瓦楞纸箱抗压强度的分析、设计与控制
- 发布时间：2007/2/9 16:23:49
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瓦楞纸箱抗压强度是指在压力试验机均匀施加动态压力下至箱体破损的zui大负荷及变形量。
抗压测试过程分四个阶段：*是预加负荷阶段，确保纸箱与抗压机压板接触；第二是横压线被压下阶段，此时负荷略有增加，变形量变化很大；第三是纸箱侧壁受压阶段，此时负荷增加快，变形量增加缓慢；第四是纸箱被*破坏时，此时为纸箱的压溃点。因为在纸箱的整个承压过程中主要是四个角受力，约占整个受力总量的三分之二，所以在生产过程中，我们应尽量减少对纸箱四个角周围瓦楞的破坏。
纸箱的抗压强度分为有效值与zui终值。抗压测试时力值的变化有时是由慢到快直接至溃点，有的是平稳递加至溃点。在*的抗压测试中我们发现，力值的变化有时有一定的缓冲：即当力值与变形量增加到一定程度后，力值停止而变形量继续增加，经过一段时间以后，力值继续增加，直至纸箱的溃点。我们可以把缓冲前的力值称为有效力值，缓冲前的变形量称为有效变形量。缓冲以后，虽然力值可以继续增加，但是纸箱已开始变形，不能达到使用要求了，所以判定纸箱抗压强度好坏的标准应该是抗压测试时的有效力值。
一般三层Ａ楞箱变形量在１０ｍｍ以下，三层Ｂ楞箱变形量在７ｍｍ以下，三层Ｃ楞箱变形量在９ｍｍ以下，五层ＢＣ楞箱变形量在１８ｍｍ以下，测试力值应达到抗压强度的有效力值。
纸箱的质量越好，抗压强度的有效值越高，有效值和zui终值的偏差越小。分析瓦楞纸箱的抗压强度一般要通过一组多个实验（≥３个）的平均值来表示，每个实验数据之间的偏差越小，纸箱的抗压性能越稳定。我们可以通过力值与变形量的变化过程，结合影响纸箱抗压的各种因素，进一步分析纸箱的质量。
０２０１型瓦楞纸箱抗压强度的快速设计
我国瓦楞纸箱包装业二十多年来有了很大发展，近几年的变化更是日新月异，一些高精尖的科学技术已经运用到行业中来，但由于起步较晚，我们所采用的瓦楞纸箱设计工艺有一些还是沿用国外的，特别是瓦楞纸箱空箱抗压强度的计算方法。国外的公式过于烦琐且不易理解，很难使国内纸箱的价格设计与空箱抗压强度设计结合起来，容易造成原材料的浪费或纸箱成型后抗压方面的质量问题。
为弥补这些不足，增强纸箱制作前抗压强度的可预测性，经过*的测算与验证，我找到了一种用原纸的物理性能计算纸箱空箱抗压强度的简单有效的计算方法，即瓦楞纸箱抗压强度设计的抗氏计算公式，写出来与大家一起探讨。本文只论述此方法中关于０２０１型三层瓦楞纸箱抗压强度设计的部分。
瓦楞纸箱由各层面的瓦楞原纸构成，瓦楞纸箱的抗压强度计算公式是根据原纸的物理性能计算纸箱的抗压强度，看其能否满足要求；也可以根据预定瓦楞纸箱的抗压强度要求，选择适当的瓦楞原纸。
Ｐ＝Ｐｘ．Ｋ
Ｐ——瓦楞纸箱的空箱抗压强度（单位Ｎ）
Ｐｘ——原纸的横向综合环压强度（单位Ｎ／ｃｍ）
三层瓦楞纸板原纸的综合环压强度＝（面纸的环压力值Ｒ１＋里纸的环压力值Ｒ２＋楞纸的环压力值Ｒ３×瓦楞相应的缩率Ｃ）／１５．２
本文所述环压力值均指横向的环压力值（单位Ｎ／０．１５２ｍ），它可以通过测试取得，也可以根据原纸的等级查国标，通过环压指数计算出来。
