第八章 木箱的设计

第一节木材一、木材的物理性质二、木材的缺陷三、木材的试验强度四、木材的许用应力什么是木材？•树去掉树枝，留下的树干称之为原木•将原木锯成木板和扁方材称之为木材•木材的各向异性横纹——年轮纹顺纹——木质纹•木材的非均匀性——不同部位的材料性质不完全相同一、木材的物理性质•木材的密度木材单位体积的质量称为密度•木材的含水率木材中的水分与烘干后的木材重量的百分比称为含水率•木材的收缩与膨胀在纤维饱和点以下时，木材随含水率的减少而收缩，并带有方向性；也随含水率的增加而膨胀。在纤维饱和点以上时，木材不存在收缩与膨胀问题。•木材的硬度分为四种：软材、次硬材、硬材、最硬材。一、木材的物理性质•常用木材硬度表二、木材的缺陷•木节：树干上环绕枝丫的细胞组织。由于与周围木质结合较差，会降低木材的强度。•斜纹：木纹是年轮在原木纵切面上的表现。斜纹会降低木材的纵向强度。•裂缝：有干缩裂缝和天然裂缝，它破坏了木材的整体性。三、木材的试验强度将没有缺陷的木材制成试样，进行顺纹拉伸、弯曲、压缩试验。测得的强度极限称为试验强度，用σb表示。试验结果表示：顺纹抗拉强度＞抗弯强度＞抗压强度其强度随承载的时间增加而减少温度越高，含水率越大，强度越低四、木材的许用应力木材的许用应力是以试验强度为依据，其计算公式为•强度降低系数K1：对试验强度取一个安全系数。一般取K1=0.75•冲击载荷系数K2：对试验强度加一个冲击安全系数。并取K2=0.3～0.35•木材缺陷系数K3：主要考虑木节和斜纹缺陷①木节：先测定木节直径，计算其与板宽的比值，再根据下表取值。②斜纹：先测定斜纹的倾斜度，再根据下表取值。•承载时间系数K4：一般取K4=11234bKKKK四、木材的许用应力木材缺陷系数表第二节木箱的种类一、木箱的种类二、压杆截面尺寸图解法一、木箱的种类•按内装物重量和尺寸分——大型、中型、小型箱•按木箱结构特征分钉板箱——小型箱，质量200kg以下，体积在１m2以下滑木箱——中型箱，以底座为基础，质量1500kg以下框架木箱——大型箱，以底座为基础，质量可达60吨•按箱面封闭程度分——封闭箱、花格箱•按箱板材料分——木板箱、胶合板箱•按组装方法分——钢钉组装箱、螺栓组装箱二、压杆截面尺寸图解法•压杆稳定条件当压力P＜临界压力Pc时，压杆保持直线平衡状态；当压力P=Pc时，压杆产生弯曲状态，叫失稳；当压力P＞Pc时，压杆折断。因此，压杆的稳定条件是cPPPn式中，[P]——压杆的许用压力压杆的临界应力其中，A——压杆的横截面积，所以，压杆的稳定条件可写成ccPAcAPPnAb二、压杆截面尺寸图解法•压杆的许用应力设压杆横截面的长为b，宽为δ，则横截面积根据材料力学，压杆横截面的惯性矩为压杆横截面的惯性半径为所以Ab312bIIiA31212bib根据材料力学，压杆的柔度为其中，L——压杆的长度μ——压杆长度系数取μ=0.9，所以压杆的柔度为Li0.9123.12LLLi二、压杆截面尺寸图解法由于木材的弹性模量与其试验强度的关系为其中，α——比例系数木材的许用应力为因此根据材料力学的临界应力公式可写为1234bbKKKKnbEcAPn22bbEab（λ＞λ1）（λ1＞λ＞λ2）（λ＜λ2）其中，a、b、λ1、λ2是通过实验室试验测定的常数。日本在设计木箱压杆时得出试验数值：a=1.168，b=0.009λ1=87，λ2=19，α=300二、压杆截面尺寸图解法由此木箱中压杆许用应力公式为cPA23001.1680.028LL（28＜＜46）（6＜＜28）（＜6）LLL由此可绘制出右图二、压杆截面尺寸图解法•压杆截面尺寸的图解法用压杆的许用应力曲线图可以解决：①对压杆作稳定校核；②确定压杆尺寸的图解法例：已知压杆长L=108cm，宽b=9cm，厚δ=3cm，许用应力[σ]=5.88MPa，实际承受的压力P=2.9KN，试用图解法校核它的稳定性。