Міністерство освіти і науки України Клуб пакувальників Київський міжнародний контрактовий ярмарок Національний університет харчових технологій
Матеріали доповідей ХX Науково‐практичної конференції молодих вчених «Новітні технології пакування»
Додаток до журналу «Упаковка®»
За підтримки:
Київ – 2021
ЗМІСТ Г.С. Аксьонова, І.В. Євсєєва-Северина, к.е.н., КНУ, м. Київ Шляхи розповсюдження екосвідомості ............................................................... 4 М.О. Кичата, О.В. Ганоцька, к. мист., ХДАДМ, м. Харків Упаковка як об’єкт артдизайну .............................................................................8 О.С. Сірко, О.В. Ганоцька, к. мист., ХДАДМ, м. Харків Проєктування упаковки у форматі limited edition ............................................. 11 В.І. Маслак, О.В. Ганоцька, к. мист., ХДАДМ, м. Харків Етнокультурні традиції у дизайні упаковки ...................................................... 13 Б.Р. Іваськів, І.І. Регей, д.т.н., УАД, м. Львів Експериментальна оцінка прогину картонних заготовок у пристрої їх фіксування за бокові поля ............................................................. 15 О.В. Ватренко, д.т.н., К. Семененко, ОНАХТ, м. Одеса Дослідження форм рівноваги мембран вакуумних кришок енергетичним методом теорії пластин і оболонок ..................................................................... 18 І.С. Глущенко, М.В. Якимчук, д.т.н., НУХТ, м. Київ Дослідження мехатронного модуля забезпечення рівня рідкої харчової продукції у витратному резервуарі в процесі її дозування ............................... 21 В.М. Якимчук, О.М. Гавва, д.т.н., НУХТ, м. Київ Дослідження похибки позиціонування робочих органів функціональних модулів із пневматичним сервоприводом у пакетоформувальних машинах ........................................................................ 25 Б.В. Михайлик, О.М. Гавва, д.т.н., С.В. Токарчук, к.т.н., НУХТ, м. Київ Структурний синтез вагових дозувальних пристроїв для в’язко-пластичних харчових продуктів ....................................................... 30 О.М. Кондратенко, к.т.н., С.А. Коваленко, Т.Р. Поліщук, Н.Д. Косьонкіна, НУЦЗУ, м. Харків Зберігання горючих технічних рідин нафтового походження (проєктування двостороннього клапана резервуара) ........................................ 33
3
Шляхи розповсюдження екосвідомості Г.С. Аксьонова, І.В. Євсєєва-Северина, к.е.н., Київський національний університет імені Тараса Шевченка У зв’язку із сучасними глобальними проблемами, екоактивізм стає все більш популярним напрямом у діяльності людини. У більшості країн світу пріоритетом національної політики є захист навколишнього середовища, Україна – не виняток. Однак набагато важливіше виявляти та вирішувати причини забруднення навколишнього середовища, а не його наслідки. Якщо завчасно ліквідовувати першоджерело екопроблем, майбутньому поколінню не потрібно буде хвилюватися. Саме це і є головною метою екосвідомості – навчити усвідомлювати проблеми, що є першим кроком до їх вирішення. Поняття екоупаковки охоплює наступні завдання: зберігає продукцію від псування і пошкодження протягом терміну придатності; є безпечною для людини та навколишнього середовища протягом всього циклу – від сировини для її виготовлення до використання упаковки; повторно використовується, переробляється у вторинні ресурси або утилізується промисловим компостуванням [1]. Існують різні типи екологічних пакувальних матеріалів та упаковки з них [2; 3]. Серед них зустрічають: надувні повітряні «подушки», «грибну» упаковку, гофровану бульбашкову упаковку, які здебільшого використовують для перевезення товарів на великі відстані або для товарів, які легко б’ються та пошкоджуються при перевезені. Упаковки з пальмової клітковини, кукурудзяного крохмалю та морських водоростей тільки розробляються та ще не є розповсюдженими видами упаковки. Однак споживач все одно не переходить повністю на екологічну упаковку через те, що екоупаковка: дорожча (паперова упаковка в середньому дорожча у п’ять разів); не існує універсальної упаковки для будь-якої продукції, оскільки, наприклад, паперова упаковка не витримує вологи та не зберігає продукт довгий час; неосвіченість споживачів щодо видів безпечної упаковки; відсутність системи поводження з відходами упаковки. Наразі ми не можемо змусити споживачів повністю перейти на екоупаковку, оскільки навіть у європейських країнах повністю не відмовилися від неекологічної упаковки. Єдине, що зараз є можливим, це надання споживачам наступних рекомендацій: відмовлятися від паковання (яке не є еко) при першій-ліпшій можливості; обирати упаковку, яка найбільше підходить під ознаки «екоупаковка»; максимально повторно використовувати упаковку; обирати представника, що підтримує екостандарти виробництва. 4
Як було зазначено вище, основна мета екосвідомості – навчити усвідомлювати проблеми та надавати відповідну інформацію. Наприклад, споживачу в магазині пропонують два види упаковки (умовно паперовий та поліетиленовий пакет), задача продавця вказати на переваги та недоліки обох видів упаковок, але ні в якому разі не наголошувати на купівлі конкретного виду. Споживач, у свою чергу, сам обирає, який вид упаковки доцільніше обрати (або третій варіант – відмова від упаковки взагалі). Хоча Україна далека від еталону екологічного поводження, сучасні тенденції вказують на позитивну динаміку розвитку екосвідомості. На це вказує особлива увага молоді до проблем навколишнього середовища. Саме молодь наразі віддає перевагу мінімалізму та багаторазовому використанню ресурсів. 93 % українців у соціологічному опитуванні на замовлення ресурсноаналітичного центру «Суспільство і довкілля» (2018) відповідають, що охорона довкілля є для них особисто важливим питанням [4]. Наразі Україні необхідно переймати досвід провідних країн, імплементувати найкращі практики. Наприклад, у Німеччині приділяється більше уваги до екологічності з боку держави (виділяються значні кошти на підтримку проєктів щодо екосвідомості). Зокрема, ще в школі на ці питання звертають особливу увагу, німці із самого дитинства починають розуміти, наскільки важливе ощадливе ставлення до природи. У Європі розповсюдження екопродукції вже досягло піку, і 10 % всієї продовольчої продукції на полицях європейських магазинів є сертифікованою органікою. В Україні ця цифра – близько 1 %. Розвиток галузі в основному відбувається за рахунок продуктів преміум-сегмента, розрахованих на аудиторію великих міст з доходом вище від середнього. Знайти такі продукти можна в гіпермаркетах на спеціальних полицях [5]. Однак навіть цим даним важко повірити, оскільки зустрічаються випадки недобросовісного використання позначки «еко», «біо», «органік» тощо. Наприклад, мережа «Франсуа» прикрасила свої конверти й паперові пакети для круасанів позначкою «еко» (над логотипом). На їх сайті про сертифікацію не знайшлося інформації, а відповідно до закону «Про основні принципи та вимоги до органічного виробництва, обігу та маркування органічної продукції», подібна відмітка незаконна (використовувати слово «органік» можна тільки при наявності сертифіката) [5]. Аналізуючи найкращі практики використання екологічної упаковки в країнах Європейського Союзу, вважаємо за необхідне запропонувати: введення в шкільну програму екоусвідомлення; розповсюдження соціальної реклами (через благодійні організації); надання інформації на упаковці про можливість її переробки (рисунок); створення програми лояльності для споживачів, які використовують екоупаковку; активне надання споживачу права вибору (мається на увазі пропонування відмовитися від зайвого поліетиленового пакета або на 5
касі магазинів ставити питання щодо купівлі саме екопакета, а не звичайного пакета тощо); введення пільгового оподаткування для виробників екоупаковки (пакування продукції в екопакунок).