环压力值Ｒ＝定量Ｗ（单位ｇ／ｍ２）×环压指数ｒ（单位Ｎ．ｍ／ｇ）×０．１５２（单位ｍ）。同种纸张环压力值的测试值与计算值之间有一些差异，一般测试值要比计算值大，这是因为各个纸厂的内控标准要比国标高，两种数据都可以进行抗压强度的计算。
Ｋ——综合环压在纸箱空箱抗压强度中的有效值，计算公式为：
三层Ａ楞Ｋ＝３０．３＋０．２７５Ｚ－０．０００５Z2
三层Ｃ楞Ｋ＝２７．９＋０．２６５Ｚ－０．０００５Z2
三层Ｂ楞Ｋ＝２４．６＋０．２３５Ｚ－０．０００５Z2
综合环压强度与其在纸箱中有效值的乘积即为纸箱的抗压强度。Ｃ代表缩率，Ａ楞的缩率Ｃ＝１．５３２，Ｂ楞的缩率Ｃ＝１．３６１，Ｃ楞的缩率Ｃ＝１．４７７。Ｚ代表纸箱的周长（取值范围７０ｃｍ～２００ｃｍ）。
例１ 某三层Ｃ楞纸箱，周长１２５ｃｍ，面纸、里纸选用Ａ级２５０ｇ／ｍ２箱板纸，楞纸选用Ａ级１７０ｇ／ｍ２高强瓦楞原纸，计算该纸箱所能达到的抗压强度。
解：Ｃ楞的缩率Ｃ＝１．４７７；查国标，面纸、里纸的环压指数为１０．６，楞纸的环压指数为９．２；Ｚ＝１２５。
Ｒ１＝Ｒ２＝２５０×１０．６×０．１５２＝４０３
Ｒ３＝１７０×９．２×０．１５２＝２３８Ｎ
代入公式得
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３×Ｃ）／１５．２×（２７．９＋０．２６５Ｚ－０．０００５Z2）＝（４０３＋４０３＋２３８×１．４７７）／１５．２×（２７．９＋０．２６５×１２５－０．０００５×１２５2）＝７６×５３．２＝４０４３Ｎ
此瓦楞纸箱能够达到４０４３Ｎ的抗压强度。
例２ 某三层Ａ楞纸箱周长为１４８ｃｍ，抗压强度要求为４５００Ｎ，面纸、里纸选用Ｂ级２５０ｇ／ｍ２箱板纸，楞纸选用Ａ级高强瓦楞原纸，计算楞纸应选用的定量。
解：面纸、里纸的环压指数为９．２
设楞纸的定量Ｗ为未知数，Ａ楞缩率Ｃ＝１．５３２，Ｚ＝１４８，Ｐ＝４５００
Ｒ１＝Ｒ２＝２５０×９．２×０．１５２＝３５０
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３×Ｃ）／１５．２×（３０．３＋０．２７５Ｚ－０．０００５Z2）＝
Ｐ（３５０＋３５０＋Ｒ３×１．５３２）／１５．２×（３０．３＋０．２７５×１４８－０．０００５×１４８2）＝４５００
Ｒ３＝２８７
Ｒ３＝Ｗ×９．２×０．１５２＝２８７
Ｗ＝２０５ｇ／ｍ２
该瓦楞纸箱楞纸应选用２０５ｇ／ｍ２的Ａ级高强瓦楞原纸。
我在工作中对凯利卡特公式进行过*的验证，并且通过在其他公司的生产过程中进行测试发现，抗压强度的计算值与纸箱成型后的实测抗压值之间有一定的关系。我所测算的这一套抗压计算公式与凯利卡特公式相对比，两种公式的计算值非常吻合。
需要大家注意的是，即使是用同类纸张进行搭配，因各个公司生产工艺的不同，同规格的纸箱成型后能够达到的抗压强度也不同，有的接近或低于用环压的计算值计算出的抗压强度，有的接近甚至高于用环压的测试值计算出的抗压强度。通过理论上的计算能对生产过程各个工序控制纸箱抗压强度的工作进行指导，排除影响抗压强度的各种因素，提高产品质量，降低生产成本。
影响瓦楞纸箱抗压强度的因素
１．纸箱是由各层面的纸张构成的，纸张的合理搭配是保证纸箱抗压强度的基本条件。
通过各层面纸张物理性能的测试，我们可以初步计算纸箱的抗压强度，然后通过计算出的抗压强度，对生产过程中的各个工序进行纸箱抗压强度的控制。
２．纸张的环压强度是保证纸箱抗压强度的关键，不过纸张其他的物理性能也不容忽视。
