CC BY
7
УДК 621.9+ 663.255
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ УКУПОРОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ФОРМЕ КОЛПАЧКА ПРИ ИХ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКЕ
А.А. Судакова
В статье представлены выявленные основные типы укупорочных элементов в форме колпачка широко встречающиеся в пищевой промышленности при укупоривании тары с жидкими пищевыми продуктами и результаты экспериментальных исследований коэффициентов трения укупорочных элементов о стальную пластину.
Ключевые слова: укупорочные элементы, коэффициент трения, автоматическая загрузка, моделирование производительности.
Производство жидких пищевых продуктов (алкогольной продукции, молочных и газированных напитков, растительного масла) должно обеспечиваться надежными высокоэффективными и производительными автоматизированными технологическими системами [1, 2].
Одним из основных этапов технологии этого производства является фасовка жидкостей в тару с последующей её укупоркой различными укупорочными элементами, которые подаются в технологическое оборудование системами автоматической загрузки на базе механических дисковых бункерных загрузочных устройств (БЗУ) [3-5].
В работах [6-14] были построены математические модели производительности механических дисковых БЗУ для укупорочных элементов, учитывающие влияние на производительность БЗУ геометрических размеров и окружной скорости (частоты вращения) захватывающих и ориентирующих органов БЗУ, геометрических параметров укупорочных элементов и коэффициента трения между диском стенкой бункера БЗУ и укупорочным элементов.
Как было показано в указанных работах, одним из главных параметров, влияющих на производительность БЗУ, является коэффициент трения ц. Определим экспериментальным путем значения коэффициентов трения наиболее распространенных видов укупорочных элементов в форме колпачков.
В пищевой промышленности для укупоривания различных видов тары с пищевыми продуктами широко применяют следующие укупорочные элементы в виде колпачков: I - алюминиевый колпачок с внутренним винтовым пластмассовым вкладышем для укупоривания ликёра; II - алюминиевый колпачок с перфорированным отрывным кольцом для укупоривания джина; III - алюминиевый колпачок с перфорированным отрывным кольцом для укупоривания виски; IV - пластиковый колпачок для укупоривания водки; V - полимерный колпачок для укупоривания бутылок имеющих дозатор; VI - пластиковый навинчивающийся колпачок для молочных напитков; VII - пластиковый навинчивающийся колпачок для газированных напитков; VIII - алюминиевый колпачок с перфорированным отрывным кольцом для укупоривания оливкового масла (табл. 1).
Современные укупорочные элементы представляют собой сочетание нескольких сплавов, внешний слой которых может быть сформирован различными покрытиями. Это затрудняет определение значений Ц с использованием известных справочных данных. Для достоверного определения коэффициента трения рассмотренных типов укупорочных элементов в форме колпачка были проведены восемь серий опытов по 10 опытов в каждой серии.
Экспериментальные исследования проводились на установке, состоящей из стальной пластины, транспортира и подъемного механизма (рис.). Для определения времени движения колпачка были использованы следующие параметры установки: длина пластины равна l = 0,22
м, угол наклона а = 30о . Для замера необходимых параметров процесса движения каждого укупорочного элемента в виде колпачка использовался секундомер.
В начальный момент времени пластина экспериментальной установки находилась в горизонтальном положении. При проведении эксперимента каждый укупорочный элемент устанавливался в крайне правой части стальной пластины. Затем пластина приводилась в движение, поворачиваясь на некоторых угол а до тех пор, пока укупорочный элемент не начинал движение. Данный угол фиксировался и каждое его значение было внесено в табл. 2. Среднее значение а ср вычислялось как среднее арифметическое.