Рисунок. Знак переробки полімерного матеріалу Досліджуючи питання екоусвідомлення, необхідно сконцентрувати увагу на терміні «екокультура», основною метою якого є отримання природи статусу самостійної цінності через унікальність, єдність та неповторність. В останні роки в багатьох розвинених країнах відбулась екологізація моральної свідомості, змінилися ціннісні орієнтації, була створена така система цінностей, в яку увійшли як соціальні, так і природні елементи [6]. Екокультура націлена на екологічне ставлення до навколишнього середовища не тільки заради майбутнього людини, а й заради природи як окремого суб’єкта та життя людини в ній. В цілому, на думку Б.Т. Ліхачова, екокультура визначає екологічну розвиненість свідомості, емоційно-психічний стан та науково обґрунтованої вольової утилітарно-прикладної діяльності [7]. Екокультура – це «морально-духовна сфера життєдіяльності людини, яка характеризує своєрідність її взаємодії з природою та включає в себе систему взаємопов’язаних елементів: екологічна свідомість, екологічне відношення, екологічна діяльність» [8]. Отже, поняття «екосвідомість» та «екокультура» є нерозривними, розвиток однієї складової підвищує сприйняття іншої, створюється певна синергія в поєднанні обох (та їх похідних) елементів. З іншого боку, екосвідомість можна розглядати як складову екокультури, тобто розвиток другого поняття неможливий апріорі без розвитку першого. Висновок. Україна тільки починає усвідомлювати необхідність реалізації екопроєктів для покращення стану навколишнього середовища. Існує досить значна різниця в екоусвідомленні українців порівняно з мешканцями інших країн світу. Однак можна впевнено сказати, що українська екокультура прямує в правильному напрямі та досить швидкими темпами. Особливо важливим є момент, що молодь намагається перейти до екологічного способу життя. Література: 1. Кривошей В.М. Екоупаковка: яка вона? // Упаковка. 2019. № 2. С. 5.
6
2. 8 different types of eco-friendly packaging materials. URL: http://www.earthfriendlymomma.com/8-different-types-of-eco-friendly-packagingmaterials/ 3. Worthington H. 10 types of eco-friendly packaging. URL: https://modernretail.co.uk/10-types-of-eco-friendly-packaging/ 4. Сторощук У.З. Екосвідомість. Власним прикладом // Тиждень.ua. 2021. 3 січня. Спосіб доступу: https://tyzhden.ua/Society/251281 5. Ляшко К. Еко-тренди в упаковці і український ринок органічних продуктів: огляд // Koloro.ua. URL: https://koloro.ua/ua/blog/brending-i-marketing/jekotrendy.html 6. Видиш М.М. Особливості формування екокультури особистості майбутнього соціального педагога // Збірник наукових праць Національної академії Державної прикордонної служби України. Сер. : Педагогічні та психологічні науки. 2014. № 4. С. 78–86. 7. Лихачев Б.Т. Философия воспитания. М., 1995. 234 с. 8. Ситаров В.А., Пустовойтов В.В. Социальная экология. М. : Академия, 2000. 280 с.
7
Упаковка як об’єкт артдизайну М.О. Кичата, О.В. Ганоцька, к. мист., Харківська державна академія дизайну і мистецтв Артдизайн сьогодні є одним із видів дизайну, який поступово з предметного дизайну перейшов до інших сфер культури. Його спрямованість на естетичну складову об’єкта дає нам розуміння «проєктування емоцій», що дуже наближене до задач образотворчого мистецтва. «На початку ХХІ ст. розвиток дизайну визначається не тільки зміною умов та якості життя, соціокультурними та технологічними факторами. Великий вплив на сферу дизайну має художньо-естетична складова, вміння працювати з формою. У цій галузі сходяться і мотиваційні фактори, які змушують дизайнера експериментувати» [1]. Зазвичай об’єкти артдизайну – це виставкові ексклюзивні експонати. Іноді вони не мають практичного використання, оскільки їх утилітарні функції знівельовані автором. Використання принципів артдизайну в пакуванні продукції сьогодні є актуальним. Поступово артоб’єкти адаптуються до сучасного життя, відповідаючи певним вимогам, і стають все доступнішими для людей. Новітня ідея стає унікальною, втілюється в нову форму з використанням сучасних технологічних можливостей. Проєктування упаковки з використанням принципів артдизайну має декілька переваг: подовження життя упаковки, перетворення її на елемент інтер’єру, а також підвищення лояльності до бренду певної продукції [4]. У процесі проєктування упаковки для парфумів «BeWitched» було вирішено розробити пакувальний комплекс як артоб’єкт. Він складається з трьох компонентів: скляного флакона, вторинної упаковки (прозорого боксу з вбудованою нижньою підсвіткою) і картонного паковання – носія інформації про продукт. Жіночі парфуми – це товар, оточений значною кількістю культурних та соціальних смислів. Їх підбирають під вік, статус, настрій; кожен аромат має свою символіку і значення. Здавна аромати сприймалися як дещо магічне, трави та настої часто використовували в чарах та приворотах. «BeWitched» – це вечірні жіночі парфуми високого цінового сегмента із цікавим фантазійним ароматом. Цільова аудиторія: жінки середнього віку, з високим рівнем доходу та культури, які ведуть світський чи богемний спосіб життя, цікавляться психологією та езотеричними практиками, хочуть відчувати себе особливими та привабливими. Назва «BeWitched» була розроблена на грі слів та співзвучності: так, «be witch» означає «будь відьмою», що звертається до одного з базових жіночих архетипів, Відьми, описаного Карлом Юнгом. З іншого боку, «bewitched» з англійської означає «зачарований», в контексті «зачарований цією відьмою», безповоротно закоханий (рис. 1). Це можна розцінити як поклик зачаровувати 8
ароматом, справити враження на оточуючих і, за потреби, на конкретного чоловіка.
