Основы грузоведения
Введение
Транспорт должен обеспечивать
своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного
хозяйства в перевозках.
При этом необходимо устранять
нерациональные перевозки, сокращать сроки доставки грузов и обеспечивать их
сохранность, безопасность движения, снижать отрицательное воздействие
транспорта на окружающую среду.
Решение этих важных для
железнодорожного транспорта проблем в немалой степени зависит от изучения
вопросов, связанных с транспортными характеристиками грузов: объемно-массовыми
параметрами, физико-химическими, биологическими и другими свойствами,
определяющими условия перевозок грузов, разработку мер по обеспечению
сохранности, снижению потерь при перевозках, выбор и расчет конструкций тары,
установку и крепление грузов на открытом подвижном составе.
Исследованием этих вопросов
занимается научная дисциплина грузоведение, которую следует рассматривать как
отрасль науки о материалах с ярко выраженными транспортными аспектами её
интерпретации.
1. Транспортная
характеристика нефтеналивных грузов и ее влияние на организацию перевозок
Нефть и нефтепродукты относятся к
опасным грузам. Перевозка опасных грузов осуществляется всеми видами
транспорта: автомобильным, железнодорожным, воздушным, морским, речным. На
каждый вид транспорта существует свой, так называемый "пакет
документов" устанавливающих требования по перевозке опасных грузов.
В соответствии с рекомендациями ООН
для перевозимых опасных грузов была осуществлена классификация, которая
предусматривает деление опасных грузов на классы (классы опасности):
класс - взрывчатые материалы (ВМ);
класс - газы сжатые, сжиженные и
растворенные под давлением;
класс - легковоспламеняющиеся
жидкости (ЛВЖ);
легковоспламеняющиеся твердые
вещества (ЛВТ);
класс - самовозгорающиеся вещества
(СВ); вещества, выделяющие воспламеняющиеся газы при взаимодействии с водой;
класс - окисляющие вещества (ОК) и
органические пероксиды (ОП);
класс - ядовитые вещества (ЯВ) и
инфекционные вещества (ИВ);
класс - радиоактивные материалы
(РМ);
класс - едкие и (или) коррозионные
вещества (ЕК);
класс - прочие опасные вещества.
Прежде чем перевозить нефть и
нефтепродукты, необходимо определить: какую опасность для людей и окружающей
среды они представляют.
Нефтепродукты обладают целым рядом
особенностей, которые существенным образом влияют на организацию
нефтескладского хозяйства. Главнейшими из них являются: огнеопасность,
взрывоопасность способность электризоваться при движении, высокая испаряемость
и вязкость некоторых нефтепродуктов, а также вредность нефтепродуктов для
здоровья.
.Огнеопасность. Нефтепродукты
являются легковоспламеняющимися и горючими жидкостями. Критерием, разделяющим
нефтепродукты по степени огнеопасности, является температура вспышки паров
нефтепродуктов. Нефтепродукты могут воспламениться и без наличия пламени - при
нагревании их до определенной температуры. Температура, при которой
воспламеняются пары горючих жидкостей без поднесения к ним открытого огня,
называется температурой самовоспламенения.
.Взрывоопасность. Взрыв паров
нефтепродуктов, даже при поднесении к газовому пространству открытого огня,
возможен лишь при определенном процентном содержании этих паров в воздухе.
Наименьшее содержание паров горючего
в воздухе при обыкновенной температуре и атмосферном давлении, при котором возможен
взрыв, называется низшим пределом взрываемости горючего.
Наибольшее же процентное содержание
паров горючего в воздухе при обыкновенной температуре и атмосферном давлении,
при котором также еще возможен взрыв, называется верхним пределом взрываемости.
Промежуток между верхним и низшим
пределами взрываемости называется областью или зоной взрываемости". В табл. 2 приведены пределы
взрываемости наиболее взрывоопасных жидкостей.
