Основные транспортные характеристики насыпных и навалочных грузов

Лекция№ 10 Технология погрузки и выгрузки сыпучих и кусковых грузов

Цель лекции:Изучение транспортных характеристик грузов и технологии погрузки и выгрузки сыпучих и кусковых грузов.

Основные транспортные характеристики насыпных и навалочных грузов

Основными общими свойствами насыпных и навалочных грузов, влияющими на технологию и технические средства перевозок и хранения являются сыпучесть, гранулометрический состав, смерзаемость, слеживаемость, сводообразование и т.п. Кроме этого, отдельные группы и виды насыпных грузов имеют такие ярко выраженные специфические свойства, как самовозгорание, взрывоопасность, коррозийность, токсичность, абразивность и другие.

Сыпучесть— способность насыпных и навалочных грузов перемещаться под действием силы тяжести, внешних динамических воздействий и внутренних сил трения и сцепления отдельных частиц.

Гранулометрический состав характеризует процентное содержание частиц груза, линейные размеры которых находятся в определенных интервалах, и выявляется методом ситового анализа пробы груза. По размерам отдельных кусков или частиц различают восемь категорий грузов (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Группы грузов	Размеры частиц, мм
Навалочные кусковые	Особо крупные	Свыше 320
Крупнокусковые	От 160 до 320
Среднекусковые	От 60 до 160
Мелкокусковые	От 10 до 60
Насыпные мелкофракционные	Крупнозернистые	От 2 до 10
Мелкозернистые	От 0,5 до 2
Порошкообразные	От 0,05 до 0,5
Пылевидные	Менее 0,05

При использовании в производстве, а также при выполнении погрузочно-разгрузочных работ и транспортировании грузов важна их однородность по крупности, которая достигается сортировкой частиц груза и характеризуется коэффициентом однородности К₀ Этот коэффициент определяется отношением К_од=d_max/d_min , где d_max и d_min соответственно размеры максимальной и минимальной частиц груза. Если величина К_од≤2.5, груз называется сортированным, при — несортированным или К_од>2.5 рядовым. Крупность и однородность грузов учитываются при выборе параметров рабочих органов подъемно-транспортного оборудования, в свою очередь максимально допустимые размеры кусков должны соответствовать принятому оборудованию.

Объемная (насыпная) масса груза р характеризует массу единицы его объема в естественном состоянии, с учетом существующих между частицами груза пустот. Эта величина устанавливается опытным путем, когда груз осторожно насыпают в мерную емкость (в отдельных случаях в качестве мерной емкости можно использовать полувагон) и сразу определяют его массу. По объемной массе насыпные грузы делятся на:

-легкие— до 600 кг/м³ (торф, древесные опилки),

-средние 600—1100 кг/м³ (каменный уголь, шлак),

-тяжелые — 1100-2000 кг/м³ (песок, гравий),

-весьма тяжелые — более 2000 кг/м³ (руда, камень).

Влажность является одной из важнейших характеристик насыпных грузов и определяется гранулометрическим составом, способом добычи и обогащения, условиями хранения. Чем больше в грузе мелких фракций, тем выше может быть его влажность. Повышенной влажностью отличаются грузы, извлекаемые из земных недр гидравлическим способом или прошедшие обогащение путем вымывания водой посторонних примесей.

Для насыпных грузов различают: фактическую влажность (влажность в момент ее определения); кондиционную, установленную ГОСТами, при которой груз сохраняет свои качественные показатели; влажность безопасную в отношении смерзаемости. Повышение влажности груза выше кондиционной приводит к потере качества, а выше безопасной — к усилению таких свойств, как слеживаемость, смерзание, липкость и сводообразование, что, в свою очередь, вызывает повышение трудоем­кости и продолжительности грузовых операций.

Слеживаемость — свойство насыпных грузов терять сыпучесть при длительном хранении и в процессе перевозки. На слеживаемость оказывают влияние физико-химические свойства самого груза, влажность, режимы хранения, климатические условия. К слеживающимся грузам относятся цемент, глина, известь, сода и др. При выгрузке таких грузов необходимо восстанавливать их сыпучесть, что требует значительных затрат материальных средств и трудовых ресурсов.