Рис. 2. Флакон парфумів
Рис. 1. Логотип «BeWitched»
Центральним образом у роботі було обрано кристал аметиста та зоряне небо. Аметист вважається одним із найзагадковіших натуральних кристалів і дуже часто використовується у відьомських практиках, а фіолетовий колір асоціюється із чимось загадковим. Елементи зоряного неба доповнюють образ і допомагають краще розкрити вторинну функцію паковання як елемента артдизайну – нічного світильника. У пакувальному комплексі скляний флакон виконано у формі обробленого восьмигранного кристала з напівпрозорого фіолетового скла (рис. 2). Скляні флакони будуть відливатися на склообробному заводі за попередньо створеною формою пресовидувним способом. Ковпачки і пульверизатори використано типові, виготовлені відповідно до вимог, металеві, кольору білого золота [2]. Також на них кріпиться металевий обвід з неіржавіючого сплаву з нанесеним рунічним гравіюванням. Такий візерунок виконує і декоративну, і змістову функцію, продовжуючи тему магії в упаковці. Вторинна упаковка являє собою кубічний бокс із внутрішньою підсвіткою, який складається з двох частин: підставки та ковпака (рис. 3). Бокові та нижня грані підставки виготовлені з темного непрозорого полімеру і мають текстурну поверхню. Верхня грань стилізована під самородок аметиста. Для неї розроблено унікальну 3D-модель складної кристалічної форми з передбаченим кріпленням для флакона по центру. За даною формою упаковка створюється на 3D-принтері з використанням суміші вторинного прозорого та бузкового ПЕТФ. Такий спосіб дозволяє імітувати багатошаровість кристала при друці й допомагає створити кожен візерунок унікальним і неповторним, що підкреслює дану упаковку як саме артоб’єкт. Всередині боксу розміщено живильний елемент та світлодіод теплого денного світла. Доступ до елемента живлення та вмикач виведено на нижню сторону коробки. Прозорий ковпак, виготовлений з оргскла, фіксується до підставки передбаченими фіксаторами. Футляр упаковано в картонну коробку з нанесеним логотипом і усією необхідною для подання інформацією, а також із
9
прорізом спереду для презентації товару. Для нанесення логотипу та ключових образотворчих елементів використано золоте тиснення. Для створення упаковки використовується вторинна сировина та придатні для переробки матеріали, що робить її більш екологічною [3]. Таким чином, артдизайн підштовхує до пошуків унікальних проєктних рішень, що відповідають новим умовам сприйняття простору, світла, кольору та матеріалу. В традиційному розумінні упаковка виконує скоріше утилітарну функцію – для захисту та збереження товару при транспортуванні та як носія інформації про продукт. Але Рис. 3. Бокс-світильник сьогодні цього недостатньо, щоб мати перевагу на ринку. Тому пакованню надають додаткових функцій і смислів, намагаються дати йому друге життя [4]. Сюди можна віднести новітні матеріали, можливість переробки чи повторного використання, надання упаковці окремої художньої цінності. Це виділяє товар серед конкурентів, робить його впізнаваним, викликає емоції в споживачів і зменшує кількість паковання, просто викинутого в смітник. Запропонований варіант паковання має одночасно дві переваги: несе в собі функцію артоб’єкта – світильника у вигляді природнього каменя, а також має опцію використання навіть окремо від продукту. Це дуже вирізняє серед конкурентів на полиці та стає особливо привабливим для обраної цільової аудиторії. Цілісний яскравий образ паковання та цікавий спосіб вторинного використання підвищить пізнаваність бренду, а можливість створення споживачами атмосферних фото для соцмереж виконуватиме додаткову функцію реклами продукту. Література: 1. Ганоцька О.В., Лаврікова К.А. Головні ознаки концептів у сучасному формоутворенні // Традиції та новації у вищій архітектурно-художній освіті. Харків : ХДАДМ, 2017. № 1. С. 16–23. 2. Про інформацію для споживачів щодо косметичних продуктів : Закон України від 06.12.2018 № 2639-VIII // Відомості Верховної Ради України. 2019. № 7. С. 5, ст. 41. 3. Власова Т.М., Сыцко В.Е. Инновационные технологии в пластиковой упаковке // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 2004. № 1. C. 110–112. 4. .Стюарт Б. Упаковка как инструмент эффективного маркетинга. М. : Изд-во МГУП, 1999. 144 с.
10
Проєктування упаковки у форматі limited edition О.С. Сірко, О.В. Ганоцька, к. мист., Харківська державна академія дизайну і мистецтв Сьогодні прихильників здорового способу життя у світі стає все більше. Турбота про свій організм, натуральна їжа, натуральні тканини, зведення до мінімуму кількості хімії в побуті – такі тенденції сучасного життя [1]. Розробка пропозиції щодо дизайну паковання з переробного матеріалу актуальна, тому що паковання відіграє величезну комунікаційну роль і впливає на навколишнє середовище. Ми уважно вибираємо зовнішній вигляд товару, читаємо етикетки, відстежуємо склад і походження продуктів. Абсолютно те ж саме стосується і паковання. Сьогодні дизайнери намагаються здивувати споживачів, вигадуючи цікаві рішення, нестандартні сполучення форм та матеріалів. Набуває розповсюдження ідея упаковки у форматі limited edition, тобто випуск обмеженої кількості, з додаванням більш емоційного забарвлення до дизайну паковання, коли споживач може отримати додатковий wow-ефект. Імідж преміальної торгової марки залежить від зовнішнього вигляду товару. У клієнтів преміум-класу широкий діапазон потреб: від прагнення до самопрезентації до підвищення самооцінки, можливість виділитися серед представників більш респектабельної соціальної групи [2]. Можливість використання незвичних матеріалів у пакованні limited edition дозволяє втілювати сміливі задуми, надаючи продукту унікальності та впізнаваності. Такий оригінальний матеріал для ексклюзивного паковання, як, наприклад, бетон, може уособлювати не тільки оригінальність, але й практичність та універсальність. При проєктуванні ексклюзивної упаковки для інструментів зі шліфування «Stone» як матеріали для паковання було вирішено використовувати різноманітні суміші цементного розчину з додаванням дрібних каменів. Переваг у бетону дуже багато, але найголовніше, що він є безпечним та екологічно чистим матеріалом. За допомогою різних цементних сумішей можна зробити унікальну й цікаву текстуру ліній, які переходять одна в одну, з приємною на дотик поверхнею, таким чином додаючи тактильності пакованню. Також було прийнято рішення використовувати скло з нанесенням логотипу компанії, яке виступатиме декоративним елементом. Через скло можна буде роздивитися товар, не відкриваючи паковання (рисунок). Преміум-паковання з нестандартних матеріалів буде контрастувати з упаковкою мас-маркету і буде гарним оформленням подарунку. Особливий акцент робиться на виявленні фактури матеріалу, підкресленні його властивостей [3]. Для створення відчуття солідності в оформленні буде використовуватися багатошаровість. Загальний вигляд паковання буде консервативним та стриманим, так паковання виглядатиме більш преміальним, незвичним для нашого покупця, який є заможною й упевненою в собі людиною, яка піклується про престиж та має витончений смак. 11
Дизайн паковання для інструментів «Stone» матиме вигляд бетонного футляра прямокутної форми, оскільки так його буде легше складати на полиці, воно матиме закономірну структуру викладки товару, не займатиме багато місця. Для розробки логотипу stone було обрано прості форми – для повного відчуття натуральності та природності. Як прості геометричні фігури символізують основу всього, так і матеріали, з яких виготовлене паковання, є основною складовою природи. Стриманість та натуральність кольорового рішення паковання вказують на самодостатність та витонченість (рисунок).
