Факторы, определяющие свойства и качество грузов

Факторы, действующие на груз. В процессе транспортирования и хранения в массе груза могут происходить качественные и количественные изменения. Как правило, эти изменения объясняются действием внешних факторов: взаимодействием груза с внешней средой, механическими воздействиями на груз в процессе движения и выполнения погрузочно-разгрузочных работ, неисправностями кузовов подвижного состава и складских устройств.

Большое влияние на качество грузов оказывают влажность, температура и газовый состав воздуха, запыленность, наличие в его составе микробиологических форм и свет. Под действием указанных факторов в веществе груза происходят различные биохимические, физико-химические и микробиологические процессы, свойственные отдельным видам продукции.

Как известно, в состав воздуха входят: кислород – 19,1%, азот – 75,5%, аргон – 1,3%, углекислый газ – 0,05%. Помимо этих относительно постоянных компонентов, в воздухе содержатся пары воды, микроорганизмы, пылеобразные дисперсные системы во взвешенном состоянии.

Наличие в воздушной среде паров воды характеризуется абсолютной влажностью, влагоемкостью, относительной влажностью и точкой росы.

Абсолютная влажность γ_п – это количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 м³ воздуха. Если при данной температуре имеет место полное насыщение воздуха водяными парами, абсолютная влажность Е называется насыщенностью.

Влагоемкость воздуха характеризует способность воздуха поглощать влагу при данной температуре: d = E - γ_п.

Влагоемкость находится в прямой зависимости от температуры воздуха, поэтому степень сухости или влажности воздуха характеризуется его относительной влажностью.

Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности воздуха к его насыщенности при той же температуре, %: φ = ( γ_п/Е)·100.

Точкой росы называется температура, при которой влагоемкость данного состава воздуха равна нулю. Дальнейшее понижение температуры воздуха приведет к выпадению влаги в виде тумана, росы или инея.

На качество грузов значительно влияет влажность воздуха. Так, сухой воздух вызывает усушку и ухудшает технологические свойства и внешний вид ряда грузов (кожи, волокна, рыбы вяленой и т. д.). Влажный воздух вызывает возникновение плесени и развитие гнилостных процессов в продуктах, активизирует биохимические процессы в массе груза, приводящие к его самонагреванию и последующей порче (зерно, кожи вяленые, мясные продукты и пр.).

Механическое воздействие на груз проявляется в виде статических и динамических нагрузок.

Максимальных значений статические нагрузки достигают в нижних рядах грузов, уложенных в штабель. Объясняется это давлением вышележащих грузов.

Динамические нагрузки возникают при падениях отдельных грузовых мест, соударениях грузов в процессе выполнения погрузочно-разгрузочных работ, соударениях вагонов во время маневров, под воздействием вибрации и колебаний подвижного состава, особенно при неустановившихся режимах движения поезда.

Биохимические процессы в грузах.В грузах растительного и животного происхождения взаимодействие с окружающей средой приводит к развитию различных биохимических процессов. Такие из них, как автолиз, дыхание, дозревание и прорастание, вызваны процессами, происходящими в самом продукте, а гниение, брожение и плесневение объясняются жизнедеятельностью различных микроорганизмов.

Автолиз наблюдается в мясных, табачных изделиях, муке и некоторых других грузах и представляет собой процесс растворения тканей продукта в результате распада белков, углеводов и жиров.

Процесс дыхания характерен для грузов растительного происхождения, являющихся живыми образованиями (зерно, овощи, фрукты и т. д.). При дыхании происходит окисление углеводородов, жиров и других органических соединений кислородом. Интенсивность дыхания возрастает с ростом температуры и влажности продукта. Окисление и распад органических соединений сопровождаются выделением тепла, что приводит к самонагреванию, самовозгоранию и последующей порче продукта.

Процесс дозревания характерен для зерна, овощей, фруктов. При этом в зернах происходит переход сахара в крахмал, а в овощах и фруктах крахмал превращается в сахар.

Прорастание наблюдается в овощах и зерновых культурах. Этот процесс сопровождается интенсивным дыханием.

