木箱的设计

第2章木箱的设计木包装是木制包装箱、托盘、底盘等一类容器的总称，广泛应用于运输包装。木托盘免检疫免熏蒸木箱（出口）木箱重型机械用包装箱军用木箱胶合板箱举例：底盘第1节木包装概述1.优缺点：●良好的抗压和抗弯强度；●有较好的可挠性，因而具有天然的缓冲能力和减振能力；●耐潮、耐磨、耐破；●良好的可加工性；●便于回收和再生利用；●成本较低；▲资源贫乏——生态危机——节木、代木；▲空箱的重量和体积太大，不便运输；▲出口木包装受国外立法的限制；2.木包装的种类普通木箱：200kg,板式结构，人工装卸，考虑手柄、手孔，不必考虑滑木、绳口及插口等结构；滑木箱：1500kg,机械起吊，必须设置滑木；框架木箱：1500kg,机械起吊，必须设置滑木；底盘:适应于塔、罐等大型机械设备；500~6000kg;托盘:集合包装工具；胶合木箱：由胶合板及框档组合而成，自重轻，外观整洁的小型包装箱，用于空运。3.木包装的设计要素产品因素：形状、重量、尺寸、强度、刚度、耐候性（耐水、耐潮、耐微生物）、品质、价格等；环境因素经济因素：包装的造价和运价；造价：材料费用、工时费用、管理费用及配套费用。降低运价：尽可能缩小包装箱体积，节约运输空间；使包装箱具备一定的堆码强度和顶部负载强度，使运输空间充分利用。第2节箱用木材●树种：针叶树:各种松木；阔叶树:桦木、栗木和山毛榉；●质量指标：密度和硬度：单位体积的质量。阔叶树密度大，强度高，干燥和加工困难；针叶树密度小，易于切削加工，适用于包装。含水率：木材中所含水分的重量占烘干重量的百分率。——影响尺寸稳定性，控制在20%为宜。干缩率：木材的含水率从饱和到烘干时，其尺寸随含水率降低而缩小的百分率。——因方向而异。横向：弦向收缩大于径向；——弦向:径向:纤维方向（纵向）的收缩比=10：5：0.5.1.树种与品质特性2.木材的缺陷●木节：硬、脆，降低木材强度，容易变形；●斜纹：降低木材的纵向强度；●裂缝：破坏木材的整体性；●夹皮、虫眼3.木材的试验强度顺纹拉伸、弯曲和压缩试验—测出各种强度极限称为试验强度，用表示。试样为小尺寸、静载试验。结果：●顺纹抗压强度抗拉强度;●抗弯强度介于两者之间。●强度随承载时间增加而减小;长期强度为初始强度的30～40％;●温度愈高，含水率愈大(在纤维饱和点以下)，木材的强度愈低。b4.木材的许用应力强度降低系数K1——小尺寸的试样不能完全反映木材的强度；木材的实际尺寸设计尺寸(加工误差，干燥收缩)；对试验强度取一个安全系数K1＝0.75。冲击载荷系数K2——试样承受的是静载荷，木箱起吊和运输时的载荷为动载荷，K2＝0.3～0.35。木材缺陷系数K3(1)木节。先测木节直径，计算它与板宽的比值，根据下表取K3的值。(2)斜纹。先测斜纹的倾斜度x/c。然后根据下表取K3的值。如果木材上既有木节，又有斜纹，先要比较两者的大小，然后按影响大的一个因素取的值，不可将两个系数连乘。bkkkk4321][承载时间系数K4——包装用木箱的承载时间较短，K4=15.木材的选用(1)保证性能的同时，还要求货源充足，价格便宜；(2)要求它的抗劈力和握钉力较好；(2)含水率原则上应在20％以下；(3)斜纹倾斜度在1／10以下，木节直径在材宽的1／3以下，钉钉部位及两端不应有木节。用作应力构件的木材，其钝棱及带有树皮的大小不得超过厚度的1／2，在材宽方向不得超过2cm。板材上不能有1.2cm以上的木节孔、虫眼、死节和漏节。6.塑木材料(1)概念：以塑料、木粉或其他植物纤维为主料，加入添加剂，经挤出或热成型制得。(2)特点：耐用、有类似木质的外观，比塑料硬度高；具有优良的物理性能，比木材稳定性好；色彩丰富；易于成型；有类似木材的二次加工性能；不怕虫蛀、耐老化、耐腐蚀、吸水性小，不吸湿变形；能重复使用或回收再利用。