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動(dòng)靜態(tài)堆碼試驗標準解讀及應用分析
摘 要：運輸包裝件在存儲和運輸過(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、壓縮現象，就此種環(huán)境條件，國內外相關(guān)標準給出了詳細定義和規范，主要分為靜態(tài)堆碼和動(dòng)態(tài)堆碼兩種情況。為了使諸多包裝運輸企業(yè)更好地了解堆碼試驗標準，更切合實(shí)際地模擬堆碼環(huán)境條件，本文將對其相關(guān)標準進(jìn)行解析并通過(guò)比較分析給出試驗案例。
關(guān)鍵詞：靜態(tài)堆碼 試驗標準 動(dòng)態(tài)堆碼
現代社會(huì )的包裝產(chǎn)品在儲存和運輸過(guò)程中為了便于保管和作業(yè)并能充分利用倉庫、車(chē)輛容積，提高儲存面積利用率，通常采用堆碼形式擺放。與此同時(shí)，由于包裝材料耐壓強度的限制，可能使包裝箱體及商品在儲存和運輸過(guò)程中發(fā)生破損和變形，這就使得堆碼檢測和試驗成為諸多企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
一、堆碼試驗種類(lèi)
堆碼試驗適用于評定運輸包裝件和單元貨物在堆碼時(shí)的耐壓強度或對內裝物的保護能力，根據環(huán)境條件的不同，堆碼試驗可做如下分類(lèi)。
1.1 靜態(tài)堆碼
靜態(tài)堆碼主要指包裝件在儲存過(guò)程中的堆碼，標準ASTM D4169稱(chēng)之為儲存堆碼。其試驗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。
1.2 動(dòng)態(tài)堆碼
動(dòng)態(tài)堆碼指包裝件在運輸過(guò)程中的堆碼，標準ASTM D4169稱(chēng)之為運載堆碼。該過(guò)程中，由于車(chē)輛的運輸振動(dòng)，包裝件之間存在動(dòng)態(tài)擠壓壓縮現象。
1.3 靜態(tài)堆碼和動(dòng)態(tài)堆碼的區別
動(dòng)靜態(tài)堆碼的區別在于，首先二者模擬的環(huán)境條件不同，靜態(tài)堆碼是儲存環(huán)境條件，動(dòng)態(tài)堆碼則是運輸環(huán)境條件。其次，二者的試驗方法不同，靜態(tài)堆碼可以根據試驗原理將樣品置于靜止在水平平面一定時(shí)間來(lái)實(shí)現，也可通過(guò)壓力試驗機來(lái)實(shí)現。動(dòng)態(tài)堆碼，除特定堆碼載荷外，還伴有隨機振動(dòng)或其他振動(dòng)條件。
二、堆碼標準解析
2.1 GB/T 4857.3和GB/T 4857.4標準
標準GB/T 4857.3―2008《第3部分：靜載荷堆碼試驗方法》和標準GB/T 4857.4―2008《第4部分：采用壓力試驗機進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗方法》未給出包裝件壓力載荷值的計算公式。此外，該國標和標準ISO 2234及ISO 12048中的內容基本相同。
標準GB/T 4857.3中給出了試驗設備的三種加載方法，分別是包裝件組，自由加載平板和導向加載平板。標準GB/T 4857.4給出了使用壓力試驗機進(jìn)行試驗的方法，其原理是將試驗樣品放置于壓力機的壓板之間，然后選用(1)或(2)方法進(jìn)行[1][2]。
(1)在抗壓試驗的情況下，進(jìn)行加壓直至樣品損壞或達到預定載荷和位移值為止。(2)在堆碼試驗的情況下，施加預定載荷直至試驗樣品損壞或持續到預定的時(shí)間為止。
此外，標準GB/T 4857.4對堆碼初始載荷進(jìn)行了規定，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 標準
標準ISTA(國際安全運輸協(xié)會(huì ))的壓力試驗可以采用壓力機或載荷和加載板進(jìn)行，其中壓力機試驗時(shí)，“加壓并釋放”和“加壓并保持”兩方法均可使用。此外，壓力試驗的壓力值/載荷是由倉儲堆碼壓力和車(chē)輛堆碼壓力的最大值來(lái)確定的[3][4]。
對于倉儲堆碼時(shí)間超過(guò)48小時(shí)的集合包裝，其堆碼壓力計算方法如表3。
其中，Wt為集合包裝的毛重;S為集合包裝堆碼層數，包括最底下的一層;F為補償系數(F是用來(lái)補充考核實(shí)驗室試驗中沒(méi)有被模擬到的一些因素，比如溫度、濕度條件，錯位碼放、長(cháng)期載荷等，本章該值為典型數據，某種特定條件下可以改變F值);1.4為加壓時(shí)間的補償系數;9.8為公制轉換系數。
對于倉儲堆碼時(shí)間超過(guò)48小時(shí)的集合包裝選擇倉儲堆碼壓力值，對于不超過(guò)48小時(shí)的集合包裝，選擇車(chē)輛堆碼壓力值。
