Физическая устойчивость металлических контейнеров

Изучение физических свойств контейнеров, приобретает особое значение с того момента, когда применение жести с использованием стали Double Reduction началось в корне по экономическим причинам, хотя и вмешались они в конкретные интересы сидерогов, с намерением стандартизировать их процессы усовершенствования при изготовлении этого типа сталей для контейнеров.

Учитывая невозможность установления связи между набором форматов продукции и толщиной необходимого контейнера, мы должны определить другое понятие контейнера, отличное от упомянутого выше, но объединяющее толщину, геометрическую конструкцию и механические характеристики стали, и позволяющее нам обеспечить ее целостность при любых обстоятельствах, процесса обработки и обращения с контейнером, при условии, что требования не превышают того, что можно было бы понимать как нормальное использование. Это, чтобы оценить физическое сопротивление контейнера.

Поэтому мы определим физическую устойчивость упаковки так, как это требуется для того, чтобы она оставалась недеформированной при нормальных условиях обработки и обращения после изготовления любого продукта и до окончания его расчетного периода полураспада или до вскрытия для потребления консервированного продукта.

Физическое сопротивление контейнера определяется способностью контейнера противостоять деформации в условиях радиальных и осевых напряжений, так что ни одно из них не может привести к разрыву или постоянной деформации контейнера. Таким образом, мы определим две составляющие, вовлеченные в формирование физической выносливости:

1 РАДИАЛЬНЫЙ РЕЗИСТАНЦИЯ (Рр)

Он измеряется в направлении радиуса цилиндра или на стенке корпуса контейнера (сбоку от его обычного опорного положения) и определяет давление, которое необходимо выдержать в процессе стерилизации, охлаждения, этикетирования и последующего обращения.

2 ОСЕВЫЙ РЕЗИСТАНЦИЯ (Ра)

Он оценивается по оси цилиндра (в направлении высоты контейнера) и определяет напряжения, которые необходимо выдерживать в процессе хранения и транспортировки.

Конструкция контейнера определяется тремя факторами, которые непосредственно влияют на результаты измерения сил, необходимых для преодоления обоих сопротивлений:

• Толщина материала.
• Механические характеристики стали (предел текучести и предел текучести)
• Конструкция кузова контейнера (профиль посадки).

Каждый из этих параметров в большей или меньшей степени связан с достижением обоих сопротивлений, но, по сути, именно конструкция бусин в большей степени связана с сопротивлением контейнера, так что любое изменение любого из других факторов может сразу же повлечь за собой изменение характеристик посадки в контейнер.

Радиальное сопротивление

 

Радиальное сопротивление контейнеров определяется давлением в барах (1 Atm = 1033 бар), которое контейнер может выдержать без обшивки корпуса, т.е. без вздутия, образуя более или менее плоскую или затопленную часть на нормальном профиле корпуса контейнера.

Радиальное сопротивление, необходимое контейнеру, определяется процессом, которому он будет подвергаться, а также его последующей обработкой.

При этом необходимо учитывать те факторы, которые непосредственно влияют на снижение или увеличение радиального сопротивления. Эти факторы:

• Температура закрытия.
• Хед-пространство
• Процесс стерилизации и охлаждения (противодавление охлаждения)
• Манипуляция (удары).

 

Каждый из этих факторов по-разному влияет на радиальное сопротивление контейнера. Перейдем к объяснению влияния каждого из них на изменение радиального сопротивления.

Температура уплотнения оказывает влияние, так как чем выше температура уплотнения, тем больше вакуум, создаваемый в упаковке, за счет расширения упакованного продукта с температурой.

Головное пространство (пространство, занимаемое воздухом между изделием и крышкой) воздействует на противоположную сторону. Чем больше рабочее пространство, тем больше допустимое расширение, но это пространство ограничено весом нетто (весом задекларированного продукта) и нормативными требованиями, и должно быть менее 10% от высоты контейнера (Приказ от 13 февраля 1984 г.). (1 )

Стерилизация и охлаждение имеют фундаментальное значение, так как необходимо, чтобы эти процессы контролировались с помощью адекватного встречного давления, чтобы избежать необратимой деформации контейнера из-за дефекта (разбухание) или избытка (обшивка).