Рисунок. Проєктне рішення дизайну паковання у форматі limited edition «Stone» Отже, виробництво упаковки у форматі limited edition відкриває додаткові переваги: підтримка бренду, залучення нової категорії споживачів, можливість виходу на нові ринки збуту продукції. Випуск продукції в такому пакованні мотивує покупців купувати продукцію, цікавитися всією лінійкою продукції. Виробники мають змогу отримати більше прибутків від продажу своєї продукції в упаковці формату limited edition. Література: 1. 100 Идей для продажи. Чикаго : РИП-холдинг, 2007. 320 с. 2. Пресс М., Купер Р. Власть дизайна: ключ к сердцу потребителя. Минск : Гревцов Паблишер, 2008. 352 с. 3. Элитная упаковка – где заказать, чтобы товар играл в высшей лиге? URL: https://ukraina-print.com/blog/elitnaya-upakovka 12
Етнокультурні традиції у дизайні упаковки В.І. Маслак, О.В. Ганоцька, к. мист., Харківська державна академія дизайну і мистецтв Сьогодні, як ніколи, потрібні нові підходи і нові шляхи до виховання патріотизму як почуття і як базової якості особистості. Можна помітити, що з кожним роком на полицях у супермаркеті зустрічається все більше українських продуктів в упаковках, оформлених з впровадженням елементів національної символіки. Таким чином, певні символи на упаковці замінюють текстову інформацію, додають бренду впізнаваності. Естетичні функціональні характеристики упаковки демонструють сукупність матеріальних і духовних цінностей, вироблених українським етносом впродовж його історії на його власній території засобами етнічного самовираження. В. Кривошей вказує у своїй роботі: «Коли економіка України почала проявляти перші ознаки ринкових відносин, а товари почали конкурувати та «шукати» свого споживача, то на перших порах ефектна, а з плином часу ефективна упаковка стала важливим конкурентним фактором» [1]. Гостра конкуренція товарів на полицях магазинів висуває останнім часом нові вимоги до дизайну. «При створенні упаковки дизайнеру вже недостатньо думати тільки про нове й цікаве рішення, здатне привернути увагу до продукту. Не менш важливо, щоб упаковка говорила однією мовою зі своїми споживачами, відображала їх смаки й пристрасті, а для цього необхідно, щоб дизайнер вбудував у візуальне оформлення продукту певні візуальні знаки, які будуть зрозумілі для споживача і повідомлятимуть йому необхідну інформацію» [2]. Сьогодні дизайнери використовують різноманітні дизайнерські прийоми для створення упаковки. При візуальному контакті з будь-яким предметом відбувається зіставлення побаченого з тими логічними і візуальними чинниками, що зберігаються в пам’яті. Розуміння і вивчення проблеми візуальної оцінки навколишніх предметів украй важливі для дизайнерів, що працюють в галузі дизайну упаковки, де візуальне позиціонування продукту прямо впливає на його продаж. Адже упаковка – це первинна комунікація продукту зі споживачем. За останні пів року людей з патріотичними настроями стало набагато більше. Соціологи пов’язують цей факт з історичними подіями, що відбулися останнім часом в Україні. На упаковках ми все частіше помічаємо елементи українського історичного минулого, або ж національні символи, та їх візуальну інтерпретацію, яка почала ставати модою. На тлі війни народ об’єднується. Кількість українців, які вважають себе патріотами, за рік виросла, і складає 86 %. Психолог Іван Котляревський пояснює модні тенденції сильним патріотичним піднесенням: «Зараз у суспільстві істотний розкол і саме за темою патріотизму. Тому що патріотизмом ми називаємо будь-який прояв соціальної активності. Любов до свого національного одягу, до своїх свят, національних, релігійних, етнічних, але це справа така. Воно існує саме по собі, як культурний акт, як культурне 13
явище. Його можна експлуатувати, а можна в ньому жити» [3]. Дизайнери свідомо обирають нові й незвичні способи, щоб показати етнохарактер своєї країни. За деякими деталями ми не зможемо відразу впізнати символіку країни, бо відбувається візуальне спрощення графічних елементів у дизайні, тобто примітивність є актуальною в наш час і сучасною рисою, таким чином з’являється умовність елементів, але на підсвідомості ми обираємо цей продукт, бо в нас виникає відчуття «рідного». Актуальність етнокультурної традиції у дизайні сучасної української упаковки полягає у необхідності визначення специфіки інтерпретації етнокультурних традицій в сучасних галузях дизайну. Визначення такої специфіки дасть можливість дизайнеру розрізняти проєктні вимоги, що сформувались у кожній галузі, свідомо підходити до процесу формотворення дизайн-об’єктів, вільно себе почувати під час пошуку ідей для проєктування сучасних речей, усвідомлено підбирати етнокультурні мотиви згідно з тими чи іншими проєктними вимогами. Література: 1. Кривошей В.Н. Упаковка в украинских реалиях. Львов : УАП, 2017. 288 с. 2. Ганоцька О. Дизайн споживчої упаковки в Україні: сучасні прийоми та засоби. Київ : МІСТ, 2009. С. 63–68. 3. В Україні зростає мода на патріотів // Перший міський. 2014. 23 серпня. URL: http://1tv.od.ua/news/3773
14
Експериментальна оцінка прогину картонних заготовок у пристрої їх фіксування за бокові поля Б.Р. Іваськів, І.І. Регей, д.т.н., Українська академія друкарства, м. Львів Для виготовлення картонного паковання широко експлуатують штанцювальне обладнання, в якому закладено автоматизовані процеси транспортування картонних заготовок через технологічні секції, штанцювання розгорток, виламування та виведення обрізків, розділення виготовлених розгорток та їх стапелювання [1]. Преси широко використовуваного штанцювального обладнання укомплектовані нерухомою плитою 1 (рис. 1) з плоскою штанцювальною формою 2 та натискною 3. Вертикальне переміщення масивної натискної плити регламентоване умовою проходження кареток із зафіксованими картонними заготовками за переднє поле і є причиною інерційних навантажень на привод. Запропоновано новий спосіб дискретного транспортування картонних заговок через технологічні секції штанцювального обладнання, який уможливлює реалізацію обмеженого переміщення масивної натискної плити [2]. Новий пристрій передбачає заміну фіксування за вільне переднє поле Рис. 1. Схема транспортування картонних на фіксування картонних заготовок у зону штанцювання за бокові поля заготовок КЗ (рис. 1) клапанами окремого лівого 4 та правого 5 засобів за їх бокові поля, чим забезпечується суттєве зменшення ходу натискної плити 3. Фіксування картонних заготовок за вільні праве та ліве поля супроводжується їх прогином середньої ділянки, який залежить від багатьох чинників: товщини картону, напрямку розташування волокон, формату заготовок. Експериментальним шляхом прогин картонних заготовок досліджували на розробленому стенді, змонтованому на горизонтальній рейці 1 (рис. 2), що складається з лівої 2 та правої 3 стійок з горизонтальними поличками 4, 5 для встановлення картонної заготовки КЗ та фіксування її за бокові поля лівим 6 і правим 7 гвинтами за допомогою притискних п’ят 8, 9. Стенд укомплектований регульованим по висоті опорним столом 10 з індикатором 11 годинникового типу. Для експериментальних досліджень були використані картонні заготовки з хром-ерзацу різних форматів (840×840, 760×760, 640×640 і 550×550 мм), різної маси квадратного метра (370; 300 і 270 г/м2) та різної товщини (0,5; 0,4 і 0,3 мм). Вимірювання прогину картонних заготовок проводили за відносної вологості повітря 30 % та температури 19 °С. 15
Після розміщення горизонтально на опорному столі 10 картонну заготовку КЗ фіксували за бокові поля лівим 6 і правим 7 гвинтами притиском п’ят 8, 9 до горизонтальних поличок 4, 5. Далі опорний стіл 10 Рис. 2. Схема експериментального стенда для опускали, внаслідок чого дослідження прогину картонних заготовок утворювався прогин k середньої частини картонної заготовки КЗ, який фіксували за допомогою індикатора 11. Для дослідження прогину картонних заготовок різних форматів конструкцією лівої 2 та правої 3 стійок з поличками 4, 5 передбачено їх горизонтальне зміщення вздовж рейки 1. Експериментальними дослідженнями виявлено максимальний прогин k = 3,9 мм (рис. 3а) при фіксуванні картонної заготовки форматом 840×840 мм і масою квадратного метра m1 = 230 г з поперечним розташуванням її волокон відносно осі затиску. Мінімальний прогин k = 1,1 мм (рис. 3б) виявлено при фіксуванні картонної заготовки найменшого формату (550×550 мм) з найбільшою масою квадратного метра (m1 = 370 г) з поздовжнім розташуванням її волокон відносно осі затиску.