韧性低于母体材料，加工设备能耗较大。(3)应用前景：塑木复合建材运输包装第3节木箱构件的受力分析(板书讲解)木箱的构件，按受力特点，分为梁、柱和桁架三类。一.梁lllWMc21lll21214maxlWMc62bZ——抗弯模量ZMmax——强度条件8lWMc二.柱（滑木箱中的立挡和框架箱的立柱）短柱：长柱（压杆）：压杆的稳定性APnPPPCC][APCCnAPCC][木箱压杆的许用压力公式：][])[028.0168.1()(][300][2LLAPC6286)4628(LLL为压杆失稳方向的厚度；L为压杆长度。许用压力曲线的作用1.对压杆作稳定校核；2.确定压杆的截面尺寸三.桁架（木箱中的框架）(1)以每个节点为研究对象，画受力图。(2)以每个节点为原点取一个直角坐标系xy，并对每个节点列出平面汇交力系的两个平衡方程：X、Y是同一节点上的各力在x轴和y轴上的投影。(3)从只含两个未知量的节点入手，依次求解各节点上的力系——得各杆内力。00YX第4节滑木箱一.滑木箱结构滑木箱是中型木箱：内装物质量：150～1500kg；外尺寸长、宽、高之和7m;宽、高1.5m;机械产品包装，小件货物的集装。端木二.滑木箱尺寸1.内尺寸201LL10122BB表示辅助立柱的厚度1表示枕木厚度；表示横梁厚度；232.外尺寸)(25412LL)(27612BB11109812HH表示端板厚度;表示端挡厚度;45表示侧板厚度;表示侧挡厚度;67表示顶板厚度；表示底板厚度；表示滑木厚度；表示辅助滑木的厚度。891011三.滑木箱的箱挡布置侧面箱挡布置要求：◆两端侧挡中心到端面的距离〈20cm。◆相邻两侧挡的中心间距〈120cm。◆斜挡的倾角在35°～55°之间，最好为45°。◆箱的内宽与内高均小于100cm时只设边立档和上横挡。◆箱内宽超过100cm时要增设中立挡。◆箱内高超过100cm时，可设斜挡，但倾角不得超过55°，超过需增设水平加强材。对端面箱挡布置的要求：四.滑木箱的起吊强度◆内装物重量直接作用在枕木上，由枕木传递给滑木，再由滑木通过侧挡的拉力促使侧板产生弯曲变形；◆起吊用的绳索还在箱顶两侧对横梁产生水平方向的挤压力，所以滑木箱起吊时横梁起着支撑两个侧面的作用。决定横梁截面尺寸的主要因素是堆码载荷，故只讨论枕木、滑木和侧板的强度。1．枕木的强度（滑木箱与框架木箱计算方法相同）2.滑木与侧板的强度滑木+侧板+侧挡=整体，共同承受由枕木传递过来的弯曲载荷——组合体的强度——超静定问题。侧挡多——求解复杂。日本的简化方法：内装物重量均匀分布在滑木上，再通过滑木平均作用在各个侧挡上，不考虑滑木与侧板的共同变形，分别计算两者的承载能力，并将两者承载能力之和当成这个组合体的承载能力，据此校核这个组合体的抗弯强度。组合体侧板滑木五.滑木箱的堆码强度承压构件：顶板、横梁、侧挡和辅助立柱。当顶板上堆放小尺寸货物时，其压力要通过横梁传递给两个侧面；当上部货物尺寸很大时，其压力主要落在两个侧面上。因此，在分析滑木箱的强度时，将横梁承受的压力称为顶盖载荷，其载荷集度取3.923KPa；将侧挡和辅助立柱承受的压力称为堆码载荷，其载荷集度取9.807Kpa。1.横梁的强度简化为受均布载荷的简支梁。2．侧挡与辅助立柱的强度简化为受压柱。横梁截面尺寸确定六.滑木箱的构件尺寸1.底座滑木、辅助滑木、端木及底板的截面尺寸按表8—6的规定选用；枕木强度计算——根数和截面尺寸；当底座宽度超过100cm时，增加一根尺寸相同的中间滑木；挂绳口尺寸原则上为15cm，或取滑木长的l0％以下；底座下设置叉孔，叉孔中心间距a应≥70cm，叉孔宽度b应≥30cm，叉孔高度h应≥4.5cm。叉孔是用辅助滑木构成的，因此要按叉孔尺寸确定辅助滑木的长度与厚度。2.侧面结构：查表或图3.端面结构：查表或图4.