Характеристика и свойства транспортируемых грузов как объектов перемещения (дополнительная информация, можно не конспектировать)

Для правильного выбора типа конвейера необходимо учитывать существенные для процесса транспортирования физико-механические свойства грузов. Грузы, перемещаемые машинами непрерывного транспорта, разделяют на штучные и насыпные (навалочные, массовые).

Штучными называют единичные грузы, транспортируемые отдельными единицами или группой единиц. Разновидностью их являются грузы в таре. Тарой служат ящики, бочки, мешки, кипы, контейнеры, поддоны и пакеты.

Размеры и виды тары обычно стандартизованы, что упрощает процесс транспортировки. Использование тары улучшает возможности применения машин непрерывного транспорта и их сочетания с транспортными средствами (вагоны, автомобили), сокращает число перегрузок, способствует унификации грузонесущих элементов машин.

Тару широко используют при перемещении грузов подвесными, роликовыми, пластинчатыми конвейерами.

Штучные грузы характеризуются следующими свойствами:

- габаритными размерами;

- конфигурацией;

- массой одной штуки;

- хрупкостью;

- температурой;

- острокромочностью;

- коэффициентом внешнего трения о поверхность грузонесущего органа.

Тарно-штучные грузы весом до 15 кг – легкие; от 15 до 50 кг – средние; от 50 до 200 кг – тяжелые; свыше 200 кг – весьма тяжелые.

Размеры штучных грузов:

- от нескольких сантиметров (почтовые отправления);

- до нескольких метров (прокат, лесоматериалы).

Насыпные грузы (транспортируемые машинами непрерывного действия) – это массовые кусковые, зернистые, порошкообразные и пылевидные материалы, хранимые и перемещаемые навалом (руда, уголь, торф, щебень, зерно, песок, цемент).

Свойства насыпных грузов:

- плотность;

- кусковатость (размер и форма частиц);

- влажность;

- угол естественного откоса;

- подвижность частиц;

- коэффициент внешнего трения о грузонесущие элементы;

- абразивность;

- крепость;

- коррозионность;

- липкость;

- ядовитость;

- взрывоопасность;

- способность самовозгораться, слеживаться, смерзаться.

Рассмотрим свойства насыпных грузов подробнее.

1. Плотность – отношение массы груза к занимаемому им объему ρн, т/м3.

Различают плотность груза свободно насыпанного (разрыхленного); механически уплотненного; в естественном плотном массиве.

Коэффициент разрыхления

где ρП – плотность в массиве;

ρ – плотность в разрыхленном состоянии.

Для грузов, представляющих собой куски различной крупности, используют понятие насыпной плотности, численно равной массе единицы объема груза при свободной насыпке.

По плотности грузы разделяют на следующие группы:

- легкие (торф, кокс, мука, древесные опилки) – т/м3;

- средние (зерно, шлак, каменный уголь) – т/м3;

- тяжелые (гравий, щебень, песок) – т/м3;

- весьма тяжелые (железная и медная руда) – т/м3.

2. Кусковатость (гранулометрический состав) – количественное распределение частиц по крупности.

Если частица (кусок) в трех измерениях имеет размеры аx, аy, и аz, то расчетный размер куска .

Кусковатость с частицами размером более 0,05 мм определяют ситовым анализом (грохочением); если менее 0,05 мм – проводится гидравлический анализ. Критерий – различие скорости оседания в воде.

Насыпные грузы по однородности кусков разделяются на рядовые и сортированные.

Для рядовых грузов коэффициент однородности размеров частиц груза

где amax и amin – соответственно наибольший и наименьший размеры частицы.

Для сортированных (просеянных, разделенных на однородные фракции) грузов

Все насыпные грузы – и рядовые, и сортированные – характеризуются размером типичного куска a’:

- для сортированных грузов

;

- для рядовых грузов учитывается их процентное содержание в пробе А (рис. 3):

.

Рис. 3. Гранулометрический состав груза

Куски груза размером от 0,8атах до атах составляют группу наибольших кусков. Размер типичного куска:

а) для рядового материала при массе группы наибольших кусков А меньше 10% массы пробы

;

б) для рядового материала при массе группы наибольших кус­ков А больше 10% массы пробы

В зависимости от размера а' типичного куска насыпные грузы делятся, мм:

- на особо крупнокусковые (например, камни) – 320 < а' < 500;

- крупнокусковые (например, руда) – 160 < а' < 320;

- среднекусковые (например, уголь) – 60 < а' < 160;

- легкокусковые (например, щебень) – 10 < а' < 60;

- крупнозернистые (например, зерно) – 2 < а' < 10;

- мелкозернистые (например, крупный песок) – 0,5 < а' < 2;

- порошкообразные (например, мелкий песок) – 0,05 < а' < 0,5;

- пылевидные (например, цемент) – а' < 0,05.

Кусок размером более 500 мм считается «негабаритом» и перед транспортированием должен дробиться.

Кусковатость насыпных грузов учитывается при определении размеров несущих элементов конвейеров (ширины ленты, настила), а также выходных отверстий бункеров, воронок.

При транспортировке пылевидных грузов требуется применять герметичные конвейеры и предусматривать меры против пылеобразования, особенно в местах погрузки-выгрузки.