а)
б) Рис. 3. Графіки залежностей прогину картонних заготовок від їх формату, розташування напрямку волокон відносно напрямку осі фіксування: впоперек (а), вздовж (б)
16
Отримані експериментальним шляхом дані будуть використані при розробленні засобів фіксування картонних заготовок за бокові поля з функцією вирівнювання прогину. Література: 1. Шредер В.Л., Пилипенко С.Ф. Упаковка из картона. Киев : ИАЦ «Упаковка», 2004. 560 с. 2. Пристрій дискретного переміщення картонних заготовок по технологічних секціях штанцювального автомата: пат. 122189 України: В65G 47/84 (2006.01), В65G 17/46 (2006.01), B31B 50/04 (2017.01), B26F 1/02 (2006.01), B26F 1/40 (2006.01). Книш О.Б., Регей І.І., Кравчук І.М., Іваськів Б.Р.; володільці пат.: Регей І.І., Книш О.Б. № а2019 01334; заявл. 11.02.2019; опубл. 25.09.2020. Бюл. № 18. 4 с.
17
Дослідження форм рівноваги мембран вакуумних кришок енергетичним методом теорії пластин і оболонок О.В. Ватренко, д.т.н., К. Семененко, Одеська національна академія харчових технологій Вступ. Для скляної упаковки системи твіст-офф, у якій продукція зберігається протягом двох років, показником безпеки продукції є гнучка мембрана, розташована в центрі металевої кришки. Матеріали і методи. Визначено додатковий прогин центра мембрани в робочому стані. Повна енергія круглої пластини представлена у вигляді суми енергії безмоментного напруженого стану, енергії вигину та роботи зовнішнього тиску. Виведено розрахункове рівняння повної енергії мембрани, отримані її енергетичні рівні у різних положеннях стійкої рівноваги. Результати і обговорення. Після втрати стійкості мембрана переходить в інше положення стійкої рівноваги. Результати вимірювань показали, що у стані втрати стійкості додатковий прогин центра мембрани f = 0,07 мм, що значно менше , ніж початковий прогин центра мембран fпч = 0,25 мм. Тобто в результаті втрати стійкості не відбувається дзеркальної деформації робочого конуса мембрани (рисунок). Такі параметри додаткового прогину дозволяють гарантувати працездатність мембран у широкому діапазоні різниці між протитиском системи (в автоклаві) та внутрішнім тиском у тарі протягом усього процесу термообробки продукції.
Рисунок. Мембрана в стані втрати стійкості Вихідні рівняння для розрахунку енергії системи використовуємо з теорії пластин і оболонок. Повна енергія системи мембрани визначається аналогічно до енергії при вісесиметричному вигині круглої пластинки [2]: Еп = Ес + Ев - W, (1) де Ес – енергія напружень в серединній поверхні мембрани, 2 2 R Е d 2Ф 1 dФ 2 dФ d 2Ф Ес 2 rdr , (2) 2 0 dr 2 r dr r dr dr 2 Ев – енергія вигину, 2 2 R D d 2 1 d 2 d d 2 Ев 2 2 rdr , (3) 2 0 dr r dr r dr dr 2 W – робота зовнішнього навантаження, 18
R
R
0
0
W P 2rdr 2P rdr ,
(4)
де Е – модуль нормальної пружності матеріалу мембрани; δ – товщина мембрани жерсті; R – радіус контуру закріплення мембрани; Ф – функція напруження; r – поточний радіус мембрани; μ – коефіцієнт Пуассона матеріалу E 3 мембрани; D – циліндрична жорсткість мембрани; ω – 12 1 2 додатковий поточний прогин мембрани; Р – тиск (навантаження) на мембрану. Після розв’язання рівнянь (2), (3), (4) підстановки їх у (1) та введення безрозмірного додаткового прогину центра мембрани тиску на мембрану P
f та безрозмірного
PR 4 отримаємо 4E
4 5 2 2 5 P . E 51 , 9214 16 D 0 , 6667 E 36 3 R2 Введемо безрозмірну повну енергію E R2 E п п 5 . E Після підстановки (5) у (6) та перетворень отримаємо 3 0,3512 0,0578P 0 .
Eп
(5)
(6) (7)
Підставивши експериментально отримане значення f у стані втрати стійкості в розрахункове рівняння повної енергії мембрани, отримано розрахункову, для розглянутого випадку, величину тиску втрати стійкості мембран кришок Р1 = 0,0326·106 Па. Розрахункова величина Р1 є близькою до значення тиску втрати стійкості мембран кришок Р1 = 0,03 мПа, яке наводиться виробником кришок. На відхилення розрахункової величини тиску Р1 від реальної може впливати ступінь твердості жерсті, з якої виготовлена кришка з мембраною. Шляхом комп’ютерного моделювання розглянуто енергетичні рівні різних положень рівноваги мембрани при двох різних навантаженнях, які відповідають критичним тискам втрати стійкості 𝑃1∗ та розвантаження 𝑃2∗ . Графіки енергетичних рівнів обох тисків, побудовані за допомогою розрахункового рівняння, мають мінімуми потенціальної енергії. Такий вигляд кривих енергетичного критерію для критичних тисків повністю ∗ відповідає теоремі Лагранжа-Діріхле, оскільки тиску 𝑃1𝑚𝑖𝑛 відповідає мінімальна по відношенню до інших суміжних станів енергія. Висновки. Отримано розрахункове рівняння повної енергії мембрани та енергетичні рівні станів її рівноваги, що відповідають критичним тискам.
19
Література: 1. Ugural A. Plates and shells: theory and analysis. London, New York : CRC Press, Taylor & Fransis group, 2018. 2. Вольмир А.С. Гибкие пластинки и оболочки. М. : Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. 419 с. 3. Reddy J. Theory and analysis of elastic plates and shells. London, New York : CRC Press, Taylor & Fransis group, 2007. 4. Ventsel E., Krauthammer T. Thin plates and shells: Theory, analysis and applications. New York, Basel : Marcel Dekker, Inc., 2001.
20
УДК 621.789 Дослідження мехатронного модуля забезпечення рівня рідкої харчової продукції у витратному резервуарі в процесі її дозування І.С. Глущенко, М.В. Якимчук, д.т.н., Національний університет харчових технологій, м. Київ Вступ. Сьогодні рідку харчову продукцію фасують у різні типи й види споживчої упаковки, виготовленої зі скла, полімерних матеріалів, металу та комбінованих матеріалів. Рідка харчова продукція дуже різноманітна за своїми фізико-хімічними властивостями, саме тому екстенсивний розвиток харчової промисловості разом із підвищенням вимог до якості та ефективності виробництва привів до розробки широкої гами сучасних дозувальнофасувальних систем, що побудовані на основі мехатронних модулів [1; 2]. Тому закономірно, що в сучасних реаліях виникає необхідність у наукових дослідженнях систем для дозування та фасування рідких харчових продуктів із використанням мікропроцесорної техніки та електронних вимірювальних пристроїв. Мета роботи. Розробити мехатронну систему забезпечення рівня рідкої харчової продукції у витратному резервуарі та дослідити її технологічні характеристики в процесі дозування. Основна частина. Після аналізу сучасних технологічних схем та пристроїв дозування та фасування рідкої харчової продукції було розроблено принципову схему мехатронного модуля дозування та фасування рідкої харчової продукції [3]. Структуру системи керування мехатронним модулем зображено у вигляді схеми (рис. 1).