顶盖:横梁强度计算，按表确定截面尺寸。七.滑木箱的制箱1.钢钉：普通圆钉(GB350-64)2.钉钉:滑木箱的强度与钉钉的质量关系极大——钉钉的质量取决于钉长、用钉数量、钉距和钉的布置。钉长为板厚的3倍。3.螺栓联结：端木厚度4.5cm，用钢钉或六角头木螺钉钉在滑木上;端木厚度4.5cm，用直径9mm的螺栓紧固在滑木上。枕木厚度6cm，用钢钉钉在滑木上;枕木厚度6cm，用直径9mm的螺栓紧固;枕木宽度15cm，两端各用两个螺栓，但与中间滑木的联结可以只用一个。4.预制与组装：预制成5个部件：底座、两个端面和两个侧面，然后运到装箱现场组装。将两个端面分别钉在底座上，再将两个侧面分别钉在底座和两个端面上，最后钉横梁和顶板。滑木箱设计举例第5节框架木箱一.框架木箱结构框架木箱属大型木箱：框架木箱的外长〈15m；外宽〈5m；外高〈5m；内装物质量：500kg-60t;包装机械产品，或集装小件货物。1.框架木箱的组成由底座、两个侧面、两个端面及顶盖组成的。（同滑木箱）2.框架木箱与滑木箱在结构上的区别：①框架木箱的侧面和端面为桁架结构，箱板为立板；②框架木箱箱板在外，骨架全都布置在箱内；框架木箱组装时是先将两个侧面安装在底座上，再将两个端面安装在底座和两个侧面上，最后装钉顶盖。二.框架木箱的尺寸1.内尺寸2.外尺寸456789010101HHBBLL)(22112LL)(254312BB987612HH1表示端面立柱厚度；表示端板厚度；2表示侧面立柱的厚度；表示侧板厚度；表示辅助立柱的厚度3表示顶板厚度；表示底板厚度；表示滑木厚度；表示辅助滑木厚度。三.框架结构形式选择框架结构形式的基本要求：①相邻立柱的中心间距〈120cm；②斜撑倾角在35°～45°之间。四.框架木箱的起吊强度起吊时的受力分析：•内装物重量直接作用于枕木，通过枕木传递给两外侧滑木和两个侧面框架；•绳索还对箱顶产生横向水平挤压力，使横梁成为压杆，使上框木产生弯曲变形。1.枕木的强度（梁）例题见板书2.有斜撑侧面框架的强度（平面桁架）假设：①所有节点都是光滑铰链；②各杆轴线都通过铰链中心；③所有载荷都作用在节点上；④不计各杆自重，它们都是二力杆。3.无斜撑侧面框架的强度将滑木、上框木、下框木一起作为弯曲构件，简化为一根梁。这根梁的抗弯截面模量是这些构件的抗弯截面模量之和。五.框架木箱的堆码强度1.横梁的强度按受均布载荷的梁计算强度；2.梁承的强度载荷：横梁—端作用在梁承中间的力，按受集中载荷的简支梁计算；3.立柱的强度按压杆计算稳定性；分析与滑木箱相同，但其截面尺寸的选定比滑木箱繁琐，原因是：①框架木箱的堆码载荷集度不是常量，而是按照内装物重量规定的；②框架木箱侧面为立板，立柱厚度不但包括辅助立柱，而且还包括箱板厚度。六.框架木箱的构件尺寸1.底座滑木、辅助滑木、端木及底板的截面尺寸按表8-10选用；枕木强度计算——根数和截面尺寸；当底座宽度超过120cm时，增加一根尺寸相同的中间滑木；辅助滑木的宽度为滑木宽度的80%以上，底板宽度12cm以上。2.侧面结构：查表或图梁撑的截面尺寸：强度计算，若横梁长度超过180cm，应沿纵向中心布置梁撑，其宽度为4cm，厚度为横梁厚度2/33.端面结构：查表或图4.顶盖:横梁强度计算，按表确定截面尺寸。七、框架木箱的防水通风及箱内产品固定防潮：产品衬以防水材料通风：底板设置间隙或开通风口，侧面端面上框附近开通风结构，随容积而定。箱内产品的固定螺栓固定抗剪力：抗剪强度条件：挡块固定压杠固定用支撑固定八、框架木箱的制箱制箱：预制成5个部件：底座、两个端面和两个侧面，然后运到装箱现场组装。将两个侧面分别钉在底座上：先将下框木安放在地板或枕木上，然后将侧板钉在滑木上；再将两个端面分别钉在底座和两个侧面上，然后钉横梁和顶板。护楞和护角的装钉框架木箱的设计举例