Потери от выдувания, ф

Величина потерь от выдувания различных сыпучих грузов не­одинакова и зависит от гранулометрической характеристики дан­ного груза и его насыпной массы. Так, при перевозке каменного угля класса 0—13 мм наблюдается ярко выраженное выдувание. Эти угли сами по себе достаточно мелкие и легковесные, поэтому легко выносятся воздушным 'потоком из полувагона. У других уг­лей классов 0—25 и 0—100 мм соотношение потерь от течи и вы­дувания «примерно равное. Соотношение потерь от выдувания и течи при перевозке мелких углей распределяется: от выдувания — 55%, от течи — 45%. Выдувание рудных концентратов составляет 33—40% общих потерь.

Интенсивность выдувания груза в начале пути максимальная, затем постепенно ослабевает. Объясняется это тем, что после по­грузки поверхность перевозимого груза (особенно рудных кон­центратов) отличается наличием неровностей (конусы, выступы и впадины), которые увеличивают открытую поверхность груза, образование локальных вихрей, создавая благоприятные условия выноса частиц ветровым иотоком. В пути следования открытая по­верхность груза сглаживается, принимая обтекаемую форму, груз уплотняется, увеличивается связь между отдельными частицами, в результате чего интенсивность потерь снижается. Следует отме­тить, что мелкие сыпучие грузы нельзя перевозить на открытом подвижном составе с высокими скоростями движения поездов <5ез применения средств защиты от выдувания, так .как с увеличением скоростей с 60 до 90—100 км/ч потери от выдувания возрастают в 3—4 раза.

Осыпание груза. На величину потерь груза при перевозке на открытом подвижном составе существенное влияние оказывают динамические нагрузки, вызывающие колебания кузова вагона; Значительные вертикальные ускорения колебаний кузова вагона с грузом обусловливают осыпание мелких и крупных частиц гру­за с поверхности штабеля. Стремясь лучше использовать грузо­подъемность вагона и повысить статическую нагрузку, некоторые

12*

сыпучие грузы, например уголь, кокс, строительные материалы, отправители грузят выше уровня бортов — с «шапкой». Высота «шапки» зависит от угла естественного откоса и иногда достигает 700 мм и более. При .движении 'поезда в результате колебаний ку­зова вагона угол обрушения будет меньше угла естественного от­коса покоя, в результате чего часть груза осыпается Ю утрачивает­ся при перевозке. Для предупреждения осыпания груза при повы­шенных скоростях движения поездов формирование откосов «шапки» при погрузке нужно производить с таким расчетом, что­бы угол их наклона не был .больше угла обрушения в_д:

(4.1)

где / — коэффициент внутреннего трения;

/с_д — коэффициент динамической добавки, зависящий от скорости движения поезда и жесткости рессорного подвешивания вагона.

4*3. Теоретические основы расчета прочности уплотнительных паст и защитных пленок

Наиболее ощутимые потери при перевозке сыпучих грузов про­исходят в результате течи груза в щели кузова вагона и выдува­ния его ветровым потоком в пути следования. Самым эффектив­ным способом предотвращения этих потерь является применение уплотнительных яаст и защитных пленок на основе связующих материалов. При разработке требований к связующим материа­лам следует прежде всего исходить из их назначения и условий использования, технологии нанесения и удаления после выгрузки, влияния различных внешних факторов, воздействующих на груз и кузов вагона в процессе погрузки и движения поезда.

Основные требования, предъявляемые к связующим и уплот-нительным материалам:

пленки и пасты должны обладать способностью за короткое время (10—15 мин) образовывать сплошное защитное покрытие, способное противостоять ветровым и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе погрузки и 'перевозки сыпучих грузов;

составы связующих материалов не должны содержать веществ, отрицательно влияющих на качество перевозимой продукции, должны быть однородны и стабильны по составу, нетоксичны и непожароопасны, иметь невысокие вязкость и рабочую темпера­туру;

защитные материалы не должны загрязнять подвижной состав и погрузочно-разгрузочные устройства, а при открывании люков полувагона или при разгрузке вагонов на вагоноопрокидьгвателях должны разрушаться под воздействием высыпающегося груза;

исходные продукты должны быть дешевыми и недефицитными;

5 Зак. 1782 129

технология получения и нанесения пленок и паст должна пред­усматривать комплексную механизацию всего процесса и не должна увеличивать простоя вагонов.