Сводообразование — явление самопроизвольного возникновения сводов из частиц навалочных и насыпных грузов над выпускными отверстиями бункеров, силосов, воронок. Это явление зависит от гранулометрического состава, формы кусков, влажности, слеживаемости и других свойств груза. Сводообразование препятствует свободному истечению грузов при производстве разгрузочных работ из полувагонов и хопперов.

Большое значение при выполнении погрузочно-разгрузочных работ с пылевидными грузами, размеры отдельных частиц которых составляют 4 мм и менее, имеют такие специфические свойства как аутогезия и адгезия.

Аутогезия — взаимодействие соприкасающихся пылевидных частиц между собой, которое препятствует их разъединению и способствует полному и быстрому освобождению различных бункеров, специализированных вагонов от таких грузов, как рудные концентраты, цемент, минеральные удобрения и др.

Адгезия — это взаимодействие пылевидных частиц, с твердой поверхностью микроскопических тел стенок бункеров, рабочих органов технологических аппаратов, задерживающее свободное истечение пылевидных грузов — происходит налипание на стенки бункеров.

Смерзаемость— свойство грузов смерзаться при низкой температуре в крупные глыбы или монолит, трудно поддающиеся разрушению. Для каждого груза установлены пределы безопасной влажности, при которых смерзаемость исключается; в противном случае необходимо применять средства профилактики при погрузке или восстанавливать сыпучесть при выгрузке. В зависимости от толщины смерзшегося слоя h и высоты груза в вагоне H_гр различают следующие степени смерзания:

• примерзание к стенкам и днищу полувагона, h ≤≤ 50 мм;

• частичное смерзание, 50 ≤ h ≤ H_гр/2;

• полное смерзание, h = H_гр/2, температура ядра груза равна темпе­ратуре замерзания;

• дальнейшее промерзание монолита, температура ядра — ниже тем­пературы замерзания.

Выгрузка примерзшего груза и особенно смерзшегося в трех последних стадиях представляет значительные трудности: производительность при этом снижается в 10-15 раз, увеличиваются простои вагонов, требуются специальные машины и устройства для восстановления сыпучести.

Смерзаемость насыпных грузов зависит от гранулометрического состава, влажности груза, температуры окружающего воздуха, продолжительности перевозки, тепловых характеристик груза.

Наиболее подвержены смерзанию грузы мелких фракций (измельченные и пылевидные), грузы более крупных фракций смерзаются меньше.

Вне зависимости от типа подвижного состава, обязанность по его загрузке лежит на грузоотправителе. При погрузке недопустимо перемещение груза над кабиной. Водителю запрещается находиться в кабине во время погрузки. При загрузке учитывается допустимый объем шапки груза – его объема над бортами. При определении объема шапки принимается во внимание форма и объема кузова, его ширина и угол естественного откоса в движении. Погрузка осуществляется до полного использования либо грузоподъемности, либо вместимости плюс «шапка». Время погрузки автомобиля зависит от продолжительности цикла экскаватора, количества ковшей, необходимых для полной загрузки автомобиля.

Для сокращения времени погрузки желательно добиться кратности вместимости ковша грузоподъемности. Ориентировочно для автосамосвалов время простоя под погрузкой (разгрузкой) устанавливается из расчета 1 минуты на каждую тонну. Это время увеличивается до трех раз при погрузке (разгрузке) вязких грузов (строительный раствор, глина, бетон, навоз).

Вес груза в ковше за один цикл не должен превышать 1/3 грузоподъемности транспортного средства. Ковш должен находиться на высоте не более 1 м от днища кузова автомобиля (для уменьшения динамической нагрузки на шасси при ссыпании груза). Допускается только механизированная погрузка навалочных и насыпных грузов. Рекомендуется соблюдать следующие соотношения между грузоподъемностью ковша и автомобиля:

• мягкий грунт – 3
• смерзшийся или тяжелый грунт – 4
• скальный грунт – 5.

При разгрузке ковша вместимости большей, чем 1/3 объема кузова, рама автомобиля, его рессоры и шины испытывают существенную нагрузку, которая приводит к ускоренному износу и даже поломке рам и рессор. На практике не всегда удается добиться кратности числа ковшей грузовместимости кузова, что приводит либо к недоиспользованию грузоподъемности, либо к ее превышению.

Время маневрирования подвижного состава на погрузо-разгрузочной площадке зависит от взаиморасположения экскаватора и автомобиля, организации движения автомобилей (сквозное или тупиковое, в последнем случае автомобиль подается к месту погрузки задним ходом). Расположение экскаватора определяется ходом земляных работ. Он может находиться с транспортным средством на одном уровне, выше или ниже.

