Физические свойства.

На некоторые физико-химические свойства влияет гранулометрический состав груза. Гранулометрический состав насыпного и навалочного груза характеризуется количественным распределением составляющих частиц по крупности. Крупность частицы груза определяется по наибольшим ее линейным размерам.

Сыпучие однородности размеров разделяются на сортированные и рядовые. Рядовыми материалами называются такие, у которых отношение наибольших размеров кусков а_max к наименьшим а_min более 2.5. Если данное соотношение менее 2,5, то материал называется сортированным.

Многие параметры транспортирующих машин и бункерных установок определяются в зависимости от размера а типичных кусков для данного сыпучего груза.

Для сортированного груза под размером типичного куска понимается размер среднего куска, т.е.

Для рядовых грузов размер типичных кусков определяется в зависимости от веса группы наибольших кусков, к которой относятся куски от а_max до 0,8 а_max. Если вес этой группы составляет менее 10 % от веса всей пробы, то размер типичного куска принимается равным :

a _ряд =0.8а_max

Гранулометрический состав определяют ситовым анализом, просеивая взвешенную пробу через набор сит с размерами калиброванных отверстий, установленными ГОСТом (последовательно от больших к меньшим). Эта операция обеспечивает разделение взятой пробы на отдельные фракции. По размеру остаточной фракции на каждом сите устанавливают процентное содержание материала рассматриваемой крупности в пробе.

В зависимости от гранулометрического состава насыпные и навалочные грузы делятся на группы (табл. …).

Таблица

Сыпучесть – способность насыпных и навалочных грузов перемещаться под действием сил тяжести или внешнего динамического воздействия. Сыпучесть груза характеризуется величиной угла естественного откоса и сопротивлением сдвигу.

Углом естественного откоса ( ) называется двугранный угол между плоскостью груза и основанием штабеля. Его величина зависит от рода груза, гранулометрического состава и влажности груза.

Различают угол естественного откоса в покое и в движении. Величина угла естественного откоса в покое больше, чем в движении. Значения угла естественного откоса для наиболее распространенных навалочных грузов приведены в табл. …

Таблица

При воздействии на груз динамических нагрузок, особенно вибраций, величина угла может снижаться до нуля.

Сопротивление сдвигу объясняется наличием сил трения частиц материала между собой и сил сцепления, обусловленных притяжением частиц друг к другу.

В общем случае условие равновесия сыпучей массы:

,

где - сила сопротивления сдвигу или наибольшее касательное напряжение в заданной точке насыпного груза, Н/м²;

c - сила взаимного сцепления частиц или начальное сопротивление сдвигу, характеризующее силу сцепления частиц между собой, Н/м²;

- угол внутреннего трения, град;

tg - коэффициент внутреннего трения.

Для идеально сыпучих грузов = , с =0, для вязких плохосыпучих грузов > . Плохосыпучие вязкие материалы обладают значительными силами сцепления частиц вещества. При увеличении влажности силы сцепления возрастают.

Сыпучесть оценивается временем высыпания определенной массы испытуемого груза из конусообразной воронки с углов разворота 60⁰ через отверстие диаметром 15 мм.

Смерзаемость – свойство груза терять свою сыпучесть в результате смерзания отдельных частиц в сплошную массу. Смерзанию подвержены руды и концентраты руд различных металлов, каменный уголь, минерально-строительные и формовочные материалы, глина, торф и другие навалочные грузы.

Прочность и глубина замораживания массы груза зависят:

- от температуры окружающей среды;

- от времени воздействия окружающей среды;

- от гранулометрического состава груза;

- от влажности груза;

- от теплопроводности груза.

Наибольшей смерзаемостью при прочих равных условиях обладают грузы с повышенной влажностью и неоднородным гранулометрическим составом.

В целях предотвращения смерзания груза при перевозке стандартами установлен предел безопасной влажности, при которой груз не смерзается (табл.).

Таблица

В случаях, когда невозможно или сложно довести влажность груза до безопасного предела, необходимо проведение профилактических мероприятий против смерзаемости. К таким мероприятиям относятся предварительная просушка, промораживание груза, обрызгивание стенок и пола подвижного состава и самой массы груза маслами или специальными профилактическими жидкостями, пересыпка негашеной известью, древесными опилками, сечкой соломы, солью и т.д.

В случаях смерзания груза в пункте назначения должны быть предусмотрены средства восстановления сыпучести:

- тепляки конвективные или с инфракрасными излучателями;

- виброударные или виброрыхлительные установки;

Слеживаемость – способность прочного сцепления отдельных частиц груза между собой, а также их прилипания к стенкам подвижного состава, силосов, бункеров и образования достаточно прочной монолитной массы. Слеживаемость характерна для многих насыпных и навалочных грузов.