При выборе защитных составов следует также учитывать, что исходные продукты зачастую требуются в больших количествах, а следовательно, они должны сохранять свои свойства при транс­портировке на пункты использования и в процессе хранения.

Определение нагрузок на уплотнительные материалы. Основ­ными факторами, оказывающими разрушающее воздействие на уплотнительные материалы, являются силовые и вибрационные нагрузки, возникающие в процессе погрузки и транспортировки сыпучего груза.

При загрузке вагона сыпучим грузом пол вагона и уплотни­тельные материалы испытывают неравномерно распределенные по их площади давления. Величина этого давления зависит от очер­тания груза, способа приложения к нему внешних сил и способа его формирования:

где гп — объемная масса сыпучего груза, кг/м³; У — высота слоя груза от поверхности, м.

Давление на дно вблизи стенок несколько меньше, так как часть нагрузки воспринимают касательные напряжения в стенках вагона. Величина касательных напряжений вблизи дна составляет

где / — коэффициент трения сыпучего тела о стенки вагона; а_д—коэффициент, учитывающий деформации груза и вагона; к_п — коэффициент подвижности:

*^п /+YT+F'

Полагая, что /=const, наибольшее значение /с_п=И-2/²—

—2 /1^1+/². Задачу определения напряжений в сыпучем теле, подверженном колебаниям, можно определить по формулам ста­тики, в которых статический объемный вес г заменяется услов­ным динамическим у' [29]. При вертикальных колебаниях дина­мический объемный вес составит

g + Ув

н =г----- .

g

при горизонтальных

"=?|/

1 +

II g

В общем случае

JJ

1/2

Таблица 4.3

Вертикальные максимальные и минимальные напряжения в сечении:

Наибольшие динамические нагрузки испытывают уплотнитель· ные материалы при грейферной погрузке сыпучего груза. В этом случае необходимо определить ударную нагрузку Руд, когда груз массой т падает с высоты h на дно вагона массой /п₀, опирающе­гося на рессоры с общей жесткостью С:

где xo=mg/C —статический прогиб рессор от действия сыпучего груза, мм; ©2=С/Л1 —собственная частота колебаний груза на платформе, Гц; M = mo+m — масса системы, кг.

Например, при погрузке экскаватором медного колчедана (г=3 т/м³) /грейферным ^ковшом (т=10 т) с высоты 3 м в полу­вагон (то—22 ф) расчетные динамические нагрузки на уплотни-тельные материалы составляют 141 кПа, а статические — 30 кПа.

Результаты измерений динамических и статических давлений на пасту, ускорений груза и пасты и прогиб рессор приведены в табл. 4.3.

Сравнение нагрузок на уплотнительные материалы, получен­ных при опытных перевозках и рассчитанных теоретически, пока­зывает их хорошую сходимость. Предложенный метод теоретиче­ского расчета действующих на уплотнительные материалы нагру­зок позволяет определить их величину в зависимости от способа загрузки и разрабатывать уплотнители с требуемыми прочностны­ми характеристиками.

Определение нагрузок на защитные пленки.При движении поезда защитная пленка, нанесенная на поверхность сыпучего груза, испытывает различные динамические и аэродинамические нагрузки. Для решения вопроса о требуемых прочностных харак­теристиках защитной пленки и расходе связующего материала на покрытие одного вагона необходимо определить толщину пленки, которая способна выдержать эти нагрузки.

Наиболее благоприятные условия для разрушения «шапки» возникают во время движения поезда, когда, кроме статических сил, на нее действуют инерционные .вертикальные и поперечные

5* 131

нагрузки и турбулентный воздуш­ный поток, обтекающий верхнюю ее часть. При этом защитная пленка вместе с прилипшими частицами сы­пучего груза воспринимает на себя возникающие дополнительные на­грузки и создает устойчивое равно­весие сыпучей среды, заключенной в «шапке». Учитывая, что размеры ча­стиц груза по сравнению с размера­ми вагона и «шапки» будут беско­нечно малыми, считаем груз идеаль­но сыпучим телом.

