小徑木通用平托盤力學性能檢測實驗研究

邢碧瀅，龐 燕

（中南林業(yè)科技大學 物流與交通學院，湖南 長沙 410004）

托盤作為包裝、運輸、倉儲、周轉、裝卸、搬運等物流環(huán)節(jié)中的重要要素，對提高物流效率、降低物流成本具有重要的意義[1]。截至2016年底我國托盤市場保有量達到11.6億[2]，其中木質托盤約占78%[3]，并且每年新托盤需求量為2 500萬個[4]。隨著天然林禁伐令政策的實施，使得木材大部分依靠進口，而傳統(tǒng)的木質托盤消耗大量的木材，造成木材資源的巨大浪費[5]。在環(huán)境壓力增加的社會背景下，使得傳統(tǒng)的成年木制作的木托盤在物流領域的應用正在被其他材料托盤逐步替代。雖然木托盤在托盤市場中所占的比例會下降，但未來很長一段時間木托盤占據(jù)托盤市場主導地位的情況不會改變。所以，開發(fā)在經濟、技術、環(huán)保、性能、尺寸等方面均符合要求的新型木質托盤,是振興物流業(yè)的一項重要工作,也是當前國內外面臨的一項重大課題。

1 小徑木通用平托盤簡介

1.1 小徑木研究現(xiàn)狀

小徑木通用平托盤是由杉木小徑木材、撫育間伐[6]材以及木材加工剩余物等原材料經過刨片加工、施加膠黏劑等添加劑，熱壓而成，原材料來源廣泛。王紅彥等[7]估算出2013年的木材加工剩余物1 492萬t，撫育間伐剩余物20 544萬t。對其綜合利用，可有效利用林區(qū)資源，提高林區(qū)經濟效益。小徑木的開發(fā)利用經B Perkins等[8]人驗證具有經濟可行性。目前，一些學者已經驗證小徑木可以用于建筑行業(yè)：2003年，楊玲等[9]通過木材強度試驗，對小徑木的力學性能進行分析表明強度值和彈性模量完全符合建筑結構用材的允許應力和彈性模量要求的最小值。2015年，WuGF等[10]在循環(huán)側向載荷下測試一種利用小徑木做成的剪力墻。結果表明，剪力墻在循環(huán)側向荷載作用下表現(xiàn)相當好，具有足夠的橫向阻力以用于輕木結構。同年，武國芳等[11]為研究小徑木組合墻骨的承載性能，對其進行了軸心受壓試驗以及偏心受壓試驗，獲得了該墻骨的破壞形式以及豎向承載力。結果表明該類墻骨有足夠的豎向承載力，可作為剪力墻墻骨使用，與輕型木木結構剪力墻中常用規(guī)格材墻骨的豎向承載力接近，可作為規(guī)格材墻骨的替代品。2017年，Liao Y等[12]測試了小徑木制成的CLT板材的力學性能，驗證了快速生長的小直徑桉樹木材可用來制作建筑材料。最近，有學者開始嘗試將小徑木用于托盤制造，并開始理論研究：2017年，徐淳[13]通過小徑木托盤的理論抗彎力學性能分析，計算得出了托盤的彎曲強度和彎曲剛度條件，并提取了小徑木通用平托盤的尺寸與托盤承載性能關系的設計模型，為完善托盤的設計提供理論基礎。目前還沒有人驗證將小徑木用于托盤制造，其力學性能是否能夠符合國家標準。本實驗通過抗彎試驗、叉舉試驗以及堆碼試驗，驗證小徑木通用平托盤的力學性能符合用于貨架存取和堆碼作業(yè)使用場合的物流托盤國家標準，為小徑木通用平托盤投入市場生產提供理論指導。

