ОДНОРАЗОВАЯ ТАРА ДЛЯ МАЛЫХ ГРУЗОВ

Изобретение относится к области хранения и транспортирования грузов, и может быть использовано при разработке конструкции тары для хранения и транспортирования грузов, преимущественно для одноразовой тары.
Известны тарные ящики WO9521774 (Collapsible pallet box), EP0681964 (Collapsible palletized container), FR2175896 (Collapsible container and assembly method therefor), W09519302 (Insulating foldable box for transportation and packagin purposes) по которым, конструкция тары включает в себя поддон, с установленным или укрепленным на нем элементом, составляющем дно тары, четыре боковых стенки, снабженные усилителями по боковым граням или без них, а так же, крышку. При этом все стенки, а также дно и крышка тары изготовлены из древесноволокнистого материала или картона, а усилители выполнены из материала на основе бумаги или дерева. Все детали тары соединенные вместе и составляют единый силовой каркас, т.е. могут воспринимать нагрузку от помещенного в них содержимого, а также нагрузку от верхних тарных ящиков, при складировании их в штабель. Тарный ящик может скрепляться обандероливающей лентой, для удержания крышки от смещения и сохранения неизменности размеров и формы силового каркаса ящика при транспортировке и хранении. Все детали соединяют между собой металлическими скрепляющими элементами, скобами. Тара может хранится перед использованием в разобранном или сложенном виде, а при необходимости использования по назначению приводится в рабочее состояние.
Недостатком приведенных конструкций тарных ящиков является высокая стоимость изготовления из за сложности конструкции, в частности обеспечивающей складывание боковых стенок при складировании или транспортировании без груза.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является изобретение по патенту ЕР0894727 (Releasable and stackable container), пo которому тара состоит из деревянного поддона, на котором установлено днище тарного ящика, которое состоит из четырех уголков установленных по периметру днища ящика и скрепленных между собой. Внутрь каркаса из уголков устанавливают лист из материала на основе бумаги и крепят его к деталям каркаса дна. В углы дна устанавливают и крепят с помощью скоб,
вертикально четыре уголка из материала на основе бумаги и листы материала на основе бумаги по размерам боковых граней ящика. Крышка тарного ящика, конструктивно, выполнена аналогична днищу и ее устанавливают сверху ящика, так, что бы она охватывала периметр верха тарного ящика. Вся конструкция может крепится обандероливающей лентой вкруговую захватывая детали поддона и крышки тарного ящика, с целю предотвращения смещений деталей тарного ящика при хранении и транспортировке.
Недостатком данной конструкции является невысокая вероятность получения гарантированной прочности конструкции из-за того, что крепление силовых элементов между собой производится произвольно, а именно, по патенту не задаются расстояния между скобами, способы их ориентации при креплении, количество скоб, например на единицу длины крепящегося элемента.
Заявляемое устройство, одноразовая тара для малых грузов (см. фиг.1) состоит, так же как и прототип, из щитов дна 9 и крышки 4 и четырех боковых щитов 2, и поддона 1, причем, щиты дна и крышки составлены из четырех уголков 6 выполненных из материала на основе бумаги и перекрывающего листа из материала на основе бумаги. Уголки соединяются по углам без нахлеста, для чего, обрезаются по обеим торцам на угол 45 градусов по горизонтальной полке. При этом, преимущественная величина угла, на который обрезается полка уголка силового каркаса щита крышки равна 45 градусам, однако возможны отклонения этого размера в обе стороны на величину±30%. В случае наличия отклонений от угла 45 градусов, уголки, в комплект щита подбираются методом селективной сборки. При соединении уголков каркаса скобами, они проставляются по срезанной на угол 45 градусов полке, поперек линии соединения, так, чтобы скоба захватывала обе кромки соединяемых полок уголков. Количество скоб на один такой стык выбирается из диапазона 1...6, в зависимости от требований к прочности каркаса.