Рассмотрим распространенный вариант нагрузки на пленку, когда «шапка» сыпучего груза в попереч­ном сечении имеет вид трапеции (рис. 4.1). Проектируем все дейст­вующие силы на оси координат. Ось Х проходит через центр тяже­сти элемента (ААВС), а ось X — через прямую, наклоненную к ос­нованию «шапки» АА_Х под углом в, который в процессе движения изменяется в интервале от угла естественного откоса покоя и_р до угла естественного откоса движения 9_Д: в = и_р — ц = и_Б.

Сила Цй, создаваемая за счет отрицательного давления воз* душного потока, приложена перпендикулярно к середине элемен­та АВ. Сила Фг приложена перпендикулярно к середине элемен­та ВС. Элементы АВ и ВС определяются из зависимости:

Отрицательные давления Я_ь Р% определяются эксперименталь­но в аэродинамической трубе.

Проектируя силы на оси координат, получим систему двух уравнений:

Решая систему уравнений, после преобразований с учетом формул (4.2), (4.3) получим силу, разрушающую пленку,

Учитывая многообразие факторов, влияющих на разрушаю­щую силу /?, последняя была рассчитана на ЭВМ для различных скоростей движения поездов и условий погрузки (рис. 4.2).

По разрушающей силе R и допускаемому напряжению защит­ной пленки на разрыв («пределу прочности) [а] можно с учетом коэффициента запаса прочности к_п определить необходимую тол­щину пленки Ь, мм, которая выдержит нагрузки и обеспечит со­хранность груза:

где К — коэффициент, зависящий от формы частиц; / — ширина верхней части «шапки» груза, мм.

При погрузке груза ниже уровня бортов толщину пленки оп­ределяют

где А —сила сцепления пленки с поверхностью груза, м; Yc — объемная масса защитной пленки, кг/м⁸.

Зная толщину пленки, расход исходного продукта для покры­тия поверхности груза одного полувагона составит

где F_a — площадь покрываемой поверхности, м²; рпл — плотность исходного продукта, кг/м⁸.

Важной характеристикой связующих материалов является их адгезионная способность — сцепление с поверхностью пола и ку­зова вагона. Она должна быть достаточной, чтобы в процессе по­грузки и перевозки груза не происходило смещение уплотнитель-ного материала относительно щелей, а пленки — с бортов кузова.

4.4. Определение норм естественной убыли грузов

Понятие о нормах естественной убыли и порядке их разработ­ки. Под естественной убылью продукции или товара понимают по­тери (уменьшение массы продукции или товаров при сохранении качества в пределах требований нормативных документов), явля­ющиеся следствием физико-химических свойств, воздействия ме­теорологических факторов и несовершенства существующих в данное время средств защиты продукции и товаров от потерь при транспортировании и хранении.

К естественной убыли не относятся потери, вызванные наруше­нием требований стандартов, технических условий, правил перево-

зок грузов, определяющих способ транспортирования и выбор по­движного состава, механические потери, образующиеся вследствие повреждения тары или кузова вагона.

Нормой естественной убыли груза при железнодорожных пере­возках является утвержденная в установленном порядке предель­но допустимая разница массы груза в пункте выгрузки в процен­тах и первоначальной массы груза при условии применения про­филактических мер защиты и соблюдения правил транспортиро­вания, учитывающая фактическое расстояние (время) перевозки. Нормы естественной убыли не устанавливаются на продукцию или товары в случае, если:

учет их количества осуществляется в единицах, отличных or единиц массы;

их принимают и сдают по счету или по трафаретной массе (фасованная продукция или товар);

продукцию и товары транспортируют в герметичной таре.

Разработка норм естественной убыли — научно-исследователь­ская работа. Она проводится отраслевыми научно-исследователь­скими или проектными институтами по методике, согласованной с Госснабом СССР.

Организация, проводящая разработку норм, несет ответствен­ность за правильную организацию и качество проводимых иссле­дований; достоверность наблюдений, необходимую точность и пра­вильность обработки экспериментальных данных; своевременное представление в установленном порядке проекта норм естествен­ной убыли и материалов по их обоснованию.

