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動(dòng)靜態(tài)堆碼試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)解讀及應(yīng)用分析
摘 要：運(yùn)輸包裝件在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中大多以堆碼形式擺放，此種條件下包裝件的各個(gè)接觸面存在擠壓、壓縮現(xiàn)象，就此種環(huán)境條件，國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)定義和規(guī)范，主要分為靜態(tài)堆碼和動(dòng)態(tài)堆碼兩種情況。為了使諸多包裝運(yùn)輸企業(yè)更好地了解堆碼試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，更切合實(shí)際地模擬堆碼環(huán)境條件，本文將對(duì)其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解析并通過(guò)比較分析給出試驗(yàn)案例。
關(guān)鍵詞：靜態(tài)堆碼 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 動(dòng)態(tài)堆碼
現(xiàn)代社會(huì)的包裝產(chǎn)品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中為了便于保管和作業(yè)并能充分利用倉(cāng)庫(kù)、車輛容積，提高儲(chǔ)存面積利用率，通常采用堆碼形式擺放。與此同時(shí)，由于包裝材料耐壓強(qiáng)度的限制，可能使包裝箱體及商品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生破損和變形，這就使得堆碼檢測(cè)和試驗(yàn)成為諸多企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
一、堆碼試驗(yàn)種類
堆碼試驗(yàn)適用于評(píng)定運(yùn)輸包裝件和單元貨物在堆碼時(shí)的耐壓強(qiáng)度或?qū)?nèi)裝物的保護(hù)能力，根據(jù)環(huán)境條件的不同，堆碼試驗(yàn)可做如下分類。
1.1 靜態(tài)堆碼
靜態(tài)堆碼主要指包裝件在儲(chǔ)存過(guò)程中的堆碼，標(biāo)準(zhǔn)ASTM D4169稱之為儲(chǔ)存堆碼。其試驗(yàn)的原理是將樣品放在平整水平面上，在其上面施加均勻載荷。其實(shí)現(xiàn)方法可以通過(guò)使用相同包裝件來(lái)模擬實(shí)際堆碼或通過(guò)使用砝碼或其他載荷件代替來(lái)模擬實(shí)際堆碼，進(jìn)行一定時(shí)間的試驗(yàn)。
1.2 動(dòng)態(tài)堆碼
動(dòng)態(tài)堆碼指包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的堆碼，標(biāo)準(zhǔn)ASTM D4169稱之為運(yùn)載堆碼。該過(guò)程中，由于車輛的運(yùn)輸振動(dòng)，包裝件之間存在動(dòng)態(tài)擠壓壓縮現(xiàn)象。
1.3 靜態(tài)堆碼和動(dòng)態(tài)堆碼的區(qū)別
動(dòng)靜態(tài)堆碼的區(qū)別在于，首先二者模擬的環(huán)境條件不同，靜態(tài)堆碼是儲(chǔ)存環(huán)境條件，動(dòng)態(tài)堆碼則是運(yùn)輸環(huán)境條件。其次，二者的試驗(yàn)方法不同，靜態(tài)堆碼可以根據(jù)試驗(yàn)原理將樣品置于靜止在水平平面一定時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)堆碼，除特定堆碼載荷外，還伴有隨機(jī)振動(dòng)或其他振動(dòng)條件。
二、堆碼標(biāo)準(zhǔn)解析
2.1 GB/T 4857.3和GB/T 4857.4標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857.3―2008《第3部分：靜載荷堆碼試驗(yàn)方法》和標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857.4―2008《第4部分：采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗(yàn)方法》未給出包裝件壓力載荷值的計(jì)算公式。此外，該國(guó)標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)ISO 2234及ISO 12048中的內(nèi)容基本相同。
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857.3中給出了試驗(yàn)設(shè)備的三種加載方法，分別是包裝件組，自由加載平板和導(dǎo)向加載平板。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857.4給出了使用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的方法，其原理是將試驗(yàn)樣品放置于壓力機(jī)的壓板之間，然后選用(1)或(2)方法進(jìn)行[1][2]。
