КОНСТРУИРОВАНИЕ И ДИЗАЙН ТАРЫ И УПАКОВКИ

Конструктивные расчеты тары

Важной характеристикой прочности картонных ящиков является сопротивление сжатию от действия вертикальных сжимающих усилий. Именно этот параметр определяет возможность штабелирования, а в современной практике высота складирования постоянно увеличивает­ся. Этот показатель важен и для процесса транспортирования.

Суммарное сопротивление сжатию (Н) можно в общем виде опре­делить зависимостью

Р-2Ж(1+Ь)КГК11К, К1К'К, КЦ, (8.5)

Где Ж — торцевая жесткость картона, Н/см; / — длина ящика, см; Ь — ширина ящика, см; Кр — коэффициент прочности ребер; Кл — коэффи­циент устойчивости стенок ящика; Кз — коэффициент анизотропности картона; — коэффициент площади основания; Кк — коэффициент спо­соба укупорки клапанов; Кв — коэффициент продолжительности дей­ствия нагрузки; Ки — коэффициент цикличности нагружений.

Для определения прочности картонного ящика на сжатие необходи­мо знать конкретные величины коэффициентов, отражающих влияние действующих факторов на прочностные показатели картонных ящиков. Указанные коэффициенты могут быть определены опытным путем.

Существующая технология изготовления гофрированного картона, при которой гофры располагаются поперек полотна материала, не пол­ностью использует прочностные свойства, присущие самим исходным материалам — бумаге и картону. Гофрированный слой лучше всего про­тивостоит сжатию вдоль гофров, а облицованные слои — вдоль машин­ного направления полотна, в гофрированном картоне эти направления взаимно перпендикулярны.

Для конструирования картонной тары из гофрированного картона необходимо заранее определить необходимые прочностные показате­ли. По данным Мэлтенфорта [105], можно применить следующие эм­пирические формулы: для ящиков с гофром А

Г = 5,81+125 - 1,1#+6,5Ж+365; для ящиков с гофром В

Г = 5,81+12В - 2,1Я+6,5Ж+350;

Для ящиков с гофром С

Г = 5,81+12В - 2,1Я+5,4Ж+212, (8.6)

Где Г — прочность вертикального сжатия в фунтах; Ь — длина ящика в дюймах; В — ширина ящика в дюймах; Я — высота ящика в дюймах; Ж— жесткость плоских слоев картона, фунт/дюйм.

Формула, предложенная Макки [20], применена для ящиков любой стандартной высоты, изготовленных из картона с любыми типами гофра:

Р=2,028/*™(7ОД Р •2°"92 • (8.7)

Где Р— прочность ящика на сжатие, фунт; Р — прочность образца гоф­рированного картона на сжатие, фунт/дюйм; Бх — жесткость материа­ла в продольном направлении, фунт/дюйм; — жесткость материала в поперечном направлении, фунт/дюйм; 2 — периметр ящика, дюйм.

Из формулы (8.7) видно, что прочность ящика в большей степени зависит от прочности образца на сжатие и в меньшей степени — от пе­риметра тары.

Вышеприведенная формула (8.7) может быть преобразована в бо­лее упрощенную зависимость, Н:

Р=2,55Рт7б7г,

Где 5 — толщина картона, см; 1 — периметр ящика, см; Рт — торцевая жесткость, Н/см.

Формула (8.8) может быть применена для приближенных расчетов прочности картонных ящиков на сжатие.

Прочность гофрированного картона торцевому сжатию (Рт) зави­сит от свойств гофрированного и плоских слоев картона. Установлена следующая зависимость между прочностью продавливания плоского слоя, жесткостью гофрированного слоя и сопротивлением торцевому сжатию гофрированного картона [105]:

0,

968 (Р+Р2+Р3),

Где Р — сопротивление сжатию, Н/см; Рх — одного плоского слоя; Р2 — второго плоского слоя; Р3 — гофрированного слоя.

Жесткость картона при изгибе влияет на прочностные свойства кар­тонной тары. Кроме того, это свойство картона оказывает существен­ное влияние и на процессы изготовления картонной тары. От жесткос­ти картона зависит качество биговки или рилевки, наносимой на кар­тон для образования линий сгиба. Недостаточная жесткость картона приводит к его деформации на печатно-просекальных и фальцевально - склеивающих машинах, в результате чего ящики приобретают непра­вильную форму. Это затрудняет их использование при автоматизиро­ванной укладке продукции и штабелировании.