Процесс брожения представляет собой разложение углеводородов в результате деятельности микроорганизмов. Различают спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и уксуснокислое брожения. При спиртовом брожении происходит разложение сахаров с образованием спирта и углекислого газа, при молочнокислом – молочной кислоты, при маслянокислом – масляной кислоты. При уксуснокислом брожении спирт превращается в уксусную кислоту.

Гниение вызывает распад белковых веществ в результате жизнедеятельности гнилостных бактерий.

При плесневении на поверхности продовольственных грузов появляется белый слизистый налет, который постепенно становится желтым, коричневым и, наконец, черным. Под действием плесени происходит разложение жиров и углеводов, и в некоторых случаях образуются ядовитые вещества.

Определение качества грузов. Качество груза – это совокупность свойств, определяющих степень пригодности продукции к использованию по назначению. Основные показатели качества различных материалов определены стандартами и техническими условиями. Для исследования свойств и определения качества грузов широкое распространение нашли три метода: органолептический, лабораторный и натурный.

Органолептический метод предполагает выявление качественных свойств груза только с помощью органов чувств человека – зрения, осязания, вкуса, обоняния и слуха. С помощью этого метода оценивается внешний вид груза или его тары, определяются: гранулометрический состав, цвет, твердость, гибкость, шершавость, загрязненность, зараженность вредителями, наличие посторонних запахов и др. Благодаря простоте и быстрому выполнению этот метод имеет широкое применение. К недостаткам следует отнести субъективность оценки.

Лабораторный метод. Осуществляется отбор проб грузов. Пробы исследуют с помощью различных приборов и реактивов. Различают следующие виды лабораторных исследований грузов:

физический для определения плотности, влажности, угла естественного откоса, вязкости, температур вспышки, воспламенения, застывания и др.;

механический для определения и количественной оценки упругости, растяжимости, сопротивления сдвигу, скручиванию, разрыву, прочностных и др.;

оптический для изучения природы и внутреннего строения веществ с помощью микроскопов, лазерных устройств;

химический для выявления химического состава вещества, изучения его активности в различных средах;

биологический для проверки наличия в продукте живых организмов, способствующих его порче.

Результаты лабораторных исследований, необходимые работникам транспорта, приводят в паспортах, удостоверениях о качестве, ветеринарных свидетельствах, сертификатах и других документах.

Натурный метод исследования грузов применяется для проверки внешнего состояния продукта или его тары и упаковки, определения объемно-массовых характеристик, а также температуры, влажности, угла естественного откоса и т. д. в производственных условиях. Кроме органов чувств человека, натурный метод предполагает использование рулеток, угломеров, весов, термометров, барометров и других приспособлений.

На практике для оценки качества груза чаще используется комплексный метод, который включает элементы органолептического, лабораторного и натурного методов.

Физико-химические свойства

Физико-химические свойства характеризуют состояние груза, его способность вступать во взаимодействие с окружающей средой, вредно воздействовать на подвижной состав, складские емкости, погрузочно-разгрузочные машины и устройства, другие грузы, а также на здоровье людей. От физико-химических свойств в большой степени зависят выбор условий перевозки, перегрузки и хранения груза и основные требования к его таре и упаковке.

Физические свойства.Гранулометрический состав характеризует количественное распределение частиц (кусков) насыпных и навалочных грузов по крупности. В зависимости от гранулометрического состава насыпные и навалочные грузы делятся на группы (табл. 1.1.) Т а б л и ц а 1.1.

Наименование группы	Размер типичных частиц (кусков), мм	Наименование группы	Размер типичных частиц (кусков), мм
Особо крупные Крупнокусковые Среднекусковые Мелкокусковые	Более 320 160 – 320 60 – 160 10 – 60	Крупнозернистые Мелкозернистые Порошкообразные Пылевидные	2 – 10 0,5 – 2 0,05 – 0,5 Менее 0,05

Гранулометрический состав оказывает значительное влияние на такие свойства груза, как сыпучесть, гигроскопичность, способность к слеживанию, смерзанию, уплотнению.

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 горизонтальной плоскостью основания штабеля. Величина угла естественного откоса зависит от рода груза, его гранулометрического состава и влажности.

