Архив номеров

Испытание тарной продукции на ударную прочность

Представлена конструкция изготовленного и протестированного универсального стенда для испытания различных видов транспортной тары на воздействие ударных нагрузок. Оригинальность конструкции позволяет заменить два вида обычно применяемых стендов: для испытаний на падение и на боковой удар.

Качество продукции и услуг определяется совокупностью свойств и пока­зателей, которые обусловливают пригодность к выполнению не только определенных функций, но и требований безопасности. Подтверждение соответствия продукции установленным требованиям, как правило, осуществляется с использованием испытательного оборудования (ИО), от которого зависит эффективность, точность, себестоимость проведения испытаний [1, 2]. Таким образом, в производственном цикле качество продукции и испытательного оборудования взаимозависимы.

Назначение и виды упаковки

На сегодняшний день большинство промышленно выпускаемых товаров хранятся, перевозятся в транспортной таре и отпус­каются клиенту в индивидуальной таре — упаковке, которая используется для размещения, защиты, перевозки, загрузки и разгрузки, доставки и хранения сырья или готовой продукции. При этом индивидуальная тара предназначена для хранения и транспортирования продукции в групповой упаковке.

Свойства и особенности продукции, условия ее перемещения, хранения и отпуска вызывают необходимость производства тары различных видов: ящиков, бочек, фляг, канистр, баллонов, банок, бутылок, мешков, пакетов и так далее из разных материалов.

Упаковка и тара играют важную роль в торгово-технологическом процессе, что определяется следующими функциями:

    • защитой продукции от воздействия окружающей среды, а также внешних механических факторов;
    • сохранностью количества и качества продукции на всем пути перемещения;
    • приданием необходимой мобильности и созданием условий для более эффективного использования складских площадей;
    • удобством приемки товаров и их количественного учета;
    • приданием товару привлекательного вида.

Тара должна отвечать требованиям к:

    • безопасности и экологичности применяемых материалов;
    • соответствию механических показателей прочности нормативным;
    • химической стойкости;
    • герметичности.

Выбор тары обусловлен физико-химическими свойствами товара, а также видом применяемых упаковочных материалов. Любая транспортная тара или упаковка должны соответствовать требованиям ТР ТС 005/2011.

Существует обширная номенк­латура транспортной тары и упаковки. Проведение различных видов испытаний обеспечивает уверенность в соответствии тары и упаковки требованиям нормативной документации (НД) и ее пригодности для определенных целей. НД предусматривает испытание тары как статической нагрузкой, которая определяется сопротивлением на сжатие в различных плоскостях тары, так и динамической нагрузкой, которая характеризуется ударной прочностью при свободном падении и боковом ударе при транспортировании.

В связи с этим испытательное оборудование (ИО) можно классифицировать по этим двум признакам:

    • воспроизводящему воздействию (сжатию / растяжению) на образцы тарной продукции (с этой целью используются прессы и разрывные машины различной мощности);
    • возможности изучить прочност­ные характеристики тары, испытывающей ударные нагрузки при свободном падении и боковом ударе.

Оборудование для испытаний транспортной тары

Воспроизводящее динамические испытания оборудование, как правило, предназначено для определения прочности образцов на удар при свободном падении (ГОСТ 18425–2018) или на боковой удар. В конструктивном исполнении существуют устройства по созданию ударной боковой нагрузки двух типов (ГОСТ ISO 2244–2013). Если в технической документации на тару для конкретных видов продукции нет специальных указаний, то последовательность и количество ударов устанавливают по ГОСТ ISO 2244–2013, при этом рекомен­дуемая скорость соударения должна быть не менее 1,4 м/с (ГОСТ 33837–2016).

Первый тип оборудования пре­дусматривает наклонную поверхность, по рельсовому пути которой свободно скатывается тележка с образцом тары. В конце пути имеется особо прочная стенка, о которую ударяется образец. Недостатком такой конструкции являются большая металлоемкость и габариты [4].