Экспериментальная установка для определения коэффициентов трения укупорочных элементов в форме колпачка
Основные типы укупорочных элементов в форме колпачков
Таблица 1
Тип
Общий вид
Схема
Размеры, мм
ш:
И = 28,5; d = 29,8
И = 31,3; d = 29,8
ш
И = 31,6; d = 28,7
IV
И = 40,0; d = 28,0
V
И = 16,0; d = 32,0
VI
И = 22,0; d = 37,0
I
II
Окончание таблицы 1
Тип
Общий вид
Схема
Размеры, мм
VII
d
И IN 1 1
h = 14,0; d = 26,0
VIII
h = 21,0; d = 29,0
Таблица 2
Экспериментальные значения угла наклона установки, при котором каждый тип
укупорочного элемента начинал движение
Тип a - угол наклона установки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 аср
I 25 20 24 21 20 23 20 23 22 23 22
II 17 20 22 18 15 20 20 18 17 15 18
III 22 20 23 25 20 23 24 22 22 22 22
IV 19 20 23 20 20 20 22 23 22 20 21
V 22 17 20 26 23 24 27 25 22 24 23
VI 20 20 23 21 20 23 22 20 20 21 21
VII 20 18 22 20 25 21 20 21 23 21 21
VIII 20 18 22 20 21 22 20 20 22 18 20
Время движения каждого типа укупорочного элемента в форме колпачка определялось по формуле:
г = гг -гх,
где г1; г 2 - время начала и время окончания движения каждого колпачка, соответственно. Время движения г каждого укупорочного элемента было внесено в табл. 3.
Таблица 3
Экспериментальные значения времени движения каждого типа укупорочного элемента
Тип t - время движения колпачка
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ^р
I 0,43 0,42 0,43 0,43 0,42 0,43 0,44 0,42 0,41 0,43 0,43
II 0,43 0,43 0,42 0,43 0,40 0,43 0,44 0,44 0,42 0,43 0,43
III 0,48 0,50 0,55 0,59 0,55 0,56 0,56 0,57 0,55 0,55 0,55
IV 0,50 0,46 0,47 0,50 0,50 0,48 0,50 0,45 0,46 0,51 0,48
V 0,35 0,38 0,36 0,40 0,41 0,39 0,37 0,40 0,38 0,42 0,39
VI 0,61 0,62 0,62 0,59 0,61 0,64 0,62 0,63 0,59 0,63 0,62
VII 0,40 0,41 0,40 0,40 0,42 0,41 0,39 0,40 0,41 0,40 0,40
VIII 0,41 0,38 0,40 0,37 0,39 0,36 0,38 0,36 0,40 0,41 0,39
После проведения экспериментов были определены статический и динамический коэффициенты трения каждого колпачка по формулам:
t 2 • l
Д ст = tga ср, Д дин = tga--2,
g•cos a • t
где a = 30о - это угол наклона установки; t - это время, за которое образец пройдет расстояние равное длине пластины l = 0,22 .
Результаты вычислений статического и динамического коэффициентов трения каждого типа укупорочных элементов внесены в табл. 4.
Результаты вычислений статического и динамического коэффициентов трения каждого типа укупорочных элементов
Таблица 4
Параметры
Мст Мдин
Мст Мдин
Мст
Мдин
Мст Мдин
Тип
II
III
IV
Значение
0,404
0,297
0,325
0,297
0,404
0,406
0,384
0,353
Тип
V
VI
VII
VIII
Значение
0,424
0,246
0,384
0,442
0,384
0,253
0,364
0,246
I
Таким образом, в результате экспериментальных исследований было выявлено, что для укупорочных элементов в форме колпачка значения коэффициентов трения находится в диапазоне от 0,2 до 0,5. Полученные значения коэффициента трения необходимо использовать при математическом моделировании производительности механических дисковых БЗУ, что позволит получить адекватные и корректные результаты теоретических исследований их производительности.
Список литературы
1. Прейс В.В., Бондаренко Д.С. Автоматические роторные и роторно-конвейерные машины и линии в пищевых производствах// Вестник машиностроения. 2003. № 7. С. 37-43.
2. Прейс В.В. Проектирование машин и аппаратов пищевых и перерабатывающих производств// Учебное пособие. Печатается по решению библиотечно-издательского совета Тульского государственного университета. Тула, 2005. (2-е издание, переработанное). 156 с.
3. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности// Под научной редакцией д-ра техн. наук, профессора В.В. Прейса. Тула, 2012.164 с.