Исследования по нормированию естественной убыли массы продукции проводят в три этапа. На первом этапе выполняют тео­ретические проработки, включающие изучение физико-механиче­ских характеристик груза и условий транспортировки, влияющих на величину естественной убыли груза. На втором проводят лабо­раторные эксперименты с целью установления качественных и ко­личественных факторов, характеризующих природу возникнове­ния потерь с имитацией перевозочного процесса. На последнем, третьем этапе проводят экспериментальные исследования в про­изводственных условиях, изучают фактические размеры естест­венной убыли груза с учетом использования имеющихся средств, направленных на сокращение потерь груза. Нормы должны быть прогрессивными, иметь достаточное научное обоснование и раз­рабатываться с учетом передового опыта транспортировки грузов. Они должны подкрепляться конкретными организационно-техни­ческими мероприятиями, обеспечивающими их выполнение.

При установлении норм естественной убыли под опытную по­грузку необходимо подавать вагоны, исправные в техническом и коммерческом отношениях. Отбор вагонов осуществляется комис­сией, состоящей из представителей грузоотправителя, железной дороги и организации, разрабатывающей нормы. В опытный мар-

шрут подбирают вагоны новой постройки или вышедшие из деповского ремонта, в которых зазоры в узлах кузова не превы­шают установленных размеров. Перед загрузкой их взвешивают на вагонных весах с целью соответствия фактической массы тары ее трафаретному значению. Загрузка вагонов грузами должна со­ответствовать требованиям Правил [27] и Технических условий

[за

Подготовка продукции к перевозке должна включать меры, препятствующие влиянию случайных факторов, которые могут исказить результаты эксперимента. Контрольную партию продук­ции надежно защищают от хищений или порчи (изменения каче­ства), обеспечивая возможность соответствующей проверки. Из­мерения массы груза в пунктах рогруэки и выгрузки осуществля­ют на однотипных весах с расстановкой и расцепкой вагонов.

Обработка результатов наблюдений.Важное значение при раз­работке норм естественной убыли имеют наблюдения за измене­нием массы продукции в различных пространственно-временных точках ее обращения. Наиболее объективными и достоверными методами обработки результатов наблюдений являются методы математической статистики, на основе требований которых опре­деляют нормы естественной убыли» Обработка результатов наблю­дений должна соответствовать требованиям ГОСТ 8.207—76 и Правилам оценки аномальности результатов наблюдения (СТСЭВ 545—77).

В соответствии с постановлением Госснаба СССР разработа­ны и утверждены Основные методические положения «по разра­ботке норм естественной убыли при транспортировке и Инструк­ция по разработке нормативов естественной убыли продукции при перевозках. Согласно разработанной нормативной документации расчет норм проводится на ЭВМ. При расчете в зависимости от расстояния перевозки решаются две задачи:

определение средней величины потерь продукции при перевоз­ках на заданное расстояние на основе полученных данных опыт­ных перевозок;

определение оптимальной формы связи между средними поте­рями и расстояниями перевозки и построение линии регрессии, на основе которой определяется норма естественной убыли.

Разработанная программа позволяет реализовать заданный алгоритм расчета норм естественной убыли и определить ее вели­чину для конкретного расстояния, типа вагона, вида перевозимой продукции.

В разработанных программах реализуются следующие основ­ные математические преобразования.

Упорядочение элементов выборки происходит в порядке возра­стания: Х\^Хй^ . · · <Я_Я-

Анализ элементов выборки на однородность, выявление и от­брасывание отдельных значений как грубо ошибочных осуществ-

ив

ляются в соответствии с критерием, рекомендуемым Правилами оценки аномальности результатов наблюдения.

Согласно данному критерию отдельное значение выборки объ­ема считается грубо ошибочным (на уровне значимости Р), если

где Х% — отдельный элемент выборки;

X — среднее выборки (оценка математического ожидания):

S² — несмещенная оценка дисперсии выборки:

чй-С — квантиль распределения максимального относительного отклонения (зависит только от объема выборки).

В программе принято фй_с=5, что соответствует уровню зна­чимости 0,95 для выборки объема 50 элементов и более.