1.2 小徑木通用平托盤的結構

小徑木通用平托盤由鋪板和縱梁組成。鋪板包括上鋪板和下鋪班，上下鋪板之間有3根縱梁支撐托盤。托盤采取瓦楞芯結構。托盤鏈接處采用鋼釘固定，鋪板連接處采用指接形式；托盤為R2型1 200×1 000二向進叉、雙面使用性：額定載荷1 000 kg，集中載荷與均布載荷均能作業(yè)；鋪板長寬尺寸初始設計為目前市面上推廣的標準尺寸1 200 mm×1 000 mm；鋪板封邊條厚10 mm；上下蓋板尺寸，長1 200 mm，寬1 000 mm，厚5 mm；墊塊尺寸為：長1 000 mm，寬90 mm，高90 mm；瓦楞芯的長1 180 mm，寬980 mm。單個托盤重44.5 kg。

2 小徑木通用平托盤力學性能檢測

2.1 抗彎試驗原理與方法

試驗目的：本試驗的目的是確定托盤在貨架存取條件下的抗彎強度（試驗1 a）和抗彎剛度（試驗1 b）。

試驗原理：GB/T4996-2014&GB/T4995—2014。

抗彎試驗檢測設備見表1。

表1 抗彎試驗檢測設備Table1 Bending test detection equipment

試驗照片如圖1所示：

圖1 抗彎試驗過程Fig.1 Bending test process

檢測方法及說明：

試驗l a：測定抗彎強度（圖3）。

1）將樣品置于加大型紙箱抗壓試驗機下壓板上，按圖2方式加載；

2）在頂鋪板上放置加載頭，加載頭放在距支座內側0.18L1（L1=1 050 mm）的位置，以12.7 mm/min的速度加載，當托盤某個構件破裂或產生6%L1（63 mm）的撓度時，停止試驗并記錄該點的極限載荷U1。

圖2 加載方式Fig.2 Load mode

試驗1 b：測定抗彎剛度（圖4）。

1）按試驗l a方法進行加載，以(1.5±0.5)%U1作為試驗準載荷，以0.5U1作為試驗滿載荷；

2）以12.7 mm/min的速度加載，分別記錄B1、B2點在以下各時間點時的撓度值：

①加到基準載荷時；

②加到滿載時；

③滿載保持24 h時；

④卸載1 h時。

3）計算各點在負載下的撓度及卸載后的撓度，取最大變形點的數(shù)據(jù)報告結果。

注：①樣品先進行1 b試驗，然后進行1 a試驗。②按照標準，1 b試驗中的U1應由試驗l a得出，實際1 b試驗中樣品滿載荷為9 800 N（1 000 kgf），準載荷為294 N（30 kgf）。

2.2 叉舉試驗原理與方法

圖3 1a試驗曲線Fig.3 1a Test curve

圖4 1b試驗曲線Fig.4 1b Test curve

試驗目的：確定既不用于貨架存取也不用于堆碼的單面或雙面托盤由貨叉在托盤頂鋪板下支撐時托盤的撓曲。此類托盤的極限工作條件由該撓度值決定。

試驗原理：GB/T4996-2014&GB/T4995—2014。

叉舉試驗檢測設備見表2。

表2 叉舉試驗檢測設備Table2 Fork lift test detection equipment

試驗照片如圖5所示。

檢測方法及說明：

試驗2 a：測定抗彎強度（圖7）。

1）將樣品置于加大型紙箱抗壓試驗機下壓板上，按圖6方式加載，支座間距為570 mm；

圖5 叉舉試驗過程Fig.5 Fork lift test process

2）以12.7 mm/min的速度加載，當托盤構件破壞或被壓潰時，停止試驗并記錄該點的極限載荷U2。

圖6 加載方式Fig.6 Load mode

試驗2 b：測定抗彎剛度（圖8）。

1）按試驗2 a方法進行加載，以(1.5±0.5)%U2作為試驗準載荷，以0.5U2作為試驗滿載荷；

2）以12.7 mm/min的速度加載，分別記錄A、B、C、D、E、F、H點在以下各時間點時的撓度值：

①加到基準載荷時；

②加到滿載時；

③滿載保持30 min時；

④卸載30 min時。

3）計算各點在負載下的撓度及卸載后的撓度，取最大變形點的數(shù)據(jù)報告結果。

注：①樣品先進行2 b試驗，然后進行2 a試驗；②按照標準，2 b試驗中的U2應由試驗2 a得出，實際2b試驗中樣品滿載為9 800 N（1 000 kgf），準載荷應為294 N（30 kgf），由于試驗中加載杠的自重為594 N（61 kgf），實際使用594 N（61 kgf）作為準載荷。

