如何設計木箱包裝的底座

  底座是指木箱包裝的底面，起安裝側面、端面及支承內裝物的作用。在標準中規定了幾種結構形式的底座，用戶(hù)可根據內裝物的情況靈活選用。

底座的各構件中，滑木是木箱包裝最重要的構件之一，它應該怎樣設計？這是在設計底座時(shí)首先遇到的問(wèn)題。

1. 滑木的設計方法

在我國JB/Z 114-1982標準中，對滑木的設計是參照前蘇聯(lián)上個(gè)世紀50年代的標準中的滑木列線(xiàn)圖的設計方法，該設計方法是將滑木簡(jiǎn)化為單純簡(jiǎn)支梁的力學(xué)模式得出的，因此滑木用材非常多。前蘇聯(lián)在1978年修訂標準時(shí)已經(jīng)將列線(xiàn)圖的設計方法取消并做了較大的改進(jìn)，而我國卻一直沿用這一方法。

但是，滑木的設計還有另外一種方法，這種方法以日本和美軍的設計方法為代表，他們設計出的滑木用材比前蘇聯(lián)的少得多。若以MB1520磨床為例，分別按我國部標、日本、美軍和前蘇聯(lián)標準設計木箱包裝，在底座的用材上，我國與前蘇聯(lián)的幾乎相同，而日本的最少，特別是滑木的用材僅為我國的35.3%。

為什么同是滑木，其用材卻有這么大的差別呢？這主要是基于兩種不同的考慮方法：

一是把它視作彎曲構件，即在用繩索起吊木箱時(shí)，滑木是以起吊點(diǎn)為支承點(diǎn)的梁，而內裝物的載荷完全由它來(lái)承擔；

二是把它視作拉伸構件，即在用繩索起吊木箱時(shí)，把滑木看作是側面桁架的下弦材，因此內裝物的載荷由滑木和側面來(lái)共同承擔。我國部標和前蘇聯(lián)標準屬前一類(lèi)型，而美軍標和日本標準屬后一類(lèi)型。

至于哪種考慮方法對，我們認為第二種方法對。因為第一種考慮方法把滑木孤立起來(lái)對待，沒(méi)有考慮整個(gè)木箱的整體性。

2. 作為拉伸構件的滑木

我國按JB/Z 114-1982標準設計的底座，在穩上內裝物之后，無(wú)須裝上側面和端面即可起吊。而日本的底座在穩上內裝物后，在沒(méi)有裝好側面和端面時(shí)是不允許起吊的。否則，因為滑木的截面尺寸太小而有可能會(huì )斷裂。然而，日本木包裝箱在儲運過(guò)程中之所以不會(huì )損壞，主要是因為承受內裝物載荷的不單單是底座，而是由底座和側面、端面甚至是頂蓋所組成的整體來(lái)承受的。

也就是說(shuō)，側面和端面不僅僅是包住內裝物和承受堆碼時(shí)的堆碼載荷，它還需要承受內裝物的一部分載荷。即內裝物的一部分載荷分給側面和端面去承擔了，因而滑木的截面尺寸就可以變得很小，底座就可以做得很單薄了，這就很合理了。而過(guò)去我們的包裝箱用不著(zhù)側面和端面，只靠底座就可以起吊，那么側面和端面只起一個(gè)罩的作用（當然，還承受堆碼載荷），這不就是一個(gè)很大的浪費嗎？

根據美國林產(chǎn)試驗所發(fā)表的框架木箱設計便覽，將滑木看作桁架下弦材的一部分。他們認為用木材做的橋梁桁架，其骨架是用螺栓及連接用的金屬配件組裝起來(lái)的；而框架木箱的側面，其骨架是用許多釘子把它釘在側板上組裝起來(lái)的。因此，把這兩種骨架看作幾乎有相同的效果也無(wú)妨。

于是，在骨架的每個(gè)構件上分別有壓縮或拉伸的內力在起作用，作為整體而發(fā)揮桁架的強度。所以，作為下弦材的滑木，其截面尺寸是可以比較小的。

下面，對對這個(gè)側面的框架結構進(jìn)行分析。

設斜撐的角度為45°，根據該圖所示的結構，以作圖法求出骨架各構件內力的性質(zhì)和大小。在圖5的a)側面框架的下面是桁架圖，其尺寸與側面各構件的中心線(xiàn)相同，假定用繩索將木箱吊起的起吊點(diǎn)就在其兩端。為簡(jiǎn)化問(wèn)題起見(jiàn)，將這超靜定桁架簡(jiǎn)化為靜定桁架。用實(shí)線(xiàn)表示的是施以載荷時(shí)的受力構件，而虛線(xiàn)則表示不受力的構件。