Силовой каркас щитов выполнен из картонных уголков (материал на основе бумаги), ширина полки которых выбрана из условия достаточной прочности тары в целом при нагружении ее укладываемыми внутрь деталями и изделиями, а также при установке ящиков в штабель, при условии, что создаваемая штабелем нагрузка не превышает расчетную. Размер полки уголка выбран из диапазона 30...100 мм, при этом если ширину полки уголка выбрать менее 30 мм, то прочность и устойчивость тарного ящика оказывается не достаточной для надежного хранения и транспортирования изделий. В том случае, если ширину полки уголка выбирают более чем 100 мм, стоимость конструкции становится избыточной для ее одноразового использования. Толщина полки картонного уголка составляющего основную часть силового каркаса тары выбрана из диапазона 3...8 мм. Если толщину полки выбрать менее 3 мм, то устойчивость конструкции не позволяет ей
выдерживать нагрузки вызываемые хранением и транспортированием изделий. В случае, если толщина полки картонного уголка будет более 8 мм, то габаритные размеры и вес тары, а значит и стоимость тары становятся избыточными и не могут устроить пользователя одноразовой тары.
Толщина листа из древесноволокнистого материала, перекрывающего силовой каркас каждого из щитов тарного ящика для обеспечения сплошности стенки, выбрана из диапазона 3...8 мм. При этом толщина листа не может быть произвольной и определяется нормальным рядом размеров толщин листов согласно ТУ предприятия выпускающего этот материал. В указанный диапазон толщины листа укладываются все размеры выпускаемых аналогичных материалов.
В тех случаях, когда по условиям хранения изделий в тарном ящике, для него требуется более высокая прочность на сжатие в вертикальном направлении, например при хранении в штабеле, боковые щиты могут выполнятся так, что в силовой каркас бокового щита укладывают два слоя листов из древесноволокнистого материала. Это позволяет исключить смятие боковых стенок и нарушение условий хранения изделий.
Все детали тарного ящика собираются при помощи металлических скоб или металлических гвоздей. Размер металлических скоб определяется условиями нагружения силового каркаса тары при хранении и транспортировке. В заявляемом техническом решении толщина полосы из которой изготовлена металлическая скоба выбрана из диапазона 0,5...3 мм, ширина полосы выбрана из диапазона 1...6 мм, а ширина скобы в целом выбрана из диапазона 10...50 мм. При этом, в пределах указанных диапазонов, размеры скобы выбирались в соответствие с нормальным рядом размеров по ТУ предприятий изготовителей. Расстояние между скобами, при соединении деталей щитов тары выбрано из диапазона 50...300 мм, кроме случаев, когда условия проставления скоб специально оговариваются. Количество скоб на длине детали каркаса определяет его устойчивость, т.е. сохранение геометрических размеров при приложении нагрузки. При сокращении расстояния между скобами менее 50 мм резко увеличивается трудоемкость процесса, т.к. близко расположенные скобы мешают работе инструмента, а при увеличении этого расстояния более 300 мм возможны появления местных вспучиваний стенок при приложении рассчетной нагрузки от штабеля.
Заявляемая конструкция ящичной тары является типовой и в зависимости от потребности ее реальные размеры могут изменятся по всем трем координатам. Типоразмеры задаются ТУ предприятия изготовителя и согласовываются с предприятиями потребителями. Для различных типоразмеров одноразовой тары количество скоб на длине соединения
деталей силового каркаса или щита, составляющего силовой каркас может вычислятся по формуле:
L=B/(50÷300) мм; где:
L - расстояние между скобами по длине соединения деталей;
В - длина соединения деталей.
При изготовлении одноразовой тары вместо металлических скоб могут быть использованы металлические гвозди, по крайней мере в тех соединениях, которые позволяют это сделать, например при креплении щита дна к поддону. В этом случае, диаметр проволоки гвоздя выбирают из диапазона 1÷5 мм, диаметр головки гвоздя выбран из диапазона 2÷8 мм, Длина гвоздя выбрана из диапазона 15...100 мм, величина загиба гвоздя при забивании, выбрана из диапазона 10÷50 мм. В пределах указанных диапазонов, размеры гвоздей выбирались в соответствие с нормальным рядом размеров по ТУ предприятий изготовителей.
