Материал: 2318

Грузоведение : учебник

равны при идентичности их траектории, что не вызывает их сегрегации. Иная картина наблюдается при загрузке емкости в случае поставки груза конвейером либо наклонной воронкой, которые сообщают частицам груза определенную горизонтальную скорость. Тогда силы тяжести и силы противодействия воздуха не совпадают по направлению, что вызывает сегрегацию.

Удар потока груза о наклонную поверхность способствует его частицам скатываться по уклону с увеличенной траекторией движения частиц более крупных, тяжелых и округлых по сравнению с мелкими, легкими и чешуйчатыми. Последние остаются в месте соударения с наклонной плоскостью.

В связи с этим сегрегацию следует считать динамическим фактором, неизбежно возникающим при свободном падении сыпучего груза или вибрационном воздействии на него при перевозке в транспортных средствах. Так как сегрегация является негативным явлением, с ней нужно бороться для предотвращения потери качества груза.

Хрупкость – способность некоторых грузов при механическом воздействии разрушаться, минуя состояние заметных пластических деформаций. При выполнении ПРР и транспортных операций хрупкие грузы необходимо укладывать и закреплять в соответствии с предъявляемыми требованиями, избегать бросков, ударов, падений отдельных ГМ. Тара и упаковка должны быть исправны и обеспечивать сохранность груза от разрушения. К хрупким грузам относятся изделия из стекла и керамические изделия, различная аппаратура, приборы, шифер. Некоторые грузы могут приобретать свойство хрупкости при пониженной температуре, например олово при температуре ниже минус 15 °С, резина – минус

50…45 °С.

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

где Vшт – геометрический объем штабеля груза, м3 ; Vг – объем груза без учета суммарного объема пустот между отдельными его частицами, м3.

Пористость характеризует наличие и суммарный объем внутренних пор и капилляров в массе груза и оценивается коэффициентом пористости

~ 60 ~

где Vк– суммарный объем внутренних пор и капилляров, м3.

Липкость – свойство насыпного груза прилипать к ограждающей поверхности. Липкими становятся обычно влажные грузы, однако таким свойством обладают и сухие грузы. Так, сера и тальк липнут к стали, мел к дереву и др.

Гигроскопичность – свойство груза поглощать водяные пары из воздуха или выделять их. Сухой гигроскопичный груз поглощает влагу до тех пределов, при которых его влажность сопоставляется с влажностью окружающей среды. Пониженная влажность окружающей среды приводит к выделению из груза влаги, к высыханию. Поглощение влаги вызывают гнилостные процессы в грузах органического происхождения, увеличивает слеживаемость сыпучих грузов. Высыхание приводит к пылению дисперсных грузов, потере технологических качеств.

Свойство некоторых насыпных грузов терять сыпучесть при хранении отождествляется со слеживаемостью. Оптимальным условием для возникновения слеживаемости является длительное хранение насыпных грузов в состоянии покоя, т.е. длительное воздействие только гравитационных сил. Действие этих сил при длительном хранении превращает названные грузы в конгломераты.

Таким образом, явление слеживаемости следует рассматривать как одно из проявлений сцепления частиц насыпных грузов. Чем развитее поверхность частиц груза, тем выше его слеживаемость и прочность. Динамические нагрузки ускоряют процесс слеживаемости.

Истечение таких грузов значительно 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.

К числу слеживающихся грузов относятся бетонит (отбеливающая глина), цемент, пробка дробленая, известь, глина, окись кремния в порошке, сода, табак, окись цинка, снег и др. Некоторые насыпные грузы слеживаются лишь в условиях повышенной влажности, тогда как в сухом виде склонность к слеживаемости у этих грузов не наблюдается или проявляется лишь в слабой степени. Таковы, например, соль каменная и выварочная, сахарный песок и т.п. Во всех случаях опасность слеживаемо-

~ 61 ~

Грузоведение : учебник

сти возрастает с увеличением высоты слоя засыпки насыпного груза, так как при этом возрастает давление в нижних частях слоя.

Чем лучше растворяются вещества в воде и чем большей кристаллизационной способностью они обладают, тем больше способность груза к слеживанию. Если слеживаемость происходит в результате химических реакций, то чем ниже значение гигроскопической точки, тем сильнее слеживается груз. При колебании относительной влажности воздуха около гигроскопической точки груза груз будет то увлажняться, то подсыхать, что приведет к интенсивному процессу слеживания. В условиях морской транспортировки наибольшей слеживаемости подвержены грузы с гигроскопической точкой 60–80 %.

Слеживаемость увеличивается, если груз хранится долгое время. Слеживаемость малогигроскопических грузов заметно растет с высотой штабеля. Грузы с высокой гигроскопичностью могут слеживаться в одинаковой степени в больших и малых штабелях.

