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動靜態堆碼試驗標準解讀及應用分析
摘 要：運輸包裝件在存儲和運輸過程中大多以堆碼形式擺放，此種條件下包裝件的各個接觸面存在擠壓、壓縮現象，就此種環境條件，國內外相關標準給出了詳細定義和規范，主要分為靜態堆碼和動態堆碼兩種情況。為了使諸多包裝運輸企業更好地了解堆碼試驗標準，更切合實際地模擬堆碼環境條件，本文將對其相關標準進行解析并通過比較分析給出試驗案例。
關鍵詞：靜態堆碼 試驗標準 動態堆碼
現代社會的包裝產品在儲存和運輸過程中為了便于保管和作業并能充分利用倉庫、車輛容積，提高儲存面積利用率，通常采用堆碼形式擺放。與此同時，由于包裝材料耐壓強度的限制，可能使包裝箱體及商品在儲存和運輸過程中發生破損和變形，這就使得堆碼檢測和試驗成為諸多企業關注的焦點。
一、堆碼試驗種類
堆碼試驗適用于評定運輸包裝件和單元貨物在堆碼時的耐壓強度或對內裝物的保護能力，根據環境條件的不同，堆碼試驗可做如下分類。
1.1 靜態堆碼
靜態堆碼主要指包裝件在儲存過程中的堆碼，標準ASTM D4169稱之為儲存堆碼。其試驗的原理是將樣品放在平整水平面上，在其上面施加均勻載荷。其實現方法可以通過使用相同包裝件來模擬實際堆碼或通過使用砝碼或其他載荷件代替來模擬實際堆碼，進行一定時間的試驗。
1.2 動態堆碼
動態堆碼指包裝件在運輸過程中的堆碼，標準ASTM D4169稱之為運載堆碼。該過程中，由于車輛的運輸振動，包裝件之間存在動態擠壓壓縮現象。
1.3 靜態堆碼和動態堆碼的區別
動靜態堆碼的區別在于，首先二者模擬的環境條件不同，靜態堆碼是儲存環境條件，動態堆碼則是運輸環境條件。其次，二者的試驗方法不同，靜態堆碼可以根據試驗原理將樣品置于靜止在水平平面一定時間來實現，也可通過壓力試驗機來實現。動態堆碼，除特定堆碼載荷外，還伴有隨機振動或其他振動條件。
二、堆碼標準解析
2.1 GB/T 4857.3和GB/T 4857.4標準
標準GB/T 4857.3―2008《第3部分：靜載荷堆碼試驗方法》和標準GB/T 4857.4―2008《第4部分：采用壓力試驗機進行的抗壓和堆碼試驗方法》未給出包裝件壓力載荷值的計算公式。此外，該國標和標準ISO 2234及ISO 12048中的內容基本相同。
標準GB/T 4857.3中給出了試驗設備的三種加載方法，分別是包裝件組，自由加載平板和導向加載平板。標準GB/T 4857.4給出了使用壓力試驗機進行試驗的方法，其原理是將試驗樣品放置于壓力機的壓板之間，然后選用(1)或(2)方法進行[1][2]。
(1)在抗壓試驗的情況下，進行加壓直至樣品損壞或達到預定載荷和位移值為止。(2)在堆碼試驗的情況下，施加預定載荷直至試驗樣品損壞或持續到預定的時間為止。
此外，標準GB/T 4857.4對堆碼初始載荷進行了規定，平均壓縮載荷[7]為101-200、201-1000、1001-2000、2001-10000、10001-20000、20001-100000的初始載荷分別為10、25、100、250、1000、2500。
2.2 ISTA 標準
標準ISTA(國際安全運輸協會)的壓力試驗可以采用壓力機或載荷和加載板進行，其中壓力機試驗時，“加壓并釋放”和“加壓并保持”兩方法均可使用。此外，壓力試驗的壓力值/載荷是由倉儲堆碼壓力和車輛堆碼壓力的最大值來確定的[3][4]。
對于倉儲堆碼時間超過48小時的集合包裝，其堆碼壓力計算方法如表3。
其中，Wt為集合包裝的毛重;S為集合包裝堆碼層數，包括最底下的一層;F為補償系數(F是用來補充考核實驗室試驗中沒有被模擬到的一些因素，比如溫度、濕度條件，錯位碼放、長期載荷等，本章該值為典型數據，某種特定條件下可以改變F值);1.4為加壓時間的補償系數;9.8為公制轉換系數。
對于倉儲堆碼時間超過48小時的集合包裝選擇倉儲堆碼壓力值，對于不超過48小時的集合包裝，選擇車輛堆碼壓力值。
在倉儲堆碼過程中，如果樣品頂部沒有放置任何物品，則表1中S=1，倉儲堆碼壓力為0，那么就不需要做壓力試驗。F系數值為3，如果使用其他系統，要在試驗報告中詳細說明。在車輛堆碼中，如果集合包裝的高度達到或超過1.4m，F系數值取1.5，否則F取3，如果使用其它系數，要在報告中詳細說明。