在這里假設木箱的總重為60kN，那么一個(gè)側面就承受30kN。設想這30kN在側面的4個(gè)區間是均勻分布的。另外，為了便于分析問(wèn)題，假定在中間的3 個(gè)立柱上分別有10kN向下的力在作用。這樣一來(lái)，在兩端就會(huì )分別產(chǎn)生向上的、起支持作用的反力15kN。

在圖5的b)內力圖中，以適當的長(cháng)度在垂直方向上畫(huà)出eb表示30kN，ef和ab為15kN，ed、dc和cb為10kN。然后，用與桁架圖FG與GE夾角相同的角度在內力圖上畫(huà)fg和ge，如果斜撐的角度為45°，則fg就是21kN（壓縮），而ge是15kN（拉伸）。

再用同樣的方法畫(huà)出GH（gh）、HI（hi）、ID（id），根據實(shí)際測量就可以知道gh是15kN（拉伸）、hi是7kN（壓縮）、id是21kN（拉伸）。

框架圖中滑木上最大拉伸力是在下弦的ID，為21kN，構件所需的截面積可由下式求出：

    A = P / ft

式中，A —構件的截面積，mm；

             P—最大拉力，N；

              ft—許用抗拉強度，MPa。

如果現在按GB/T 7284-2016來(lái)設計，根據這個(gè)例子，查GB/T 7284-2016的表11和表12，下框木的尺寸為90mm×40mm。另外，本標準規定=14.0kPa，于是

P = A × ft  = 90 × 40 × 14 = 50.4（kN）

即僅僅下框木還沒(méi)算上滑木就可以經(jīng)得住50.4 kN的拉伸力，所以對于ID的21kN來(lái)說(shuō)是不成問(wèn)題的。

作為下弦材，即使認為最大拉伸力的25%有下框木分擔，而75%由滑木分擔，則本標準規定的滑木尺寸也是足夠的。

如上所述本標準中規定的滑木尺寸遠遠大于所需的尺寸，這是考慮到實(shí)際儲運過(guò)程中，滑木不可能只是單純的拉伸構件，還可能會(huì )承受彎曲應力，同時(shí)考慮到在組裝成箱時(shí)，滑木是一個(gè)基礎構件，在它上面要安裝枕木、側面和端面，所以本標準規定本例的滑木尺寸為100mm×100mm。

我國以往框架木箱中滑木的尺寸比本標準規定的要大得多，但有時(shí)還會(huì )出現問(wèn)題，其原因除了材質(zhì)因素之外，一個(gè)重要的原因是木箱加工制作比較粗糙，從而使框架不能充分發(fā)揮其桁架的作用。

另外，對于我國國內運輸的一些木箱包裝，有時(shí)會(huì )使用竹笆、柳笆、葦蓆或纖維板等。雖然在箱的側面和端面也有框架，但這些框架由于其與竹笆、柳笆、葦蓆或纖維板等的連接效果與木板的情況不同，因而不能協(xié)同滑木承受內裝物的載荷。這時(shí)的滑木就需要按彎曲構件來(lái)設計，對這類(lèi)框架箱的底座可參照底盤(pán)的設計方法設計。

關(guān)于上面的理論分析，1985年在沈陽(yáng)重型機械研究所進(jìn)行的框架木箱電測試驗中也得到了證實(shí)。雖然測得的數據與理論分析的數據不盡相符，但這是由于理論分析時(shí)總是把問(wèn)題盡量簡(jiǎn)化，而實(shí)際上的受力狀況要復雜得多。電測試驗用的兩個(gè)木箱是參照JIS-Z1403-1984設計的，滑木的截面尺寸都很小，但起吊時(shí)滑木的應力值一般都在許用強度以下，見(jiàn)附錄2。

制定GB/T 7284-1987時(shí)，考慮到我們對滑木的認識剛剛從彎曲構件轉變?yōu)槔�伸構件，而且我國國情確實(shí)與日本不同，所以為穩妥起見(jiàn)，當時(shí)對于不同內裝物質(zhì)量的滑木截面尺寸，規定得比日本標準的要大一檔。經(jīng)過(guò)近三十年的實(shí)踐，在GB/T 7284-2016中我們規定的滑木截面尺寸已經(jīng)和日本標準的一致了。