Загрязнение или наличие в навалочном грузе примесей, хорошо растворимых в воде, увеличивает способность грузов к слеживанию. Грузы, подверженные слеживаемости, следует хранить в условиях, исключающих или уменьшающих влагопоглощение. Гигроскопические грузы, подверженные сильной слеживаемости, следует упаковывать в плотную влагонепроницаемую тару либо закрывать их плотно брезентами или пленками из пластика. Хорошие результаты дает хранение в закрытых помещениях, где нет воздухообмена с окружающей средой. Вместо укрытия иногда применяется присыпка поверхности груза веществами, которые не портили бы груз, но связывали атмосферную влагу.

Сводообразование – образование сводов в бункерах, силосах, контейнерах и в мешкотаре. Возникшие своды следует разделять на неустойчивые и статически устойчивые 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, мешкотары составляют по площади лишь незначительную часть их сечения. В связи с этим поток при истечении названных грузов сужается.

В процессе сжатия потока при истечении происходит сближение частиц промежуточного слоя, несколько частиц промежуточного слоя, расположенных вдоль некоторой прямой, соединяющей противоположные точки одного поперечного сечения потока, могут образовывать перемычку. Последняя, препятствуя сужению потока, выдерживает боль-

~ 62 ~

Глава 3. Классификация грузов

шие сжимающие усилия со стороны поверхности, ограничивающей поток. Перемычка по этой причине вызывает появление дополнительных сил трения частиц об упомянутую поверхность.

В широком сечении, имеющем большее число частиц, возникновение перемычек маловероятно из-за наличия среди них отдельных частиц, центры тяжести которых лежат в стороне от оси перемычек.

Уменьшение поперечного сечения потока провоцирует возникновение перемычек все чаще. Процесс образования и разрушения перемычек становится закономерным и непрерывным. Наряду с этим увеличивается прочность и долговечность перемычек, что стимулирует возрастание тормозящих импульсов, которые способствуют появлению сводов.

Предельный диаметр сводообразующего отверстия оказывает значительное влияние на выбор площади поперечного сечения выгрузного люка контейнера. Выгрузное отверстие с наибольшей площадью, при котором наблюдается сводообразование, называют сводообразующим отверстием. Сводообразующее отверстие выбирают экспериментально с помощью прибора. Площадь отверстия характеризует степень связности груза. Большему сводообразующему отверстию соответствует более связный груз. Предельный размер сводообразующего отверстия позволяет давать оценку и сравнение способности различных насыпных грузов к истечению. Рассматриваемый показатель зависит также от гранулометрического состава груза.

Уплотняемость. Коэффициент уплотнения насыпного груза выражается отношением его уплотненной массы к массе того же объема до уплотнения. Условия заполнения насыпного груза определенного объема формирует начальный коэффициент уплотнения, имеющий довольно значительный разбег по величине. В этой величине доминирующее место занимают динамические нагрузки и вибрация, в результате которых материалы претерпевают структурное переформирование – мелкие частицы укладываются в порах между более крупными. При этом происходит вытеснение из пор воздуха, растет число контактов частиц между собой, что сопровождается возникновением молекулярных сил. Насыпной груз уплотняется, его плотность повышается. Установлено, что коэффициент уплотнения Ку увеличивается с ростом коэффициента внутреннего трения f по зависимости

~ 63 ~

Грузоведение : учебник

Различные насыпные грузы имеют довольно большой разброс изменения коэффициента уплотнения: от 1,05 до 1,52 (нижний предел характерен для хорошо сыпучих грузов). Следует отметить, что процесс уплотнения приводит к возрастанию начального сопротивления сдвигу, а его величина характеризует сыпучесть.

Начальное сопротивление сдвигу τ0 характеризует подвижность частиц, связанность насыпного груза, определяет силу сцепления частиц и имеет размерность Н/м2.

Начальное сопротивление сдвигу фиксируется в лабораторных условиях по полученным данным построением зависимости нормального напряжения и напряжения сдвига. С их помощью могут быть получены угол φ и коэффициент внутреннего трения f. При этом устанавливается функциональная зависимость между сопротивлением сыпучей среды сдвигу и нормальным напряжением.

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

Динамическая вязкость µ, Па·с, определяет коэффициент внутреннего трения. Сила внутреннего трения F между двумя слоями жидкости

где S – площадь слоя жидкости, м2; dυ/dx – градиент скорости движения

слоев жидкости в направлении х, перпендикулярном направлению движения, с-1.

Кинематическая вязкость υ, м2/с, определяется соотношением динамической вязкости жидкости к ее плотности:

где ρ – плотность жидкости, кг/м3.

На практике для оценки текучести жидкости чаще используют понятие условной вязкости. Условная вязкость жидкости измеряется в градусах Энглера, которые определяют отношение времени истечения, с,

~ 64 ~