鋼板打包木臺(tái)材料優(yōu)化研究

龔建清

（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋廠 上海 201900）

0 前言

近年來(lái)，隨著人們對(duì)商品的需求量大大增加，使得鋼板的需求量越來(lái)越大。目前所使用的鋼板板包是由膠合板面板以及五椏果墊腳所組成的，由于五椏果材料組織致密度高，鋼板板包托架重量過(guò)大，導(dǎo)致人工勞動(dòng)強(qiáng)度較高，同時(shí)增加了鋼板吊運(yùn)運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題在充分考慮鋼板板包用木臺(tái)的材料承載特性影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)木臺(tái)材料進(jìn)行優(yōu)化以最大程度的減輕木臺(tái)重量。同時(shí)設(shè)計(jì)與制造新型木臺(tái)，并進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終得到重量較輕且承重能力強(qiáng)的鋼板板包木臺(tái)，使其具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值。

1 鋼板板包用木臺(tái)材料優(yōu)化技術(shù)的研究

針對(duì)該新型材料分別測(cè)量其含水率、有無(wú)缺陷、載荷大小、作用時(shí)間等參數(shù)對(duì)其蠕變力學(xué)性能的影響，本部分實(shí)驗(yàn)中的載荷計(jì)算基于規(guī)格為60×90×L的打包木臺(tái)，具體參數(shù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。

表1：花旗松墊木實(shí)驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

1.1 實(shí)際載荷、含水率壓縮實(shí)驗(yàn)

該組實(shí)驗(yàn)試樣的信息見上表1中的序號(hào)1，該組實(shí)驗(yàn)試樣需要對(duì)花旗松試樣施加的載荷為9KN，得到其蠕變曲線圖1。

圖1：花旗松許用載荷壓縮量蠕變曲線圖

在與實(shí)驗(yàn)1相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)五椏果試樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，試樣需施加載荷為7.775KN，得到其蠕變特性曲線圖2。

圖2：五椏果許用載荷壓縮量蠕變曲線圖

花旗松的密度值相對(duì)五椏果較小，但是根據(jù)圖1和圖2的蠕變特性曲線，花旗松的含水率低于五椏果的含水率以及對(duì)花旗松施加的載荷小于對(duì)五椏果施加載荷的情況下，花旗松的壓縮量仍大于五椏果的變形量。

1.2 含水率對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在保證施加載荷大小和試樣承受載荷的方向與實(shí)驗(yàn)1相同的前提下，通過(guò)改變其含水率的大小，得到不同含水率蠕變特性曲線對(duì)比圖3。

圖3：花旗松不同含水率壓縮量蠕變曲線對(duì)比

根據(jù)圖3可知含水率不僅增加了花旗松的瞬間蠕變量也增加了其蠕變速度。

1.3 極限載荷實(shí)驗(yàn)

該組實(shí)驗(yàn)試樣的信息見上表1序號(hào)3，該組實(shí)驗(yàn)試樣需要施加的載荷為36KN，得到不同載荷下的蠕變特性曲線對(duì)比圖4。

圖4：花旗松不同載荷壓縮蠕變曲線對(duì)比

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試樣所施加的載荷是從25KN開始加載，最終達(dá)到45KN時(shí)，花旗松被破壞掉。在試樣承受的載荷方向?yàn)橄蚁?，同時(shí)徑向與弦向的夾角為45°時(shí)，試樣在施加載荷達(dá)到30KN時(shí)就迅速進(jìn)入蠕變第三破壞階段，因此得出結(jié)論：紋理方向也會(huì)影響其蠕變特性。

花旗松試樣在壓縮距離達(dá)到5500 m時(shí)，才發(fā)生明顯的破壞，而五椏果試樣則在壓縮距離達(dá)到2500 m時(shí)就產(chǎn)生破壞，因此雖然花旗松的密度較小、強(qiáng)度較差但是其韌性較好。此外含水率也是導(dǎo)致兩個(gè)不同品種試樣破壞時(shí)極限壓縮量不同的一個(gè)主要因素，在室溫條件下存儲(chǔ)運(yùn)輸時(shí)，五椏果含水率穩(wěn)定在了15%～25%之間，而花旗松則穩(wěn)定在了0%。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可知，花旗松力學(xué)性能指標(biāo)參數(shù)因其含水率的變化而產(chǎn)生很大程度的改變；蠕變性質(zhì)會(huì)受荷載時(shí)間影響；加載方向與花旗松的紋理方向也會(huì)影響其蠕變特性；花旗松在徑向和弦向方向上的力學(xué)性能相差較大；此外其力學(xué)性能還會(huì)受到木材各種典型缺陷的影響。

2 鋼板板包用木臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的研究

花旗松硬度較小，抗沖擊性能較差，且壓縮后卸載不會(huì)回彈，吸水性較強(qiáng)但是干燥較快，綜合以上特點(diǎn)對(duì)木臺(tái)的墊木結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

原有墊木的尺寸分別為：50×70×L、60×90×L、60×95×L或80×100×L，為保證受壓方向的穩(wěn)定性，寬高比的上限一般為1.5。但是根據(jù)花旗松的性能特點(diǎn)，需要改變60×95×L的托架規(guī)格而且要將寬高比進(jìn)一步降低為1.25～1.35，以此來(lái)提升松木木臺(tái)的安全系數(shù)。因此變更后墊木尺寸為：55×70×L、70×90×L、75×95×L 或 80×100×L。

3 花旗松木臺(tái)制作后的重量變化對(duì)比

使用含水率測(cè)量?jī)x以及稱重臺(tái)分別測(cè)量試樣的含水率，重量以及體積，計(jì)算花旗松密度結(jié)果如表2。通過(guò)理論計(jì)算分析材料優(yōu)化后，鋼板打包木臺(tái)五椏果材料重量為24.33～29.42Kg，使用花旗松后，重量下降為14.27～19.37Kg，重量大大降低，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證可知花旗松木臺(tái)抗沖擊的安全系數(shù)也是可靠的。

表2：花旗松密度計(jì)算

4 結(jié)論

本文通過(guò)與多種木材的用途缺陷及微觀組織結(jié)構(gòu)的比較，以減輕木臺(tái)的重量同時(shí)保障木臺(tái)的使用要求為目標(biāo)，選用花旗松作為新型板包木臺(tái)的替用材料。通過(guò)局部壓縮實(shí)驗(yàn)，實(shí)際載荷、含水率實(shí)驗(yàn)三個(gè)實(shí)驗(yàn)確定了花旗松材料木托架的最大壓縮量，最大承受載荷以及含水率對(duì)蠕變的影響等特性，確定了花旗松作為木托架是可靠的。最終通過(guò)實(shí)際的計(jì)算，驗(yàn)證了采用花旗松材料之后的木托架木臺(tái)的重量是大大降低的。