纸张特别是楞纸抗张强度不够时，纸箱在抗压测试中会出现力值与变形量一直平稳递加，zui终值很高而有效力值很低，箱体测试后变形如手风琴状的情况。纸张的防水性能也很重要，特别是冷藏箱对纸张的防水性能要求更高，有时虽然纸箱的抗压强度很高，但由于纸张不防水，纸箱存放在冷库中就容易吸潮，造成塌库。
３．纸箱的生产工艺也会对抗压强度造成影响。
通过试验得出，在同样条件下，纸箱的横压线每加宽１ｍｍ，纸箱的抗压强度下降９０Ｎ～１３０Ｎ，变形量增加约２ｍｍ。压线过宽，会造成纸箱在抗压测试时力值增加缓慢，有效力值小，zui终变形量大。为保证抗压强度，我们应尽量改善生产工艺，降低各工序对纸箱抗压强度的影响。
４．根据纸箱箱型选择合适的楞型也很关键。
在人们的意识中，往往认为楞型越大，纸箱的抗压强度越高，容易忽视楞型对变形量的影响。楞型越大，纸箱的抗压强度越大，变形量越大；楞型越小，纸箱的抗压强度越小，变形量越小。如果纸箱过大，楞型却很小，纸箱在抗压测试时就很容易被压溃；纸箱过小，楞型却很大，抗压测试时会造成变形量过大，缓冲过程长，有效力值与zui终力值偏差过大。
５．水分对纸箱抗压强度的影响更不可忽视。
纸箱的生产环境、存放环境、使用环境、天气、气候等因素都会对纸箱的含水量造成影响，为保证纸箱抗压强度，应尽量避免外部环境对纸箱含水量的影响，保持纸箱的干燥。
影响纸箱抗压强度的因素很多，在这里我就不一一论述了。
瓦楞纸箱抗压强度的控制
控制纸箱抗压强度的关键在于系统的质量管理，对于能够出现抗压问题的各个环节应认真研究，严格控制。首先，要了解纸箱的使用环境，以高于客户要求的标准作为自己的内控标准，这样在出现抗压强度问题时就能留有解决问题的余地。其次，根据内控标准选择合适的楞型及生产工艺，制订出原材料的检验标准。zui后，根据内控标准对原材料及各生产工序进行严格控制，并做好相关数据的记录，做到产品质量的可追溯性，以便发现问题能够及时解决，并可杜绝此类问题的再次发生。
作者简介
抗英杰，河北定州人，１９９７年毕业于保定师专美术系，２００１年４月开始在保定市跃进纸箱有限公司任职，主要从事纸箱工艺及质量控制工作。工作期间，她通过对纸箱的尺寸、箱型以及生产工艺等方面的深入研究，在公司内部多次进行工艺改进，得到公司的肯定。
２００３年初，她开始进行抗压强度方面的研究。在一年的时间内先后对国外的抗压理论进行了多次验证，并经过两个多月的计算，终于得出一套瓦楞纸箱抗压计算公式，即瓦楞纸箱的抗氏抗压计算公式。
作者自述：抗压公式诞生记
２００３年６月初，我被调到质管部，负责全面的质量管理工作。记得我刚任职的第二天，就因抗压质量问题接连被退了四车货，当时我都懵了，找到公司*提出辞职，理由是太难了。这时裴总对我说：“要是不难，我们就不让你干这份工作了。”一句话唤醒了我，我决心找出抗压强度不够的原因。
接下来的日子，我几乎查遍了所有的退货和与之相关的记录，经常晚上加班测试到深夜。一个星期下来，我终于把造成抗压质量问题的原因查了个水落石出。后来我把自己学到的抗压理论告诉别人，但因为这些理论大多是国外的，烦琐且不易理解记忆，所以很难让周围的人接受。于是我又下定决心：一定要有自己的、适合中国国情的抗压理论。２００３年下半年，经过两个多月的测算与验证，我得出了现在的抗氏抗压计算公式。因这套公式简单有效，很快就得到公司上下的一致认可。