Размер щита дна тары выполняется меньше или равным соответствующему размеру поддона на который он устанавливается. Это сделано для того, чтобы избежать деформаций дна тары при нагружении и разрушения ее вследствие этого.
На собранный силовой каркас тарного ящика, включающий в себя боковые, торцовые щиты, щиты дна, крышки и поддон, устанавливают обандероливающую стальную ленту в два ряда по центру, а расстоянием между лентами выбирают из диапазона 200÷500 мм, ширину ленты выбирают из диапазона 5÷30 мм, усилия стягивания ленты определяют по формуле:
1
F=F+(5÷30)%; где:
F - полное усилие затягивания;
1
F - усилие затягивания до полного выбора слабины ленты.
Обандероливающая лента является элементом силового каркаса тары. Она предотвращает смещение деталей тары при транспортировке и нарушение схемы нагружения тары внешними и внутренними нагрузками. Например, это может быть нарушение равномерности распределения давления верхнего ящика в штабеле на нижний из за перекоса положения крышки нижнего ящика.
Количество лент на одном ящике не более двух, установленных симметрично относительно центра ящика на расстоянии достаточном для удержания тарного ящика от перекосов с помощью усилия затяжки лент. Усилие рассчитано из условия минимального смятия деталей закрепляемой тары при оговоренном, максимальном усилии затягивания.
Щиты крышки и дна могут быть дополнительно снабжены усиливающими уголками 8 из материала на основе бумаги, которые устанавливают по вертикальным граням щитов,
снаружи, и крепят к деталям щита металлическими скобами, количество скоб для крепления одного уголка выбирают из диапазона 2÷8, при этом длина усиливающего уголка выбрана из условия:
1
L=L-10%, где:
L - длина усиливающего уголка из материала на основе бумаги:
1
L- длина вертикальной боковой полки уголка щита дна или крышки.
Усиливающие уголки позволяют избежать разрушения соединения уголков силового каркаса тары при экстремальных внешних нагрузках при транспортировании и являются дополнительными элементами увеличивающими вероятность сохранения тарой своих размеров при эксплуатации. Металлические скобы проставляются на полки усиливающих уголков так, что бы они соединяли усиливающий уголок с деталями силового каркаса тары, увеличивая сопротивление последнего сдвигающим нагрузкам. Минимальное количество скоб при креплении дополнительного уголка при креплении к деталям каркаса тары выбрано из условия обеспечения плотного прилегания его к остальным деталям тары, а максимальное количество 8 шт, выбрано из тех соображений, что простановка скоб вызывает кроме увеличения прочности сцепления соединяемых деталей, еще и появление на их поверхности дополнительных отверстий, и при их количестве более 4 на сторону дополнительного уголка вероятность его разрушения может вырасти.
Длина усиливающего уголка выбрана из условия полного перекрытия внешнего угла соединяемого щита дна или крышки, с некоторым запасом, требуемом для компенсации возможных погрешностей установки уголка.
Металлические скобы проставляются на детали одноразовой тары таким образом, что бы они воспринимали действующую на них нагрузку наиболее эффективным образом. Скобы ориентируются на детали тары своей длиной по направлению максимального усилия действующего на скрепляемые детали при хранении и транспортировке, с возможным отклонением от этого направления в обе стороны на угол, не превышающий 45 градусов. т.е. не более, чем направление главных напряжений, находимых как векторная сумма Действующих продольных и касательных напряжений в области простановки скобы.
