УПАКОВОЧНЫЙ УГОЛОК

Предлагаемая полезная модель относится к упаковочной технике и может быть использована в конструкции устройства упаковки для защиты массивных изделий (грузов) от повреждений при проведении погрузочно-разгрузочных работ, транспортировании и хранении. Например, металлопроката: рулоны и пачки металла, сэндвич-панели, при упаковке грузов в паллетах и т.д. Конструктив предназначен для обеспечения бездефектности при транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах и хранении. Упаковочный уголок является конструктивным элементом общей упаковочной конструкции.
Известны уголки картонные, представляющие собой Г образный профиль применяемые для защиты ребер изделия при транспортировании и хранении. Известны картонные уголки сгибающиеся, предназначенные для защиты наружных и внутренних краев рулонных материалов. [Л1]
Недостатком уголков из картона является низкая влагостойкость, особенно у перфорированных уголков, уголки размокают и теряют свои защитные свойства. Так же недостатком является их низкая прочность по сравнению с пластиковыми уголками.
Известны уголки из гофропластика, представляющие собой Г образный профиль, предназначены для защиты ребер изделия при транспортировании и хранении. Известны уголки из гофропластика сгибающиеся, предназначенные для защиты наружных и внутренних краев рулонных материалов. [Л2]
Недостатком уголков из гофропластика является сравнительно низкие физико-механические свойства.
Известен защитный профиль имеющий в своем поперечном сечении утолщения и более тонкие участки. [Л3]
Все указанные выше элементы имеют следующие недостатки. Учитывая, что уголок служит для защиты ребер изделий и не является несущим элементом, при механических воздействиях на защищаемое изделие, в местах установки уголка, давление на последний могут изменяться на порядок в зависимости от угла приложения силы. Кроме этого будет изменяться соотношение сдвиговых деформаций, деформаций сжатия и разрывных деформаций. Полки известных указанных уголков выполнены либо равнотолщинными, либо имеют одинаковые площади сечения от вершины уголка до краев его полок, поэтому либо, при минимальной материалоемкости и стоимости они будут обеспечивать низкий уровень защиты вершины угла, либо увеличение степени защиты на вершине уголка приведет к резкому увеличению материалоемкости и стоимости.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели принимаем защитный профиль по [Л3].
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в обеспечении максимального уровня защиты углов изделий (грузов) от повреждений при минимальной материалоемкости и стоимости упаковки.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что, утолщения расположены на участках полок, непосредственно прилегающих к вершине уголка.
Полезная модель работает следующим образом. Рассматриваемая упаковка не является несущей. Вес защищаемых изделий (грузов) сравнительно большой и составляет обычно 0,5÷20 т, поэтому в момент удара соответствующий участок уголка начинает деформироваться. Сначала упруго, а затем пластически. Задача уголка демпфировать удар без повреждения защищаемого изделия. Для этого необходимо выполнение двух условий:
а) модуль упругости уголка должен быть меньше приведенного модуля упругости защищаемого изделия в месте установки уголка;
b) после удара соответствующий участок уголка не должен иметь сквозных пробоев или разрывов.
В зависимости от угла удара будет изменяться площадь уголка, демпфирующая удар. При этом минимальная площадь уголка, воспринимающая нагрузку и, следовательно, максимальное давление на уголок обычно возникает при ударах, направление которых близко к биссектрисе защищаемого угла. Кроме этого при изменении угла удара будет происходить и перераспределение характера пластических деформаций. Как правило максимальная часть сдвиговых деформаций приходится также на удар по биссектрисе защищаемого угла. При изменении угла удара происходит перераспределение усилий и при демпфировании удара увеличивается деформация сжатия с уменьшением деформаций сдвига. При уменьшении угла между плоскостью защищаемого изделия и направлением удара менее 45° возрастает риск возникновения разрывных деформаций уголка.
Конструктивные особенности изделий могут изменять указанные соотношения. Например, при намотке рулона стали наружные витки по внешнему или внутреннему диаметру рулона могут быть намотаны с некоторым смещением. В этом случае максимальное давление на уголок и максимальная часть сдвиговых деформаций будет возникать на начальном этапе деформации уголка при ударе вдоль оси рулона. В дальнейшем, если толщина полки уголка больше величины сдвига в месте удара, соотношения деформаций перераспределяется в соответствии с изложенным выше.
Учитывая требуемые соотношения модулей упругости наибольшая толщина уголка должна быть в местах максимальных давлений и сдвиговых деформаций.