Второй тип имеет маятниковую конструкцию, состоящую из прямоугольной платформы, подвешенной за углы на тросах или стальных стержнях так, чтобы в состоянии покоя ее передний край касался ударной стенки. Система подвески должна обеспечивать свободное движение платформы как до, так и после установки на нее испытываемого образца (ГОСТ ISO 2244–2013).

Обратимся к конструкции стендов, определяющих прочность упаковки при ее свободном падении. Примерами могут служить разработки [5–7]. Первые две конструкции имеют устройства с раскрывающимися створками и практически равные габаритные размеры (высота — 2000 мм, ширина — 1000 мм, глубина — 650 мм). Цена таких стендов — 500–650 тыс. руб. Третья конструкция имеет сходные габариты, но дополнена подъемным устройством, поэтому стоит стенд уже более 850 тыс. руб.

Испытательное оборудование SY-15 [4], предназначенное для определения прочности транспортной и упаковочной тары на боковой удар, имеет весьма внушительные габариты (длину от 6500 до 12 000 мм и ширину до 2000 мм), при этом максимальная ударная скорость достигает от 2,3 до 4,5 м/с. Кроме того, следует добавить высокую стоимость данного оборудования — более 1 500 тыс. руб. при самом малом типоразмере.

Так как для испытания тары необходимо приобретать два стенда (один на свободное падение, а второй — на боковой или горизонтальный удар), то общая стоимость такого оборудования для малых габаритов тарной продукции возрастает с 1 200 до 2 500 тыс. руб. Кроме этого, изучение ассортимента ИО показало, что на данный момент не сущест­вует универсального оборудования, позволяющего производить различные виды испытаний транспортной и упаковочной тары на ударную прочность.

Создание такого оборудования позволит значительно сократить занимаемую им в испытательных подразделениях площадь и снизить себестоимость испытаний. Проанализировав сложившуюся ситуацию, на кафедре «Стандартизация, метрология и управление качеством» Сибирского федерального университета совместно с ФБУ «Красноярский ЦСМ» приняли решение разработать универсальный стенд для испытания транспортной тары на различные виды ударной нагрузки.

Устройство и принцип действия стенда

Конструктивная схема универсального стенда СВГУТ-01 («Стенд вертикального и горизонтального удара тары») для испытания упаковочной и транспортной тарной продукции на ударную прочность при боковом ударе показана на рис. 1, при свободном падении — на рис. 2.


Основными элементами стенда являются:

    • основание сборно-сварной конструкции, состоящей из двух продольных прогонов и трех поперечных балок, выполненных из стального швеллера высотой 120 мм;
    • правая стойка рамной конструкции, выполненной из швеллера 120 мм и уголка 100 × 63 мм: на стойке размещен пульт управления, предназначенный для включения / отключения тельфера на подъем и опускание грузовой площадки с образцом через строповый подвес; кроме этого на пульте имеются кнопки включения /отключения электромагнитов ЭМЗ М1-400-12V, предназначенных для фиксации углового положения грузовой площадки при испытаниях на боковой удар; на боковой стороне уголка закреплена измерительная линейка для регистрации высоты h отклонения площадки на требуемый угол; тяговое усилие электромагнитов ЭМЗ М1-400-12V рассчитано на 4,0 кН;
    • левая стойка рамной конструкции, выполняющая функцию ударной стенки, утяжелена четырьмя стальными листами толщиной 20 мм, а место удара грузовой площадки имеет резиновый демпфер для гашения энергии удара, при этом испытательный образец не контактирует с демпфером; для увеличения массы ударной стенки внутренняя полость между листами и несущими швеллерами заполнена песчанной смесью.