В тех случаях, когда упаковке подлежит изделие большой массы, способной разрушить лист щита дна собственным весом за счет неизбежных сдвигов при транспортировке, например двигатель внутреннего сгорания автомобиля, целесообразно его устанавливать непосредственно на поддон, закрепляя например болтовым соединением, (см. фиг.2) Крышка тары устанавливается на собранные боковые щиты и скрепляется с ними металлическими скобами. Вся конструкция устанавливается на поддон, укрывая двигатель полностью, без щелей и зазоров, после чего она крепится к деталям поддона накладными
уголками 9 из материала на основе бумаги. При этом сортамент уголка выбирают равным использованному при изготовлении каркаса одноразовой тары, а длину уголков выбирают из диапазона 100÷400 мм. Крепление накладных уголков к тарному ящику и поддону проводят с помощью металлических скоб, количество которых выбирают из диапазона 4÷12, на один уголок.
В тех случаях, когда упаковке подлежит изделие с развитым рельефом и его установка непосредственно на поддон невозможна, т.к. оно контактирует в плоскостью не более чем несколькими точками на которые приходится весь вес изделия, что может привести к быстрому разрушению тары в целом, например задний или передний мост легкового автомобиля в сборе (см. фиг.3), то внутрь одноразовой тары устанавливают деревянный каркас, состоящий их двух поясов 11 и 12, которые в свою очередь состоят из брусков связанных в силовой горизонтальный каркас, поперечинами, при этом в поперечинах верхнего пояса выполняют вырезы в форме ложементов, размеры которых повторяют контактные размеры укладываемых изделий, расстояние между поясами деревянного каркаса фиксируется подставками 10 высота которых определяется размерами выступов в нижней части упаковываемых изделий, а изделие крепится к деталям каркаса болтами.
Внешний габаритный размер каркаса равен внутреннему размеру одноразовой тары и выполнен таким образом, что бы каркас свободно устанавливался внутрь тарного ящика. Нижний пояс каркаса 11 может крепится к дну тары болтовыми соединениями. Стойки каркаса 10 имеют высоту достаточную для того, чтобы упаковываемое изделие расположилось на каркасе не касаясь дна тары более чем одной областью в центральной части изделия. Вторая часть каркаса 12 снабжена вырезами по форме ложементов, а изделие может либо непосредственно крепится к деталям каркаса болтовыми соединениями, либо прижиматься к деталям каркаса с ложементами ответной частью каркаса в виде аналогичного изделия также снабженного вырезами в форме ложементов и эти части каркаса уже стягиваются болтовыми соединениями.
Одноразовая тара может поставляться заказчику в собранном виде, без простановки обандероливающей ленты, или в разобранном виде. В случае поставки в разобранном виде, который предпочтительнее для заказчика, т.к. существенно сокращаются транспортные расходы при поставке тары, в тарный комплект входят: собранные щиты дна и крышки и комплект для сборки боковых щитов, или все щиты поставляются в полностью разобранном виде, а собираются на площадях заказчика непосредственно перед упаковкой изделий.
Технический результат заявляемого технического решения.
Технический результат заключается в повышении прочности и надежности конструкции одноразовой тары, а так же в улучшении основных эксплуатационных характеристик ящиков, при хранении и перевозке в штабеле, по сравнению с известными аналогами. Кроме этого, себестоимость заявляемой конструкции тарного ящика на 10...20% ниже. То есть, технический результат прямо вытекает из заявленной в формуле полезной модели цели технического решения, а степень достижения цели доказана результатами сравнительных испытаний.
Для подтверждения достоверности полученного технического результата проводили натурные сравнительные испытания заявляемого технического решения и одноразовой тары изготовленной в соответствие с известной конструкцией прототипа ЕР0894727 (Releasable and stackable container).
Заявляемое техническое решение изготовляли в трех вариантах.