Как правило, достаточно хорошо известны возможные траектории движения грузов и грузозахватных механизмов, а так же геометрические особенности изделий в местах установки уголка. Численные значения усилий или энергий возможных ударов известны с весьма большими погрешностями, поэтому конкретные параметры уголков (геометрические размеры и физико-механические свойства) как правило определяют следующим образом:
Модуль упругости уголка должен быть максимально возможным, но меньше приведенного модуля упругости изделия в месте установки уголка, при всех возможных разбросах свойств материала уголка, защищаемого изделия, изменениях климатических условий и т.д. Толщина вершины уголка и прилегающих к ней участков полок уголка должна обеспечивать отсутствие сквозных пробоев или разрывов после удара.
Значения прочности материалов (пластмассы, картон и т.д.) при сдвиговых деформациях обычно меньше, чем при деформациях сжатия. Исходя из приведенных выше соображений, изготавливают несколько макетных образцов уголка, которые проверяют на стенде. Отсеивают заведомо неприемлемые варианты. После этого производят пробные упаковки изделий, по результатам которых делают вывод о целесообразности использования той или иной конструкции уголка. При этом учитывают надежностные и экономические показатели.
Вид упаковочного уголка приведен на Фиг.1.
Ширину полок уголка а1 и а2 выбирают из следующих соображений:
А) удобства установки при упаковке и надежности их фиксации при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании;
Б) В случаях когда уголки являются одним из элементов общей упаковки изделий при выборе параметров а1 и а2 необходимо учитывать и дискретность размеров других элементов упаковки, прилегающих к полкам уголков. Как правило, размеры полок уголков изменяются от 50 до 150 мм.
Толщины d11 и d21 должны обеспечивать сохранение формы уголка при их транспортировании и хранении, удобство установки уголков их надежную фиксацию на изделии и обычно составляют 1÷3 мм.
С точки зрения технологичности производства, обеспечения сохранности формы уголка и надежности его фиксации на защищаемом изделии минимальный размер b (Фиг.1) как правило равен величине d (Фиг.1). Максимальная величина b (Фиг.1) обычно не превышает 10d. Это условие соответствует удару под углом около 5° от перпендикуляра к соответствующей плоскости с энергией, деформирующей уголок на величину d12 (Фиг.1). Дальнейшее увеличение b не имеет смысла, т.к. в этом случае необходимо принимать отдельные меры по защите плоскости. При выборе конкретных значений из указанного диапазона учитывают размеры полок уголков, качество поверхностей, к которым прилегают уголки, общую конструкцию упаковки изделий и т.д. При разнополочных уголках d12≤b1≤10d12; d22≤b2≤10d22; величина d12 и d22 определяется из условия отсутствия сквозных пробоев при типовых ударах. При наличии у защищаемого изделия выступающих кромок толщина, как правило, должна быть больше размера выступа.
Величина с1, с2 определяется в основном технологическими особенностями производства, обычно составляет (d12-d11)≤с1≤5(d12-d11); (d22-d21)≤с2≤5(d22-d21).
Из опыта применения упаковочных уголков, их размеры, достаточные для обеспечения требуемого уровня защиты изделий и удобства упаковки, изменяются в следующих диапазонах: утолщения - 2÷6 мм; тонкая часть 1÷3 мм, ширина полок 50÷150 мм.
Как правило, для упаковки типовых грузов, имеющих одинаковые поверхности в местах в местах установки уголков, применяют уголки с одинаковыми геометрическими размерами обоих полок (равнополочные).
В случаях когда полки уголков прилегают к разнотипным поверхностям целесообразно применение разнополочных уголков. Например, при упаковке пачек металла их верхняя и нижняя поверхности являются гладкими, а торцевые поверхности - ребристые за счет неравномерности укладки листов.
Составляющая сдвиговых деформаций на торцевых поверхностях будет увеличена. Кроме этого траектории движения пачек при погрузочно-разгрузочных работах таковы, что максимальная вероятность возникновения удара и максимальные значения энергии ударов приходятся на торцевые поверхности пачек. Поэтому следует увеличить толщину полки уголка, прилегающую к торцу пачки, например, d11 и b12 и величину b1. Напротив, полка уголка, прилегающая к верхней или нижней плоскости пачки испытывает минимальные сдвиговые деформации и минимальные вероятности возникновения ударных нагрузок. Поэтому размеры утолщений d22 и b2 могут быть сведены к минимуму, а ширина данной полки уголка а2 (Фиг.1) может быть увеличена за счет тонкой его части. В этом случае при установке уголок ложится на пачку без дополнительной фиксации.
С целью обеспечения возможности сгибания уголка, например, по радиусу при установке на рулоне, одну из полок уголка перфорируют. Пример, установки уголка на рулонной продукции приведен на Фиг.2.