此公式中包括三层瓦楞纸箱和五层瓦楞纸箱两个部分，共９个公式。因各纸箱企业不会涉及所有的楞型，所以只需选择其中的部分公式即可。
抗压测试过程分四个阶段：*是预加负荷阶段，确保纸箱与抗压机压板接触；第二是横压线被压下阶段，此时负荷略有增加，变形量变化很大；第三是纸箱侧壁受压阶段，此时负荷增加快，变形量增加缓慢；第四是纸箱被*破坏时，此时为纸箱的压溃点。因为在纸箱的整个承压过程中主要是四个角受力，约占整个受力总量的三分之二，所以在生产过程中，我们应尽量减少对纸箱四个角周围瓦楞的破坏。
纸箱的抗压强度分为有效值与zui终值。抗压测试时力值的变化有时是由慢到快直接至溃点，有的是平稳递加至溃点。在*的抗压测试中我们发现，力值的变化有时有一定的缓冲：即当力值与变形量增加到一定程度后，力值停止而变形量继续增加，经过一段时间以后，力值继续增加，直至纸箱的溃点。我们可以把缓冲前的力值称为有效力值，缓冲前的变形量称为有效变形量。缓冲以后，虽然力值可以继续增加，但是纸箱已开始变形，不能达到使用要求了，所以判定纸箱抗压强度好坏的标准应该是抗压测试时的有效力值。
一般三层Ａ楞箱变形量在１０ｍｍ以下，三层Ｂ楞箱变形量在７ｍｍ以下，三层Ｃ楞箱变形量在９ｍｍ以下，五层ＢＣ楞箱变形量在１８ｍｍ以下，测试力值应达到抗压强度的有效力值。
纸箱的质量越好，抗压强度的有效值越高，有效值和zui终值的偏差越小。分析瓦楞纸箱的抗压强度一般要通过一组多个实验（≥３个）的平均值来表示，每个实验数据之间的偏差越小，纸箱的抗压性能越稳定。我们可以通过力值与变形量的变化过程，结合影响纸箱抗压的各种因素，进一步分析纸箱的质量。
０２０１型瓦楞纸箱抗压强度的快速设计
我国瓦楞纸箱包装业二十多年来有了很大发展，近几年的变化更是日新月异，一些高精尖的科学技术已经运用到行业中来，但由于起步较晚，我们所采用的瓦楞纸箱设计工艺有一些还是沿用国外的，特别是瓦楞纸箱空箱抗压强度的计算方法。国外的公式过于烦琐且不易理解，很难使国内纸箱的价格设计与空箱抗压强度设计结合起来，容易造成原材料的浪费或纸箱成型后抗压方面的质量问题。
为弥补这些不足，增强纸箱制作前抗压强度的可预测性，经过*的测算与验证，我找到了一种用原纸的物理性能计算纸箱空箱抗压强度的简单有效的计算方法，即瓦楞纸箱抗压强度设计的抗氏计算公式，写出来与大家一起探讨。本文只论述此方法中关于０２０１型三层瓦楞纸箱抗压强度设计的部分。
瓦楞纸箱由各层面的瓦楞原纸构成，瓦楞纸箱的抗压强度计算公式是根据原纸的物理性能计算纸箱的抗压强度，看其能否满足要求；也可以根据预定瓦楞纸箱的抗压强度要求，选择适当的瓦楞原纸。
Ｐ＝Ｐｘ．Ｋ
Ｐ——瓦楞纸箱的空箱抗压强度（单位Ｎ）
Ｐｘ——原纸的横向综合环压强度（单位Ｎ／ｃｍ）
三层瓦楞纸板原纸的综合环压强度＝（面纸的环压力值Ｒ１＋里纸的环压力值Ｒ２＋楞纸的环压力值Ｒ３×瓦楞相应的缩率Ｃ）／１５．２
本文所述环压力值均指横向的环压力值（单位Ｎ／０．１５２ｍ），它可以通过测试取得，也可以根据原纸的等级查国标，通过环压指数计算出来。
环压力值Ｒ＝定量Ｗ（单位ｇ／ｍ２）×环压指数ｒ（单位Ｎ．ｍ／ｇ）×０．１５２（单位ｍ）。同种纸张环压力值的测试值与计算值之间有一些差异，一般测试值要比计算值大，这是因为各个纸厂的内控标准要比国标高，两种数据都可以进行抗压强度的计算。
Ｋ——综合环压在纸箱空箱抗压强度中的有效值，计算公式为：