Для повышения производительности подвижного состава и погрузчика (экскаватора) составляется график их совместной работы, определяется порядок смены автомобилей у экскаватора. Водителей необходимо заранее предупредить о состоянии подъездных путей, организации движения в пунктах погрузки, ознакомить с схемой работы экскаваторов.

Грузополучатель обязан очистить кузов автомобиля от остатков груза после выгрузки (допускается по договору перевозки или организации перевозки, чтобы такой очисткой занимался перевозчик). Кузов подлежит очистке грузоотправителем, если перевозчик по договору перевозки (организации перевозки) освобожден от обязанности сдавать груз (перевозка грунта в отвал, снега и прочих навалочных и насыпных грузов, по которым не ведется складского учета).

Чтобы грунт не прилипал к днищу, кузов перед загрузкой посыпается шлаком, золой, опилками, известью, мелким песком, поваренной солью и т.п., либо опрыскивают соляным раствором. В холодное время года при низких температурах (до – 20 градусов) кузов может обмазываться раствором хлористого кальция, который хорошо пристает к металлу и быстро твердеет при низких температурах. Последнее обеспечивает достаточно хорошее скольжение грунта при разгрузке, полную очистку кузова.

Перевозчик с грузоотправителем совместно в договоре перевозки (организации перевозки) устанавливают порядок оповещения водителя о подаче автомобиля под погрузку, способы обозначения места его постановки под погрузку. Прием навалочных и насыпных грузов у отправителя и их сдача получателю при наличии автомобильных весов осуществляется перевозчиком по весу. При отсутствии таковых весов – по соглашению между перевозчиком и грузоотправителем расчетным путем, по обмер и объемному весу или условно.

Сдача навалочных и насыпных грузов получателю, если они прибыли в исправном подвижном составе, без признаков недостачи, осуществляется перевозчиком без проверки веса, если автомобильных весов нет. При перевозках навалом или насыпью грузов нетоварного характера (грунта в отвал, снега) перевозчик по условию договора может быть избавлен от обязанности сдавать груз получателю. Перевозка однородного груза от одного грузоотправителя в адрес одного грузополучателя оформляется одной товарно-транспортной накладной, одним актом взвешивания или замера