Таблица 2
Наименование нефтепродуктов
|
Низший предел
|
Высший предел
|
|
объем. %
|
Бензины
|
1,1
|
6,0
|
Лигроины
|
1,5
|
4,5
|
Керосины
|
2,0
|
3,0
|
Бензол
|
1,4
|
7,4
|
. Электризация. При движении
нефтепродуктов по трубам и при прохождении их через слой воздуха в виде капель
(например, при наливе в железнодорожные цистерны, танкеры и т. д.) возникает статическое
электричество. Оно образуется вследствие трения нефтепродуктов в первом случае
о стенки труб, а во втором - о воздух (эффект Ленарда). Нефтепродукт получает
заряды электричества одного знака, трубопроводы и воздух - другого. Являясь
хорошими диэлектриками, нефтепродукты сохраняют электрические заряды в течение
длительного времени. Разряды статического электричества между изолированными
трубопроводами, автоцистернами на шинах и т. д. и заземленными предметами могут
повлечь за собой загорание или взрыв паров нефтепродуктов.
Для предупреждения скопления
статического электричества необходимо, чтобы трубопроводные сети, соединяющие
различные объекты нефтебаз, представляли электрически непрерывную заземленную
цепь.
. Испаряемость. Светлые легкие
нефтепродукты (газовые, пусковые, авиационные и автомобильные бензины) содержат
значительное количество легко испаряющихся углеводородов. При испарении легких
фракций нефтепродукт теряется количественно и ухудшается также его качество. В
результате потери легких фракций нефтепродукт из-за значительного изменения
физико-технических констант часто не может быть непосредственно использован и
подлежит "исправлению".
Насыщение воздуха парами бензина в
паровом пространстве резервуаров происходит чрезвычайно быстро, причем
вследствие наличия конвективных токов расслоения паров не наблюдается и
концентрация паров во всех точках газового пространства остается примерно
одинаковой. Поэтому в целях предотвращения потерь наиболее ценных, легко
испаряющихся фракций такие нефтепродукты необходимо хранить и транспортировать
в герметизированных резервуарах.
. Вязкость. Многие темные
нефтепродукты и масла при низких температурах обладают значительной вязкостью.
Потери на трение при перекачке таких нефтепродуктов по трубопроводам и при
истечении из железнодорожных цистерн бывают настолько большими, что процессы
перекачки и выгрузки часто становятся невозможными без проведения специальных
мероприятий. Часть нефтепродуктов (главным образом парафинистые нефтепродукты)
застывает при сравнительно высоких температурах. Перекачка таких нефтепродуктов
и выполнение других нефтескладских операций также часто оказываются
затруднительными и даже неосуществимыми. Поэтому для приведения вязких и
застывающих нефтепродуктов в транспортабельное, подвижное состояние необходимо
понизить их вязкость и путем подогрева обратить в жидкое состояние. Подогрев
нефтепродуктов резко снижает их вязкость, особенно в области низких температур,
и позволяет транспортировать такие нефтепродукты без особых затруднений.
. Вредность паров нефтепродуктов.
Пары нефтепродуктов и нефтей вредны для здоровья человека, а пары сернистых
нефтепродуктов обладают сильными отравляющими свойствами. Особенно вредны
тяжелые бензины, содержащие бензол, и этилированные бензины.
Отравление людей нефтяными парами
может произойти при ремонте и очистке резервуаров и цистерн, недостаточно
очищенных от бензина и в недостаточно вентилируемых помещениях. Опасный для
здоровья предел содержания паров в воздухе считается равным для бензина,
лигроина, уайтспирита и керосина-0,3 мг/л и для сероводородного газа-0,01 мг/л.
Учитывая это, нефтескладские
помещения необходимо проектировать с усиленной вентиляцией, а работы в опасной
для здоровья атмосфере производить в специальных противогазах с соблюдением соответствующих
мероприятий по технике безопасности и охране труда.
2. Решение задач
Задача 1.
Необходимо рассчитать массу угля
в вагоне с учетом откорректированной плотности
Исходные данные
Показатели
|
Номер
варианта
|
|
9
|
Процентное содержание влаги W1,
%
|
5
|
Процентное содержание влаги W2,
%
|
7
|
Процентное содержание золы А1, %
|
-
|
Процентное содержание золы А2, %
|
-
|
Процентное содержание мелких фракций Т1, %
|
-
|
Процентное содержание мелких фракций Т2, %
|
-
|
Объем груза в вагоне V,
м3
|
Стандартная плотность груза ρ1,
т/м3
|
0,82
|
Значения коэффициентов для
определения плотности
наиболее важных грузов
Род груза
|
Значение коэффициентов
|
|
|
|
|
Каменный уголь
|
0,005
|
0,01
|
−
|
Масса груза в вагоне составляет
Q
= V
[ρ1
+ (W2
− W1)
+(А2
− А1) + (T2
− T1)
] = 20 *[0.82 + 0,005 (7 − 5) + 0,01 ] =
16,8 т.