三层Ａ楞Ｋ＝３０．３＋０．２７５Ｚ－０．０００５Z2
三层Ｃ楞Ｋ＝２７．９＋０．２６５Ｚ－０．０００５Z2
三层Ｂ楞Ｋ＝２４．６＋０．２３５Ｚ－０．０００５Z2
综合环压强度与其在纸箱中有效值的乘积即为纸箱的抗压强度。Ｃ代表缩率，Ａ楞的缩率Ｃ＝１．５３２，Ｂ楞的缩率Ｃ＝１．３６１，Ｃ楞的缩率Ｃ＝１．４７７。Ｚ代表纸箱的周长（取值范围７０ｃｍ～２００ｃｍ）。
例１ 某三层Ｃ楞纸箱，周长１２５ｃｍ，面纸、里纸选用Ａ级２５０ｇ／ｍ２箱板纸，楞纸选用Ａ级１７０ｇ／ｍ２高强瓦楞原纸，计算该纸箱所能达到的抗压强度。
解：Ｃ楞的缩率Ｃ＝１．４７７；查国标，面纸、里纸的环压指数为１０．６，楞纸的环压指数为９．２；Ｚ＝１２５。
Ｒ１＝Ｒ２＝２５０×１０．６×０．１５２＝４０３
Ｒ３＝１７０×９．２×０．１５２＝２３８Ｎ
代入公式得
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３×Ｃ）／１５．２×（２７．９＋０．２６５Ｚ－０．０００５Z2）＝（４０３＋４０３＋２３８×１．４７７）／１５．２×（２７．９＋０．２６５×１２５－０．０００５×１２５2）＝７６×５３．２＝４０４３Ｎ
此瓦楞纸箱能够达到４０４３Ｎ的抗压强度。
例２ 某三层Ａ楞纸箱周长为１４８ｃｍ，抗压强度要求为４５００Ｎ，面纸、里纸选用Ｂ级２５０ｇ／ｍ２箱板纸，楞纸选用Ａ级高强瓦楞原纸，计算楞纸应选用的定量。
解：面纸、里纸的环压指数为９．２
设楞纸的定量Ｗ为未知数，Ａ楞缩率Ｃ＝１．５３２，Ｚ＝１４８，Ｐ＝４５００
Ｒ１＝Ｒ２＝２５０×９．２×０．１５２＝３５０
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３×Ｃ）／１５．２×（３０．３＋０．２７５Ｚ－０．０００５Z2）＝
Ｐ（３５０＋３５０＋Ｒ３×１．５３２）／１５．２×（３０．３＋０．２７５×１４８－０．０００５×１４８2）＝４５００
Ｒ３＝２８７
Ｒ３＝Ｗ×９．２×０．１５２＝２８７
Ｗ＝２０５ｇ／ｍ２
该瓦楞纸箱楞纸应选用２０５ｇ／ｍ２的Ａ级高强瓦楞原纸。
我在工作中对凯利卡特公式进行过*的验证，并且通过在其他公司的生产过程中进行测试发现，抗压强度的计算值与纸箱成型后的实测抗压值之间有一定的关系。我所测算的这一套抗压计算公式与凯利卡特公式相对比，两种公式的计算值非常吻合。
需要大家注意的是，即使是用同类纸张进行搭配，因各个公司生产工艺的不同，同规格的纸箱成型后能够达到的抗压强度也不同，有的接近或低于用环压的计算值计算出的抗压强度，有的接近甚至高于用环压的测试值计算出的抗压强度。通过理论上的计算能对生产过程各个工序控制纸箱抗压强度的工作进行指导，排除影响抗压强度的各种因素，提高产品质量，降低生产成本。
影响瓦楞纸箱抗压强度的因素
１．纸箱是由各层面的纸张构成的，纸张的合理搭配是保证纸箱抗压强度的基本条件。
通过各层面纸张物理性能的测试，我们可以初步计算纸箱的抗压强度，然后通过计算出的抗压强度，对生产过程中的各个工序进行纸箱抗压强度的控制。
２．纸张的环压强度是保证纸箱抗压强度的关键，不过纸张其他的物理性能也不容忽视。
