OPS Pro概述    

    TOPS Pro是美國TOPS公司推出的世界范圍內(nèi)廣泛使用的包裝結(jié)構優(yōu)化設計軟件。它的功能之一是瓦楞紙箱運輸包裝設計中的堆碼強度分析。用戶在完成瓦楞紙箱和集裝托盤的相關參數(shù)的輸入后，選擇“Stacking Strength”(堆碼強度)界面，計算堆碼強度的參數(shù)對話框立刻彈出(圖1)。用戶在各小框里輸入(或選擇)：計算方法(環(huán)壓值法、邊壓值法、凱里卡特公式法)、箱子規(guī)格(結(jié)構尺寸、重量、封舌間隙、產(chǎn)品支撐力、楞向)、環(huán)境條件(倉儲時間、相對濕度、堆高托盤數(shù))、集裝狀況(碼垛式樣、托盤堆高時箱子支撐數(shù)量)和印刷狀況(印刷量、油墨類型)等。    

 堆碼強度是指在一定的流通環(huán)境條件下容器不出現(xiàn)破損所能承受的最大壓力載荷。瓦楞紙箱容器承受上方載荷的能力受到容器本身結(jié)構及其流通環(huán)境、支撐載荷的內(nèi)包裝結(jié)構、內(nèi)隔板、角支撐等的影響。瓦楞紙箱抗壓強度與堆碼強度有關。

TOPS Pro軟件利用McKee公式計算0201型瓦楞紙箱的堆碼強度。

 2  McKee公式簡介    

    0201型瓦楞紙箱(即常規(guī)開槽容器RSCs)是最簡單、最常用的運輸包裝容器。該型紙箱的瓦楞方向通常與從上到下的堆碼力平行。若已知箱子的周長、紙板的邊壓測試值、紙板的彎曲阻力、紙箱長寬比和其它因數(shù)，RSCs紙箱的抗壓強度可以通過McKee公式估算：

    式中：BCT為0201箱型容器的抗壓強度理論值(N)；ECT為紙板的邊壓值(cm)；Dx為紙板制造方向彎曲剛度(N／cm)；Dy紙板橫向彎曲剛度(N／cm)；BP為箱子的周長(cm)。    

以紙板厚度代替彎曲剛度，得到了準確度接近于原始公式(1)但在測試和計算方面易于使用的McKee簡化公式：

    式中：BC為紙板厚度(cm)。    

如果把對箱子需求的抗壓強度值代回式(2)，就可以算出紙板的邊壓值(ECT)，從而可確定出合適的紙板結(jié)構組成。

    3  由環(huán)壓值計算邊壓值    

    當輸入一個新的紙板結(jié)構和使用環(huán)壓值法作為計算方法時，TOPS Pro軟件通過下面的公式從環(huán)壓值(RCF)求得邊壓值(ECT)．    

    1)  對于三層瓦楞紙板：    

    A=(面紙1 RCF)+(面紙2RCF)+(楞紙RCF)×(瓦楞拉緊因子)    

    2)  對于五層瓦楞紙版：    

    A=(面紙1 RCF)+(面紙2 RCF)+(面紙3 RCF)+(楞紙1 RCF)×(瓦楞拉緊因子1)+(楞紙2RCF)×(瓦楞拉緊因子2)    

    如果每92．9m2(1 000ft2)面紙的綜合質(zhì)量≤38．6 kg(85 lbs)，那么：ECT=(A／6)×0．8+12，否則，ECT=(A／6)×1．27—6

    4  基于McKee公式的TOPS Pro紙箱抗壓強度分析    

    紙箱容器在流通中的特性受它在所經(jīng)歷的環(huán)境條件的影響很大。其中某些條件，如堆碼時間、相對濕度等難于改變；而其它一些狀況，如托盤集裝式樣、超出托盤量大小、托盤組成板間隙和野蠻裝卸等可通過集裝來確定。    

    為了獲得紙箱性能，TOPS Pro在利用McKee公式計算抗壓強度值時考慮了一系列結(jié)構因子和環(huán)境因子。    

    計入紙箱結(jié)構因子，紙箱抗壓強度矯正值計算如下：    

    式中：TBCT為TOPS Pro紙箱抗壓強度矯正值(N)；SF為形狀因子。與相對于高度的箱子的比例尺寸有關；LWRF為長寬比因子；HFF為水平瓦楞因子。如未選擇非垂直瓦楞，該值為1。否則，為0．9；PP為印刷因子。與印刷類型及印刷量有關。    

    計入環(huán)境因子，紙箱實際的抗壓強度值計算如下：    

     式中：BP為TOPS Pro紙箱抗壓強度實際值(N)；FGF為封舌間隙因子；HF為濕度因子；STF為堆放時間因子；PSF為托盤間隔因子；IF為互鎖式碼垛因子；OF為超出托盤因子， PS為產(chǎn)品支撐力(N)。    

    這些環(huán)境因子及其乘子如表1所示。

    5  確定抗壓強度需求值舉例    

    如果已知抗壓強度和流通環(huán)境，任何RSC箱子有效的堆碼強度就能很好的估算出。同樣，如果已知流通環(huán)境、容器尺寸和楞型，抗壓強度需求值也能計算出。后者很有用，因為一旦確定出抗壓強度需求值，ECT的需求值也就跟著確定了(由此既可選出紙板構成)。    

    所謂紙箱抗壓強度需求值是指在預期的循環(huán)周期(一定時間和環(huán)境／流通條件)內(nèi)容器最小的具有**堆碼特性所要求的動態(tài)壓力特性。已知：    

    1)  箱子在集裝箱里從底部一直碼到頂，180d的堆放時間，80％相對濕度，互鎖式碼垛；    

    2)  箱子尺寸(外尺寸)：0．5m×0．25m×0．30m；    

    3)  集裝箱高：3．05m，碼垛高3m；    

    4)  箱子毛重：12kg。    

    求解：1)  確定底層箱上方箱子的數(shù)目：    碼垛高／箱厚度-1=3／0．3-1=8；    

    2)  確定底層箱上的載荷：    箱子數(shù)目×箱重=8×12=96(kg)；    

    3)  確定環(huán)境因子：    0．5(180d)×0．68(80％RH)×0．5(互鎖式碼垛) =0．17；    

    4)  確定環(huán)境乘子：1／0．17=5．88    

    5)  確定抗壓強度需求值：    載荷×環(huán)境乘子=96kg×5．88=564kg。

    6  結(jié)語    

    基于McKee公式的瓦楞紙箱集裝設計中的堆碼強度分析是TOPS Pro包裝設計軟件的一個主要功能。TOPS Pro堆碼強度分析結(jié)果中瓦楞紙箱所需的抗壓能力轉(zhuǎn)化為對紙板邊壓測試值(ECT)及其制造時對紙板構成的要求。    

    McKee公式只適應于0201箱型(RSC)且周長與高度的比不超過7：1。然而，TOPS Pro軟件亦可處理新的、非RSC箱子的堆碼強度計算問題。    

    通過用TOPS Pro進行堆碼強度分析的實踐發(fā)現(xiàn)，提高瓦楞紙箱抗壓性能可從利用高質(zhì)量的面紙和楞紙、碼垛中各包裝均衡承受載荷、增加容器的角數(shù)目、改變瓦楞方向、使用微楞紙箱、用多層瓦楞紙板箱、包裝內(nèi)使用隔板、用復合紙板箱、箱子表面處理等方面入手。