Выгрузка – сыпучего груза

Для погрузки и выгрузки сыпучих грузов используются комплексные механизированные бригады Эти бригады, как правило, имеют один или два автокрана грузоподъемностью от 6 до 16 Т, грузовую бортовую автомашину с прицепом-платформой, на прицепе находится электропогрузчик, оборудованный бульдозерно-грейферным захватом для выгрузки сыпучих грузов из крытых вагонов и запасная аккумуляторная батарея. При погрузке сыпучих грузов из бункеров, транспортерами и экскаваторами пребывание грузчиков в кузове для разравнивания груза запрещено. При выгрузке сыпучих грузов ( земли, песка, снега) под откос автомобиль нужно устанавливать не ближе 1 м от края откоса. Помимо обычных и комплексных бригад в механизированной дистанции создаются при необходимости передвижные бригады для выполнения разовых работ на небольших станциях, если имеющаяся на станции техника не позволяет выполнить работу в установленные сроки. Обычно эти бригады оснащаются автомобильными кранами, автопогрузчиком, автомобилями и при необходимости электропогрузчиком для выгрузки сыпучих грузов из вагонов. Радиус обслуживания такой бригады составляет 25 - 30 км, а при оснащении бригады автофургонами для перевозки грузчиков радиус достигает 70 км. При погрузке грузов навалом автомобили устанавливают так, чтобы центр кузова находился под центром отверстия бункера или под сбрасывающим концом транспортера. При погрузке сыпучих грузов из бункеров транспортерами и экскаваторами пребывание грузчиков в кузове для разравнивания груза запрещено. При выгрузке сыпучих грузов ( земли, песка, снега) под откос автомобиль нужно устанавливать не ближе 1 м от края откоса. Электрогидравлический грейфер ГЭГ-1. Внутри корпуса грейферов ГЭГ-1 и ГЭГ-2 смонтирован улектро-гидравлический привод, состоящий из электродвигателя и насоса НШ-32Д. Вибрационный моторный грейфер ( рис. 50) емкостью 2 Л13 разрабатывается ЦНИИ МПС. На рис. 51 показана схема выгрузки сыпучих грузов с платформ при помощи крана на железнодорожном ходу, оборудованного канатным грейфером емкостью 1 5 м3, и погрузки на автомобили тракторным погрузчиком. Производительность обратной лопаты примерно на 20 % меньше, чем у прямой при той же вместимости ковша. Простое разгрузочное устройство, применяемое для выгрузки сыпучих грузов ( песка, зерна и др.) из крытых вагонов. Разгрузочные установки применяются инерционного, скребкового и опрокидывающего типов. Принцип действия инерционной разгрузочной установки ЦНИИ МПС, предназначенной для выгрузки сыпучих материалов из крытых железнодорожных вагонов, основан на использовании сил инерции, возникающих в частицах материала при качании вагона на специальной платформе. Производительность установки 300 - 360 т / ч; грузоподъемность 80 т; угол наклона платформы 10; мощность электродвигателей 103 кет. Разгрузочная установка скребкового типа Т-182 А предназначена для выгрузки сыпучих грузов из платформ. Она состоит из рамы, привода и цепной передачи, сообщающей поступательно-возвратное движение штанге-скребку. Выгрузка производится скребком, который перемещается поперек платформы и сгружает с нее материал по обе стороны в бункер. Разгрузочные установки опрокидывающего типа разделяются на автомобилеопрокидыва-тели передвижные и стационарные, применяемые для выгрузки грузов из бортовых автомобилей и прицепов, платформоопроки-дыватели и вагоноопрокидыватели боковые, торцовые и комбинированные. Для восстановления сыпучести смерзшихся грузов, при их выгрузке из подвижного состава, применяются различные рыхлительные установки: вибраторы - при слежавшихся и слабосмерзшихся грузах, виброрыхлители - при сильно смерзшихся грузах и бурорыхлители - при очень сильно смерзшихся грузах. В последние годы на штабелевочно-погрузочных работах широко применяют погрузчики-штабелеры. На погрузке лесоматериалов в вагоны занято 2 человека - машинист и грузчик. Грузчик устанавливает стойки и закрепляет лесоматериалы в вагоне. При замене гидравлического клещевого захвата для лесоматериалов на грейфер - для сыпучих грузов погрузчик-штабелер успешно используется на погрузке и выгрузке сыпучих грузов и на строительстве. К основным недостаткам применения повышенных путей относится их высокая стоимость, необходимость дополнительного оборудования для уборки и штабелирования грузов, неполная выгрузка влажных грузов, зависающих на хребтовых и поперечных балках полувагонов, и особенно неудобства, связанные с открыванием и закрыванием люков и, так называемой, зачисткой габарита. После открывания люков полувагонов с мостков, укрепленных на вспомогательной ферме крана, и высыпания основной массы груза на верхний обвязочный брус полувагона опускают вибратор конструкции ЦНИИ МПС. Действие вибратора передается на раму и сгенки полувагона и тем самым обеспечивается его зачистка от остатков груза. Люки полувагона закрываются при помощи лю-коподъемников, смонтированных на мостках. Кран оборудован также виброгрейфером, который используется для выгрузки навалочных сыпучих грузов с платформ, а также для погрузки автомашин из отвалов повышенного пути.

Варианты транспортно-грузовых комплексовдля насыпных и навалочных грузовоткрытого хранения

Варианты построения технологических схем ТГК весьма многообразны. При их компоновке следует различать три основных решения технологического процесса переработки навалочных грузов открытого хранения—разгрузка (прием) груза из полувагона, стоящего на эстакаде или повышенном пути, разгрузка вычерпыванием груза, разгрузка полувагона через открытые люки в приемный бункер и разгрузка полувагонов опрокидыванием. Не упомянутые в этих трех ре­шениях вагоны-самосвалы (думпкары) можно разгружать как на повышенном пути, так и в бункеры.

На рис..8 приведены примеры типовых схем комплексной механизации складов, постро­енных для технологического процесса переработки грузов открытого хранения (прием, штабе­лирование и отправление грузов).

Схема на рис. 8, а с использованием грейферного крана на гусеничном ходу (вылет стрелы 12—14 м) применяется при небольшой емкости склада. Для механизации вспомогательных опе­раций предусматривается специальный самоходный портал, оснащенный рабочими мостками для подхода рабочих к люкам полувагонов, люкозакрывателям и подвесным электровибраторам для очистки полувагонов от остатков груза.

