邢碧瀅，龐 燕

（中南林業(yè)科技大學(xué) 物流與交通學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

托盤(pán)作為包裝、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、周轉(zhuǎn)、裝卸、搬運(yùn)等物流環(huán)節(jié)中的重要要素，對(duì)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(guó)托盤(pán)市場(chǎng)保有量達(dá)到11.6億[2]，其中木質(zhì)托盤(pán)約占78%[3]，并且每年新托盤(pán)需求量為2 500萬(wàn)個(gè)[4]。隨著天然林禁伐令政策的實(shí)施，使得木材大部分依靠進(jìn)口，而傳統(tǒng)的木質(zhì)托盤(pán)消耗大量的木材，造成木材資源的巨大浪費(fèi)[5]。在環(huán)境壓力增加的社會(huì)背景下，使得傳統(tǒng)的成年木制作的木托盤(pán)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用正在被其他材料托盤(pán)逐步替代。雖然木托盤(pán)在托盤(pán)市場(chǎng)中所占的比例會(huì)下降，但未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間木托盤(pán)占據(jù)托盤(pán)市場(chǎng)主導(dǎo)地位的情況不會(huì)改變。所以，開(kāi)發(fā)在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)保、性能、尺寸等方面均符合要求的新型木質(zhì)托盤(pán),是振興物流業(yè)的一項(xiàng)重要工作,也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外面臨的一項(xiàng)重大課題。

1 小徑木通用平托盤(pán)簡(jiǎn)介

1.1 小徑木研究現(xiàn)狀

小徑木通用平托盤(pán)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(jīng)過(guò)刨片加工、施加膠黏劑等添加劑，熱壓而成，原材料來(lái)源廣泛。王紅彥等[7]估算出2013年的木材加工剩余物1 492萬(wàn)t，撫育間伐剩余物20 544萬(wàn)t。對(duì)其綜合利用，可有效利用林區(qū)資源，提高林區(qū)經(jīng)濟(jì)效益。小徑木的開(kāi)發(fā)利用經(jīng)B Perkins等[8]人驗(yàn)證具有經(jīng)濟(jì)可行性。目前，一些學(xué)者已經(jīng)驗(yàn)證小徑木可以用于建筑行業(yè)：2003年，楊玲等[9]通過(guò)木材強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)小徑木的力學(xué)性能進(jìn)行分析表明強(qiáng)度值和彈性模量完全符合建筑結(jié)構(gòu)用材的允許應(yīng)力和彈性模量要求的最小值。2015年，WuGF等[10]在循環(huán)側(cè)向載荷下測(cè)試一種利用小徑木做成的剪力墻。結(jié)果表明，剪力墻在循環(huán)側(cè)向荷載作用下表現(xiàn)相當(dāng)好，具有足夠的橫向阻力以用于輕木結(jié)構(gòu)。同年，武國(guó)芳等[11]為研究小徑木組合墻骨的承載性能，對(duì)其進(jìn)行了軸心受壓試驗(yàn)以及偏心受壓試驗(yàn)，獲得了該墻骨的破壞形式以及豎向承載力。結(jié)果表明該類(lèi)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(jié)構(gòu)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(cè)試了小徑木制成的CLT板材的力學(xué)性能，驗(yàn)證了快速生長(zhǎng)的小直徑桉樹(shù)木材可用來(lái)制作建筑材料。最近，有學(xué)者開(kāi)始嘗試將小徑木用于托盤(pán)制造，并開(kāi)始理論研究：2017年，徐淳[13]通過(guò)小徑木托盤(pán)的理論抗彎力學(xué)性能分析，計(jì)算得出了托盤(pán)的彎曲強(qiáng)度和彎曲剛度條件，并提取了小徑木通用平托盤(pán)的尺寸與托盤(pán)承載性能關(guān)系的設(shè)計(jì)模型，為完善托盤(pán)的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。目前還沒(méi)有人驗(yàn)證將小徑木用于托盤(pán)制造，其力學(xué)性能是否能夠符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)抗彎試驗(yàn)、叉舉試驗(yàn)以及堆碼試驗(yàn)，驗(yàn)證小徑木通用平托盤(pán)的力學(xué)性能符合用于貨架存取和堆碼作業(yè)使用場(chǎng)合的物流托盤(pán)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為小徑木通用平托盤(pán)投入市場(chǎng)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1.2 小徑木通用平托盤(pán)的結(jié)構(gòu)

