柱三角边长的增加，纸箱抗压强度呈缓慢上升趋势。内围框角柱三角边长为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm时，纸箱的抗压强度接近，说明再增加角柱三角边长对纸箱抗压强度影响不大，且边长为40mm时较为经济。

（2）挡板位置对套箱抗压强度的影响

针对长方形纸箱，内围框挡板位置（在纸箱长边或短边处）对纸箱抗压强度的影响见表1-6-1。从中可见，挡板位置对纸箱抗压强度的影响很小，可以忽略不计。

表1-6-1　不同挡板位置套箱抗压强度测试值

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但它对用材面积有影响，所以设计时要特别注意，应将挡板设在纸箱的长边处，此时用材最省。

（3）折叠角度对套箱抗压强度的影响

角柱形成角度有2种形式：直角三角形和等边三角形。假设这2种三角形的周长相等，针对长方形纸箱，内围框角柱折叠角度对纸箱抗压强度的影响（见表1-6-2），折叠角度对纸箱抗压强度的影响较小，可以不考虑。

表1-6-2　不同折叠角度对纸箱抗压强度的影响值

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（4）角柱型套箱高度对抗压强度的影响

由图1-6-8可知，无论是加内围框的角柱型瓦楞纸箱，还是不加内围框的普通瓦楞纸箱，纸箱高宽比为1.6∶1时，纸箱（360mm×270mm×432mm）抗压强度最大，它符合“黄金分割比”的法则。当高宽比为1.2∶1时，纸箱尺寸为360mm×270mm×324mm，加内围框的角柱型瓦楞纸箱抗压强度提高最明显，角柱型瓦楞纸箱高度越高，纸箱抗压强度提高越不明显。

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图1-6-8　套箱高度对抗压强度影响

（5）角柱型瓦楞托盘套箱（大尺寸）的抗压强度

针对大尺寸角柱型瓦楞纸箱（1050mm×1050mm×1050mm），研究角柱型对纸箱抗压强度的影响（见表1-6-3）。当角柱三角边长和挡板高度均为0时（即普通托盘箱不加角柱型内围框），与加角柱型内围框的托盘箱相比，角柱型内围框对大尺寸纸箱抗压强度的影响相对较小，说明大尺寸瓦楞纸箱插入角柱型结构优势不明显，不如采用其他组合结构的方法来提高纸箱的整体抗压强度。

表1-6-3　三角边长与挡板高度对大尺寸套箱抗压强度值的影响

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3.结语

与相同尺寸0201型普通瓦楞纸箱相比，角柱型瓦楞套箱（中小型尺寸）抗压强度得到明显提高，一般可以提高2倍左右。增加角柱三角边尺寸，长方形角柱型瓦楞套箱抗压强度增加幅度明显优于正方形角柱型瓦楞套箱。内围框挡板位置、角柱折叠角度对套箱抗压强度的影响不大，可以忽略。角柱型瓦楞套箱高度越高，套箱抗压强度提高越不明显。

针对大尺寸瓦楞纸箱，角柱型结构并无优势，设计时应从实际出发，考虑采用其他结构来降低成本。外箱与内围框在加工时，应考虑内外箱的配合间隙，一般以2～5mm为宜，间隙过小，易造成外箱鼓肚，间隙过大，会降低套箱的整体抗压强度。

角柱型瓦楞套箱具有节约运输与存储成本，可平行叠放运输的特点，用户在使用前可以自行黏结角柱型内围框，因为热熔胶黏合工艺非常简单方便，不需要专业学习，一支热熔枪仅一百余元，胶棒几毛钱一支，成本十分低廉。角柱型内围框会占用纸箱一定的内容积，所以实际生产中需要适当放大纸箱尺寸，但对于袋装、粉状、颗粒状、线盘、圆柱形等内装物影响很小。角柱型瓦楞套箱属于重载荷纸箱，可以广泛应用于重型包装。

角柱型瓦楞套箱的高承重设计

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