Задача 2.
В адрес вагонного депо прибыл вагон
каменного угля марки АРШ. Расстояние перевозки S
км. В процессе транспортирования имела место
одна перегрузка. При проверке оказалось: масса брутто вагона - Qбр,
т; тара вагона по трафарету - 21,5 т; влажность груза в момент проверки -W
%. По накладной масса груза составляет Q
т. при влажности W
%. Определить: допустимы ли расхождения в количестве груза, обнаруженные при
проверке на станции назначения
Исходные данные
Показатели
|
Номер
варианта
|
|
9
|
S,
км.
|
5500
|
Q бр,
т
|
83,8
|
Wф,
%
|
9
|
Wу,
%
|
7
|
Qф,
т
|
62,5
|
Р е ш е н и е:
Масса груза нетто, с учетом
изменения влажности угля, рассчитывается по формуле:
(1)
где Qф
- фактическая масса груза, т;
Qy-
масса груза при условии влажности, т;
Wф-
фактическая влажность груза, %;
Wу-
условная влажность груза, %.
т,
Тогда потери массы груза составят:
(2)
где Qт
- масса тары вагона, т;
Qбр-
масса брутто вагона, определенная на станции назначения, т.
т.
В соответствии с Правилами перевозок
грузов норма естественной убыли для кокса каменноугольного составляет 0,70 % от
массы груза, предъявленного к перевозке, кроме того установлены дополнительные
нормы естественной убыли массы на каждую перегрузку из вагона в вагон - 0,8%.
Таким образом, норма естественной убыли для заданных условий с учетом потерь
при перегрузке составит или т.
Ошибка при взвешивании на вагонных весах может достигать или
т.
Следовательно, суммарные допустимые потери массы вагона брутто могут составить:
т.
Вывод: расхождение в массе груза
брутто на станции отправления и назначения составило -1,15
т, что меньше допустимых потерь равных 1,78
т; следовательно, потери груза не превышают установленных норм.
Задача 3.
На пункт слива подана цистерна типа N.
Высота налива груза, замеренная метрштоком при фактической температуре груза (tф
ºС),
составляет H
см, Плотность груза по паспорту при температуре 20 ºС
составляет 0,7810 кг/дм3. Требуется определить вес груза в
цистерне.
Исходные данные
Показатели
|
Номер
варианта
|
|
9
|
N
|
14
|
H, см
|
260
|
tф ,
ºС
|
-3
|
Объем груза в цистерне определяется
в соответствии с калибровочными таблицами, в зависимости от высоты налива и
приведен в таблице 1.
Таблица 1.
Зависимость
объема груза в цистерне от уровня налива
Тип цистерны
|
Высота налива, см
|
|
260
|
|
Объем груза, дм3
|
14
|
49245
|
По таблице средних температурных
поправок плотности нефтепродуктов определяется температурная поправка на 1ºС
для заданной плотности нефтепродукта, приведенная в таблице 2.
Таблица 2.
Значение
средних температурных поправок плотности нефтепродуктов
Плотность при 200C
|
Температурная поправка на 10C
|
0,000792
|
транспортный
нефтеналивной груз перевозка
Р е ш е н и е:
Вес груза определяется по следующей
формуле:
(1)
где Qгр
- вес груза, т;
V
- объем груза в цистерне, дм3 ;
tф-
фактическая температура груза, ºС;
20 -
плотность груза по паспорту при 20ºС,
кг/дм3 ;
- температурная
поправка, кг/дм3 на 1ºС.
(табл. 7)
Подставляя числовые значения в
приведенные выше формулы, получаем:
кг.
кг.
Задача 4.
Определить расчетную прочность тары
и схему размещения грузовых мест в вагоне.