Основными причинами слеживаемости являются:

- спрессовывание частиц под давлением верхних слоев (в связи с этим для некоторых грузов ограничена высота штабелирования);

- кристаллизация солей из растворов и переход соединений вещества из одного состояния в другое;

- химические реакции в массе продукта.

Слеживаемости подвержены руды различных наименований, рудные концентраты, уголь, минерально-строительные грузы, минеральные удобрения, различные соли, сахар, торф, цемент и т.д.

На степень слеживаемости оказывают влияние три группы факторов:

1. Свойства и характеристики самого груза:

- размеры, форма и особенности поверхности частиц вещества (с увеличением размера частиц уменьшается число точек соприкосновения, следовательно снижается слеживаемость);

- однородность гранулометрического состава (при неоднородности мелкие частицы располагаются между крупными, что увеличивает количество точек соприкосновения. Для снижения степени слеживания необходимо стремиться к однородности гранулометрического состава, а отдельные частицы должны иметь гладкую поверхность и близкую к шарообразной форму).;

- наличие примесей, растворимых в воде (способность к слеживаемости возрастает при наличии таких примесей);

- влажность и гигроскопичность груза (если слеживаемость продукта обусловлена давлением его верхних слоев, степень слеживаемости возрастает с ростом влажности груза. В хорошо растворимых грузах повышение влажности приводит к образованию насыщенного раствора, при высыхании которого образуется прочная корка. В некоторых грузах влага стимулирует химические процессы, способствующие слеживаемости продукта. Сильному слеживанию подвержены все гигроскопичные растворимые в воде грузы).

2. Режим хранения или перевозки (прочность и степень слеживания продукта находятся в прямой зависимости от времени хранения или перевозки и высоты штабеля груза).

3. Температура и влажность (при повышении температуры, а также при резких сменах температуры и влажности слеживаемость возрастает).

Для предотвращения или замедления процесса слеживания грузы хранят в условиях, уменьшающих поглощение влаги, гигроскопичные вещества упаковывают во влагонепроницаемую тару, поверхности продукции покрывают брезентом и т.д.

При выполнении погрузочно-разгрузочных и складских операций со слежавшимися грузами необходимо восстановить их сыпучесть. Для этого применяются следующие перегрузочные механизмы:

1) Вагоноразгрузочная машина МВС-ЧМ на гусеничной тележке, состоящая из наклонного ковшового элеватора и двух подгребающих шнеков;

2) Приводные (моторные) грейферы;

3) Крацер-краны;

4) Разгрузчик многоскребковый РМ ВНИИЖТ.

Сводообразование – процесс образования свода над выпускным отверстием бункера, силоса, подвижного состава. Образование свода происходит в результате зацепления движущихся частиц за неподвижные (находящиеся в состоянии покоя). Этот процесс характерен для насыпных и навалочных грузов, в особенности для цемента, муки.

Абразивность – способность грузов истирать соприкасающиеся с ними поверхности подвижного состава, погрузочно-разгрузочных машин и сооружений (транспортерную ленту, зубья ковшов и т.д.). Абразивность зависит от твердости частиц груза, которая определяется по шкале Мооса (тальк – 1, алмаз – 10). В зависимости от твердости частиц грузы бывают малоабразивные с твердостью до 2,5; среднеабразивные – 2,5-5; высокоабразивные – свыше 5. Высокой абразивностью обладают щебень, цемент, минерально-строительные материалы, апатиты, бокситы и т.д. При перегрузке таких грузов для защиты ходовых частей подвижного состав применяют специальные фартуки, которыми закрывают ходовые части вагона.

Скважистость или пустотность определяет наличие и величину пустот между отдельными частичками груза и оценивается коэффициентом скважистости.

,

где – геометрический объем штабеля груза, м³;

– объем груза без учета суммарного объема пустот между отдельными его частицами, м³.

Пористость характеризует наличие и суммарный объем внутренних пор и капилляров и оценивается коэффициентом пористости.

,

где – суммарный объем внутренних пор и капилляров, м³.

Способность к уплотнению характеризуется коэффициентом уплотнения.

,

где , – соответственно объем груза до и после уплотнения, м³.

Уплотнение происходит под действием на груз статических или динамических нагрузок, за счет заполнения пустых пространств и более компактного расположения отдельных частиц груза друг относительно друга. Способностью к уплотнению обладают уголь, торф, удобрения и т.д.

Степень уплотнения зависит в значительной степени от гранулометрического состава, пористости и скважистости груза. Она является важным фактором повышения статической нагрузки вагона.

Размеры коэффициента уплотнения для отдельных грузов приведены в табл.