1. Первый вариант заявляемого технического решения был изготовлен в соответствии с формулой полезной модели, причем в качестве основных размеров принимали середину указанных в формуле полезной модели диапазонов размеров, а именно:
- толщина древесноволокнистого листа выбрана - 6 мм
- ширина полки прессованного уголка из материала на основе бумаги выбрана равной - 72 мм
- толщина полки прессованного уголка из материала на основе бумаги выбрана равной - 4 мм
- толщина полосы, из которой изготовлена металлическая скоба, выбрана равной - 1,6 мм
- ширина полосы, из которой изготовлена металлическая скоба, выбрана равной - 3 мм
- ширина скобы выбрана равной - 26 мм
- расстояние между скобами, при скреплении деталей выбрано равным - 100 мм
- угол обрезания торцов, уголков каркаса щитов выбран равным - 45 градусов
- количество скоб на торце выбрано - 4 шт.
- поддон изготовлен шире, чем соответствующий размер дна ящика на 10 мм на сторону
- расстоянием между обандероливающими лентами выбирали 400 мм
- ширину ленты выбирали равной 20 мм
- усилие стягивания ленты выбрали равным 22 кг, т.е. 20 кг - это усилие до полного выбора слабины обандероливающей ленты и 2 кг это дополнительное усилие составляющее 10% от основного
- количество скоб для крепления одного усиливающего уголка выбирают равным 6 шт.
- длина усиливающего уголка выбрана равной 100 мм
- металлические скобы, устанавливаемые на элементы тарного ящика, ориентировали по направления главных напряжений, а именно под 45 градусов к предполагаемому направлению действующей нагрузки.
Габаритные размеры тарного ящика составили 1600×1200×600
2. Второй вариант заявляемого технического решения был изготовлен в соответствии с формулой полезной модели, причем в качестве основных размеров принимали крайнюю правую границу указанных в формуле полезной модели диапазонов размеров, а именно:
- толщина древесноволокнистого листа выбрана - 3 мм
- ширина полки прессованного уголка из материала на основе бумаги выбрана равной - 30 мм
- толщина полки прессованного уголка из материала на основе бумаги выбрана равной - 3 мм
- толщина полосы, из которой изготовлена металлическая скоба, выбрана равной - 0,5 мм
- ширина полосы, из которой изготовлена металлическая скоба, выбрана равной - 1 мм
- ширина скобы выбрана равной - 10 мм
- расстояние между скобами, при скреплении деталей выбрано равным - 50 мм
- угол обрезания торцов, уголков каркаса щитов выбран равным - 30 градусов
- количество скоб на торце выбрано - 1 шт.
- поддон изготовлен равным по соответствующему размеру дна ящика
- расстоянием между обандероливающими лентами выбирали 200 мм
- ширину ленты выбирали равной 5 мм
- усилие стягивания ленты выбрали равным 21 кг, т.е. 20 кг - это усилие до полного выбора слабины обандероливающей ленты и 1 кг это дополнительное усилие составляющее 5% от основного
- количество скоб для крепления одного усиливающего уголка выбирают равным 2 шт.
- длина усиливающего уголка выбрана равной 100 мм
- металлические скобы, устанавливаемые на элементы тарного ящика, ориентировали по направления главных напряжений, а именно под 45 градусов к предполагаемому направлению действующей нагрузки.
Габаритные размеры тарного ящика составили 1600×1200×600
3. Третий вариант заявляемого технического решения был изготовлен в соответствии с формулой полезной модели, причем в качестве основных размеров принимали правую границу указанных в формуле полезной модели диапазонов размеров, а именно:
- толщина древесноволокнистого листа выбрана - 8 мм
- ширина полки прессованного уголка из материала на основе бумаги выбрана равной - 100 мм
- толщина полки прессованного уголка из материала на основе бумаги выбрана равной - 10 мм
- толщина полосы, из которой изготовлена металлическая скоба, выбрана равной - 3 мм
- ширина полосы, из которой изготовлена металлическая скоба, выбрана равной - 6 мм
- ширина скобы выбрана равной - 50 мм
- расстояние между скобами, при скреплении деталей выбрано равным - 300 мм
- угол обрезания торцов, уголков каркаса щитов выбран равным - 60 градусов
- количество скоб на торце выбрано - 6 шт.