После выявления грубых ошибок вычисляют окончательные оценки среднего, дисперсии, среднего квадратичного отклонения, асимметрии. Для вычисления асимметрии используют формулу

для эксцесса

Полученные таким образом данные анализируют на наличие корреляционной связи между Х₅ каждой выборки и соответствую­щим расстоянием 'перевозки Sj (/=1, 2, ..., k). На основании анализа с учетом характера расположения точек на корреляцион­ном поле выбирают и изучают различные формы корреляционной

связи Xj и Sj,

Нахождение теоретической линии регрессии заключается в вы­борке и обосновании вида кривой и расчете параметров, входящих в ее уравнение. Критерием выбора кривой регрессии служит ми­нимальное значение средней квадратичной ошибки Dm.

На ЭВМ строят графические зависимости между Xj и 5,·. По­лученные расчетные величины являются расчетной нормой есте­ственной убыли данного груза, перевозимого в данных условиях.

Одной из наиболее важных задач при расчете норм естествен-

ной убыли является правильное определение необходимого числа наблюдений. При установлении нормы естественной убыли про­водят экспериментальные исследования как в лабораторных, так и в производственных условиях, которые требуют определенных затрат времени и трудовых ресурсов, издержек эксплуатационных расходов, связанных с организацией опытных перевозок грузов.

С целью обеспечения необходимой достоверности норм естест­венной убыли необходимо ^правильно установить число наблюде­ний (например, погруженных и перевезенных вагонов). Опыт по­казывает, что случайные ошибки эксперимента превышают по­грешность весоизмерительных устройств и с целью их уменьше­ния проводят многочисленные наблюдения с последующей стати­стической обработкой. Уменьшение случайной ошибки целесооб­разно только до тех пор, лока общая погрешность измерений не будет полностью определяться систематической ошибкой. Для этого необходимо, чтобы доверительный интервал Д, определен­ный с заданной степенью надежности, был существенно меньше систематической ошибки.

Доверительный интервал удовлетворяет требованию

где б — математическая ошибка весов.

Надежность ос, с которой устанавливается доверительный ин­тервал (ГОСТ 8.207—76), принимается 0,95. Минимально необходимое число наблюдений

где t — нормированное отклонение в распределении Стьюдента.

Для определения необходимого числа наблюдений необходимо задаваться величиной относительной ошибки

Значение бл: при надежности <х=0,95 представлены следующи­ми данными:

6- ... 0,95 0,49 0,41 0,3 0,2 0,16 0,1
з ... 5 13 18 32 65 100 250

Если нормы естественной убыли аналогичной продукции опре­делялись в близких условиях, то задаются величиной дч, используя эти опытные данные. При отсутствии подходящих данных проводят одиночный эксперимент при небольшом числе наблюдений.

Технико-экономическая оценка внедрения норм естественной убыли.Экономическую эффективность внедрения новых норм есте­ственной убыли рассчитывают, учитывая все основные затраты, которые несут грузоотправитель, железная дорога и грузополуча-

тель. Экономический эффект от внедрения новых прогрессивных норм

где Нй — действующая норма естественной убыли для расстояния /, %; N\ —новая норма естественной убыли для расстояния /, %;

с — стоимость 1 ф груза, руб,; Qt — количество груза, перевезенного на расстояние /, т; Е_я — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; К — размер капитальных вложений при внедрении новых прогрессивных норм естественной убыли, руб.

Представление и утверждение норм естественной убыли. Нормы естественной убыли товаров народного потребления при железно­дорожных перевозках разрабатываются Министерством путей сооб­щения совместно с министерствами-производителями товаров и утверждаются Госснабом СССР по согласованию с Министер­ством финансов СССР.

Материалы по обоснованию проекта норм должны содержать

[30]:

проект норм естественной убыли с инструкцией по их примене­нию;

пояснительную записку по обоснованию проекта норм естествен­ной убыли продукции или товара, оформленную на основании ГОСТ 7.32—81;

ход и результаты экспериментальных данных;

обоснование необходимости учета различных климатических зон, времен года, изменения влажности продукции, типов складов и видов тары при определении норм;

протоколы метеорологических измерений с указанием типов и основных характеристик измерительных устройств, применяемых для определения нормы, их номера;

ожидаемый экономический эффект от разработки или пере­смотра норм;

перечень организационно-технических мероприятий на ближай­шие 3—5 лет, учитывающих внедрение достижений научно-техни­ческого прогресса, направленных на последующее снижение норм.