(1)在抗壓試驗(yàn)的情況下，進(jìn)行加壓直至樣品損壞或達(dá)到預(yù)定載荷和位移值為止。(2)在堆碼試驗(yàn)的情況下，施加預(yù)定載荷直至試驗(yàn)樣品損壞或持續(xù)到預(yù)定的時(shí)間為止。
此外，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857.4對(duì)堆碼初始載荷進(jìn)行了規(guī)定，平均壓縮載荷[7]為101-200、201-1000、1001-2000、2001-10000、10001-20000、20001-100000的初始載荷分別為10、25、100、250、1000、2500。
2.2 ISTA 標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)ISTA(國(guó)際安全運(yùn)輸協(xié)會(huì))的壓力試驗(yàn)可以采用壓力機(jī)或載荷和加載板進(jìn)行，其中壓力機(jī)試驗(yàn)時(shí)，“加壓并釋放”和“加壓并保持”兩方法均可使用。此外，壓力試驗(yàn)的壓力值/載荷是由倉(cāng)儲(chǔ)堆碼壓力和車輛堆碼壓力的最大值來(lái)確定的[3][4]。
對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)堆碼時(shí)間超過(guò)48小時(shí)的集合包裝，其堆碼壓力計(jì)算方法如表3。
其中，Wt為集合包裝的毛重;S為集合包裝堆碼層數(shù)，包括最底下的一層;F為補(bǔ)償系數(shù)(F是用來(lái)補(bǔ)充考核實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中沒(méi)有被模擬到的一些因素，比如溫度、濕度條件，錯(cuò)位碼放、長(zhǎng)期載荷等，本章該值為典型數(shù)據(jù)，某種特定條件下可以改變F值);1.4為加壓時(shí)間的補(bǔ)償系數(shù);9.8為公制轉(zhuǎn)換系數(shù)。
對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)堆碼時(shí)間超過(guò)48小時(shí)的集合包裝選擇倉(cāng)儲(chǔ)堆碼壓力值，對(duì)于不超過(guò)48小時(shí)的集合包裝，選擇車輛堆碼壓力值。
在倉(cāng)儲(chǔ)堆碼過(guò)程中，如果樣品頂部沒(méi)有放置任何物品，則表1中S=1，倉(cāng)儲(chǔ)堆碼壓力為0，那么就不需要做壓力試驗(yàn)。F系數(shù)值為3，如果使用其他系統(tǒng)，要在試驗(yàn)報(bào)告中詳細(xì)說(shuō)明。在車輛堆碼中，如果集合包裝的高度達(dá)到或超過(guò)1.4m，F(xiàn)系數(shù)值取1.5，否則F取3，如果使用其它系數(shù)，要在報(bào)告中詳細(xì)說(shuō)明。
此外，ISTA 2還明確給出三種壓力試驗(yàn)的壓力計(jì)算公式，如表2所示。
2.3 ASTM D 642和ASTM D 4169標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 642著重介紹了壓力試驗(yàn)機(jī)的使用，并就加載力和壓力機(jī)壓縮速率給出具體描述[5]。
標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 4169―2008將堆碼試驗(yàn)分為儲(chǔ)存堆碼和運(yùn)輸堆碼兩種，儲(chǔ)存堆碼即靜態(tài)堆碼，運(yùn)輸堆碼即動(dòng)態(tài)堆碼。該標(biāo)準(zhǔn)給出了不同條件下保險(xiǎn)系數(shù)的取值，及動(dòng)靜態(tài)堆碼兩種試驗(yàn)條件下的應(yīng)力計(jì)算方法[6]。
包裝件在儲(chǔ)存堆碼和運(yùn)輸堆碼時(shí)壓力計(jì)算公式為：
(1)
其中：L為壓力值，單位為N;M為包裝件的質(zhì)量，單位為kg;J為9.8N/kg;H為儲(chǔ)存堆碼或輸運(yùn)堆碼的最大高度，單位m;當(dāng)高度未知時(shí)，取2.7m計(jì)算;h為貨運(yùn)單元或單件容器的高度，單位m;F為保險(xiǎn)系數(shù)。
包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)堆碼計(jì)算公式為：
(2)
其中，M為運(yùn)輸載荷密度，單位為kg/m3，如未知，以160kg/m3計(jì);H為運(yùn)輸車輛最大堆碼高度，w為貨運(yùn)單元或單件容器的寬度，單位為m; K為lm3/m3。
對(duì)于動(dòng)態(tài)堆碼，標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 4169―2008給出了隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)兩種常用的運(yùn)輸振動(dòng)模式。隨機(jī)振動(dòng)中卡車、軌道車和空載運(yùn)輸三種環(huán)境條件下的振動(dòng)譜如表3所示。