Исходные данные
Наименование
|
Номер
варианта
|
|
9
|
Длина тары (l), мм
|
550
|
Ширина тары (b),
мм
|
350
|
Высота тары (h),
мм
|
250
|
Объемная масса груза (ρ),
т/м3
|
0,7
|
Продольный коэффициент ускорения (Кпр)
|
2,2
|
Поперечный коэффициент ускорения (Кп)
|
0,50
|
Вертикальный коэффициент ускорения (Кв)
|
1,30
|
Р е ш е н и е:
Показатели схемы размещения груза в
вагоне рассчитываются с учетом эксплуатационных характеристик вагона и
параметров грузовых мест. Принимаем, что грузовые места размещаются длинной
стороной по длине, короткой по ширине и высотой по высоте вагона в соответствии
с кратностью параметров вагона, тары и свойствами груза. При этом необходимо
учитывать зазоры между грузовыми местами по длине и ширине вагона. Для этого
вводится понятие - коэффициент укладочности Ку=1,02.
Тогда число грузовых мест с учётом коэффициента укладочности составит:
·
вдоль:
(1)
·
поперёк:
(2)
·
по высоте:
(3)
где L,
B,
H
- внутренние размеры вагона (длина, ширина, высота), м;
l,
b,
h-
габаритные размеры тары, м.
Общее число мест в вагоне
определяется:
(4)
При этом величины Nвд,
Nп,
Nв
округляются до целого числа в меньшую сторону.
Масса брутто груза в вагоне должна
быть не более грузоподъёмности вагона с учётом допускаемого перегруза (+ 1,0
т).
(5)
где qбр-
масса брутто одного грузового места, кг.
Масса грузового места брутто
определяется с учётом массы груза нетто и собственной массы тары, кг.
(6)
где v
- внешний объём тары, м3;
-
коэффициент, учитывающий уменьшение внутреннего объёма тары по отношению к
внешнему, = 0,90 =
0,96;
ρ-
объёмная масса груза, кг/м3;
- коэффициент,
учитывающий собственную массу тары, =
0,12; =
0,05.
Если в результате расчётов масса
груза брутто в вагоне окажется больше указанного выше условия, необходимо
уменьшить число грузовых мест в вагоне.
Прочность транспортной тары в
процессе транспортировки рассчитывается из условия её штабелирования на складе
на высоту Hск,
для деревянной тары - 6 м, для картонной - 3 м. При этом статическое сжимающее
усилие Рст, которое должна выдерживать тара (Н) определяется:
·
из дерева:
(7)
·
из картона:
(8)
где g
- ускорение силы тяжести, g
@ 10 м/с2;
- высота
складирования, м;
h
- высота единицы тары, м.
Кзап-
коэффициент запаса прочности, при продолжительности хранения менее 30 суток Кзап
= 1,6;более 30 суток - Кзап = 1,8.
Выбор материала для транспортной
тары (древесина или картон) производится на основе технико-экономического
сравнения. Собственная масса тары при обеспечении заданной прочности и
надежности должна быть минимальной и оцениваться коэффициентом относительной
массы Км, чем меньше этот коэффициент, тем совершеннее конструкция
тары.
При перевозке по железной дороге на
каждую единицу тары воздействуют продольные, поперечные и вертикальные
инерционные силы, максимальное значение которых должно выдерживать последнее
грузовое место в продольном или поперечном ряду и нижнее грузовое место по
высоте. Величины этих сил составляют:
(9)
(10)
(11)
где Рпр, Рп,
Рв - соответственно продольная, поперечная и вертикальная
инерционные силы, Н;
Kпр,
Кп, Кв - коэффициенты
ускорений, действующих в продольном, поперечном и вертикальном направлениях,
доли единиц.
Сравнивая полученные величины инерционных сил с
расчётной статической нагрузкой, делают выводы о необходимости установки
сепарационных перегородок и их числа, обеспечивающих сохранность перевозки
грузов, как в деревянной, так и картонной таре.
Задача 5.
