钢板打包木台材料优化研究

龚建清

（宝山钢铁股份有限公司冷轧厂 上海 201900）

0 前言

近年来，随着人们对商品的需求量大大增加，使得钢板的需求量越来越大。目前所使用的钢板板包是由胶合板面板以及五桠果垫脚所组成的，由于五桠果材料组织致密度高，钢板板包托架重量过大，导致人工劳动强度较高，同时增加了钢板吊运运输等过程中安全风险。针对这一问题在充分考虑钢板板包用木台的材料承载特性影响因素的基础上，对木台材料进行优化以最大程度的减轻木台重量。同时设计与制造新型木台，并进行相应的现场实验，最终得到重量较轻且承重能力强的钢板板包木台，使其具有进一步推广应用的价值。

1 钢板板包用木台材料优化技术的研究

针对该新型材料分别测量其含水率、有无缺陷、载荷大小、作用时间等参数对其蠕变力学性能的影响，本部分实验中的载荷计算基于规格为60×90×L的打包木台，具体参数及实验结果如下表1所示。

表1：花旗松垫木实验参数及结果

1.1 实际载荷、含水率压缩实验

该组实验试样的信息见上表1中的序号1，该组实验试样需要对花旗松试样施加的载荷为9KN，得到其蠕变曲线图1。

图1：花旗松许用载荷压缩量蠕变曲线图

在与实验1相同的实验环境下，对五桠果试样进行压缩实验，试样需施加载荷为7.775KN，得到其蠕变特性曲线图2。

图2：五桠果许用载荷压缩量蠕变曲线图

花旗松的密度值相对五桠果较小，但是根据图1和图2的蠕变特性曲线，花旗松的含水率低于五桠果的含水率以及对花旗松施加的载荷小于对五桠果施加载荷的情况下，花旗松的压缩量仍大于五桠果的变形量。

1.2 含水率对比实验

在保证施加载荷大小和试样承受载荷的方向与实验1相同的前提下，通过改变其含水率的大小，得到不同含水率蠕变特性曲线对比图3。

图3：花旗松不同含水率压缩量蠕变曲线对比

根据图3可知含水率不仅增加了花旗松的瞬间蠕变量也增加了其蠕变速度。

1.3 极限载荷实验

该组实验试样的信息见上表1序号3，该组实验试样需要施加的载荷为36KN，得到不同载荷下的蠕变特性曲线对比图4。

图4：花旗松不同载荷压缩蠕变曲线对比

实验过程中，试样所施加的载荷是从25KN开始加载，最终达到45KN时，花旗松被破坏掉。在试样承受的载荷方向为弦向，同时径向与弦向的夹角为45°时，试样在施加载荷达到30KN时就迅速进入蠕变第三破坏阶段，因此得出结论：纹理方向也会影响其蠕变特性。

花旗松试样在压缩距离达到5500 m时，才发生明显的破坏，而五桠果试样则在压缩距离达到2500 m时就产生破坏，因此虽然花旗松的密度较小、强度较差但是其韧性较好。此外含水率也是导致两个不同品种试样破坏时极限压缩量不同的一个主要因素，在室温条件下存储运输时，五桠果含水率稳定在了15%～25%之间，而花旗松则稳定在了0%。

通过上述实验可知，花旗松力学性能指标参数因其含水率的变化而产生很大程度的改变；蠕变性质会受荷载时间影响；加载方向与花旗松的纹理方向也会影响其蠕变特性；花旗松在径向和弦向方向上的力学性能相差较大；此外其力学性能还会受到木材各种典型缺陷的影响。

2 钢板板包用木台结构优化技术的研究

花旗松硬度较小，抗冲击性能较差，且压缩后卸载不会回弹，吸水性较强但是干燥较快，综合以上特点对木台的垫木结构进行优化设计。

原有垫木的尺寸分别为：50×70×L、60×90×L、60×95×L或80×100×L，为保证受压方向的稳定性，宽高比的上限一般为1.5。但是根据花旗松的性能特点，需要改变60×95×L的托架规格而且要将宽高比进一步降低为1.25～1.35，以此来提升松木木台的安全系数。因此变更后垫木尺寸为：55×70×L、70×90×L、75×95×L 或 80×100×L。

3 花旗松木台制作后的重量变化对比

使用含水率测量仪以及称重台分别测量试样的含水率，重量以及体积，计算花旗松密度结果如表2。通过理论计算分析材料优化后，钢板打包木台五桠果材料重量为24.33～29.42Kg，使用花旗松后，重量下降为14.27～19.37Kg，重量大大降低，同时通过实验结果及现场使用验证可知花旗松木台抗冲击的安全系数也是可靠的。

表2：花旗松密度计算

4 结论

本文通过与多种木材的用途缺陷及微观组织结构的比较，以减轻木台的重量同时保障木台的使用要求为目标，选用花旗松作为新型板包木台的替用材料。通过局部压缩实验，实际载荷、含水率实验三个实验确定了花旗松材料木托架的最大压缩量，最大承受载荷以及含水率对蠕变的影响等特性，确定了花旗松作为木托架是可靠的。最终通过实际的计算，验证了采用花旗松材料之后的木托架木台的重量是大大降低的。