Различают угол естественного откоса груза в покое и в движении. Величина угла естественного откоса в покое больше, чем в движении. В табл. 1.2. приведены значения угла естественного откоса в покое и движении для наиболее распространенных навалочных грузов.

Наименование груза	Угол естественного откоса α, град	Наименование груза	Угол естественного откоса α, град
в покое	в движении	в покое	в движении
Каменный уголь Кокс Известняк Гравий Торф	27 – 45 30 – 35 37,5 – 51,5 30,5 – 45 45 – 50	20 – 40 27 – 31 35 – 40 28 – 39 39 – 45	Щебень Песок Глина Шлак Руда	40 – 45 34,5 – 40 40 – 45 37 – 50,5 35 – 37,5	35 – 40 37 – 41,5 35 – 38

При воздействии на груз динамических нагрузок, особенно вибрации, угол естественного откоса может снижаться до нуля.

Сопротивление сдвигу объясняется наличием сил трения частиц материала между собой и сил их сцепления.

Значительными силами сцепления частиц вещества обладают влажные и плохосыпучие грузы – вязкие материалы. С ростом влажности груза возрастают и силы сцепления. У некоторых грузов при увеличении влажности до критического значения вначале происходит увеличение, а затем резкое уменьшение сил сцепления частиц продукта.

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

ε_с = (V_шт – V_гр) / V_шт,

где V_шт – геометрический объем штабеля груза, м³;

V_гр – 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:

ε_п = V_к / V_гр,

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

Способность уплотняться характеризуется коэффициентом уплотнения (табл. 1.3.) [22]:

к_у = V^' _гр / V^''_гр,

где V^' _гр, V^''_гр – объем груза соответственно до и после уплотнения, м³.

Наименование груза	Коэффициент уплотнения	Наименование груза	Коэффициент уплотнения
Апатит порошкообразный Гипс Глинозем Земля формовочная Зола Известняк мелкокусковой и порошкообразный Криолит порошкообразный Мука	1,2 1,14 – 1,52 1,13 – 1,2 1,13 – 1,34 1,05 – 1,08   1,09 – 1,18 1,17 – 1,23 1,08 – 1,13	Опилки древесные Отруби Песок Сода кальцинированная Соль поваренная Торф Уголь каменный Цемент Шлак	1,29 – 1,4 1,3 1,16 – 1,29 1,08 – 1,17 1,11 – 1,14 1,11 – 1,14 1,2 – 1,21 1,15 – 1,19 1,2 – 1,28

Уплотнение происходит под действием на груз статических или динамических нагрузок, за счет заполнения пустых пространств и более компактного расположения отдельных частиц груза относительно друг друга. Степень уплотнения в значительной степени зависит от гранулометрического состава, пористости и скважистости груза. Она является важным фактором повышения статической нагрузки вагона.

Хрупкость – способность некоторых грузов при механическом воздействии разрушаться, минуя состояние заметных пластических деформаций. При выполнении погрузочно-разгрузочных работ и транспортных операций необходимо хрупкие грузы укладывать и закреплять в соответствии с требованиями [3], 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 и керамические, различная аппаратура, приборы, шифер т. д. Некоторые грузы могут приобретать свойство хрупкости при пониженной температуре. Так, олово становится хрупким при температуре ниже - 15°С, резина – 45÷50°С.

Пылеемкость – способность грузов легко поглощать пыль из окружающей атмосферы. Поглощение пыли приводит к порче материалов или вызывает необходимость очистки продукции от пыли перед употреблением ее в производстве. Повышенной пылеемкостью отличаются волокнистые материалы, ткани, меховые изделия, грузы повышенной влажности и т. д.

Распыляемость – способность мельчайших частиц вещества образовывать с воздухом устойчивые взвеси и переноситься воздушными потоками на значительные расстояния от места расположения груза. Яркий пример этого явления – пыление при перегрузочном и перевозочном процессах угля, цемента, муки, зерна, фрезерного торфа и других грузов.

Пыль обладает повышенной способностью адсорбировать из окружающей среды газы, пары и радиоактивные вещества. Это особенно вредно при наличии в воздухе отравляющих веществ и повышенной радиации.