Исходные данные
Наименование
|
Номер
варианта
|
|
9
|
Характеристики груза
|
Объем отправления Qмес,
тыс. т/мес
|
54,5
|
Плотность нефтепродукта ρ20,
т/м3
|
0,90
|
Температурная поправка αt*10-4, т/(м3 *°С)
|
8,21
|
Условия налива и перевозки
|
Температура налива, предложенная отправителем tот,
°С
|
88
|
Максимальня температура воздуха в пути
следования
|
44
|
Максимальный объем груза в цистерне
Vmax,
м3
|
47,5
|
Расстояние перевозки Lпер,
км
|
1200
|
Продолжение Таблицы 9
|
Максимальную температуру центральной
части нефтепродукта определяют по эмпирической формуле:
(1)
где -
максимальная температура окружающего воздуха, °С;
,87 - коэффициент, учитывающий
климатические условия и дальность перевозки.
Массу груза, налитого в цистерну при
начальной температуре в пути следования можно определить по формуле:
(2)
где Vmax
- максимально допустимый объем груза в цистерне,
зависит от типа цистерны и свойства груза, м3;
ρ20
- плотность нефтепродукта при температуре 20 °С, т/м3;
tот(max)
- соответственно температура налива груза, предложенная отправителем,
максимальная температура в пути следования, °С;
αt
- температурная поправка плотности, т/(м3*°С).
Экономия погрузочных ресурсов за
месяц в результате уменьшения температуры налива груза в пункте отправления
составит:
(3)
где Qмес
- объем отправления груза за месяц, т.
Экономия эксплуатационных расходов
железной дороги на перевозку при повышении статической нагрузки цистерны:
(4)
где Lпер
- дальность перевозки, км;
αпор
- коэффициент порожнего пробега цистерны, αпор=0,4;
средняя продолжительность простоя
цистерны на станции налива или слива, ч; =25
ч.
Свкм, Свч -
стоимость одного вагоно-километра и одного вагоно-часа простоя в части
зависящей от размера движения.
Свкм=0,01тыс.р/вкм, (5)
Свч=0,1тыс.р/вч, (6)
Задача 6.
На пункт слива подана цистерна с
грузом. Высота налива, определенная метрштоком, составляет 260 см, Qгр
кг, плотность при температуре слива ρ кг/дм3,
диаметр сливного прибора 160 мм. Слив производится самотеком, груз невязкий.
Требуется определить время слива.
Исходные данные
Наименование
|
Номер варианта
|
|
9
|
Qгр, кг
|
53000
|
ρ
|
0,842
|
Решение:
Время на слив цистерны определяется
по формуле:
(1)
где Qгр
- вес груза, т;
Ψ - коэффициент
сжатия струн, Ψ=0,60;
F - площадь
сечения сливного отверстия, ;- плотность продукта,т/м2;
Vср - средняя
скорость истечения жидкости, м/с.
Скорость течения невязкой жидкости можно
определить по формуле:
м/с, (2)
где φ -
скоростной коэффициент 0,97;
g - ускорение
силы тяжести;
H-высота
столба жидкости (высота налива груза в цистерне), м.
Тогда
Заключение
В
контрольной работе я развитил навыки в
решении практических вопросов, связанных с разработкой мер по обеспечению
сохранности грузов, безопасности труда сопричастных работников и наиболее
эффективного использования подвижного состава и складских помещений. При
выполнении практических задач учитывал
требования Устава железнодорожного транспорта РФ, Правил перевозок грузов,
Технических условий погрузки и крепления грузов и других подуставных
документов.
Библиографический
список
. Основы грузоведения: Учебн.
пособие для студентов высш. учебн. заведения., Е.М. Олещенко, А.Э. Горев. - М.:
Издательский центр "Академия", 2005. - 288 с.
. Козырев В.К. Грузоведение:
Учебник для ВУЗов. - М.: Транспорт, 1991.
. Коновалова М. И.,
Верхотуров С.А. Грузоведение: Методические указания с заданиями к выполнению
контрольной работы по дисциплине "Грузоведение" для студентов
заочного обучения. - Чита: ЗабИЖТ,2011.-21с.
. Технические условия размещения
и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юртранс, 2003.-544 с.
. Сборник правил перевозок
грузов на железнодорожном транспорте. Кн.1. - М.: Юртранс, 2003. Кн.1 - 712 с.