3. Влажность насыпного груза ωв (%) – это отношение массы содержащейся в грузе воды к массе высушенного груза:

где mв и mв – массы порций влажного и просушенного грузов.

4. Угол естественного откоса груза φ0 – это угол между образующей конуса из свободно насыпанного груза и горизонтальной плоскостью. Различают углы естественного откоса груза в покое φ0 и в движении φ (рис. 4).

Рис. 4. Расположение насыпного груза: а – в покое; б – в движении

 

 

Для определения этого угла груз насыпается в цилиндр, не имеющий дна и крышки, который установлен на горизонтальной плоскости (рис. 5, а). Затем цилиндр медленно поднимается вверх. Так образуется конус из свободно насыпанного груза (рис. 5, б).

Этот угол зависит от взаимной подвижности частиц груза, которая, в свою очередь, зависит от сил трения между ними и сил сцепления между частицами.

При движении груз рассыпается сильнее, что необходимо учитывать при проектировании конвейера, а именно при выборе размеров рабочих элементов. При сдвиге и последующем равномерном движении угол откоса груза в движении; при реальной работе конвейера возникают дополнительные колебательные воздействия на груз, что приводит к более значительному рассыпанию груза, поэтому угол реального расположения материала на движущемся грузонесущем органе

Рис. 5. Схема к определению угла естественного откоса насыпного груза:
а – заполненный грузом цилиндр; б – конус из свободно насыпанного груза

 

5. Подвижность (сыпучесть) – характерная особенность сыпучих материалов, связана с величиной угла естественного откоса груза. Зависит, как уже упоминалось выше, от сил трения между частицами и сил сцепления между частицами груза. Рассмотрим диаграмму напряжений в сыпучем теле (рис. 6).

Угол наклона прямой , называемый углом внутреннего трения груза, выражает зависимость сопротивления сдвига материала (касательных напряжений) от внутреннего нормального напряжения . Отличен для разных материалов.

Рис. 6. Диаграмма напряжений в сыпучем теле

Условие начала взаимного движения частиц

,

где – наибольшие касательные напряжения в заданной точке насыпного груза, Па.

При этом называется коэффициентом внутреннего трения материала; – начальное сопротивление сдвигу (характеризует начальную силу сцепления между частицами). При – идеально сыпучие грузы; – связные грузы. Для хорошо сыпучих грузов угол естественного откоса равен углу внутреннего трения, т. е. .

Подвижностью частиц груза (табл. 6) определяется площадь сечения груза на движущейся опорной плоскости (лента или настил конвейера).

Таблица 6. Группы подвижности частиц грузов

 

Подвижность частиц груза	Насыпные грузы	Угол естественного откоса груза в покое φ0, град	Расчетный угол естественного откоса груза в движении φ, град
Легкая	Апатит, сухой песок, сухая галька, пылеуголь	30–35	10
Средняя	Влажный песок, формовочная земля, каменный уголь, камень, щебень, торф	40–45	15
Малая	Сырая глина, гашеная известь	50–56	20

 

Коэффициент внешнего трения fо о грузонесущие элементы зависит от того, в покое материал или в движении, и определяется экспериментально. Угол наклона конвейеров обычно не превышает угла внешнего трения.

7. Абразивность – способность груза истирать рабочие поверхности элементов конвейера, зависит от твердости частиц груза по 10-балльной шкале. По степени абразивности насыпные грузы делятся на группы:

А – неабразивные;

В – малоабразивные;

С – средней абразивности;

D – высокой абразивности.

Кроме отмеченных основных свойств, насыпные грузы характеризуются рядом других, не менее важных, а во многих случаях и решающих при выборе схемы транспортирования и элементов транспортирующих устройств:

8. Крепость (крепкость) груза характеризуется коэффициентом крепости:

где σсж – предел прочности образца груза при сжатии (МПа).

9. Слеживаемость – способность насыпного груза (глина, соль, цемент) терять подвижность при длительном хранении.

10. Липкость – способность насыпного груза (глина, мел) прилипать к твердым телам. Обычно характерна для влажных грузов, но иногда проявляется и для сухих, особенно тонкодисперсных грузов.

11. Режущая способность (наличие острых углов, граней у кусков).

12. Коррозионность – способность вызывать коррозию соприкасающихся с грузом материалов, например, соль, химические удобрения.

13. Гигроскопичность - склонность к поглощению влаги из окружающего воздуха.

14. Высокая температура.

15. Смерзаемость.

16. Сводообразование - образование сводов из частиц груза над выпускными отверстиями бункеров.

17. Самовозгораемость - способность к воспламенению под действием происходящих в грузе химических реакций, например, влажное зерно, уголь каменный, карбид кальция.

18. Взрывоопасность - кроме взрывчатых, характерно для пылящих грузов, например, мука, зерно, уголь.

19. Хрупкость - склонность к разрушению частиц в процессе загрузки, транспортирования и разгрузки.

20. Вредность для здоровья - химические, пылящие, ядовитые, радиоактивные, выделяющие резкие запахи грузы.

21. Волокнистость.

22. Биологическая активность.