Рис. 1. Структурна схема модуля дозування та фасування рідкої харчової продукції: 1 – блок живлення 24В; 2 – HMI панель; 3 – ПК; 4 – блок дискретних входів/виходів; 5 – блок аналогових входів/виходів; 6 – ПЛК
21
На основі отриманих результатів було модернізовано навчальну систему EduKit PA Advanced компанії Festo до рівня мехатронного модуля (рис. 2). Розроблена експериментальна установка дала змогу забезпечити та дослідити зміну рівня рідкої харчової продукції у витратному резервуарі. Регулювання процесу дозування та забезпечення рівня рідкого харчового продукту здійснювалося за допомогою ПЛК Siemens S7-1500, ватметра Adiro DC та панелі людино-машинного інтерфейсу KTP400 comfort. Необхідність підтримання постійного рівня рідини у витратному резервуарі пов’язана в першу чергу з необхідністю підтримання стабільної величини витрат у процесі дозування, на що впливає висота стовпа рідини в продуктовому резервуарі при гравітаційному переміщенні рідини в тару [4]. Дана задача виконується за допомогою розроблених програмних блоків у середовищі TIA Portal. На першому етапі дослідження було розроблено математичну модель керування мехатронним модулем та визначено коефіцієнти впливу найсуттєвіших факторів на витратну характеристику гідравлічної мехатронної системи [5].
Рис. 2. Мехатронна установка забезпечення рівня рідкої харчової продукції у витратному резервуарі Festo EduKit PA Advanced: 1 – блок живлення; 2 – EasyPort USBінтерфейс; 3 – манометр; 4 – витратомір; 5 – нижній резервуар; 6 – електромагнітний клапан; 7 – верхній резервуар; 8 – ультразвуковий датчик рівня; 9 – датчик тиску; 10 – запірна арматура; 11 – ротаметр; 12 – блок управління; 13 – дискретні датчики рівня; 14 – I/O блок; 15 – станина; 16 – насосна станція; 17 – трубопровід Результати досліджень. У результаті аналітичних та експериментальних досліджень були отримані математичні моделі залежності споживаної 22
потужності насосною станцією та коливання рівня рідини у витратному резервуарі в процесі дозування рідкої харчової продукції від зміни величини місцевого гідравлічного опору, створеного кутом повороту запірної арматури. Рівняннями робочої характеристики насосної станції для напруг живлення двигуна 21В, 18В, 16В є такі: 𝐻21 = 0.221 − 0.0048 ∗ 𝑄2 ; (1) 𝐻18 = 0.169 − 0.0042 ∗ 𝑄2 ; (2) 𝐻16 = 0.123 − 0.0041 ∗ 𝑄2 , (3) де H – величина напору в системі; Q – величина витрат у системі. Результати зміни споживаної потужності насосної станції залежно від величини місцевих опорів у процесі дозування рідкого харчового продукту наведено на рис. 3.
Рис. 3. Зміна споживаної потужності насосної станції залежно від величини місцевих опорів у процесі дозування рідкого харчового продукту Зведені результати експериментальних досліджень із визначення впливу зміни величини місцевого опору, створеного кутом повороту запірної арматури гідравлічної мехатронної системи, на похибку коливання рівня рідини у витратному резервуарі та величини споживаної потужності в процесі дозування рідкої харчової продукції наведено в таблиці.
23
Таблиця. Вплив місцевого опору гідравлічної мехатронної системи на похибку коливання рівня рідини у витратному резервуарі та величини споживаної потужності в процесі дозування рідкої харчової продукції * ΔH, л ∑P, Вт · год ∑t, с tн, с α = 0° 0,25 0,122 69 8 α = 10° 0,32 0,137 70 9,5 α = 20° 0,29 0,166 74 12,5 α = 30° 0,27 0,206 79 18 *α, [o] – кут повороту запірної арматури; ΔH, [л] – коливання рівня рідини у витратному резервуарі; ∑P, [Вт·год] – сумарні енергетичні витрати насосної станції в процесі дозування; ∑t, [с] – тривалість процесу дозування; tн, [с] – тривалість набирання рідини у витратний резервуар до заданого рівня Висновки. На основі аналітичних та експериментальних досліджень мехатронного модуля дозування та фасування рідкої харчової продукції: експериментально доведено, що запропонована система керування мехатронним модулем на основі математичної моделі нівелює вплив місцевого опору в гідравлічній системі на коливання рівня рідини з похибкою в межах в ΔH = 0,25–0,32 л; встановлено залежність зміни сумарних енергетичних витрат ∑P насосної станції в процесі дозування рідкої харчової продукції від зміни величини місцевого опору в гідравлічній системі; за допомогою вбудованих інструментів TIA Portal Mesurements та Combined Mesurements проведено експериментальні дослідження та визначено коефіцієнти впливу найсуттєвіших факторів на витратну характеристику гідравлічної мехатронної системи. Література: 1. Computitional Techniques for Fluid Dynamics / Fletcher C.A., Ed. N.Y., 1990. 502 p. 2. Соколенко А.И., Украинец А.И., Яровой В.Л., Поддубный В.А. Вода, напитки, продукты питания. Киев : ПП Люксар, 2006. 368 с. 3. Пашков Є.В., Осинський Ю.О. Промислові механотронні системи на основі пневмоприводу. Севастополь : Вид-во СевНТУ, 2007. 394 c. 4. Гавва О.М., Беспалько А.П., Волчко А.І., Кохан О.О. Пакувальне обладнання. Київ : ІАЦ «Упаковка», 2010. 746 с. 5. Salem F.A., Mahfouz A.A. Mechatronics Subsystems' Classification, Role, Selection Criteria and Synergistic Integration in Overall System Design // American Journal of Educational Science. 2016. Vol. 2. No. 3. Pp. 16–28.
24
УДК 621.789 Дослідження похибки позиціонування робочих органів функціональних модулів із пневматичним сервоприводом у пакетоформувальних машинах В.М. Якимчук, О.М. Гавва, д.т.н., Національний університет харчових технологій, м. Київ Вступ. Формування транспортних пакетів із тарних вантажів складається з трьох основних процесів: підготовка тарних вантажів до пакетування; укладання тарних вантажів за заданою схемою на піддон; скріплення сформованого транспортного пакета [1]. Основними приводами модулів пакетоформувальних машин є гідро- (ГМ), електро- (ЕМ) та пневмомеханічні (ПМ), управління якими може бути автоматичним або напівавтоматичним. Сукупність технічних рішень із новітніми системами керування призвела до створення автоматизованих комплексів високої продуктивності та з гнучким переналагодженням. Здебільшого в таких конструкціях використовуються мехатронні модулі з електричними та пневматичними сервосистемами. Метою роботи є дослідження похибки позиціонування робочих органів функціональних модулів із пневматичним сервоприводом у пакетоформувальних машинах (ПФМ) шляхом математичного і фізичного моделювання.