Сильное пыление грузов затрудняет работу людей, вызывает необходимость применения марлевых повязок, респираторов, противогазов. Органическая и металлическая пыль в определенной концентрации способна к воспламенению и взрыву под действием любого внешнего источника огня. Кроме того, распыление приводит к значительным (до 5 – 8 %) потерям продукции и загрязнению окружающей среды.

Для предотвращения распыления грузов необходимо совершенствовать тару и упаковку, создавать специализированный подвижной состав и погрузочно-разгрузочные устройства, устанавливать фильтры в вентиляционных устройствах складов пылящих грузов, покрывать поверхности грузов пленками и т. д.

Абразивность – способность грузов истирать соприкасающиеся с ними поверхности подвижного состава, погрузочно-разгрузочных машин и сооружений. Абразивность зависит от твердости частиц груза, которая оценивается по шкале Мооса. В зависимости от твердости частиц грузы бывают малоабразивные с твердостью до 2,5; среднеабразивные – 2,5 – 5; высокоабразивные – свыше 5. Высокой абразивностью обладают цемент, минерально-строительные материалы, апатиты, бокситы и т. д. При работе с абразивными грузами необходимо принимать меры к предотвращению пыления и попадания частиц продукта на трущиеся детали подвижного состава и погрузочно-разгрузочных устройств.

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; рудные концентраты; уголь; минерально-строительные грузы; минеральные удобрения; различные соли; торф; сахар; цемент и т. д. При выполнении погрузочно-разгрузочных и складских операций со слежавшимися грузами необходимо восстановить их сыпучесть.

На степень слеживаемости оказывают влияние свойства и характеристики самого груза, режим хранения и местные климатические условия.

К свойствам и характеристикам груза в данном случае относятся: размеры, форма и особенности поверхности частиц вещества; характеристика его внутренней структуры, например волокнистость; однородность гранулометрического состава; наличие и свойства примесей; влажность и гигроскопичность продукта. Так, с увеличением размера частиц груза уменьшается число точек соприкосновения между частицами, а следовательно, снижается степень слеживания. При неоднородности гранулометрического состава мелкие частицы груза располагаются между крупными, число точек соприкосновения возрастает, повышается степень слеживания. Следовательно, для снижения степени слеживания необходимо стремиться к тому, чтобы в массе груза был однородный гранулометрический состав, а у его отдельных частиц была гладкая поверхность и близкая к шарообразной форме.

Прочность и степень слеживания продукта находится в прямой зависимости от времени хранения или перевозки и высоты штабелей груза. Особенно заметно с ростом высоты штабелей возрастает степень слеживаемости малогигроскопичных грузов. Быстрота слеживания продукта зависит от его температуры. При резких сменах температуры и влажности окружающей среды слеживаемость груза усиливается.

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

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 (рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Свод груза над отверстием бункера

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 вязкость.

На практике для оценки текучести жидкостей чаще используется понятие условной вязкости жидкостей. Условная вязкость жидкостей измеряется в градусах Энглера, которые определяют отношение времени истечения 200 см³ продукта при температуре измерения к времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20°С. С понижением температуры вязкость продукта постепенно возрастает до полного застывания. При достижении температуры застывания уровень жидкости в пробирке, наклонной к горизонту на 45°, остается неподвижным в течение 1 мин. Температура застывания жидкостей зависит от их химического состава.

По степени вязкости и температуре застывания жидкие грузы делятся на четыре группы (табл. 1.4.).

Повышенная вязкость наливных грузов вызывает снижение скорости их перекачки и увеличивает потери продукта в результате налипания его частиц на внутренние поверхности кузовов подвижного состава.

Гигроскопичность – способность грузов легко поглощать влагу воздуха, объясняется различными причинами. Так, карбид кальция, негашеная известь поглощают влагу вследствие своей химической активности. Гигроскопичность соли и сахара объясняется их сильной растворимостью в воде. Хлопок, шерсть, зерно поглощают влагу вследствие сгущения паров воды (адсорбации) на больших внутренних поверхностях груза.