4. Прейс В.В., Давыдова Е.В. Бункерные загрузочные устройства для подачи укупорочных элементов в роторные машины и линии// Известия Тульского государственного университета. Серия: Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 2003. Вып. 1. С. 157-163.
5. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматизация загрузки укупорочных элементов в автоматические роторные машины для розлива жидких пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 91-102.
6. Пантюхина Е.В., Пузиков И.В. Теоретическое исследование производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трехсостав-ных колпачков типа push-pull // Инженерия перспективного продовольственного машиностроения на основе современных технологий. Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 90- летию ФГБОУ ВО «ВГУИТ» и памяти Н.Г. Славянова - создателя технологии электродуговой сварки. Воронеж, 2020. С. 65-68.
7. Прейс В.В., Давыдова Е.В. Экспериментальное определение условных вероятностей из математической модели производительности бункерного загрузочного устройства для кро-нен-пробок // Известия Тульского государственного университета. Технология машиностроения. 2004. Вып. 2. С. 253-261.
8. Пантюхина Е.В., Пантюхин О.В., Давыдов И.Б. Математическая модель и анализ производительности щелевого бункерного загрузочного устройства для т-образных пробок из-под шампанского // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 2. С. 398-403.
9. Давыдов И.Б., Пантюхина Е.В. Разработка математического и методического обеспечения САПР щелевого бункерного загрузочного устройства для элементов упаковки в виде т-образных пробок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. Ч. 1. С. 437-443.
10. Прейс В.В., Давыдова Е.В. Анализ производительности бункерного загрузочного устройства для кронен-пробок на основе классических и аналитических моделей // Известия Тульского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2004. № 1. С. 172180.
11. Давыдова Е.В., Пантюхин О.В. Сравнительный анализ производительности бункерных загрузочных устройств для сувенирной ПЭТ-тары с явной асимметрией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 9. С. 250-257.
12. Пузиков И.В., Пантюхина Е.В. Математическая модель производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трехсоставных колпачков типа push-pull // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 9. С. 414-420.
13. Давыдова Е.В., Ганков Е.А. Определение вероятностных коэффициентов аналитической модели производительности щелевого бункерного загрузочного устройства для т-образных пробок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 2. С. 266-273.
14. Давыдова Е.В., Пантюхин О.В. Аналитические модели производительности бункерных загрузочных устройств для сувенирной ПЭТ-тары с неявно выраженной асимметрией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 7. Ч. 2. С. 274-281.
Судакова Анастасия Андреевна, студент, nastena-sudakova@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
EXPERIMENTAL STUDIES COEFFICIENT OF FRICTION OF CAPPING ELEMENTS IN THE FORM OF CAP WHEN THEY ARE AUTOMATICALLY FEEDING
A.А. Sudakova
The article presents the identified main types of capping elements in the form of a cap that are widely found in the food industry when capping containers with liquid foodstuffs and the results of experimental studies of the friction coefficients of capping elements on a steel plate.
Key words: capping elements, coefficient offriction, automatic feeding, feed rate modeling.
Sudakova Anastasia Andreevna, student, nastena-sudakova@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9: 663
ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ГОФРОКАРТОНА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТАРЫ
А.В. Судоплатова
В статье рассмотрены общие сведения об упаковке из гофрокартона, получены выражения для определения прочности на сжатие гофрированного короба кубической формы, построена номограмма для определения сопротивления сжатию различной марки бумаги для гофрированного слоя в гофрокартоне, построены графики зависимости прочности короба из различных типов гофрокартона в зависимости от длины грани короба при бумагах различной плотности.
Ключевые слова: гофрокартон, упаковка из гофрокартона, физико-механические свойства, торцевая жесткость, номограмма.
Гофрокартон - распространенный упаковочный материал, применяемый в изготовлении промышленно-производственной, транспортно-логистической и потребительской тары и упаковки.
Традиционно гофрокартон использовался для упаковки групповых товаров, в частности для транспортировки или для хранения, но в настоящее время из гофрокартона стали производить упаковку и для штучных изделий, разнообразной конфигурации и размеров (рис. 1).