圖8 2b試驗曲線Fig.8 2b Test curve

2.3 堆碼試驗原理與方法

試驗目的：本試驗的目的是確定托盤在塊狀堆碼狀態(tài)下橫跨于墊塊或縱梁之間的頂鋪板和底鋪版承受大范圍變化的局部有效載荷的能力。

試驗原理：GB/T4996-2014&GB/T4995—2014。

檢測設備見表3。

表3 堆碼試驗檢測設備Table3 Stacking test and testing equipment

試驗照片如圖9所示。

檢測方法及說明：

試驗4 a：測定鋪板強度（圖11）。

1）將樣品置于加大型紙箱抗壓試驗機下壓板上，按圖10方式加載；

圖9 堆碼試驗過程Fig.9 Stacking test process

2）頂鋪板上放置4根加載杠,加載杠放在距墊塊內側0.18L1（L1=460 mm）的位置，以12.7 mm/min的速度加載，當托盤破裂或產生6%L1（27.6 mm）的撓度時，停止試驗并記錄該點極限載荷U4。

試驗4 b：測定鋪板剛度（圖12）。

1）按試驗4 a方法進行加載，以(1.5±0.5)%U1作為試驗準載荷，以0.5U4作為試驗滿載荷；

2）以12.7 mm/min的速度加載，分別記錄B1、B2、B3、B4點在以下各時間點時的撓度值：

①加到基準載荷時；

②加到滿載時；

圖10 加載方式Fig.10 Load mode

③滿載保持24 h時；

④卸載1 h時。

3）計算各點在負載下的撓度及卸載后的撓度，取最大變形點的數(shù)據(jù)報告結果。

注：①樣品先進行4 b試驗，然后進行4 a試驗；②按照標準，4 b試驗中的U4應由試驗4 a得出，實際4 b試驗中樣品滿載荷為9 800 N（1 000 kgf），準載荷應為294 N（30 kgf），由于試驗中加載杠的自重為529 N（54 kgf），實際使用529 N（54 kgf）作為準載荷。

圖11 4a試驗曲線Fig.11 4a Test curve

圖12 4b試驗曲線Fig.12 4b Test curve

3 小徑木通用平托盤力學性能檢測比較分析

小徑木通用平托盤抗彎試驗結果見表4，小徑木通用平托盤叉舉試驗結果見表5，小徑木通用平托盤堆碼試驗結果見表6。

表4 小徑木通用平托盤抗彎試驗結果Table4 Bending test of small diameter wood flat pallet

表5 小徑木通用平托盤叉舉試驗結果Table5 Fork lift test of small diameter wood flat pallet

4 結論與討論

小徑木材的推廣與運用，對林業(yè)的節(jié)約、可持續(xù)性發(fā)展意義重大。將其應用于托盤制作更是一種響應綠色物流發(fā)展的新思路。本試驗研究數(shù)據(jù)驗證了小徑木通用平托盤的試驗載荷水平和性能極限符合GB/T4996-2014中試驗1、2以及4的性能極限要求，可制造用于貨架存取、叉車或托盤搬運以及堆碼的通用平托盤，為市場推廣小徑木通用平托盤提供了數(shù)據(jù)以及可行性參考。

表6 小徑木通用平托盤堆碼試驗結果Table6 Stacking test of small diameter wood flat pallet

根據(jù)試驗檢測員提供的建議，下一步可重點研究小徑木通用平托盤連結處鋼釘?shù)脑O計，進一步增強小徑木通用平托盤的力學性能。本試驗產品由木質膠合板制成，質量較大，后續(xù)可考慮用密度更小的材料作為托盤的墊塊，以減輕托盤自重。