Группа	Условная вязкость при температуре 50°С, град.	Температура застывания, °С	Наименование некоторых грузов по группам вязкости
I   II   III     IV	5 – 15   16 – 25   26 – 40     Свыше 40	– 15÷0   + 1÷15   + 16÷30     Выше + 30	Глицерин, мазут прямой гонки и флотский, автолы и др. Анилин, бензол, жир китовый, мазут смазочный, масла растительные и др. Каустик жидкий, кислота серная, патока, слеум, масло авиационное, масло кокосовое, нефть ухтинская и др. Битумы, гудрон, саломас, парафин спичечный, пек жидкий, смола каменноугольная и др.

Интенсивность поглощения влаги грузами возрастает с повышением температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также прямо зависит от площади поверхности груза, соприкасающейся с воздухом, от пористости и скважистости вещества.

Влажность определяет процентное содержание влаги в массе груза. Влага может содержаться в массе груза в свободном и связанном состояниях. Различают абсолютную и относительную влажность груза.

Относительной влажностью W называется отношение массы жидкости q_м к массе влажного груза q_гр, %:

W = (q_м / q_гр) · 100;

q_гр = q_м + q_c,

где q_c – масса сухого груза, т.

Абсолютная влажность W' представляет собой отношение массы жидкости к массе сухого груза, %:

W' = (q_м / q_c) · 100.

В теоретических расчетах, как правило, используют абсолютную влажность, на практике чаще применяют относительную влажность, которая более наглядно дает представление о содержании влаги в массе продукта.

Для перевода относительной влажности в абсолютную и наоборот можно использовать формулу зависимости или номограмму (рис. 1.4.) [8]:

W = ; W = .

Стандартами, техническими условиями и другими нормативными материалами устанавливают кондиционную влажность различных грузов, при которой вещество способно сохранять свои качественные характеристики. Отклонения влажности грузов от кондиционных требований приводят к порче или потере качества продукции.

Химические свойства грузов. Самонагревание и самовозгорание происходят под действием внутренних источников тепла – химических и биохимических процессов, протекающих в массе груза и повышающих его температуру.

Самонагреванию подвержены зерно, волокнистые материалы, сено, жмых, каменные и бурые угли, торф, сланцы, некоторые руды и их концентраты и др. Самонагревание груза каждого наименования объясняется характерными для него причинами.

Процесс самонагревания грузов сельскохозяйственного производства объясняется наличием процесса дыхания продукта, жизнедеятельностью микроорганизмов и сельскохозяйственных вредителей. Вследствие малой теплопроводности теплота в массе груза накапливается и его температура повышается, что, в конечном счете, проводит к порче, обугливанию или самовозгоранию продукта.

Создание благоприятных условий хранения и перевозки, активная вентиляция груза позволяют предотвратить или замедлить биохимические процессы, снизить интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов и вредителей, обеспечить своевременное удаление выделяющихся углекислого газа и тепла.

Процесс самонагревания руд, рудных концентратов, каменных и бурых углей, торфа, сланцев и некоторых других грузов объясняется химической реакцией взаимодействия с кислородом воздуха. Реакция окисления сопровождается выделением и накоплением тепла в массе груза, что в свою очередь ускоряет реакцию окисления. Если не обеспечить отвод тепла из массы груза, его самонагревание может привести к самовозгоранию. Температура газа, при которой начинается бурный процесс окисления с последующим самовозгоранием, называется критической температурой.

Коррозия – разрушение металлов или металлических изделий вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой. Коррозия, или окисление металлов, является процессом присоединения к металлоидам кислорода, хлора, брома и некоторых других элементов. Для условий железнодорожных перевозок наиболее характерна атмосферная коррозия, обусловленная электрохимическими процессами, где электролитом является тонкая пленка или отдельные капельки влаги. Скорость коррозии возрастает с повышением влажности и температуры воздуха, его загрязнения угольной пылью, золой, хлоридами или газами (особенно сернистыми). Так, повышенная загазованность крупных промышленных центров, кроме негативного воздействия на здоровье людей, в результате коррозии приводит к ускоренному выходу из строя металлических частей машин, строительных конструкций, архитектурных памятников и др.

В целях защиты от коррозии в процессе перевозки металлы и металлоизделия тщательно упаковывают, в необходимых случаях уплотняют стены и крышу вагонов, покрывают антикоррозийными смазками открытые части, не допускают их совместную перевозку с грузами, являющимися активными окислителями.