СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗАЩИТЫ УПАКОВКИ ТЯЖЕЛЫХ, КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR MEASURING THE PROTECTION LEVEL OF HEAVY LARGE-SIZE PRODUCTS

Предлагаемое изобретение относится к испытаниям, в частности к измерениям уровня защиты элементами упаковки тяжелых, крупногабаритных изделий, например рулонов или пачек металла, кабеля на барабанах и т.д.
Известны способы испытаний, при которых изделие в упаковке сбрасывают или ударяют, имитируя типовое воздействие [Л.1, Л.2].
Известен также способ определения динамического предела текучести материалов, включающий ударное нагружение образца [Л.3].
Известен волновой способ контроля свойств материала [Л.4], включающий нанесение ударным механизмом удара по образцу, закрепленному в держателе только с одной стороны в двух направлениях: по вертикали сверху (сжимающий) удар, по касательной. Выполняют серию ударов. Из серий ударов выявляют прочностные характеристики материала.
Известна также установка для испытания материала [Л.5], включающая ударный копер, датчик угла копра, определитель силы удара.
В качестве прототипа принимаем способ [Л.3].
Недостатком известных решений является необходимость подвергать испытаниям все изделие в целом. Попытки определять уровень защиты упаковки указанных выше изделий по свойствам отдельно взятых элементов упаковки (твердость, прочность на разрыв и т.д.) не дают достоверных результатов, так как упаковка работает в «связке» с защищаемым изделием. Многовариантность упаковки требует большого количества испытаний изделий в целом, следовательно, существенных временных и материальных затрат. Возникают сложности при определении слабых мест упаковки, т.к. уровень защиты будет зависеть от направления удара и места, в которое он нанесен, и следовательно, возникают трудности с оптимизацией затрат на упаковку.
Предлагаемый способ позволяет устранить указанные недостатки, т.к. испытаниям подвергают не изделие в целом, а его фрагменты, устанавливаемые на специальном испытательном стенде, позволяющем имитировать широкую гамму различных вариантов ударов и упаковок изделий, фиксировать реальные нагрузочные характеристики и регистрировать фактические результаты их воздействия.
Способ осуществляется следующим образом: подготавливают фрагменты изделий, соблюдая необходимые требования к ним. Указанные требования обусловлены двумя факторами: представительностью фрагментов изделий и конструктивными особенностями конкретного испытательного стенда. Например, при упаковке рулонов стали применяют ламинированную бумагу с ингибитором коррозии и, следовательно, задачей защитной упаковки является в первую очередь сохранение целостности указанной бумаги. В этом случае для одного ударного нагружения достаточно фрагмента указанной бумаги размером 100×100 мм. Для определения уровня защиты кабеля на барабане обычно используют отрезки кабеля длиной 0,5÷1,0 м, укладывают, как правило, в 3-5 рядов.
Устанавливают фрагмент (фрагменты) изделия (например, отрезки кабеля или ламинированной бумаги) на основании, имитирующем реальное состояние изделия в упаковке. Это может быть, например, сегмент кабельного барабана (Фиг.1) или плоское основание с единичным выступом, имитирующим торец рулона (Фиг.2).
После этого поверх фрагмента (фрагментов) изделия устанавливают исследуемые элементы упаковки, соответствующие упаковке в проверяемом месте. В рассматриваемом нами случае на отрезки кабеля устанавливают элемент проверяемого защитного мата для обшивки кабельного барабана, на образец ламинированной бумаги устанавливают элемент проверяемого торцевого круга, предохраняющего торец рулона.
Затем производят ударное нагружение фрагмента (фрагментов) изделия через элемент (элементы) упаковки. При этом направление, площадь и сила или энергия нагружения имитируют один из возможных типовых ударов. После чего снимают слой упаковки и оценивают состояние фрагмента (фрагментов) защищаемого изделия. Таким образом возможно без существенных материальных и временных затрат проверить уровень защиты изделий при различных схемах их упаковки и с применением различных элементов упаковки.
В зависимости от свойств защищаемых изделий и технических требований к ним возможны различные дополнительные варианты способа.
Указанные процедуры подготовки и установки фрагментов изделий, элементов упаковки и нагружения проводят несколько раз с изменением энергии или силы удара до тех пор пока не наступит определенная деформация защищаемого фрагмента (фрагментов) изделия, (например, разрыв ламинированной бумаги с ингибитором коррозии). Определяют энергию или силу, при которой наступает данная пластическая деформация изделия. Аналогично, в ряде случаев определяют энергию или силу удара, при которой возникает дефект или разрушение фрагмента защищаемого изделия (например, определяют наличие дефектов кабеля в соответствии с существующими требованиями к данному типу кабельной продукции).
В некоторых случаях ударное нагружение осуществляют с постоянной, заданной энергией или силой, величина которых достаточна для наступления пластической деформации фрагмента защищаемого изделия. В этом случае характеристикой уровня защиты будет непосредственно абсолютное или относительное значение величины деформации фрагмента (фрагментов) изделия. Если испытывают одновременно несколько фрагментов изделия (например, отрезки кабеля), то измеряют величину деформации на всех деформированных образцах. За единицу, характеризующую уровень защиты, может быть взята средняя величина деформации либо суммарная величина деформации фрагментов изделия. При этом, если уровень задаваемой энергии или силы удара заранее не известен, то его предварительно определяют исходя из необходимости получения пластической деформации фрагментов изделия при самом высоком уровне защиты упаковки. Однако диапазон изменения уровня защиты проверяемых упаковок может оказаться слишком большим, и при некоторых его значениях фрагмент изделия начнет разрушаться. В этом случае измерения необходимо осуществлять, соответственно, в нескольких диапазонах, определяемых уровнями задаваемой энергии или силы удара.
В большинстве случаев при воздействии на фрагмент (фрагменты) изделия расходами энергии на силы трения можно пренебречь. Зная вес груза и высоту, с которой он падает, энергия удара может быть рассчитана как потенциальная энергия.
С целью более полной оценки защитных свойств конкретной упаковки необходимо оценивать состояние ее элементов после удара, в частности наличие сквозных разрывов или величину и критичность деформации с точки зрения ее сохранности при последующих ударах.
Предложенный способ измерения уровня защиты упаковки изделия содержит новые стадии и неизвестен из современного уровня техники испытаний и контроля.
Способ широко применим для оценочного контроля защитной функции используемой упаковки.
Источники информации
Л.1. ГОСТ 18425-73;
Л.2. ГОСТ Р 51371-99;
Л.3. Патент РФ №2185610, G01N 3/00, БИ №20 2002 г.
Л.4. Патент РФ №2335156, G01N 3/00, БИ №28 2008 г.
Л.5. Патент РФ №2371699, G01N 3/00, БИ №30 2009 г.