正弦振動(dòng)的頻率范圍為3-100，測(cè)試條件分為I、II、III三個(gè)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的軌道車峰值加速度均為0.25g，卡車峰值加速度均為0.5g，三個(gè)等級(jí)下的停留時(shí)間分別為15min、10min、5min。
以上標(biāo)準(zhǔn)的不同之處在于GT/T 4857只給出了試驗(yàn)加載方式，而沒(méi)有對(duì)堆碼壓力進(jìn)行具體計(jì)算，ISTA標(biāo)準(zhǔn)將堆碼試驗(yàn)分為儲(chǔ)存和運(yùn)輸堆碼兩種，且給出了壓力計(jì)算公式，同ASTM D4169標(biāo)準(zhǔn)，但二者的壓力公式也有所不同，且ASTM D4169給出了隨機(jī)、正弦振動(dòng)譜圖也是該標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)特之處。
三、堆碼試驗(yàn)應(yīng)用分析
根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本章將根據(jù)儲(chǔ)存和運(yùn)輸兩種環(huán)境條件，來(lái)具體闡述動(dòng)靜態(tài)堆碼試驗(yàn)的實(shí)施方法。
3.1 靜態(tài)堆碼試驗(yàn)
靜態(tài)堆碼試驗(yàn)首先確定堆碼試驗(yàn)壓力，其計(jì)算方法是根據(jù)ISTA 3E、ISTA 2A、ASTM D 4169等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。堆碼試驗(yàn)方式有以下兩種：(1)使用固定載荷物或加載板施加均勻載荷，如圖1(a)所示。(2)使用壓力機(jī)施加均勻載荷，如圖1(b)所示。靜態(tài)堆碼試驗(yàn)結(jié)果通常要求箱體無(wú)明顯變形、破損，箱內(nèi)樣品無(wú)異常損傷。
3.2 動(dòng)態(tài)堆碼試驗(yàn)
動(dòng)態(tài)堆碼試驗(yàn)仍需首先確定堆碼試驗(yàn)壓力，具體方法可根據(jù)ISTA和ASTM D 4169等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。動(dòng)態(tài)堆碼試驗(yàn)則是將樣品放置于振動(dòng)臺(tái)上，然后確定樣品需要施加的載荷力，通過(guò)箱體堆疊和其他載荷物施加壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體如圖2。動(dòng)態(tài)堆碼試驗(yàn)結(jié)果通常要求箱體無(wú)明顯變形、破損，箱內(nèi)樣品無(wú)異常損傷。
四、結(jié)語(yǔ)
靜態(tài)堆碼和動(dòng)態(tài)堆碼在包裝件儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中廣泛存在，標(biāo)準(zhǔn)也給出了規(guī)范要求，但在試驗(yàn)中，應(yīng)針對(duì)不同環(huán)境條件加以區(qū)分處理，動(dòng)態(tài)堆碼在靜態(tài)堆碼的基礎(chǔ)上增加了運(yùn)輸振動(dòng)，環(huán)境更加嚴(yán)酷。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB/T 4857.3―2008《包裝運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn)第3部分：靜載荷堆碼試驗(yàn)方法》.
[2]GB/T 4857.4―2008《包裝運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn)第4部分：采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗(yàn)方法》.
[3]ISTA 3E―2009，2011 International Safe Transit Association.
ISTA 2A―2011，2011International Safe Transit Association.
[4]ASTM D4169―08 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Containers and Systems.
[5]ASTM D642―00 Standard Test Method for Determining Compressive Resistance of ShippingContainers， Components， and Unit Loads.
[6]陳志強(qiáng)，陳振強(qiáng).解析瓦楞紙箱運(yùn)輸包裝件壓力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[J].印刷技術(shù)，2012，(2)：34-36.
[7]DOI：10.3969/j.issn.1003-1960.2012.02.023.
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