解：将压力P=2.9KN，压杆长L=108cm在图上找到相应的点。根据压杆9cm×3cm的许用应力曲线可知，当压杆长L=108cm时，其许用应力为[Pc]=3.85KN因为P=2.9KN＜[Pc]=3.85KN所以工作时此压杆不会产生弯曲第三节滑木箱一、滑木箱的结构二、滑木箱的尺寸三、滑木箱的箱档布置四、滑木箱的起吊强度五、滑木箱的堆码强度六、滑木箱的构件尺寸七、滑木箱的制箱步骤一、滑木箱的结构滑木箱是由底座、两个端面、两个侧面和顶盖组成。•底座：由滑木、辅助滑木、端木、枕木和底板组成一、滑木箱的结构•侧面：由侧档、辅助立柱、斜档、梁承和侧板组成。•端面：由端立档、端横档、端斜档、端板组成。•顶盖：由横梁、顶板组成。二、滑木箱的尺寸•内尺寸两端板内面之间的距离称为内长，用L1表示；两侧板内面之间的距离称为内宽，用B1表示；顶板与底板内面之间的距离称为内高，用H1表示。已知内装物外廓尺寸为L0、B0、H0，辅助立柱厚度为δ1，枕木厚度为δ2，横梁厚度为δ3，内装物与木箱内面的间隙为Δ，求得滑木箱内长L1=L0+2Δ内宽B1=B0+2δ1+2Δ内高H1=H0+δ2+δ3+Δ二、滑木箱的尺寸•外尺寸两端板外面之间的距离称为外长，用L2表示；两侧板外面之间的距离称为外宽，用B2表示；顶板与底板外面之间的距离称为外高，用H2表示。已知端板厚度为δ4，端档厚度为δ5，求得滑木箱的外长L2=L1+2（δ4+δ5）已知测板厚度为δ6，侧档厚度为δ7，求得滑木箱的外宽B2=B1+2（δ6+δ7）已知顶板厚度为δ8，底板厚度为δ9，滑木厚度为δ10，辅助滑木厚度为δ11，求得滑木箱的外高H2=H1+δ8+δ9+δ10+δ11三、滑木箱的箱档布置•侧面箱档布置要求一般是按木箱的外尺寸布置侧面箱档。侧档中心到端面的距离在20cm以下；相邻两侧档中心的距离在120cm以下。斜档的倾角在35°～55°之间，最好为45°。斜档的布置分为N型和K型三、滑木箱的箱档布置•侧面箱档布置要求N型2K型2N型2N+1型2K+1型4N+1型三、滑木箱的箱档布置•端面箱档布置要求也是按木箱的外尺寸布置侧面箱档。当箱内宽、内高均小于100cm时，只设端立档和上端横档；箱内宽超过100cm时增设中间端立档；箱内高超过100cm时可设端斜档。四、滑木箱的起吊强度起吊时绳索两端托起滑木，内装物重量直接作用在枕木上；起吊拉力使侧面产生弯曲，也对横梁产生挤压。因此要对枕木、滑木、侧板进行起吊强度的校验。•枕木的强度（P196）枕木起固定内装物、直接承爱内装物重量的作用。分两种情况：①如右图（a），为均布载荷②如右图（b），为两点集中力滑木箱的起吊四、滑木箱的起吊强度•滑木与侧板的强度(P199)假设内装物重量均匀分布在滑木上，再通过滑木平均作用在各侧档上，分别计算它们的承载能力，并将两者的承载能力之和来校核滑木箱的抗弯强度。五、滑木箱的堆码强度(P204)滑木箱承受上部货物压力的主要构件有：顶板、横梁、侧档和辅助立柱。•横梁的强度是顶盖载荷，可用查表法确定其截面尺寸。一根横梁上的顶盖载荷为21lqlQ式中，——载荷集度——横梁长度——横梁中心间距横梁上的载荷近似均匀分布，其最大弯矩为：1l2lq22118181lqlQlM横梁的强度条件为：ZMmax式中，Z——抗弯截面模量五、滑木箱的堆码强度•侧档和辅助立柱的强度(P205)又称为堆码载荷，用图表法来确定其截面尺寸。一根侧档（含辅助立柱）的堆码压力为：qaBP21式中，q——堆码载荷集度a——侧档中心间距，单位mB——箱的外宽，单位m六、滑木箱的构件尺寸•底座：先对枕木进行强度校核，然后根据国标要求选择枕木的截面尺寸和根数。