- поддон изготовлен шире, чем соответствующий размер дна ящика на 50 мм на сторону
- расстоянием между обандероливающими лентами выбирали 500 мм
- ширину ленты выбирали равной 30 мм
- усилие стягивания ленты выбрали равным 23 кг, т.е. 20 кг - это усилие до полного выбора слабины обандероливающей ленты и 3 кг это дополнительное усилие составляющее 30% от основного
- количество скоб для крепления одного усиливающего уголка выбирают равным 12 шт.
- длина усиливающего уголка выбрана равной 400 мм
- металлические скобы, устанавливаемые на элементы тарного ящика, ориентировали по направления главных напряжений, а именно под 45 градусов к предполагаемому направлению действующей нагрузки.
Габаритные размеры тарного ящика составили 1600×1200×600
Прототип был изготовлен в соответствие с указаниями, которые можно было получить из текста патента ЕР0894727, при этом, поскольку текст патента не содержит конкретных размеров, а лишь их качественные характеристики, то за основу их выбора были приняты габаритные размеры заявляемого технического решения. Это обстоятельство позволило исключить влияние масштабного фактора, и создало условия для объективных сравнительных испытаний.
Все четыре собранных тарных ящика были подвергнуты двум группам испытаний:
Первое - испытание при статическом нагружении при хранении тарных ящиков, без загрузки, в штабеле. Ящики устанавливали в штабель по три штуки, вертикально. Состояние конструкции ящиков оценивали по изменению размеров щитов ящика. Для этого каждый ящик обмеряли с точностью 0,5 мм. За дефектовочный признак принимали отклонение размеров более чем на 10...25%, либо такое состояние ящика при котором он был не в состоянии выполнять защитные функции упаковочной тары. Базовое время испытаний установили одну неделю.
Все ящики, изготовленные в соответствие с формулой заявляемой полезной модели, не имели, по окончании испытаний отклонений от номинальных размеров. В конструкции щитов тары не появилось щелей или несплошностей, через которые могла бы проникать атмосферная влага, ухудшая свойства содержимого тарного ящика.
Ящик, изготовленный в качестве прототипа, и расположенный в нижнем ярусе штабеля получил деформации в средней части боковых щитов, которые привели к возникновению частичного разрушения этих щитов, вырывания скоб в средней части щитов и появлению щелей, шириной от 2 мм до 5 мм. Для восстановления рабочих характеристик ящик требовал ремонтных работ, т.е. увеличивалась его себестоимость в эксплуатации.
Второе - испытание при динамическом нагружении с полной загрузкой полезным грузом. Ящики загружали в соответствие с внутренним ТУ предприятия однотипными деталями, после чего их устанавливали в кузов грузового автомобиля в один ряд, с минимальными расстояниями между ящиками, после чего, автомобиль производил пробег по одной и той же трассе, длинной 30 км. Условия движения соответствовали требованиям правил движения грузового транспорта.
Все ящики, изготовленные в соответствие с конструкцией, указанной в формуле заявляемой полезной модели сохранили свои размеры и форму, а так же другие эксплуатационные характеристики.
Ящик, изготовленный в качестве прототипа получил существенные повреждения одного из боковых щитов, в результате чего в одной из боковых граней ящика появилась
щель размером более 18 см, через которую, во время перегрузки ящика начали выпадать загруженные ранее детали.
Таким образом, заявляемая конструкция тарного ящика во всех диапазонах указанных в формуле полезной модели размеров оказалась более прочной и позволила получить большую наработку на отказ.
Сравнительный расчет себестоимости, рассчитанной по затратному методу, заявляемой конструкции и конструкции выполненной в соответствие с прототипом показал, что конструкции выполненные по размерам середины и левого края диапазонов размеров указанных в формуле полезной модели дешевле прототипа на 15...20%, а конструкция тарного ящика выполненная по размерам указанным в правом крае диапазона дешевле прототипа на 10%.