Рис. 1. Структурна схема мехатронного модуля з пневматичним приводом слідкування: 1 – контролер; 2 – інтерфейс перетворення сигналів; 3 – пневмоциліндр; 4 – пропорційний розподільник; 5 – система підготовки та очищення повітря; 6 – система безударної зупинки в кінцевих положеннях; 7 – упаковка; 8 – датчик зворотного зв’язку про положення робочого органа; 9 –зіштовхувач
25
Основна частина. Типову схему пневмосервопривода наведено на рис. 1 [2]. Керування системою відбувається за допомогою розподільника з пропорційним керуванням 4. Контроль за процесом переміщення виконується датчиком положення робочих органів 8. Корегування невідповідності між сигналом задавання і сигналом з датчика зворотного зв’язку забезпечується контролером нижнього рівня 2, а живлення системи стисненим повітрям – блоком підготовки повітря 5. У більшості схем використовується п’ятилінійний трипозиційний розподільник золотникового типу з електромагнітним імпульсним керуванням. Оцінювання якості позиціонування робочих органів із пневматичним сервоприводом розглянемо як сукупність вхідних функцій керування зупинкою в поточних координатах та збурень системи, які є досить репрезентативними як в детермінованому, так і в стохастичному режимах роботи, та вихідних функцій часу та частоти [3]. У дослідженні прийнято умову, що міра якості позиціонування робочого органа визначається похибкою його зупинки як функція прямої оцінки вихідного сигналу керування в залежності від часу та реакції мікропроцесорної системи із зворотним зв’язком. В аналітичному дослідженні сервопневматичного привода передбачалося, що похибка позиціонування є складовою функцією трьох основних похибок системи, значення яких потрібно мінімізувати: статичної похибки миттєвої координати 𝐼𝑒𝑠𝑠 = 𝑎𝑒𝑠𝑠 |𝑠(𝑘𝑢 ) − 𝑠0 |𝑑𝑓 = 𝑚𝑖𝑛; (1) динамічної похибки переміщення зведеної маси, яка виникає шляхом запізнення реагування системи керування, 𝑑𝑓
𝐼𝑒𝑠𝑡 = 𝑎𝑒𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑥 {0, max [𝑠𝑔𝑛(𝑆0 − 𝑆𝑖𝑛𝑖𝑡 )[(𝑆(𝑘) − 𝑆0 )]]}
0<𝑘<𝑘𝑎
= 𝑚𝑖𝑛; (2)
похибки зворотного зв’язку, яка характеризується часом запізнення передачі сигналу 𝐼𝑡 = 𝑎𝑡 𝑘𝑓𝑖𝑛𝑎 𝑇𝑝 𝑑𝑓 = 𝑚𝑖𝑛, (3) де 𝑎𝑡 , 𝑎𝑒𝑠𝑡 ,𝑎𝑒𝑠𝑠 – оціночні коефіцієнти похибок; 𝑆0 и 𝑆𝑖𝑛𝑖𝑡 – відповідно початкова та поточна координата робочого органа; 𝑡(𝑘𝑓𝑖𝑛𝑎 𝑇𝑝 ) – час оброблення сигналу. Кінцева умова математичної моделі (1) – (3) передбачає, що дійсна похибка позиціонування робочого органа з пневматичним сервоприводом не перевищує допустимої |𝑒𝑠𝑠 | ≤ 𝑒𝑠𝑎𝑐𝑐 . Результати досліджень. Для перевірки адекватності запропонованої математичної моделі визначення заданої похибки позиціонування робочого органа сервоприводом було розроблено та виготовлено експериментальну установку на базі використання розподільників із пропорційним керуванням (рис. 2). У схемі керування використовується розподільник 2 марки VPWP-4-L-5 із пропорційним сигналом керування. Датчик зворотного зв’язку 4 є безконтактним цифровим пристроєм кодування переміщення, який у 26
безперервному режимі роботи записує координату поршня протягом усього процесу його переміщення.
Рис. 2. Експериментальна установка керування сервоприводом на базі використання розподільників з пропорційним керуванням: 1 – контролер нижчого рівня; 2 – розподільник з пропорційним керуванням; 3 – система підготовки та очищення повітря; 4 – система контролю координати об’єкта переміщення; 5 – безштоковий пневмоциліндр; 6 – об’єкт переміщення; 7 – спеціальний роз’єм для приєднання шини зв’язку з контролером вищого рівня Експериментально встановлено, що оцінка якості похибки позиціонування робочого органа за умови використання розробленої математичної моделі керування не забезпечує очікуваних результатів точності. Основною проблемою системи керування є відсутність узгодженості між похибкою позиціонування та величиною зведеної маси. За результатами аналітичних та експериментальних досліджень було визначено вплив величини зведеної маси на точність похибки позиціонування (рис. 3).
27
Рис. 3. Залежність похибки позиціонування від часу виконання операції (1) та від величини зведеної маси робочого органа та проміжних структурних елементів транспортної упаковки (2) Наступним етапом дослідження є формування форми сигналу керування. Доведено, що величина вихідного електричного сигналу керування суттєво впливає на точність позиціонування. Було визначено оптимальну вихідну функцію керуючого сигналу на етапах розгону, гальмування та позиціонування (рис. 4).
Рис. 4. Функція керуючого сигналу напруги (U)
28
Висновки. На основі аналітичних та експериментальних досліджень похибки позиціонування робочих органів із пневматичним сервоприводом у пакетоформувальних машинах встановлено: використання типової математичної моделі для розрахунку похибки позиціонування шляхом визначення різниці між миттєвою та заданою координатою положення забезпечує точність у межах 15 %; використання розробленої математичної моделі для розрахунку похибки позиціонування шляхом визначення сумарного впливу похибок роботи системи керування з урахуванням маси вантажів дає можливість оптимізувати роботу пропорційного розподільника та забезпечує точність у межах 1 % від номінального значення. Література: 1. Гавва О.М., Беспалько А.П., Волчко А.І., Кохан О.О. Пакувальне обладнання . Київ : ІАЦ «Упаковка», 2010. 746 с. 2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб. : Профессия, 2003. 752 с. 3. Rachkov М., Marques L., de Almeida А.Т. Pneumatic system for automation. Coimbra, 2002.
29
УДК 621.798.37 Структурний синтез вагових дозувальних пристроїв для в’язко- пластичних харчових продуктів Б.В. Михайлик, О.М. Гавва, д.т.н., С.В. Токарчук, к.т.н., Національний університет харчових технологій, м. Київ Автоматичні дозувальні пристрої дискретної дії знайшли широке застосування на підприємствах харчової промисловості для значного асортименту продукції. Однак постійно зростаючі вимоги до забезпечення якісних показників процесу дозування створюють певні обмеження для застосування об’ємного способу відокремлення дози. Усунення систематичної та випадкової похибок дозування об’ємним способом потребує ретельного підходу як на етапі проєктування обладнання, так і під час його експлуатації, а також постійного контролю стабільності характеристик продукції (при цьому точність дозування рідко перевищує ±3%). У свою чергу вагові дозатори здатні забезпечувати точність дозування 0,5-1 % по масі, а тому вони широко застосовуються для дозування сипкої та рідкої продукції [1]. Впровадження вагових систем для дозування в’язко-пластичних продуктів викликає труднощі, які пов’язані з нерівномірністю їх реологічних властивостей за об’ємом дози [2]. Під час досліджень розглядали два конструктивних варіанти виконання дозаторів дискретної дії, один з яких побудовано за ваговим принципом формування дози, інший – за комбінованим (об’ємно-ваговим) (рис. 1). Комбінований дозатор (рис. 1а) складається з бункера 1, який через кранову запірну арматуру 10 сполучений із циліндрами «грубого» 6 та «точного» 8 дозування. У запірній арматурі виконано два несполучені між собою канали (коліна), вихідні отвори яких зміщено на 90 о. Поворот запірної арматури 10 здійснюється приводним механізмом 11, що дозволяє почергово з’єднувати бункер із циліндром 6, а тару 2 – із циліндром 8. Споживчу тару 2 розташовано на системі зважування 3. 4 6 7
6
4
7 5
5
13
1
1
11
11 10 2 3
а)
а)
12 13 17 1
8 9
10 8 9 2
14 15 16 2 3
3
12 17 1 14 15 16 2 3
б) б) Рис. 1. Схеми дозаторів: комбінований (а); ваговий (б) а)
б)