还应注意：①当底座宽度超过1m时，应增加一根滑木②挂绳口尺寸原则上为15cm，或取滑木长的10%③叉口中心间距应大于70cm，宽度应大于30cm，高度应大于4.5cm。•侧面结构•端面结构•顶盖：横梁间距在60cm以下，最好布置在侧档的位置上。七、滑木箱的制箱步骤•先分别制作底板、侧板、端板、顶板等•将内装物固定在底板枕木上•组装两片端板•再组装两片侧板•最后盖上顶板第四节框架木箱一、框架木箱的结构二、框架木箱的尺寸三、框架木箱的箱档布置四、框架木箱的起吊强度五、框架木箱的堆码强度六、框架木箱的构件尺寸七、框架木箱的制箱步骤一、框架木箱的结构顾名思义，内部为木质框架，外部为箱板。•底座、顶盖：结构与构件基本与滑木箱相同•侧面、端面：由桁架、箱板、辅助立柱、梁承组合而成，其中桁架——由上框木、下框木、立柱和平撑组成一、框架木箱的结构与滑木箱结构的区别：•框架木箱的侧面与端面内为桁架结构，外面板为立板，桁架结构为三角形构架；•框架木箱的箱板在外面，桁架在里面；•组装木箱时，先组装侧板，再组装端板，最后组装顶板。二、框架木箱的尺寸•内尺寸两端板内面之间的距离称为内长，用L1表示；两侧板内面之间的距离称为内宽，用B1表示；顶板与底板内面之间的距离称为内高，用H1表示。已知内装物外廓尺寸为L0、B0、H0，内装物与木箱内面的间隙为Δ，内长、内宽间隙一般取6cm，内高间隙一般取4cm，求得框架木箱内长L1=L0+6内宽B1=B0+6内高H1=H0+4二、框架木箱的尺寸•外尺寸两端板外面之间的距离称为外长，用L2表示；两侧板外面之间的距离称为外宽，用B2表示；顶板与底板外面之间的距离称为外高，用H2表示。已知端面立柱厚度为δ1，端板厚度为δ2，求得框架木箱的外长L2=L1+2（δ1+δ2）已知辅助立柱厚度为δ3，侧面立柱厚度为δ4，侧板厚度为δ5，求得框架木箱的外宽B2=B1+2（δ3+δ4+δ5）已知顶板厚度为δ6，底板厚度为δ7，滑木厚度为δ8，辅助滑木厚度为δ9，求得滑木箱的外高H2=H1+δ6+δ7+δ8+δ9三、框架木箱的箱档布置•相邻立柱的中心距小于120cm•斜撑倾角在35°～45°之间选择框架结构形式应先根据木箱的内尺寸在右图中找出图型代号，然后再根据代号在下图中找出具体的结构图形三、框架木箱的箱档布置框架结构形式四、框架木箱的起吊强度起吊时内装物的重量直接作用在枕木上，并传递给两外侧滑木和侧面框架，还对横梁产生压力。•枕木的强度与滑木箱枕木的强度计算方法完全相同，只是所用枕木的截面尺寸较大。•有斜撑侧面框架的强度•无斜撑侧面框架的强度五、框架木箱的堆码强度•横梁的强度一根横梁承受的顶盖载荷为横梁中心的最大弯矩为横梁的强度条件为式中，l1——横梁长度l2——横梁中心间距q——顶盖载荷集度Z——横梁抗弯截面模量b——横梁宽度δ——横梁厚度21lqlQ22118181lqlQlM2221max43blqlZM五、框架木箱的堆码强度•梁承的强度横梁中心间隔最好在60cm以下横梁一端作用在梁承中间的载荷为梁承中间的最大弯矩为梁承的弯曲强度条件为•立柱的强度框架木箱中的立柱为压杆，其稳定分析与滑木箱完全相同，但截面尺寸的确定却比滑木箱烦琐。21lqlQ21lqlQ2214141lqlQLM261bZM六、框架木箱的构件尺寸•底座辅助滑木的宽度必须是滑木宽度的80%经上，底板宽度为12cm以上，滑木中心间距为120cm以下，否则要设置中间滑木。•端面与侧面板宽为9cm，边板宽为15cm以上。•顶盖板宽为12cm以上，边板宽为15cm以上，横梁中心间距为60cm以下，横梁长度（箱的内宽）超过180cm时，应沿箱的纵向中心线交错布置梁承。