Обвязка верхняя выполнена в виде двух прогонов, соединенных тремя поперечинами, на верхних полках прогонов смонтирована балка, к которой крепится электрический тельфер, обладающий грузоподъемностью 500 кг и высотой подъема до 6000 мм. Управление тельфером осуществляется от пульта, а управление створками на открытие / закрытие — с помощью двух электромагнитов ЭМЗ М1-400-12V.

Таблица. Расчетные значения высоты подъема площадки при боковом ударе тары

Наименование параметра

Задаваемые параметры от массы образца, m

Масса m, кг ≤ 50 50–100 100–200
Скорость ударения v, м/с 3,3 2,7 1,8
Высота подъема от первоначального положения h, м 0,55 0,37 0,165
Высота первоначального положения h0, м 0,4 0,4 0,4
Высота полная Н = h0 + h, м 0,95 0,77 0,565

Конструкция грузовой площадки выполнена в виде рамы из швеллеров высотой 50 мм, к продольным швеллерам могут крепиться либо подшипниковые оси с тягами, либо рымболты, которые с помощью канатных строп соединены с подвесом (рис. 2).

Для удержания грузовой площадки в угловом положении (при испытаниях на боковой удар) и для удержания створок в закрытом положении (в испытаниях на удар при свободном падении) применяется электромагнитный замок (ЭМЗ), который работает от пульта управления СВГУТ-01.

Процесс работы стенда

При подсоединении кабеля управления на ЭМЗ створок (на каркасе площадки) путем нажатия кнопки «вкл» включается магнит, и створки закрываются, а нажатием кнопки «выкл» магнит отключается, и створки открываются.

При подсоединении кабеля управления на ЭМЗ удержания грузовой площадки (на винтовом держателе ЭМЗ) путем нажатия кнопки «вкл» происходит удержание площадки на требуемой высоте, а нажатием кнопки «выкл» происходит отключение магнита, и площадка совершает свободное колебание в направлении ударной стенки.

Управление тельфером также осуществляется с пульта. Нажатием кнопки «↑» происходит включение / отключение на подъем грузовой площадки, кнопкой «↓» осуществляется включение /отключение на опускание грузовой площадки. Нажатием кнопки «А» производится аварийный останов работы стенда, индикаторная лампа «СЕТЬ» указывает на наличие напряжения питания.

Для придания сборно-сварной конструкции стенда угловой жесткости с помощью связей талрепов (рис. 1–2) всему несущему каркасу стенда сообщается напряженное состояние.

В зависимости от вида испытаний на погрузочную площадку устанавливается испытываемый образец. В испытаниях на боковой удар для погрузочной площадки используются фанера, тяги, подшипниковые подвесы. В испытаниях на свободное падение тары фанера, подвесы с тягами заменяются рым-болтами, испытываемый образец устанавливается на створки, которые удерживаются в закрытом состоянии с помощью двух электромагнитов.
При проведении испытаний на боковой удар на погрузочную площадку устанавливается испытываемое изделие, далее, в зависимости от массы образца, погрузочная площадка фиксируется в заданном положении на требуемой высоте электромагнитным замком. После его размыкания площадка вместе с образцом начинает совершать колебательное движение в сторону ударной стенки.

Погрузочная площадка с образцом отводится на высоту, которая обеспечит заданную скорость движения образца в момент контакта с ударной стенкой (рис. 1). Кабель управления электромагнитным замком от пульта управления соединяется через разъем с электромагнитом держателя, положение площадки фиксируется на заданной высоте электромагнитным держателем путем нажатия кнопки «вкл» на пульте управления.

Высота подъема площадки h в метрах вычисляется по формуле 1 из ГОСТ ISO 2244–2013 в соответствии с нормами механической прочности ГОСТ 26838–86:

h = ν/g ,

где ν — заданная скорость соударения, м/с; g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2).

На пульте управления нажатием кнопки «выкл» производится размыкание электромагнита. После этого площадка погрузочная с испытываемым образцом начинает колебательное движение в сторону ударной стенки до контакта.

