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安全系数、抗压计算与纸箱配纸计算

安全系数、抗压计算与纸箱配纸计算
二、耐压强度安全率之设计:瓦楞纸箱耐压强度之安全决定于大气的湿度、纸箱的含水率、仓储时间、堆存方式、输送方式、瓦楞纸箱制造条件等因素,安全率设定过高时成本提高、不经济,过低时在储存及运输过程中,纸箱易被压溃而致内容物发生破损现象。

基于前列各因素之影响,瓦楞纸箱之安全率于堆积最下层纸箱之荷重约在2-8倍,一般可分下列数种情形:
1、内容物本身能承受部分重力,运输条件和仓储条件良好之场合,其安全率为2.0-2.5倍。

2、普通条件之场合,安全率为3.0-3.5倍。

3、大气湿度高,内容物具有放湿性之情形,安全率为4.0-8.0倍。

根据瓦楞纸箱强度的计算公式:
P=AW(N-1)
式中:P为瓦楞纸箱应达到的耐压强度(Kg)
W为单个纸箱的毛重(Kg)
A为安全系数。

N为堆码层数。

三、◎影响因子与耐压强度之关系性
A、水分与压缩强度之关系:
原纸长时间处在大气湿度相同之状况下,其含水率会达到平衡状态,瓦楞纸箱亦具有此种性质,瓦楞纸箱之水分含量随大气湿度之增减而增减,又由于瓦楞纸箱之耐压强度亦随水分含量之增减而增减,其变化如下:
B、堆积日数与耐压强度之关系:
瓦楞纸箱在荷重状态下,长时间堆积保存会产生疲劳现象,纸箱耐压强度逐渐下降。

C、堆积方式对耐压强度之影响:
通常堆积方式分为(a)上下平行堆积(b)井字堆积(c)砌砖式堆积(d)中间堆积(e)十字堆积,耐压强度以(a)之方式最优,但是,纸箱长度太长时容易倒,(b)(c)之堆积方式较为稳固,耐压强度约减少20-30%,(d)之堆积方式,耐压强度降低约30-40%(e)之堆积最差,耐压强度仅为(a)之20-30%。

如在每一层之间加放一层垫片,则其耐压强度均增强(a)方式增加10-15%,(b)方式增加30-40%,(d)方式增加50-60%。

D、印刷方式对耐压强度之影响:
(印刷过程:制版→排版→贴板→上机调试→印刷→模切),印刷过程中要严格控制好压力,一般压印2mm,纸箱之耐压强度受印刷方式、印刷面积及印压之影响最大。

(1)印刷方式:油性印刷和Flexo印刷可分为二种方式比较(a)两侧面呈带状印刷(b)两侧面和两端面呈带状印刷,印刷面积逐渐扩大。

(a)情况:Flexo印刷约降低10%,油性印刷约降低25%
(b)情况:Flexo印刷约降低15%,油性印刷约降低38%
(2)印刷面积:
(a)整版印刷约降低40%
(b)横带状印刷:纸箱中央部位,宽度5cm时约降低35%
纸箱上缘部位,宽度5cm时约降低30%
纸箱上缘及下缘不为各宽5cm时约降低37%
(3)印压:印压大小与耐压强度之变化取决于文字印刷、图案印刷之深浅。

E、纸箱之初期耐压强度及残余耐压强度:
纸箱在使用过程中,于堆存初期所能承受之耐压强度称为初期耐压强度,此强度为纸箱设计时所需之耐压强度。

纸箱在压溃前所能承受之耐压强度称为残余耐压强度,约为初期耐压强度之50%,此转折点为纸箱设计上十分重要的一环。

初期提高残余耐压强度有下列方法:
(a)提高瓦楞芯纸之基重,由125g/m2提高为160g/m2,其残余耐压强度可由50%提高为60%。

(b)选择强防水性之原纸。

(8)、瓦楞纸箱之压缩变形量:
瓦楞纸箱的设计除要注意纸箱本身的各种强度外,同时亦应注意受压变形量的问题,变形量最大为A瓦楞,其次为C瓦楞,再次为B瓦楞,其情形和各型承受压力之大小相反,如已知B瓦楞之耐压强度已够用,则采用B瓦楞,因B瓦楞之变形量最小。

F、必要耐压强度:
前述各种因素均足以影响瓦楞纸箱耐压强度,且分别导致耐压强度呈不同比例之劣化,所以,瓦楞纸箱之必要耐压强度公式如下:
P=X/(1-a)(1-b)(1-c)(1-d)(1-e)
P:瓦楞纸箱之必要耐压强度
X:最底部纸箱之荷重
a-e:各种条件之劣化率
a:储存条件劣化率(10日)--35%
b:大气条件劣化率(90%R.H.)--35%
c:正常堆积劣化率--20%
d:装卸输送之振动与冲击劣化率--15%
e:印刷劣化率--10%
由以上a--e之各种足以影响瓦楞纸箱之劣化率等因子,将这些因子转化为最底层纸箱所能承受各种条件之最适安全率,所以,整体之公式可转化为如下之公式:
P=(总层数-1)×(每箱重量×安全率)+(栈板重÷最底层箱数×安全率)
四、实例分析:
以统一100产品为例
每箱重量(含纸箱):3Kg
每块栈板堆栈高度为:25层
每层箱数为24箱
纸箱尺寸:365×315×135mm
栈板重量:100Kg
采用两块栈板堆栈
安全系数订为:3.5
◎必须耐压强度P=(25-1)×(3×3.5)+(100÷24×3.5)=266.6Kg
◎纸箱配纸设计
P=Px×F(Z)
Z(纸箱周边长)=(36.5+31.5)×2=136cm
F(Z):纸箱周边长函数
A楞:23.08 B楞:18.88(查表)
P=Px×F(Z)
266.6=Px×23.08 Px=11.55(芯纸为A楞)
266.6=Px×18.88 Px=14.12(芯纸为B楞)
Px:(外里裱面纸环压强度值+芯纸环压强度值×瓦楞率)÷6
单层(A楞或B楞)Px=(Rc1+Rc2+c×Rc m)/6
Rc1:外裱面纸环压强度值
Rc2:里裱面纸环压强度值
Rc m:芯纸环压强度值
c:瓦楞率,A楞:1.532,B楞:1.361
(1)配纸设计:B2280-S A140-B2280
Px=(30.8+1.532×14+30.8)/6=13.83
P=Px×F(Z)=13.83×23.08=319.2(耐压强度)
破裂强度:6.2+6.2=12.8
(2)配纸设计:B4240-S A140-B4240
Px=(24+1.532×14+24)/6=11.57
P=Px×F(Z)=11.57×23.08=267(耐压强度)
破裂强度:3.9+3.9=7.8
(3)配纸设计:B2200-S A180-B2200
Px=(21+1.532×21+21)/6=12.36
P=Px×F(Z)=12.36×23.08=285.3(耐压强度)
破裂强度:4.4+4.4=8.8
由以上配纸设计可选择适当之纸箱配方,其相对之耐压强度与破裂强度则可制订,所以,此纸箱之标准为配方:
B4240-S A140-B4240、耐压强度267Kg以上、破裂强度7.8Kg/cm2以上。

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