Таблица

Хрупкость – способность груза разрушаться при механическом воздействии, минуя состояние заметных пластических деформаций. При выполнении погрузочно-разгрузочных работ и транспортных операций необходимо хрупкие грузы укладывать и закреплять в соответствии с требованиями, избегать бросков, ударов, падений отдельных грузовых мест и т.д. Тара и упаковка таких грузов должны быть исправными и обеспечивать их сохранность от разрушения. К хрупким относятся изделия из стекла, керамики, различная аппаратура, приборы, шифер, железобетонные изделия и т.д. Некоторые грузы могут приобретать свойство хрупкости при пониженной температуре (олово – при температуре ниже -15 ^оС, резина – при -45- 50 ^оС)).

Пылеемкость – способность грузов к повышенному поглощению пыли из окружающей среды. Поглощение пыли приводит к порче материалов и вызывает необходимость очистки продукции от пыли перед употреблением ее в производстве. Повышенной пылеемкостью отличаются волокнистые материалы, меха, ткани, грузы повышенной влажности и т.д.

Распыляемость – способность мельчайших частиц вещества выведенных из состояния покоя образовывать с воздухом устойчивые взвеси и переноситься воздушными потоками на большие расстояния.

Пыль-это мелкие твердые частицы вещества, возникающие при разрушении и истирании более крупных частиц в процессе транспортировки и перегрузки.

К пылящим грузам относятся цемент, уголь, щебень, песок (образуют минеральную пыль), зерновые грузы и продукты их перемола (образуют органическую пыль), различные удобрения (образуют химическую пыль).

Сильное пыление грузов затрудняет работу людей, вызывает необходимость применения марлевых повязок, респираторов, противогазов. Для предотвращения распыления грузов необходимо совершенствовать тару и упаковку, создавать специализированный подвижной состав и погрузочно-разгрузочные устройства, покрывать поверхности грузов пленками и т.д.

Гигроскопичность – способность грузов легко поглощать влагу из воздуха. Интенсивность поглощения влаги возрастает при:

- повышение температуры;

- повышение влажности;

- увеличение скорости движения воздуха;

- увеличение поверхности груза, соприкасающейся с воздухом;

- увеличение пористости и скважистости вещества.

Причины гигроскопичности различны. Так соль и сахар являются гигроскопичными ввиду их сильной растворимости в воде. Хлопок, шерсть, зерно поглощают влагу вследствие сгущения паров воды (адсорбции) на больших внутренних поверхностях груза.

Влажность массы груза определяет процентное содержание влаги в массе груза. Различают абсолютную и относительную влажность груза.

Абсолютная влажность представляет собой отношение массы жидкости к массе сухого влажного груза, выраженное в процентах:

.

Относительная влажность характеризует отношение массы жидкости к массе сухого груза, выраженное в процентах:

.

В теоретических расчетах, как правило, используют абсолютную влажность, на практике чаще применяют относительную влажность.

Повышение влажности ряда грузов усиливает нежелательные для транспортировки свойства (слеживаемость, смерзаемость, сводообразование). Повышенная влажность груза приводит к его налипанию на поверхности кузова подвижного состава и рабочие органы погрузочно-разгрузочных машин и устройств.

Стандартами, техническими условиями и другими нормативными документами устанавливается кондиционная влажность, при которой вещество сохраняет свои качественные показатели. Отклонение влажности грузов от кондиционных требований приводит к порче или потери качества продукции. Для сыпучих грузов установлены пределы безопасной влажности, при которой продукт не смерзается (см. табл.).

Спекаемость – свойство частиц некоторых грузов слипаться при повышении температуры продукта. Спекаемости подвержены гудрон, асфальт, пек, агломераты руд и др. Предотвратить спекаемость практически невозможно.

Морозостойкость – способность грузов выдерживать воздействие низких температур, не разрушаясь и сохраняя свои качественные свойства при оттаивании (лес, бумага). Особенно неблагоприятно низкие температуры воздействуют на свежие овощи и фрукты, жидкие грузы в стеклянной таре, некоторые резинотехнические изделия и металлы и т.д.

Теплостойкость – способность вещества противостоять развитию биохимических процессов, окислению или самовозгоранию под действием высоких температур. Наиболее неблагоприятное воздействие высокие температуры оказывают на грузы растительного и животного происхождения, каменные угли, торф, сланцы и т.д.

Огнестойкость – свойство грузов не воспламеняться и не менять свои свойства (прочность, цвет, форму) под воздействием огня. Огнестойкость характерна для очень ограниченного количества грузов (асбест).

Вязкость – свойство частиц жидкости сопротивляться перемещению друг относительно друга под действием внешних сил. Вязкость характеризует внутреннее трение между частицами и объясняется силами молекулярного сцепления.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. На практике для оценки текучести жидкостей чаще используется понятие «условная вязкость жидкости». Условная вязкость жидкости измеряется в градусах Энглера, которые определяют отношение времени истечения 200 см³ жидкости при температуре измерения к времени истечения дистиллированной воды при 20 ^оC. При понижении температуры вязкость жидкости постепенно возрастает до полного застывания. По степени вязкости в зависимости от температуры застывания грузы делятся на 4 группы (табл.).

Таблица