Выбор и расчет параметров амортизирующих материалов

Амортизационные (или амортизирующие) материалы (cushioning materials) - материалы, используемые для изготовления прокладок, усиливающих штабель или упаковку, поглощающие ударные и вибрационные нагрузки при транспорти­ровании и хранении грузов.

В качестве амортизационных материалов применяются, в частности, древес­ная стружка (обладает хорошей эластичностью, однако теряет ее при повыше­нии влажности), войлок (хорошо сопротивляется деформациям, однако гигроско­пичен и подвержен поражению амбарными вредителями), стекловолокно (обла­дает высокой упругостью, негигроскопично, не горит, но характеризуется высо­кой абразивностью), бумага и картон (легко принимают нужную форму, хорошо амортизируют легковесные грузы, относительно дешевы, но при повторном при­менении теряют упругие свойства, боятся сырости), пенистые полимеры (обладают хорошими амортизирующими и теплоизолирующими свойствами, влаго­стойкие, не дают пыли, однако при повторных нагрузках изменяют амортизаци­онные свойства), а также воздушно-пузырчатые полимерные пленки и др.

Наиболее распространенные из полимеров - полистирол, пенополиэтилен и велафлекс, это также и наиболее экологичные материалы. Наиболее прогрес­сивными и экономичными амортизирующими материалами являются пени­стые полимеры, гофрированный картон и др.

Для хрупких грузов наиболее опасны удары при падении, при соударении грузовых вагонов, при выполнении погрузочно-разгрузочных работ. Выбор амортизирующего материала для конкретного изделия производится на осно­вании специальных испытаний и по результатам целого ряда расчетов.

Расчет параметров амортизирующей тары производится на основе динамиче­ских характеристик амортизирующих материалов. Динамические характе­ристики амортизирующих материалов определяются эмпирическим путем и от­ражают зависимость пиковой ударной перегрузки от статического давления из­делия на тару. Эта зависимость имеет вид вогнутой чаши (рисунок 3) и описыва­ется выражением:

, (2.3)

где К - пиковая ударная перегрузка, доли g;

Р - статическое давление изделия на тару, кгс/см²;

Н - высота падения изделия, см;

h - толщина амортизирующей прокладки, см;

а₀, а₁, а₂ – размерные постоянные коэффициенты, характеризующие амортизирующий материал.

Рисунок 3 - Зависимость пиковой перегрузки К от статической нагрузки Р при соответствующей высоте падения для определенного амортизирующего материала

 

Амортизирующий материал должен защищать изделие от ударов, деформиру­ясь при этом на минимальную величину. Поэтому для расчета геометрических параметров прокладки из амортизирующих материалов принимается зона мини­мальных значений функции (2.3), которая находится с помощью производной

, (2.4)

отсюда

(2.6)

, . (2.5)

При использовании найденного оптимального значения Р₀ (2.5) найдем оптимальное значение пиковой нагрузки К_о путем преобразования (2.3).

. (2.6)

 

Обозначим

, (2.7)

тогда

. (2.8)

Из выражения (2.8) получим формулу для определения оптимальной толщины прокладки амортизирующего материала h:

, (2.9)

где к _доп - допускаемая нагрузка на изделие, которая должна соответство­вать минимуму динамической характеристики амортизирующего материала, к _доп = к₀ (см. рис. 3).

Площадь прокладки S определяется на основе заданных параметров изделия

, (2.10)

где Q - масса изделия, кг.

При Р = Р₀, учитывая (2.5) и (2.10), получим

. (2.11)

Учитывая (2.9), получим

, (2.12)

где

. (2.13)

 

Таким образом, для расчета оптимальных геометрических параметров амортизирующих материалов необходимо знать:

üзначение допускаемой пиковой перегрузки на изделие, которое задает­ся или определяется опытным путем;

üвысоту падения изделия в упаковке;

üмассу изделия;

üамортизирующий материал и его характеристики.

Для новых амортизирующих материалов проводятся испытания специализи­рованными методами и устанавливаются коэффициенты а_о, а₁, а ₂, которые слу­жат основой для определения С и С₁. Значения коэффициентов амортизации для ряда материалов приведены в таблице 7.

 

Таблица 7

Значения коэффициентов амортизации С и С₁

Материал	Плотность, кг/м3	Значение
обобщенного коэффи­циента амортизации С	постоянной размерной величины амортизации С1
Пенополиуретан		2,25	7,82
	3,02	2,49
	3,54	1,28
Пенополистирол		2,83	0,24
	5,09	2,38
Латексная губка		3,19	2,88
	5,15	0,54
Картон	№ 1	2,50	1,93
№ 2	3,37	0,60