Економічна консервна банка

Економічна банка для консервів, яка має циліндричну форму і складається із металевих кришки, денця та бічної замкненої стінки, причому кришка і денце перед їх обвальцюванням з бічною стінкою банки мають форму круга, у якого діаметр є біль шим на величину 2  порівняно із внутрішнім діаметром банки d , який відрізняється тим, що величини внутрішнього радіуса банки r та висоти H її бічної стінки визначаються за формулами: Vêîð Vêîð 3 r3     r2   0, H  , 2 2 2r 2 Корисна модель стосується конструкції закупорених циліндричних металевих банок для харчових консервів різного походження або бочок фарби, нафти, бензину, олії, мастила тощо і може бути використана для упаковки та транспортування, наприклад, м'ясних, рибних, фруктових тощо консервованих виробів різного корисного об'єму Vкор . Найбільш близькою за своєю технічною суттю до заявленої корисної моделі є конструкція металевої банки, яка виготовлена із дотриманням ГОСТ 5981-88 «Банки металеві для консервів. Технічні умови» (Міждержавний стандарт ГОСТ 5981-88, дата введення 01.01.1990 р., дата останньої зміни 19.04.2010 р.) та прийнята нами за прототип. Згідно із ГОСТ 5981-88 банка кожного типорозміру (круглого, овального або прямокутного горизонтального перерізу) виконується із тонкого металу (харчової жерсті) зі спеціальним антикорозійним покриттям для захисту харчових продуктів і складається з кришки, денця та бічної замкненої стінки. При цьому для банок деяких типорозмірів денце та бічна замкнена стінка виконуються як єдине ціле за допомогою штамповки, а кришка герметично завальцьовується із бічною стінкою банки. Банки також можуть бути повністю збірними, тобто і кришка, і денце виготовлені окремо, герметично завальцьовані із бічною стінкою, яку також виготовлено окремо у вигляді полоси відповідної довжини і ширини та завальцьованої по вертикалі. Перед пакуванням консервованих виробів діаметр кришки (денця) кожної банки є технологічно збільшеним на деяку величину 2  для їх завальцювання з бічними стінками. Розміри відповідних складових елементів (наприклад, висоти H бічної стінки та внутрішнього діаметра d ) банок кожного типорозміру наведені у таблицях ГОСТ 5981-88 у відповідності до їх корисного об'єму Vкор . Головним недоліком таких банок є неоптимальні розміри висоти H їх бічної стінки та внутрішнього діаметра d . Це, в свою чергу, тягне за собою надмірне витрачання дорогого матеріалу (харчової жерсті) на їх виготовлення. В основу корисної моделі було покладено наступну задачу створення економічної банки для консервів шляхом оптимізації розмірів висоти H бічної стінки та внутрішнього діаметра d банки суттєво зменшити витрати на матеріали для її виготовлення. Поставлена задача вирішується тим, що в економічній банці для консервів, яка має циліндричну форму і складається із металевих кришки, де d  2r; Vкор - заданий корисний об'єм банки для (19) UA (11) 63583 (13) U консервованих виробів або іншого запакованого вмісту;  - стала, яка дорівнює   3,14159 . 3 63583 денця та бічної замкненої стінки, причому кришка і денце перед їх обвальцюванням з бічною стінкою банки мають форму круга, у якого діаметр є більшим на величину 2  порівняно із внутрішнім діаметром банки d , згідно з корисною моделлю, величини внутрішнього радіуса банки r та висоти H її бічної стінки визначаються з таких формул: Vкор Vкор 3 r3     r2   0, H   2 2 2r 2 , d  2r; Vкор де - заданий корисний об'єм банки для консервованих виробів або іншого запакованого вмісту;  - стала, яка дорівнює   3,14159 . Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним результатом полягає в наступному. Основна ознака корисної моделі полягає у виборі оптимальних величин внутрішнього діаметра банки і висоти її бічної стінки, що забезпечує мінімальні витрати на матеріали для її виготовлення. Обґрунтуємо це. На кресленні показано вертикальний поперечний розріз циліндричної банки, де 1 - кришка, 2 денце, 3 - бічна стінка банки, 4 - завальцьовані краї банки. Нехай банка має форму круглого пряd r 2 та висотою мого циліндра з радіусом основи H  h   , тоді площа повної поверхні банки (площа жерсті, яка витрачається на виготовлення банки) із врахуванням площі жерсті на вальцювання дорівнює: S  2r h     2 r   2  min . V Через те, що корисний об'єм кор банки фіксований для кожного типорозміру, то виходячи із 2 формули для корисного об'єму Vкор  r h h вира Vкор r 2 . зимо висоту h через радіус r банки: Підставимо цей вираз у формулу для площі повної поверхні банки та запишемо цільову функцію Sr  , яку потрібно мінімізувати: Vкор   Sr   2  r   2   r   min   r   . Відомо, що необхідною умовою існування екстремуму для диференційованої функції є таке  співвідношення: S r   0 .  Знайдемо похідну S r  та прирівняємо її ну лю. Vкор Vкор   3 Sr   0  Sr   2  2r     2     0  r 3  r 2  0   2 2 r   . Після знаходження дійсного додатного кореня r з цього рівняння визначаємо оптимальну висоту Vкор h h банки: r 2 . Для ілюстрації наведемо порівняльні розрахунки кількості витраченого матеріалу на виготов 4 лення збірної циліндричної банки типорозміру № 8 по ГОСТ 5981-88 (див. п. 1.2.2) і банки з оптимальними розмірами. Згідно з таблицею 1 на стор. 2 ГОСТ 5981-88 для банки з типорозміром № 8 корисний об'єм Vкор  353 см3 дорівнює: ; висота дорівнює H  5,32 см ; внутрішній діаметр, який є визначальним для обчислення корисного об'єму, дорівнює d  9,9 см . Vкор Вальцювання бортів банки приводить до зменшення робочого об'єму банки за рахунок зменшення її висоти H до величини h (фіг. 1). Знайдемо зазначену величину  зменшення корисної висоти для банки вибраного типорозміру № 8. Виходячи з корисного об'єму банки, обчислимо  так: Vкор  r 2 H     353 см3    5,32  Vкор  353 см3 353   4,952  0,732 см. Тепер розв'яжемо виведене вище кубічне рів. няння при   0,732см та обчислимо оптимальні розміри h і r : r 3  1,098r 2  56,21  0  r  3,497 см; h  353   3,4972  9,193 см. S Обчислимо площу npom повної поверхні жерсті для вибраного варіанта прототипу № 8 з урахуванням збільшення діаметра денця і кришки банки на вальцювання на величину 2  0,732  1 464 см : , D  2  R  9,9  1 464  11364 см; , , Snpom  2    5,6822  2    5,32  4,95  368,127 см2. Тепер обчислимо величину радіуса денця та кришки із врахуванням їх технологічного збіль. шення на величину   0,732см для вальцювання (як в прототипі), R  3,497  0,732  4,229 см D  8,458 см ; . тобто S Обчислимо площу винах при збільшеній висоті h на величину 0,732 см: Sвинах  2    4,2292  2    3,497  9,193  0,732  330,278 см2. Як бачимо, значно вигіднішім є запропонований варіант: S  Snpom  Sвинах  368,127  330,278  37,85 cм2. У відносному (процентному) вимірі ця різниця тільки на одній банці типорозміру № 8 складає: S   100  10,28% Snpom . Тобто, кожну десяту банку типорозміру № 8 згідно із запропонованим рішенням можна виготовити із заощадженого металу. Аналогічні результати можна отримати і для банок інших типорозмірів. Таким чином, запропоновані ознаки дозволяють отримати очікуваний технічний результат: шляхом оптимізації висоти H бічної стінки та діа 5 63583 6 Підписне Тираж 23 прим. метра d денця (кришки) банки суттєво зменшити витрати на матеріали для її виготовлення. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601