При упаковке изделий с применением уголков необходимо обеспечивать максимально плотное прилегание внутренней поверхности уголка к защищаемому изделию. Это позволяет снизить риск возникновения разрывных деформаций. Поэтому в зависимости от вида защищаемого ребра изделия, внутренняя вершина уголка в поперечном сечении может быть выполнена по радиусу или гиперболе. При этом, исходя из необходимости обеспечения требуемой толщины уголка, внешняя поверхность вершины уголка в поперечном сечении может иметь угол или радиус или гиперболу.
При использовании уголков для защиты кромок металла (рулоны, пачки) особенно черного проката, в материал уголков могут быть внедрены ингибиторы коррозии. Известны [Л4] ингибиторы коррозии (ИК) вещества снижающие скорость коррозии. Применяются для антикоррозийной защиты материалов, главным образом металлов. Характерной особенностью ИК является эффективность их от малых концентраций (доли %) до достаточно высоких (единицы %). ИК широко используются для защиты металлов или конструкций во время хранения и транспортировки. Защитные действия ИК определяются их способностью изменять кинетику электрохимических реакций, обуславливающих коррозийный процесс. К ИК относятся хроматы, нитраты, соли мышьяка, висмута, гидроцин, сульфат натрия и т.д. При действии их (ИК) металл переходит в пассивное, устойчивое состояние. Широко применяются летучие ИК. С целью экономии затрат ингибиторы коррозии могут быть внедрены в слои, ламинирующие внутреннюю поверхность уголка. В качестве таких слоев может быть использована бумага или крепированная бумага. С целью улучшения технологичности изготовления уголков может использоваться ламинированная бумага, обычная или крепированная. В этом случае ламинированный слой бумаги соединяется с внутренней поверхностью уголка. Может быть предложена также полимерная пленка с ингибитором коррозии.
С точки зрения удобства упаковки бывает необходимо увеличить поперечную и/или продольную жесткость полки/полок уголка. Для того, чтобы это сделать без существенного повышения затрат применяют ребра жесткости, соответственно поперечные или продольные. Могут применяться также и продольно - поперечные ребра жесткости.
Применение вспененых пластиков позволяет решить следующие задачи: снижение модуля упругости до требуемого уровня; снижение веса уголка и, следовательно затрат на его производство и стоимость упаковки; повышение продольной и поперечной изгибной жесткости за счет увеличения толщины полок без увеличения затрат на материалы.
Основными материалами для изготовления уголков являются пластики, эластомеры и картоны. С целью повышения влагостойкости картонные уголки могут быть выполнены парафинированными или ламинированными полимерной пленкой или алюминиевой фольгой.
Как правило, используют уголки с равнотолщинными участками полок, прилегающих к вершине и плавным переходом к тонкому участку. В отдельных случаях, например, при упаковке мягких, легких материалов, например, вспененных полистиролов, могут применяться облегченные конструкции уголков. В этом случае равнотолщинный участок отсутствует и от вершины уголка начинается плавный переход к тонкому участку. В отдельных случаях, если модуль упругости уголка заведомо меньше (в 2 и более раз) приведенного модуля упругости изделия, допустим ступенчатый переход к тонкой части.
Обычно, утолщения выполняют со стороны внутренних поверхностей полок уголка, как показано на Фиг.1. Это делается для снижения риска возникновения разрывных деформаций при ударах по касательной. Для случаев упаковки деликатной продукции, когда подобные утолщения могут травмировать защищаемое изделие, утолщения выносят на наружные поверхности полок уголка, а внутренние остается гладкими. Возможны также компромиссные решения, когда утолщения выносят одновременно и на внешние и на внутренние поверхности полок уголка.
Предлагаемый упаковочный уголок неизвестен из уровня техники, в производстве широко применим для обеспечения лучшей сохранности изделий при минимальных затратах, особенно плоского проката черного металла.
Предложенная полезная модель устраняет недостатки известных решений, отличается новизной, обеспечивает при этом сохранность изделий при транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах и хранении.
Предложенная полезная модель широко применима в устройствах упаковки для защиты изделий (грузов) от повреждений при погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании и хранении.
Список литературы:
1. Сайт «Клинский комбинат картонной упаковки» http://upaktara.ru/product/u.html;
2. Сайт Магнитогорского завода пластиковой упаковки «Алькор» http://www.alkor-centr.ru/prod/promyshlennaja-upakovka.html;
3. Патент №25883 С1, кл. B65D 81/02, опубликовано 27.10.2002 г. Бюл №30;
4. Сборник «Коррозия и защита от коррозии», Т1., М,1971 г., «Итоги науки» Розенфельд И.Л..