纸张特别是楞纸抗张强度不够时，纸箱在抗压测试中会出现力值与变形量一直平稳递加，zui终值很高而有效力值很低，箱体测试后变形如手风琴状的情况。纸张的防水性能也很重要，特别是冷藏箱对纸张的防水性能要求更高，有时虽然纸箱的抗压强度很高，但由于纸张不防水，纸箱存放在冷库中就容易吸潮，造成塌库。
３．纸箱的生产工艺也会对抗压强度造成影响。
通过试验得出，在同样条件下，纸箱的横压线每加宽１ｍｍ，纸箱的抗压强度下降９０Ｎ～１３０Ｎ，变形量增加约２ｍｍ。压线过宽，会造成纸箱在抗压测试时力值增加缓慢，有效力值小，zui终变形量大。为保证抗压强度，我们应尽量改善生产工艺，降低各工序对纸箱抗压强度的影响。
４．根据纸箱箱型选择合适的楞型也很关键。
在人们的意识中，往往认为楞型越大，纸箱的抗压强度越高，容易忽视楞型对变形量的影响。楞型越大，纸箱的抗压强度越大，变形量越大；楞型越小，纸箱的抗压强度越小，变形量越小。如果纸箱过大，楞型却很小，纸箱在抗压测试时就很容易被压溃；纸箱过小，楞型却很大，抗压测试时会造成变形量过大，缓冲过程长，有效力值与zui终力值偏差过大。
５．水分对纸箱抗压强度的影响更不可忽视。
纸箱的生产环境、存放环境、使用环境、天气、气候等因素都会对纸箱的含水量造成影响，为保证纸箱抗压强度，应尽量避免外部环境对纸箱含水量的影响，保持纸箱的干燥。
影响纸箱抗压强度的因素很多，在这里我就不一一论述了。
瓦楞纸箱抗压强度的控制
控制纸箱抗压强度的关键在于系统的质量管理，对于能够出现抗压问题的各个环节应认真研究，严格控制。首先，要了解纸箱的使用环境，以高于客户要求的标准作为自己的内控标准，这样在出现抗压强度问题时就能留有解决问题的余地。其次，根据内控标准选择合适的楞型及生产工艺，制订出原材料的检验标准。zui后，根据内控标准对原材料及各生产工序进行严格控制，并做好相关数据的记录，做到产品质量的可追溯性，以便发现问题能够及时解决，并可杜绝此类问题的再次发生。
作者简介
抗英杰，河北定州人，１９９７年毕业于保定师专美术系，２００１年４月开始在保定市跃进纸箱有限公司任职，主要从事纸箱工艺及质量控制工作。工作期间，她通过对纸箱的尺寸、箱型以及生产工艺等方面的深入研究，在公司内部多次进行工艺改进，得到公司的肯定。
２００３年初，她开始进行抗压强度方面的研究。在一年的时间内先后对国外的抗压理论进行了多次验证，并经过两个多月的计算，终于得出一套瓦楞纸箱抗压计算公式，即瓦楞纸箱的抗氏抗压计算公式。
作者自述：抗压公式诞生记
２００３年６月初，我被调到质管部，负责全面的质量管理工作。记得我刚任职的第二天，就因抗压质量问题接连被退了四车货，当时我都懵了，找到公司*提出辞职，理由是太难了。这时裴总对我说：“要是不难，我们就不让你干这份工作了。”一句话唤醒了我，我决心找出抗压强度不够的原因。
接下来的日子，我几乎查遍了所有的退货和与之相关的记录，经常晚上加班测试到深夜。一个星期下来，我终于把造成抗压质量问题的原因查了个水落石出。后来我把自己学到的抗压理论告诉别人，但因为这些理论大多是国外的，烦琐且不易理解记忆，所以很难让周围的人接受。于是我又下定决心：一定要有自己的、适合中国国情的抗压理论。２００３年下半年，经过两个多月的测算与验证，我得出了现在的抗氏抗压计算公式。因这套公式简单有效，很快就得到公司上下的一致认可。
此公式中包括三层瓦楞纸箱和五层瓦楞纸箱两个部分，共９个公式。因各纸箱企业不会涉及所有的楞型，所以只需选择其中的部分公式即可。
作者：保定市跃进纸箱有限公司 抗英杰