2 McKee公式简介
0201型瓦楞纸箱(即常规开槽容器RSCs)是最简单、最常用的运输包装容器。该型纸箱的瓦楞方向通常与从上到下的堆码力平行。若已知箱子的周长、纸板的边压测试值、纸板的弯曲阻力、纸箱长宽比和其它因数,RSCs纸箱的抗压强度可以通过McKee公式估算:
式中:BCT为0201箱型容器的抗压强度理论值(N);ECT为纸板的边压值(cm);Dx为纸板制造方向弯曲刚度(N/cm);Dy纸板横向弯曲刚度(N/cm);BP为箱子的周长(cm)。
以纸板厚度代替弯曲刚度,得到了准确度接近于原始公式(1)但在测试和计算方面易于使用的McKee简化公式:
式中:BC为纸板厚度(cm)。
如果把对箱子需求的抗压强度值代回式(2),就可以算出纸板的边压值(ECT),从而可确定出合适的纸板结构组成。
3 由环压值计算边压值
当输入一个新的纸板结构和使用环压值法作为计算方法时,TOPS Pro软件通过下面的公式从环压值(RCF)求得边压值(ECT).
1) 对于三层瓦楞纸板:
A=(面纸1 RCF)+(面纸2RCF)+(楞纸RCF)×(瓦楞拉紧因子)
2) 对于五层瓦楞纸版:
A=(面纸1 RCF)+(面纸2 RCF)+(面纸3 RCF)+(楞纸1 RCF)×(瓦楞拉紧因子1)+(楞纸2RCF)×(瓦楞拉紧因子2)
如果每92.9m2(1 000ft2)面纸的综合质量≤38.6 kg(85 lbs),那么:ECT=(A/6)×0.8+12,否则,ECT=(A/6)×1.27—6
4 基于McKee公式的TOPS Pro纸箱抗压强度分析
纸箱容器在流通中的特性受它在所经历的环境条件的影响很大。其中某些条件,如堆码时间、相对湿度等难于改变;而其它一些状况,如托盘集装式样、超出托盘量大小、托盘组成板间隙和野蛮装卸等可通过集装来确定。
为了获得纸箱性能,TOPS Pro在利用McKee公式计算抗压强度值时考虑了一系列结构因子和环境因子。
计入纸箱结构因子,纸箱抗压强度矫正值计算如下:
式中:TBCT为TOPS Pro纸箱抗压强度矫正值(N);SF为形状因子。与相对于高度的箱子的比例尺寸有关;LWRF为长宽比因子;HFF为水平瓦楞因子。如未选择非垂直瓦楞,该值为1。否则,为0.9;PP为印刷因子。与印刷类型及印刷量有关。
计入环境因子,纸箱实际的抗压强度值计算如下:
式中:BP为TOPS Pro纸箱抗压强度实际值(N);FGF为封舌间隙因子;HF为湿度因子;STF为堆放时间因子;PSF为托盘间隔因子;IF为互锁式码垛因子;OF为超出托盘因子, PS为产品支撑力(N)。
这些环境因子及其乘子如表1所示。
5 确定抗压强度需求值举例
如果已知抗压强度和流通环境,任何RSC箱子有效的堆码强度就能很好的估算出。同样,如果已知流通环境、容器尺寸和楞型,抗压强度需求值也能计算出。后者很有用,因为一旦确定出抗压强度需求值,ECT的需求值也就跟着确定了(由此既可选出纸板构成)。
所谓纸箱抗压强度需求值是指在预期的循环周期(一定时间和环境/流通条件)内容器最小的具有**堆码特性所要求的动态压力特性。已知:
1) 箱子在集装箱里从底部一直码到顶,180d的堆放时间,80%相对湿度,互锁式码垛;
2) 箱子尺寸(外尺寸):0.5m×0.25m×0.30m;
3) 集装箱高:3.05m,码垛高3m;
4) 箱子毛重:12kg。
求解:1) 确定底层箱上方箱子的数目: 码垛高/箱厚度-1=3/0.3-1=8;
2) 确定底层箱上的载荷: 箱子数目×箱重=8×12=96(kg);
3) 确定环境因子: 0.5(180d)×0.68(80%RH)×0.5(互锁式码垛) =0.17;
4) 确定环境乘子:1/0.17=5.88
5) 确定抗压强度需求值: 载荷×环境乘子=96kg×5.88=564kg。
6 结语
基于McKee公式的瓦楞纸箱集装设计中的堆码强度分析是TOPS Pro包装设计软件的一个主要功能。TOPS Pro堆码强度分析结果中瓦楞纸箱所需的抗压能力转化为对纸板边压测试值(ECT)及其制造时对纸板构成的要求。
McKee公式只适应于0201箱型(RSC)且周长与高度的比不超过7:1。然而,TOPS Pro软件亦可处理新的、非RSC箱子的堆码强度计算问题。
通过用TOPS Pro进行堆码强度分析的实践发现,提高瓦楞纸箱抗压性能可从利用高质量的面纸和楞纸、码垛中各包装均衡承受载荷、增加容器的角数目、改变瓦楞方向、使用微楞纸箱、用多层瓦楞纸板箱、包装内使用隔板、用复合纸板箱、箱子表面处理等方面入手。