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从业二十年的乐华包装,细谈木包装设计 九 框架木包装箱之起吊强度设计

来源:http://www.lehuabz.com/news/142.html    发布时间 : 2019-05-13

 我们乐华包装专注于木结构包装的工业集成设计,于2018年4月份获得了分体式卷材包装箱的实用新型证书,用于卷材类工业品的包装运输,为企业提供了降低产品包装成本的契机,得到客户的一致好评。作为专业设计生产木包装箱的制造服务商,我们来解析下木包装箱。上一篇我们讲述了框架木包装箱的结构形式及构件尺寸,这一篇我们来探讨下框架木包装箱的起吊强度设计。

    框架包装箱的起吊时,内装物重量直接作用在枕木上,由枕木传递给两外侧滑木和两个侧面框架,同时,绳索还对箱顶产生横向水平挤压力,使横梁成为压杆,上框木产生弯曲变形。

1.枕木的强度

框架木包装箱枕木的强度计算方法与滑木包装箱完全相同,只是所用枕木的截面尺寸较大,其截面尺寸较大,其截面尺寸系列见下表1:

1

框架木包装箱枕木的常见截面尺寸(宽×厚)cm

9×2.4

9×3

9×4.5

6×6

10×5

9×6

7.5×7.5

12×6

9×9

15×7.5

10×10

18×9

12×12

15×15

18×18

21×21

24×24

30×30

 

2.有斜撑侧面框架的强度

侧面框架是通过箱板钉在两外侧滑木上的。框架木包装箱起吊时,滑木与相连接的下框木可视为同一构件,共同变形,共同工作。

木包装箱中框架也称为桁架,是有一些直杆在两端彼此连接而成。这些连接的地方称为节点。如果各杆位于同一平面,就称为平面桁架。在对桁架进行受力分析时,一般假设:

①所有节点都是光滑铰链;

②各杆轴线都通过铰链中心;

③所有载荷都作用在节点上;

④不计各杆自重,它们都是二力杆。

桁架有简单与复杂的区别,简单的桁架为静定结构,仅用平衡方程就能解出各杆内力。

例如,下图1所示的框架,总质量为6000kg,均匀分布在两侧6根立柱上,相当于在每侧的每根立柱上的作用载荷为1000kg,因而单侧的支座反力为1500kg。斜撑与下框木的夹角为45°,可利用图2所示的矢量图解法作图,求得各构件的内力,结果如表2所示,矢量图解法作图过程如下:先画一垂直线ae,其长度等效于3000kg,取c为其中点,b、d为其三等分点;做cf与图1上的HA平行,取其长度等效于2100kg(压缩),则ef的长度等效于1500kg(拉伸);同样地作HB(gf)、GB(gi)、BC(jd)等直线,可得gf为1500kg(拉伸)、gi为700kg(压缩)和jd为2000kg。可见下框木的 da应力出现在BC段。

          

                

为了能直观的说明有斜撑侧面框架的强度设计,我们来举个实例来说明计算的过程:

例:有一框架木包装箱,内长4.8m。内高1.2m,其侧面框架为X型,如上图1所示。内装物重量,包括木包装箱在内,总共6000kg,其重量平均分配在下框木中间的三个节点上。已知下框木截面尺寸为9cm×4cm,滑木截面尺寸为10cm×7.5cm,试求侧面框架起吊时的各杆内力,并校核下框木的起吊强度。

解:内装物(包括木包装箱)总重力为W=60kN。因为有两个侧面框架,所以载荷Q的值为W/6=10kN。将Q值代入,并将求解结果标在框架的各杆上。上图1为对应框架,图中虚线为零杆。去掉零杆,简化后的内力矢量图如上图2所示,下框木受拉, da拉力为20kN,位于中间两框。下框木包括滑木,其横截面积

A=9×4+10×7.5=111cm 2。下框木的拉应力σ=S/A=20×103/111×10-4=1.8MPa。

木材的许用拉应力[σ]一般取12.75MPa。实际应力σ≤[σ],所以下框木有足够的起吊强度。

3.无斜撑侧面框架的强度

当箱的内高在65cm以下时,侧面框架无法布置斜撑,不具备桁架的功能。因此要将滑木、上框木、下框木一起作为弯曲构件来考虑,将这些构件简化为一根梁。这根梁的抗弯截面模量是这些构件的抗弯截面模量之和。在设计这类框架木包装箱时,必须校核这根梁的强度,要特别注意这根梁的 da弯矩与挂绳位置之间的关系,有时要通过挂绳位置的调整使既定的滑木截面尺寸能满足起吊强度的要求。

 

如上图3是无斜撑的侧面框架,将滑木、上框木、下框木简化为一根梁,两个支座表示起吊用的绳索,χ表示挂绳位置。假设内装物重量W为均布载荷,这根梁中心的弯矩为:M1=WL/8(1-4*χ/L)

两支座处的弯矩为:

M2=Wχ2/2L

M1= M2

由此得到一个代数方程:χ2+Lχ-L2/4=0

这个方程的实根为χ=0.207L,此时梁的 da弯矩为

Mmax= M1= M2=0.0214WL

这个方程的实根为χ<0.207L,此时梁的 da弯矩为

Mmax= M10.0214WL

这个方程的实根为χ>0.207L,此时梁的 da弯矩为

Mmax= M20.0214WL

综上所述,当χ=0.207L时,这根梁的弯矩小。由于无斜撑侧面框架的起吊强度与挂绳位置有极大的关系,所以通过挂绳位置的调整通常能使规定的滑木截面尺寸满足强度要求。

为了能直观的说明,我们来举个实例来说明计算的过程:

例:有一框架木包装箱,内高60cm,内长为350cm,外宽为200cm,内装物重量为4500kg,侧面框架无斜撑,上框木、下框木的截面尺寸均为9cm×4cm,箱底设置3根滑木,其截面尺寸为10cm×10cm,木材的许用弯曲应力为10.49Mpa,内装物重量为均布载荷,,木包装箱原设计是从滑木两端起吊,试校核侧面框架的起吊强度。如果强度不足,则应该怎样调整起吊时的挂绳位置?

解:将两个侧面的两根上框木、两根下框木和箱底的3根滑木简化成一根直梁,但考虑到中间滑木不承受弯曲,只分析底盘外侧的两根滑木,这根直梁的抗弯截面模量Z为:

Z=2×(4×92/6)+ 2×(4×92/6)+ 2×(4×102/6)=549cm3

从滑木两端起吊时, da弯矩在这根梁的中心,其值为:

Mmax=WL/8=4500×9.8×3.5/8=19.29kN.m

这根梁的 da应力为:

σmax= Mmax/Z=35.14mpa>[σ]

da应力是许用应力10.49Mpa的3.35倍,所以从滑木两端起吊是非常危险的。

解决这个问题的办法是将两端的挂绳位置内移,内移距离为

χ=0.0214WL=0.0214×350=72.45cm

内移后的 da弯矩为:

Mmax=0.0214WL=0.0214×4500×9.8×3.5=3.3kN .m

内移后的 da应力为:

σmax= Mmax/Z=6.01mpa

仅为许用应力10.49Mpa的57%,所以,只要将这个木包装箱的起吊位置从两端内移72.45cm,侧面框架就有足够的强度。

    以上就是框架木包装箱的起吊强度设计的全部过程下一篇我们详细介绍框架木包装箱的堆码强度设计。


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