小徑木通用平托盤(pán)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(pán)。托盤(pán)采取瓦楞芯結(jié)構(gòu)。托盤(pán)鏈接處采用鋼釘固定，鋪板連接處采用指接形式；托盤(pán)為R2型1 200×1 000二向進(jìn)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(zhǎng)寬尺寸初始設(shè)計(jì)為目前市面上推廣的標(biāo)準(zhǔn)尺寸1 200 mm×1 000 mm；鋪板封邊條厚10 mm；上下蓋板尺寸，長(zhǎng)1 200 mm，寬1 000 mm，厚5 mm；墊塊尺寸為：長(zhǎng)1 000 mm，寬90 mm，高90 mm；瓦楞芯的長(zhǎng)1 180 mm，寬980 mm。單個(gè)托盤(pán)重44.5 kg。

2 小徑木通用平托盤(pán)力學(xué)性能檢測(cè)

2.1 抗彎試驗(yàn)原理與方法

試驗(yàn)?zāi)康模罕驹囼?yàn)的目的是確定托盤(pán)在貨架存取條件下的抗彎強(qiáng)度（試驗(yàn)1 a）和抗彎剛度（試驗(yàn)1 b）。

試驗(yàn)原理：GB/T4996-2014&GB/T4995—2014。

抗彎試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 抗彎試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備Table1 Bending test detection equipment

試驗(yàn)照片如圖1所示：

圖1 抗彎試驗(yàn)過(guò)程Fig.1 Bending test process

檢測(cè)方法及說(shuō)明：

試驗(yàn)l a：測(cè)定抗彎強(qiáng)度（圖3）。

1）將樣品置于加大型紙箱抗壓試驗(yàn)機(jī)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(nèi)側(cè)0.18L1（L1=1 050 mm）的位置，以12.7 mm/min的速度加載，當(dāng)托盤(pán)某個(gè)構(gòu)件破裂或產(chǎn)生6%L1（63 mm）的撓度時(shí)，停止試驗(yàn)并記錄該點(diǎn)的極限載荷U1。

圖2 加載方式Fig.2 Load mode

試驗(yàn)1 b：測(cè)定抗彎剛度（圖4）。

1）按試驗(yàn)l a方法進(jìn)行加載，以(1.5±0.5)%U1作為試驗(yàn)準(zhǔn)載荷，以0.5U1作為試驗(yàn)滿載荷；

2）以12.7 mm/min的速度加載，分別記錄B1、B2點(diǎn)在以下各時(shí)間點(diǎn)時(shí)的撓度值：

①加到基準(zhǔn)載荷時(shí)；

②加到滿載時(shí)；

③滿載保持24 h時(shí)；

④卸載1 h時(shí)。

3）計(jì)算各點(diǎn)在負(fù)載下的撓度及卸載后的撓度，取最大變形點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)果。

注：①樣品先進(jìn)行1 b試驗(yàn)，然后進(jìn)行1 a試驗(yàn)。②按照標(biāo)準(zhǔn)，1 b試驗(yàn)中的U1應(yīng)由試驗(yàn)l a得出，實(shí)際1 b試驗(yàn)中樣品滿載荷為9 800 N（1 000 kgf），準(zhǔn)載荷為294 N（30 kgf）。

2.2 叉舉試驗(yàn)原理與方法

圖3 1a試驗(yàn)曲線Fig.3 1a Test curve

圖4 1b試驗(yàn)曲線Fig.4 1b Test curve

試驗(yàn)?zāi)康模捍_定既不用于貨架存取也不用于堆碼的單面或雙面托盤(pán)由貨叉在托盤(pán)頂鋪板下支撐時(shí)托盤(pán)的撓曲。此類(lèi)托盤(pán)的極限工作條件由該撓度值決定。

試驗(yàn)原理：GB/T4996-2014&GB/T4995—2014。

叉舉試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 叉舉試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備Table2 Fork lift test detection equipment

試驗(yàn)照片如圖5所示。

檢測(cè)方法及說(shuō)明：

試驗(yàn)2 a：測(cè)定抗彎強(qiáng)度（圖7）。

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

圖5 叉舉試驗(yàn)過(guò)程Fig.5 Fork lift test process

2）以12.7 mm/min的速度加載，當(dāng)托盤(pán)構(gòu)件破壞或被壓潰時(shí)，停止試驗(yàn)并記錄該點(diǎn)的極限載荷U2。

圖6 加載方式Fig.6 Load mode

試驗(yàn)2 b：測(cè)定抗彎剛度（圖8）。

1）按試驗(yàn)2 a方法進(jìn)行加載，以(1.5±0.5)%U2作為試驗(yàn)準(zhǔn)載荷，以0.5U2作為試驗(yàn)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(diǎn)在以下各時(shí)間點(diǎn)時(shí)的撓度值：

