Физико – механические свойства грузов

Цель работы: знакомство с основными свойствами и характеристиками грузов.

Задачи практической работы:

1. Изучить физико-механические свойства грузов, используя литературу [11, 5, 6].

2. Определить условия перевозки и хранения заданных грузов [6].

– возможность хранения на открытых площадках и перевозки на открытом подвижном составе;

– возможность перевозки грузов навалом и необходимость наличия при этом дверных заграждений и фартуков для защиты букс вагонов;

– необходимость принятия мер против смерзания;

– необходимость промывки вагонов после перевозки грузов;

– возможность перевозки в крытых вагонах и цистернах без пломб;

– предельные сроки хранения груза на станции;

– предельные сроки транспортирования (для скоропортящихся грузов);

– необходимость ветеренарно-санитарнного надзора.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Использовать исходные данные из практической работы №1

Гранулометрический состав характеризует количественное распределение частиц (кусков) насыпных и навалочных грузов по крупности.

Крупность частицы материала определяется наибольшим ее линейным размером. Гранулометрический состав оказывает значительное влияние на сыпучесть, гигроскопичность, способность к слеживаемости, смерзанию, уплотнению, сегрегацию. Аутогезия зависит также от грануломертического состава, увеличения ее, особенно у порошкообразных материалов (мука, цемент, мел). Аутогезия - связь одноименных (совместимых) материалов от момента приведения их в контакт до момента диффузионного исчезновения геометрической границы раздела, характерна для твердых пленок в многослойных покрытиях и частиц, определяет прочность дисперсных систем и композиционных материалов (порошков, грунта, бетона и др.).

Сыпучесть оценивают временем истечения определенной массы испытуемого груза из конусообразной воронки с углом раствора 60º через отверстие диаметром 15 мм.

Сыпучесть отождествляют с таким состоянием груза, при котором между частицами отсутствует сплошная материальная связь. В процессах транспортирования и хранения сыпучесть рассматривается как комплексный показатель физико-механических свойств. Наряду с физико-механическими свойствами рассматриваемого груза на сыпучесть оказывают существенное влияние параметры, выпускной воронки, её форма и размер отверстия, высота слоя засыпки.

Свойство некоторых насыпных грузов терять сыпучесть при хранении отождествляется со слёживаемостью. Оптимальным условием для возникновения слёживаемости является длительное хранение насыпных грузов в состоянии покоя, т.е. длительное воздействие только гравитационных сил. Действия этих сил при длительном хранении превращают названные грузы в конгломераты. Таким образом, явление слёживаемости следует рассматривать как одно целое из проявлений сцепления частиц насыпных грузов. Чем развитее поверхность частиц груза, тем выше его слёживаемость и прочность. Динамические нагрузки ускоряют процесс слёживаемости.

Истечение таких грузов затруднено. Использование для побуждения истечения ударных нагрузок приводит к образованию пустот над выгрузным отверстием. Устойчивость существования пустот зависит от сил аутогезии частиц и площади поперечного сечения выпускного отверстия.

Угол естественного откоса – угол между горизонтальной плоскостью и линей откоса насыпного груза при свободной его отсыпке. При истечении груза на горизонтальную плоскость образуется горка с некоторым углом откоса, который соответствует равновесию частиц. Угол естественного откоса является наибольшим углом, образованным линией естественного откоса с горизонтальной плоскостью, и служит одним из основных показателей подвижного груза. Величина угла естественного откоса отвечает действию сил трения, зависящих от формы, размеров частиц и их влажности. Увеличение последней способствует росту рассматриваемой характеристики. Угол естественного откоса не превышает для большинства насыпных грузов 60 градусов. Минимальному углу естественного откоса соответствует наибольшая подвижность частиц рассматриваемого груза.

Влажность определяется отношением массы испарившейся воды (после просушивания) к исходной массе взятого материала (в весовых процентах). Влажность, особенно зерновых грузов, оказывает большое влияние (по ряду характеристик) на процессы складирования, истечения и наличие остатка при опорожнении хранилищ, тары. Устойчиво просматривается связь увеличения смерзаемости, теплостойкости, коррозии ограждающих конструкций и «дыхания» груза от роста его влажности. С возрастанием влажности в значительной степени возрастает адгезия и аутогезия. (Адге́зия (от лат. adhaesio — прилипание) — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т. е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т. е. разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов).