В таблице приведены расчетные значения высоты подъема /отклонения площадки при боковом ударе тары.

В испытаниях на свободное падение тары (ГОСТ 18425–2018) фанера, подвесы с тягами снимаются, и грузовая площадка через рым-болты крепится к подвесу. Подвес на стропах с двух сторон с помощью крюков и тросов, перекинутых через блоки-шкивы, соединен с барабаном тельфера (рис. 2), предназначенным для подъема на требуемую высоту. При этом кабель управления электромагнитным замком от пульта управления соединяется через разъем с электромагнитами створок площадки.

Испытываемый образец устанавливают в центре на створки погрузочной площадки, которые удерживаются в закрытом состоянии с помощью двух электромагнитов нажатием кнопки «вкл» на пульте управления. Далее нажатием кнопок «↓» и «↑» при­водится в действие тельфер на подъем / опускание для достижения требуемой высоты в зависимости от вида тары.

После поднятия образца на требуемую высоту положение площадки фиксируется с помощью четырех растяжек, предохраняющих площадку от раскачивания после сбрасывания образца. На пульте управления нажатием кнопки «выкл» размыкаются два электромагнита, удерживающих створки от раскрытия, в результате образец тары свободно падает до контакта с ударной платформой.

После любого вида испытания на ударную прочность каждый образец визуально оценивается на повреждения.

Разработанный стенд является универсальным, так как на нем можно проводить испытания как на боковой удар, так и на удар при свободном падении.
На данный момент универсальный стенд СВГУТ-01 изготовлен, прошел аттестационные испытания и эксплуатируется в испытательном центре ФБУ «Красноярский ЦСМ».

Данный стенд весьма прост в эксплуатации, требует минимального времени на периодическое техническое обслуживание, имеет модульную сборно-разборную конструкцию, что позволяет в компактном виде доставлять его любым транспортом до места назначения, где в соответствии с подробным руководством по эксплуатации он будет смонтирован. Стенд имеет внешнее питание напряжением 220 В (50 Гц) как обычный бытовой прибор.

Использованная литература:

  1. Пикалов Ю.А., Секацкий В.С., Пикалов Я.Ю. Организация и технология испытаний: Уч. пособие для вузов / Сиб. федер. ун-т. — Красноярск, 2016. — 257 с.
  2. Секацкий В.С., Мерзликина Н.В., Пикалов Ю.А., Пикалов Я.Ю. Подтверждение соответствия продукции и услуг: Уч. пособие / Сиб. федер. Ун-т. — Красноярск, 2019. — 272 с.
  3. Пикалов Ю.А., Секацкий В.С., Моргун В.Н. Основные проблемы сертификации и декларирования мебельной продукции / Борисовские чтения: Мат. II Всеросс. науч. техн. конф., 25–27 сент. 2019 г. Красноярск, 2019. — С. 172–175.
  4. Оборудование для испытания при наклонном ударе SY-15. — http://donglingtest.ru/ 3-6-incline-impact-tester/162313/ — (Дата обращения: 15.06.2020 г.).
  5. Установка для испытаний тары на удар при свободном падении. — http://onixtest.com/catalog/ispytaniya — (Дата обращения: 15.06.2020 г.).
  6. Установка для испытаний тары на удар при свободном падении. —
    http://shop.cleverlabs.ru/catalog/ispitatelnoe_oborudovanie/trts-005-2011/539/ — (Дата обращения: 15.06.2020 г.).
  7. Устройство для испытания тары на вертикальный удар при падении, МТ 084. — https://www.equipnet.ru/equip/equip_54914.html — (Дата обращения: 15.06.2020 г.).

«Контроль качества продукции» Август 2020

Рубрика: Испытания, измерения, анализ
Автор(ы): Ю. Пикалов, В. Секацкий, Я. Пикалов, В. Моргун
01.08.2020

448
Поделиться:

Подписка