①加到基準(zhǔn)載荷時(shí)；

②加到滿載時(shí)；

③滿載保持30 min時(shí)；

④卸載30 min時(shí)。

3）計(jì)算各點(diǎn)在負(fù)載下的撓度及卸載后的撓度，取最大變形點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)果。

注：①樣品先進(jìn)行2 b試驗(yàn)，然后進(jìn)行2 a試驗(yàn)；②按照標(biāo)準(zhǔn)，2 b試驗(yàn)中的U2應(yīng)由試驗(yàn)2 a得出，實(shí)際2b試驗(yàn)中樣品滿載為9 800 N（1 000 kgf），準(zhǔn)載荷應(yīng)為294 N（30 kgf），由于試驗(yàn)中加載杠的自重為594 N（61 kgf），實(shí)際使用594 N（61 kgf）作為準(zhǔn)載荷。

圖8 2b試驗(yàn)曲線Fig.8 2b Test curve

2.3 堆碼試驗(yàn)原理與方法

試驗(yàn)?zāi)康模罕驹囼?yàn)的目的是確定托盤(pán)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(yàn)原理：GB/T4996-2014&GB/T4995—2014。

檢測(cè)設(shè)備見(jiàn)表3。

表3 堆碼試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備Table3 Stacking test and testing equipment

試驗(yàn)照片如圖9所示。

檢測(cè)方法及說(shuō)明：

試驗(yàn)4 a：測(cè)定鋪板強(qiáng)度（圖11）。

1）將樣品置于加大型紙箱抗壓試驗(yàn)機(jī)下壓板上，按圖10方式加載；

圖9 堆碼試驗(yàn)過(guò)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(nèi)側(cè)0.18L1（L1=460 mm）的位置，以12.7 mm/min的速度加載，當(dāng)托盤(pán)破裂或產(chǎn)生6%L1（27.6 mm）的撓度時(shí)，停止試驗(yàn)并記錄該點(diǎn)極限載荷U4。

試驗(yàn)4 b：測(cè)定鋪板剛度（圖12）。

1）按試驗(yàn)4 a方法進(jìn)行加載，以(1.5±0.5)%U1作為試驗(yàn)準(zhǔn)載荷，以0.5U4作為試驗(yàn)滿載荷；

2）以12.7 mm/min的速度加載，分別記錄B1、B2、B3、B4點(diǎn)在以下各時(shí)間點(diǎn)時(shí)的撓度值：

①加到基準(zhǔn)載荷時(shí)；

②加到滿載時(shí)；

圖10 加載方式Fig.10 Load mode

③滿載保持24 h時(shí)；

④卸載1 h時(shí)。

3）計(jì)算各點(diǎn)在負(fù)載下的撓度及卸載后的撓度，取最大變形點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)果。

注：①樣品先進(jìn)行4 b試驗(yàn)，然后進(jìn)行4 a試驗(yàn)；②按照標(biāo)準(zhǔn)，4 b試驗(yàn)中的U4應(yīng)由試驗(yàn)4 a得出，實(shí)際4 b試驗(yàn)中樣品滿載荷為9 800 N（1 000 kgf），準(zhǔn)載荷應(yīng)為294 N（30 kgf），由于試驗(yàn)中加載杠的自重為529 N（54 kgf），實(shí)際使用529 N（54 kgf）作為準(zhǔn)載荷。

圖11 4a試驗(yàn)曲線Fig.11 4a Test curve

圖12 4b試驗(yàn)曲線Fig.12 4b Test curve

3 小徑木通用平托盤(pán)力學(xué)性能檢測(cè)比較分析

小徑木通用平托盤(pán)抗彎試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，小徑木通用平托盤(pán)叉舉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，小徑木通用平托盤(pán)堆碼試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表4 小徑木通用平托盤(pán)抗彎試驗(yàn)結(jié)果Table4 Bending test of small diameter wood flat pallet

表5 小徑木通用平托盤(pán)叉舉試驗(yàn)結(jié)果Table5 Fork lift test of small diameter wood flat pallet

4 結(jié)論與討論

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

表6 小徑木通用平托盤(pán)堆碼試驗(yàn)結(jié)果Table6 Stacking test of small diameter wood flat pallet

根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)員提供的建議，下一步可重點(diǎn)研究小徑木通用平托盤(pán)連結(jié)處鋼釘?shù)脑O(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)小徑木通用平托盤(pán)的力學(xué)性能。本試驗(yàn)產(chǎn)品由木質(zhì)膠合板制成，質(zhì)量較大，后續(xù)可考慮用密度更小的材料作為托盤(pán)的墊塊，以減輕托盤(pán)自重。