此外，ISTA 2還明確給出三種壓力試驗的壓力計算公式，如表2所示。
2.3 ASTM D 642和ASTM D 4169標準
標準ASTM D 642著重介紹了壓力試驗機的使用，并就加載力和壓力機壓縮速率給出具體描述[5]。
標準ASTM D 4169―2008將堆碼試驗分為儲存堆碼和運輸堆碼兩種，儲存堆碼即靜態堆碼，運輸堆碼即動態堆碼。該標準給出了不同條件下保險系數的取值，及動靜態堆碼兩種試驗條件下的應力計算方法[6]。
包裝件在儲存堆碼和運輸堆碼時壓力計算公式為：
(1)
其中：L為壓力值，單位為N;M為包裝件的質量，單位為kg;J為9.8N/kg;H為儲存堆碼或輸運堆碼的最大高度，單位m;當高度未知時，取2.7m計算;h為貨運單元或單件容器的高度，單位m;F為保險系數。
包裝件在運輸過程中的動態堆碼計算公式為：
(2)
其中，M為運輸載荷密度，單位為kg/m3，如未知，以160kg/m3計;H為運輸車輛最大堆碼高度，w為貨運單元或單件容器的寬度，單位為m; K為lm3/m3。
對于動態堆碼，標準ASTM D 4169―2008給出了隨機振動和正弦振動兩種常用的運輸振動模式。隨機振動中卡車、軌道車和空載運輸三種環境條件下的振動譜如表3所示。
正弦振動的頻率范圍為3-100，測試條件分為I、II、III三個等級，其對應的軌道車峰值加速度均為0.25g，卡車峰值加速度均為0.5g，三個等級下的停留時間分別為15min、10min、5min。
以上標準的不同之處在于GT/T 4857只給出了試驗加載方式，而沒有對堆碼壓力進行具體計算，ISTA標準將堆碼試驗分為儲存和運輸堆碼兩種，且給出了壓力計算公式，同ASTM D4169標準，但二者的壓力公式也有所不同，且ASTM D4169給出了隨機、正弦振動譜圖也是該標準獨特之處。
三、堆碼試驗應用分析
根據試驗標準，本章將根據儲存和運輸兩種環境條件，來具體闡述動靜態堆碼試驗的實施方法。
3.1 靜態堆碼試驗
靜態堆碼試驗首先確定堆碼試驗壓力，其計算方法是根據ISTA 3E、ISTA 2A、ASTM D 4169等標準計算。堆碼試驗方式有以下兩種：(1)使用固定載荷物或加載板施加均勻載荷，如圖1(a)所示。(2)使用壓力機施加均勻載荷，如圖1(b)所示。靜態堆碼試驗結果通常要求箱體無明顯變形、破損，箱內樣品無異常損傷。
3.2 動態堆碼試驗
動態堆碼試驗仍需首先確定堆碼試驗壓力，具體方法可根據ISTA和ASTM D 4169等標準計算。動態堆碼試驗則是將樣品放置于振動臺上，然后確定樣品需要施加的載荷力，通過箱體堆疊和其他載荷物施加壓力來實現，具體如圖2。動態堆碼試驗結果通常要求箱體無明顯變形、破損，箱內樣品無異常損傷。
四、結語
靜態堆碼和動態堆碼在包裝件儲存和運輸過程中廣泛存在，標準也給出了規范要求，但在試驗中，應針對不同環境條件加以區分處理，動態堆碼在靜態堆碼的基礎上增加了運輸振動，環境更加嚴酷。
參考文獻：
[1]GB/T 4857.3―2008《包裝運輸包裝件基本試驗第3部分：靜載荷堆碼試驗方法》.
[2]GB/T 4857.4―2008《包裝運輸包裝件基本試驗第4部分：采用壓力試驗機進行的抗壓和堆碼試驗方法》.
[3]ISTA 3E―2009，2011 International Safe Transit Association.
ISTA 2A―2011，2011International Safe Transit Association.
[4]ASTM D4169―08 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Containers and Systems.
[5]ASTM D642―00 Standard Test Method for Determining Compressive Resistance of ShippingContainers， Components， and Unit Loads.
[6]陳志強，陳振強.解析瓦楞紙箱運輸包裝件壓力試驗標準[J].印刷技術，2012，(2)：34-36.
[7]DOI：10.3969/j.issn.1003-1960.2012.02.023.
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