Робочі органи дозувальних циліндрів 8 та 6 (поршні) приводяться в рух за допомогою пневматичного 7 та електричного 9 приводів. Для забезпечення 30
рівномірної подачі продукції до запірної арматури та компенсації недостатнього розрідження в дозувальних циліндрах у бункері 1 встановлено шнековий живильник 5 з приводом 4. Ваговий дозатор (рис. 1б) складається із бункера 1, у якому встановлено два співвісні шнеки 14 та 15, які закріплені в опорі 13 кришки 17 та мають незалежні приводи 12. Ірисовий клапан 16 дозволяє перекривати частину патрубка, відділяючи тим самим шнек грубого дозування 14 від тари. Під час дослідження процесу наповнення тари графічним способом (не враховуючи при цьому динамічних навантажень та знехтувавши часом переходу між грубим і точним дозуванням) позначили кут нахилу β: він відповідає швидкості переміщення дози, яка обмежена реологічними властивостями продукту (у випадку його перевищення в продукції відбуваються незворотні зміни) [3] (рис. 2). Формування дози суто ваговим способом не може відбуватися із швидкістю, що відповідає куту β, оскільки динамічні навантаження значно спотворюють (збільшують) показники системи зважування. Тому швидкість наповнення повинна бути меншою: α=β-f(ΔP). Коли динамічні навантаження перевищують масу готової дози (mдg), ваговий дозатор починає точне формування дози (В) при менших витратах. У випадку комбінованого дозатора швидкість наповнення обмежена лише кутом β, тому процес грубого дозування завершується раніше (А). F, H mд g
2 2'
m1 g
A'
A
1
B
β α
t1 t1 '
t, c
t2 t2 '
Δt
Рис. 2. Графіки наповнення тари продукцією: 1 – ваговим дозатором; 2 – комбінованим; 2’– комбінованим (із високою межею плинності) У випадку дозування певних реологічних тіл (наприклад, із високою межею плинності), кількість продукту, що переміщується циліндром грубого дозування, може суттєво зменшити час вагового дозування, оскільки при переміщенні продукції значні зусилля, що діють на систему зважування, не враховуються. При розгляді процесу формування дози вважали, що в початковий момент часу споживчу тару подано та таровано. У комбінованому дозаторі продукт переміщується із циліндра «грубого» дозування в тару. Одночасно із цим продуктом заповнюється циліндр «точного» дозування. На наступному етапі 31
запірна арматура повертається на кут 90°, і починається процес наповнення циліндра «грубої дози», а в той же час із циліндра «точного» дозування здійснюється остаточне формування дози в споживчій тарі. Заповнена тара видаляється та замінюється новою, завершується заповнення циліндра «грубого дозування», запірна арматура повертається в початкове положення. Ваговий дозатор починає процес заповнення роботою двох шнеків. Після того, як «груба доза» буде сформована, клапан закриває шнек «грубого» дозування (який сповільнює оберти та починає працювати як живильник), залишаючи тільки шнек «точного» дозування. Після формування дози продукції клапан перекриває обидва шнеки (які зупиняються), тара замінюється на порожню. Циклограми роботи дозаторів наведено на рис. 3.
а) б) Рис. 3. Циклограми роботи дозаторів: комбінованого (а); вагового (б) Висновки. Незважаючи на складнішу конструкцію, комбінований дозатор має ряд переваг у порівнянні з об’ємним (більша точність) та ваговим (менший час формування дози), що виправдовує його застосування, створює перспективи використання в пакувальному обладнанні для в’язко-пластичних харчових продуктів та потребує подальшого дослідження. Література: 1. Гавва О.М., Беспалько О.П., Волчко А.І. Кохан О.О. Пакувальне обладнання. Київ: ІАЦ «Упаковка». 2010. 746 с. 2. Глобин А.Н. Дозирующие устройства. Саратов : Вузовское образование, 2017. 344 с. 3. Левіт І.Б., Сукманов В.О., Афенченко Д.С. Реологія харчових продуктів. Полтава : ПУЕТ, 2015. 540 с.
32
Зберігання горючих технічних рідин нафтового походження (проєктування двостороннього клапана резервуара) О.М. Кондратенко, к.т.н., С.А. Коваленко, Т.Р. Поліщук, Н.Д. Косьонкіна, Національний університет цивільного захисту України, м. Харків Актуальність дослідження. Для оцінювання значень показників рівня екологічної безпеки (ЕБ) процесу експлуатації резервуарів для зберігання горючих технічних рідин нафтового походження (бензину, керосину, дизпалива, моторної оливи тощо), які являють собою своєрідну багаторазову тару для зберігання хімічно активних, пожежо- та вибухонебезпечних, токсичних плинних середовищ, доцільно використати один з відомих критеріальних математичних апаратів. Для цього необхідною є інформація щодо масового годинного викиду такого полютанта, поява якого зумовлена проявами явищ великого і малого дихання вказаних резервуарів [1; 2]. При цьому для запобігання забрудненню атмосферного повітря як компонента навколишнього природного середовища такими газоподібними полютантами раціональним є розробити відповідну технологію захисту навколишнього середовища (ТЗНС). Така ТЗНС, крім того, може забезпечити не лише акумулювання суміші парів горючих рідин та їх зберігання, а й отримання корисного продукту у вигляді теплової енергії від їх спалювання в твердопаливному котлі підприємства. Вказаним котлом підприємство обладнане з метою забезпечення його енергетичної автономності шляхом генерування потоку теплоносія (технічна вода) для опалення приміщень у холодний період року та потоку гарячої води для побутових потреб. Мета дослідження. Вдосконалення підходу до визначення конструктивних параметрів двостороннього дихального клапана резервуара для зберігання горючих технічних рідин нафтового походження нафтобази як виконавчого органа відповідної ТЗНС. Результати дослідження. З метою отримання вихідних даних для розрахунку конструктивних параметрів двостороннього дихального клапана резервуара для зберігання горючих технічних рідин нафтового походження нафтобази виконано оцінювання за розробленою методикою значень масового годинного викиду парів горючих рідин за механізмами малого й великого дихання, а також сумарного викиду на прикладі дизпалива та нафтобази «Харківська» ТОВ «ТАТНЄФТЬ-АЗС-УКРАЇНА» (рисунок). Факторами впливу при цьому виступили значення добового перепаду температури атмосферного повітря Δt та ступеня заповнення резервуарів ε. Таких резервуарів на підприємстві є три, вони мають циліндричну форму з діаметром основи 10 м та висотою 15 м, тобто об’єм внутрішньої порожнини кожного становить 1178 м 3.
33
Diesel fuel
12 G fvL , 8 kg/h
ε = 0,25 ε = 0,50 ε = 0,75
4 0
а)
0
5
10
6
15
20
Diesel fuel
Δt , °С
25
ε = 0,25 ε = 0,50
G fvS4, kg/h
ε = 0,75
2
б)
0 0
16 ΣG fv , 12 kg/h
5
10
15
Diesel fuel
20
Δt , °С
25
ε = 0,25 ε = 0,50 ε = 0,75
8 4 0 Δt , °С 0 5 10 15 20 25 в) Рисунок. Результати дослідження для явища великого (а) і малого (б) дихання резервуара з дизпаливом та сумарного викиду (в)
Висновки. Таким чином, у даному дослідженні вдосконалено методику розрахункового оцінювання значень масових годинних викидів пари моторного палива, спричинених явищем великого дихання резервуарів з ним на борту АТЗ із поршневим ДВЗ. Отримано значення масового годинного викиду пари моторного палива для поля робочих режимів автотракторного дизеля 2Ч10,5/12. Література: 1. Кондратенко О.М., Колосков В.Ю., Деркач Ю.Ф., Коваленко С.А. Фізичне і математичне моделювання процесів у фільтрах твердих частинок у практиці критеріального оцінювання рівня екологічної безпеки. Харків : Стиль-Издат, 2020. 522 с. 2. Основи пакувальної справи. Металева тара / уклад. Я.М. Угрин, Ю.Й. Хведчин, І.І. Регей. Львів : Українська академія друкарства, 2011. 119 с.
34