Установлено, что решающую роль имеет не среднее значение жест­кости картона при изгибе, а ее минимальное значение и разброс этого показателя. Чем меньше разброс, тем легче обеспечить необходимые прочностные показатели картонной тары.

Сжатие картонной тары при штабелировании. Рациональное ис­пользование складских помещений и объемов хранилищ и складов, где хранится продукция, упакованная в картонную тару, имеет большое значение. Поэтому при укладке продукции стремятся увеличить высо­ту штабеля и более эффективно использовать складскую площадь. Это достигается использованием сформированных пакетов на стандартных поддонах, установкой их в несколько ярусов.

Общая высота штабеля картонной тары (см), уложенной на стан­дартные поддоны,

Я-А-я+Ад, (8.10)

Где А — высота одного ящика, см; п — количество рядов в одном пакете;

А. — толщина поддона, см; я. — количество поддонов в штабеле.

На высоту штабелирования картонной тары оказывают влияние: способ штабелирования, климатические условия, их влияние на проч­ность картонной тары.

Продолжительность хранения продукции в таре и условия влажно­сти окружающей среды влияют на прочностные свойства картонной тары. На рис. 8.57 приведены график снижения прочности картонных ящиков из обычного гофрированного картона в процессе их хранения при различных условиях влажности [20, 34], а также график сниже­ния прочности картонной тары с увеличением влажности и график из­менения влажности тары в зависимости от изменения влажности ок­ружающей среды.

Высота штабелирования с учетом сроков хранения определяется по ГОСТ 18211-72 из следующей зависимости:

£>-0,1ЯС(Я-А)/(А5), (8.11)

Где О — величина сопротивления сжатию, МПа; К — коэффициент за­паса прочности; С — масса продукции, кг; Я — высота штабеля, см; А — высота ящика, см; 5— площадь основания, см2.

Коэффициент запаса прочности характеризует сроки хранения за­таренной продукции: при хранении до 30 дней К= 1,6; до 100 дней К= 1,65; свыше 100 дней #-2.

Высота штабелирования (см) исходя из вышеприведенной зависи­мости (8.11) равна

Для определения сравнительных характеристик и способности тары к штабелированию предложен метод [20] определения фактора штабе­лирования І7, в основе которого зависимость

ІооДШ) Р,

(КН-1) Р

Где I — длина ящика, см; В — ширина ящика, см; С — масса затаренной в ящике продукции, кг; М — количество рядов ящиков в штабеле; К — коэффициент запаса прочности; Рк — прочность ящика, Н; Рн — нагруз­ка на ящик, Н.

Для определения этого показателя применительно к стандартному четырехклапанному ящику разработана номограмма, представленная на рис. 8.58. При помощи этой номограммы определяют возможное ко­личество ящиков в штабеле и фактор штабелирования. Чем выше фак­тор штабелирования, тем целесообразнее применение данного ящика, при прочих равных условиях, для упаковки продукции.

Рис. 8.58. Номограмма для определения фактора штабелирования четырехклапанного

Картонного ящика

Необходимое сопротивление ящика сжатию (Н) определяют на прак­тике по формуле

Р-5, 5,04, (8.14)

Где — коэффициент прочности при единовременной нагрузке; 5г — коэффициент прочности при длительной нагрузке; с — нагрузка на

Нижний ящик при возможной высоте штабелирования, Па; А — площадь ос­нования ящика, м2.

Коэффициент прочности при еди­новременной нагрузке

5,= 100/Р, (8.15)

Где Р — изменение сопротивления сжа­тию, учитывающее распределение на­грузки на поверхности ящика, %.

Величина Рз определяется по гра­фической зависимости, приведенной на рис. 8.59.

Коэффициент, учитывающий дли­тельность нагрузки, определяется по формуле

5,- 100/г), (8.16)

Где т] — процент относительной нагрузки, определяемый по графичес­кой зависимости, представленной на рис. 8.60.

Для обеспечения требуемой прочности картонных ящиков картон дол­жен иметь необходимый показатель сопротивления излому Ри (Н/см), кото­рый определяется по формуле

Г - р-я о

И 3,3572(7+6)’

Где / — длина ящика, см; Ь — ширина ящика, см.