Программы для проектирования поддонов используют конструкторские модели древесины, крепежа и нагрузок, чтобы предсказать, как поддон будет прогибаться, какую нагрузку он выдержит и какая конструкция окажется самой дешёвой для конкретной задачи. Самый известный инструмент — Pallet Design System (PDS), разработанный Национальной ассоциацией производителей деревянных поддонов и контейнеров США (NWPCA); им пользуются почти 500 производителей поддонов более чем в 30 странах.
Почему поддоны проектируют
Поддон выглядит простым, но это конструкция, которая должна нести тяжёлые неравномерные нагрузки при разных способах опирания: на ровном полу, на зубьях вилочного погрузчика или на двух балках стеллажа. Каждое условие создаёт разные изгибающие моменты и прогибы. Лишняя или слишком толстая древесина — это перерасход материала, а её нехватка приводит к провисанию, поломке досок и повреждению груза.
До появления программ производители полагались на опыт и физические испытания, а они медленные и дорогие. Компьютерные модели позволяют конструктору за минуты сравнить десятки вариантов, а лабораторные испытания оставить для подтверждения. Сами методы испытаний описаны в статье стандарты испытаний поддонов.
Что делает PDS
PDS разработан в сотрудничестве с исследовательской группой по поддонам Технологического института Виргинии (Virginia Tech) и распространяется NWPCA. Это проприетарное программное обеспечение; выпуск, опубликованный в декабре 2022 года, — версия 6.6. По данным ассоциации, программа создаёт 2D- и 3D-конструкции, прогнозирует безопасную грузоподъёмность, анализирует прогиб и выдаёт «показатель использования прочности поддона» вместе с оценками «соответствует / не соответствует».
Программа моделирует поддон как систему досок и брусьев (или шашек), соединённых гвоздями, и имитирует взаимодействие с ним унитизированного груза. В последних выпусках добавлены:
- анализ унитизированных грузов, таких как гофрированные коробки, пластиковые контейнеры, стальные бочки и, как новинка, бочки и вёдра;
- результаты по прогибу при нескольких условиях опирания;
- интеграция с системами планирования ресурсов предприятия (ERP);
- оценка углеродного следа на основе экологических деклараций продукции, проверенных третьей стороной.
| Входные данные | Выходные данные |
|---|---|
| Размеры и тип поддона (на брусьях, на шашках) | Безопасная грузоподъёмность |
| Толщина, ширина и шаг досок и брусьев | Прогиб под нагрузкой |
| Порода и сорт древесины | Использование прочности и оценка «соответствует / не соответствует» |
| Тип и схема расположения крепежа | Ведомость материалов и оценка стоимости |
| Тип груза, масса и опирание (пол, стеллаж, вилы) | Конструкторские чертежи 2D и 3D |
Инженерные основы
Независимо от программы, лежащие в основе расчёты опираются на механику древесины. Доска настила ведёт себя как балка, перекрывающая пролёт между нижними опорами, поэтому толщина, ширина и пролёт доски определяют её жёсткость. Брусья — это балки, передающие нагрузку от досок настила на опоры. Свойства древесины зависят от породы, сорта и влажности: плотные лиственные породы жёстче и прочнее большинства хвойных, а влажная древесина слабее. Связь между плотностью и прочностью рассмотрена в статье таблица плотности древесины, а выбор пород — в статье породы древесины для поддонов.
Во многих конструкциях слабое звено — крепёж. Диаметр, длина, тип стержня и шаг гвоздей определяют, насколько надёжно доски настила удерживаются на брусьях, а поведение гвоздей на выдёргивание и срез заложено в модели. См. гвозди и крепёж для поддонов.
Метод конечных элементов (МКЭ), при котором конструкция делится на малые элементы и для каждого рассчитываются напряжения, применяют исследователи и универсальные инженерные программы для более сложных или нестандартных поддонов, включая пластиковые и композитные конструкции. Инструменты на основе теории балок, такие как PDS, быстрее подходят для типовых деревянных поддонов, тогда как МКЭ лучше для необычных форм.
Преимущества и ограничения
Производители отмечают следующие преимущества:
- Экономия материала. Удаление лишней древесины, например использование более тонкой доски только там, где это позволяет пролёт.
- Стабильное качество. Конструкцию с документально подтверждённой нагрузкой легче обосновать, чем нарисованную по привычке.
- Работа с клиентами. Конструктор может показать заказчику, что конкретный поддон выдержит его продукцию и переживёт погрузочно-разгрузочные операции.
- Более быстрые расчёты предложений. Ведомость материалов передаётся в расчёт стоимости; см. расчёт стоимости поддона.
Не менее важны ограничения. Модель хороша лишь настолько, насколько точны входные данные, поэтому принятые порода, сорт и влажность должны соответствовать реально используемым пиломатериалам. Модели работают с идеализированными нагрузками, а реальные унитизированные грузы могут быть неравномерными, выступающими за края или неустойчивыми. Программа прогнозирует конструктивные характеристики и не заменяет испытания, соблюдение правил для обменных поддонов и контроль качества продукции (см. контроль качества поддонов). Для работы с нестандартными поддонами полный порядок проектирования описан в материале по индивидуальному проектированию поддонов.
Выбор программы
- Подбирайте инструмент под тип поддона: деревянный, пластиковый или оба.
- Проверьте, какие условия нагружения моделируются (пол, вилы, стеллаж).
- Узнайте, охватывает ли база свойств древесины местные породы.
- Убедитесь, что результаты можно передавать в системы калькуляции и ERP.
- Считайте результаты расчётными значениями; ответственные конструкции подтверждайте испытаниями.
Часто задаваемые вопросы
Что такое Pallet Design System?
PDS — это инженерная программа NWPCA для проектирования и анализа деревянных поддонов. Она прогнозирует грузоподъёмность и прогиб и выдаёт показатель использования прочности и оценку «соответствует / не соответствует».
Кто пользуется программами для проектирования поддонов?
Производители поддонов, инженеры по упаковке и исследователи. По данным NWPCA, программой пользуются почти 500 производителей более чем в 30 странах.
Может ли программа заменить испытания поддонов?
Нет. Она сокращает число необходимых физических испытаний, но важные или необычные конструкции всё равно следует проверять испытаниями по таким стандартам, как ISO 8611 или ASTM D1185.
Подходит ли PDS для пластиковых поддонов?
PDS создана для деревянных поддонов. Для пластиковых и композитных конструкций обычно нужны данные производителя или метод конечных элементов.
Источники
- NWPCA's Newest Release of PDS Takes the Power of Pallet Design to the Next Level — Pallet Foundation
- Pallet Design System — Wood Packaging Global
- NWPCA Releases PDS 6.0 Ground Breaking Unit Load Design Tool — Wood Packaging Global
- PDS Version 3.3 Offers Easier, More Flexible Program — Pallet Enterprise
- EVS-EN ISO 8611-1:2022 — Estonian Centre for Standardisation and Accreditation