Различают абсолютную и относительную влажность груза. Абсолютная влажность – количество водяного пара, содержащегося в 1 куб. м воздуха. Измеряется в граммах. Относительная влажность воздуха - процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха (упругости водяного пара), к наибольшему его количеству, которое может содержаться в единице объема воздуха (упругости насыщенного пара) при той же температуре.

Сводообразование – процесс образования свода над выпускным отверстием бункера, силоса, подвижного состава, характерный для насыпных и навалочных грузов. Образование свода происходит в результате зацепления движущихся частиц груза за частицы, находящиеся в состоянии покоя. Возникающие своды следует разделить на неустойчивые и статически неустойчивые своды.

Неустойчивые своды в процессе движения вышележащих слоев периодически разрушаются и появляются при всех видах истечения и в любом сечении емкости.

Выпускные отверстия бункеров, контейнеров составляют по площади лишь незначительную часть их сечения. В связи с этим поток при истечении назначенных грузов сужается, что стимулирует возрастание тормозящих импульсов, которые способствуют появлению сводов.

Гигроскопичность – способность грузов легко поглощать или выделять влагу воздуха по различным причинам. Сухой гигроскопичный груз поглощает влагу до тех пор, пока его влажность сопоставляется с влажностью окружающей среды. Пониженная влажность окружающей среды приводит к выделению из груза влаги, к высыханию. Поглощение влаги вызывает гнилостные процессы в грузах органического происхождения, увеличивает слёживаемость сыпучих грузов. Высыхаемость приводит к пылению дисперсных грузов, потере технологических качеств.

Абразивность – способность грузов истирать соприкасающиеся с ними поверхности подвижного состава, погрузо-разгрузочных машин и сооружений. Абразивность зависит от твердости частиц груза, которая оценивается по шкале Мооса (тальк – 1, алмаз – 10). В зависимости от твердости частиц грузы бывают малоабразивные, среднеабразивные и высокоабразивные – свыше 5. При работе с абразивными грузами необходимо принимать меры к предотвращению пыления и попадания частиц продукта на трущиеся детали подвижного состава и погрузо-разгрузочных устройств.

Пылеёмкость – способность грузов легко поглощать пыль из окружающей атмосферы. Поглощение пыли приводит к порче материалов или вызывает необходимость очистки продукции от пыли перед употреблением в производстве.

Распыляемость – способность мельчайших частиц вещества образовывать с воздухом устойчивые взвеси и переносится воздушными потоками на значительные расстояния от места расположения груза. Пыль обладает повышенной способностью адсорбировать из окружающей среды газы, пары и радиоактивные вещества.

Сильное пыление грузов затрудняет работу людей, вызывает необходимость применения средств личной безопасности. Органическая и металлическая пыль в определенной концентрации способна к воспламенению и взрыву под действием любого внешнего источника огня.

Слеживаемость – способность отдельных частиц груза сцепляться, прилипать к стенкам подвижного состава, бункеров, силосов и друг к другу и образовывать достаточно прочную монолитную массу. Слеживаемость характерна для многих насыпных и навалочных грузов.

Основными причинами слеживаемости являются: спрессовывание частиц груза под давлением верхних слоев; кристаллизация солей из растворов и переход соединений вещества из одного состояния в другое; химические реакции в массе продукта. Слеживаемости подвержены: руды различных наименований; различные соли; торф; сахар; цемент и т.д. При выполнении погрузочно-разгрузочных и складских операций со слежавшимися грузами необходимо восстановить их сыпучесть.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения основных физико-механических свойств насыпных грузов.

2. Какой естественный процесс вызывает устойчивый контакт насыпного груза со стенками емкости, в которых он находится?

3. Что такое гранулометрический состав насыпного груза?

4. Для каких целей определяют гранулометрический состав?

5. Как разделяются насыпные грузы по объемной массе или плотности?

6. От каких физических характеристик зависит плотность насыпных грузов?

7. Какой угол называется углом естественного откоса?

8. От каких физических характеристик насыпного груза зависит угол естественного откоса?

9. Как изменяется угол естественного откоса с изменением высоты падения?