在倉儲堆碼過(guò)程中，如果樣品頂部沒(méi)有放置任何物品，則表1中S=1，倉儲堆碼壓力為0，那么就不需要做壓力試驗。F系數值為3，如果使用其他系統，要在試驗報告中詳細說(shuō)明。在車(chē)輛堆碼中，如果集合包裝的高度達到或超過(guò)1.4m，F系數值取1.5，否則F取3，如果使用其它系數，要在報告中詳細說(shuō)明。
此外，ISTA 2還明確給出三種壓力試驗的壓力計算公式，如表2所示。
2.3 ASTM D 642和ASTM D 4169標準
標準ASTM D 642著(zhù)重介紹了壓力試驗機的使用，并就加載力和壓力機壓縮速率給出具體描述[5]。
標準ASTM D 4169―2008將堆碼試驗分為儲存堆碼和運輸堆碼兩種，儲存堆碼即靜態(tài)堆碼，運輸堆碼即動(dòng)態(tài)堆碼。該標準給出了不同條件下保險系數的取值，及動(dòng)靜態(tài)堆碼兩種試驗條件下的應力計算方法[6]。
包裝件在儲存堆碼和運輸堆碼時(shí)壓力計算公式為：
(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為儲存堆碼或輸運堆碼的最大高度，單位m;當高度未知時(shí)，取2.7m計算;h為貨運單元或單件容器的高度，單位m;F為保險系數。
包裝件在運輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)堆碼計算公式為：
(2)
其中，M為運輸載荷密度，單位為kg/m3，如未知，以160kg/m3計;H為運輸車(chē)輛最大堆碼高度，w為貨運單元或單件容器的寬度，單位為m; K為lm3/m3。
對于動(dòng)態(tài)堆碼，標準ASTM D 4169―2008給出了隨機振動(dòng)和正弦振動(dòng)兩種常用的運輸振動(dòng)模式。隨機振動(dòng)中卡車(chē)、軌道車(chē)和空載運輸三種環(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，測試條件分為I、II、III三個(gè)等級，其對應的軌道車(chē)峰值加速度均為0.25g，卡車(chē)峰值加速度均為0.5g，三個(gè)等級下的停留時(shí)間分別為15min、10min、5min。
以上標準的不同之處在于GT/T 4857只給出了試驗加載方式，而沒(méi)有對堆碼壓力進(jìn)行具體計算，ISTA標準將堆碼試驗分為儲存和運輸堆碼兩種，且給出了壓力計算公式，同ASTM D4169標準，但二者的壓力公式也有所不同，且ASTM D4169給出了隨機、正弦振動(dòng)譜圖也是該標準獨特之處。
三、堆碼試驗應用分析
根據試驗標準，本章將根據儲存和運輸兩種環(huán)境條件，來(lái)具體闡述動(dòng)靜態(tài)堆碼試驗的實(shí)施方法。
3.1 靜態(tài)堆碼試驗
靜態(tài)堆碼試驗首先確定堆碼試驗壓力，其計算方法是根據ISTA 3E、ISTA 2A、ASTM D 4169等標準計算。堆碼試驗方式有以下兩種：(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)使用壓力機施加均勻載荷，如圖1(b)所示。靜態(tài)堆碼試驗結果通常要求箱體無(wú)明顯變形、破損，箱內樣品無(wú)異常損傷。
3.2 動(dòng)態(tài)堆碼試驗
動(dòng)態(tài)堆碼試驗仍需首先確定堆碼試驗壓力，具體方法可根據ISTA和ASTM D 4169等標準計算。動(dòng)態(tài)堆碼試驗則是將樣品放置于振動(dòng)臺上，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，具體如圖2。動(dòng)態(tài)堆碼試驗結果通常要求箱體無(wú)明顯變形、破損，箱內樣品無(wú)異常損傷。
四、結語(yǔ)
靜態(tài)堆碼和動(dòng)態(tài)堆碼在包裝件儲存和運輸過(guò)程中廣泛存在，標準也給出了規范要求，但在試驗中，應針對不同環(huán)境條件加以區分處理，動(dòng)態(tài)堆碼在靜態(tài)堆碼的基礎上增加了運輸振動(dòng)，環(huán)境更加嚴酷。
參考文獻：
[1]GB/T 4857.3―2008《包裝運輸包裝件基本試驗第3部分：靜載荷堆碼試驗方法》.
[2]GB/T 4857.4―2008《包裝運輸包裝件基本試驗第4部分：采用壓力試驗機進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗方法》.
[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，陳振強.解析瓦楞紙箱運輸包裝件壓力試驗標準[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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