Наконец, при обращении с полными контейнерами, опорожнении корзин, укладке на поддоны, маркировке, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать ударов о стенку контейнера. Удар, деформирующий посадку, значительно снижает радиальную прочность контейнера, и он может упасть на панель, как только достигнет комнатной температуры.

Минимальное радиальное сопротивление, которое контейнер должен иметь для правильного обращения без деформации, должно быть как минимум 1 бар над внутренним вакуумом заполненного контейнера. Если вакуум внутри контейнера после обработки и закрытия составляет, например, 0,2 бара, то сопротивление пустого контейнера должно быть не менее 1,2 бара.

 

Осевое сопротивление

 

Осевое сопротивление определяется Kg-f, которое контейнер способен выдержать без потерь, приложенных в направлении оси цилиндра. Это мера сопротивления контейнеров при хранении (штабелировании) и транспортировке.

Учитывая нормальный процесс хранения, оценим требования к осевой прочности контейнера.

Рассмотрим, например, нормальный процесс хранения контейнеров, в котором мы имеем 3 паллета полных ½ кг банок формата RO 425/73, размеры которых 73 мм в диаметре, 420 мл вместимости и 109,5 мм закрытой высоты, каждая паллета содержит 2880 банок (10 слоев по 288 банок).

Вес каждого паллета составит примерно 1440 кг, а три паллета, уложенные один поверх другого на складе, дают общий вес примерно 4320 кг.

Поддон, на котором размещаются контейнеры, имеет плохую конструкцию (но, к сожалению, довольно распространенную) с несколькими нижними опорными плитами толщиной, которая в некоторых случаях недостаточна и обычно не покрывает всю поверхность поддона, что означает, что его опорная поверхность, в худшем случае, ограничена поверхностью девяти опорных блоков этих плит, а в других случаях означает, что контейнеры частично поддерживаются, что снижает их осевое сопротивление.

В наиболее неблагоприятном случае, если мы оценим, что каждый деревянный блок имеет площадь поверхности в два раза большую, чем крышка рассматриваемого нами контейнера, то вес трех поддонов, как определено выше, общий вес будет поддерживаться как минимум 18 контейнерами, так что каждый контейнер будет поддерживать вес, который мы можем оценить:

4320 / 18 = 240 кг

 

Полученный результат, 240 кг на контейнер, можно считать наиболее неблагоприятным в условиях хранения, хотя можно оценить и другие обстоятельства (например, транспортировку на тележках для поддонов) на неоднородных грунтах, что в некоторых случаях может потребовать большей устойчивости контейнеров.

С другой стороны, этому результату можно отдавать предпочтение, если распределение веса улучшается при большем количестве опорных плит (и при достаточной толщине, чтобы они не уступали под весом), или же оно может ухудшиться, если поверхность блоков меньше и не полностью покрывает контейнеры.

 

Наиболее выгодным гипотетическим случаем для контейнера является такой, при котором распределение весов полностью равномерно, так что каждый контейнер будет получать вес только непосредственно над ним, т.е. 30 x 0,5 = 15 кг, или в более общем случае (4320 кг всего среди 288 контейнеров в нижнем слое).

Как и в предыдущем случае, мы должны учитывать различные факторы, которые могут влиять на осевое сопротивление и, следовательно, на конечное поведение контейнера.

Во-первых, осевое сопротивление улучшается за счет характеристик металла, используемого при его изготовлении. Большая толщина и большая твердость (или предел упругости) делают контейнер более прочным, но они также делают его более дорогим, особенно толщина.

Во-вторых, осевая прочность ухудшается с образованием обшивки (используется для повышения радиальной прочности).

Поскольку современная тенденция заключается в производстве контейнеров с более тонкой жестью (частично заменяя толщину сопротивления на твердость), необходимо оптимизировать конструкцию посадки, чтобы эти два сопротивления выгодно сочетались друг с другом, то есть радиальное сопротивление контейнера улучшается, а осевое сопротивление снижается как можно меньше.