На схеме (рис.8, б) изображено применение высокой эстакады, бульдозеров и ковшового экскаватора (возможно также использование грейферного крана или погрузчика). На складах неслеживающихся и несмерзающихся грузов под разгрузочной эстакадой в этой схеме размеща­ется ленточный конвейер для направления груза на производство. Бульдозерный способ переме­щения груза можно использовать при необходимости образования емких штабелей в дополне­ние к основным штабелям, обслуживаемым грейферными кранами.

Типовые схемы механизации на рис.8, в и г показывают использование элеваторного раз­грузчика С-492 с хребтовым штабелем, поперечное сечение которого может быть увеличено за счет сброса груза со штабеля гшужковым сбрасывателем или отвальным ленточным конвейе­ром, а на автотранспорт—различными погрузчиками. В случае необходимости устройства склада большей емкости в дополнение к основному штабелю может быть создан (с помощью бульдозе­ров или скреперной установки) штабель требуемой емкости.

Склады большей емкости могут быть оборудованы по схеме на рис. 8, д портальным кра­ном, под порталом которого размещается траншейно-эстакадное приемное устройство. Специ­альный портал с приспособлениями для механизации вспомогательных операций с полувагона­ми может перемещаться по подкрановым путям портального крана.

Мощный мостовой перегружатель (схема на рис. 8, е), имея под своей консолью высокую разгрузочную эстакаду, обслуживает штабели большой емкости, размещаемые в пролете пере­гружателя, а нередко — и под другой его консолью. Высокая стоимость перегружателя, несмот­ря на его высокую производительность, в отдельных случаях заставляет заменять его мощными бульдозерами.

Схемы на рис. 8, ж и з подходят для ситуаций, когда степень смерзания, примерзания или слеживания незначительна. Выгруженные в приемную траншею или на площадку грузы отправ­ляются автотранспортом. Безопасность рабочих и механизация вспомогательных операций здесь обеспечена. В целях зачистки вагонов предусмотрены накладные вибраторы. Для отгрузки на магистральный транспорт продукции добывающей промышленности может оказаться рацио­нальной схема на рис.8, и. Прибывшие на склад конвейерным транспортом грузы (например, уголь после обогащения) отгружаются железнодорожным транспортом с помощью грейферного мостового крана.

Схемы к и л на рис. 8 применяют в одинаковых климатических условиях и грузопотоках. Общим для них является оснащение разгрузочного фронта бурорыхлителыюй установкой. Хра­нение и внутрискладская переработка осуществляются по-разному.

Представленные на рис. 8 схемы л, м,ни о механизации складов с применением бун­керных приемных устройств предусматривают одинаковый по конструкции железобетон­ный бункер с пластинчатым питателем для подачи груза на наклонный ленточный конвейер. Для разгрузки железнодорожных платформ служит скребковая установка Т-182А, а для механизации вспомогательных операций предусматривается установка над бункером бурорыхлительной машины БРМ-80 или ее более производительных аналогов, электри­ческих люкозакрывателей и накладного электровибратора для очистки полувагонов от остат­ков груза. Для передвижения полувагонов (платформ) применяют маневровую электроле­бедку.

С целью обеспечения процесса переработки грузов в случае разгрузки полувагонов через люки в приемный бункер при небольшой емкости склада (примерно до 5000 м3) конвейерная подача груза может осуществляться из приемного бункера в так называемый кольцевой шта­бель. Схема на рис. 8, н представляет склад с кольцевым штабелем, образуемым с помощью поворотного ленточного конвейера-штабелера длиной 30—50 м при угле поворота его до 170° в зависимости от требуемой емкости штабеля. Для отгрузки из штабеля на автотранспорт предусматривается грейферный кран на гусеничном ходу или экскаватор с ковшом емкостью до 1,5 м3. Конвейерная подача груза на производство возможна ленточным конвейером, помещен­ным в подштабельном тоннеле.

При необходимости увеличения емкости штабеля возможно увеличение сечения кольце­вого штабеля за счет перевалки груза грейферным краном, например при высоте штабеля 8 м ширина его может быть увеличена с 16 до 36 м (при условии, что выше стрелы крана не менее 10м).