14

1.10. Угол естественного откоса

Угол естественного откоса или угол покоя – это угол между плоскостью основания штабеля и образующей, который зависит от рода и кондиционного состояния груза. Угол естественного откоса – максимальный угол наклона откоса гранулированного материала, не обладающего сцеплением, т. е. свободно текучего материала. Рыхлые и пористые навалочные грузы имеют больший угол покоя, чем твердые кусковые грузы. С увеличением влажности угол покоя растет. При длительном хранении многих навалочных грузов угол покоя за счет уплотнения и слеживаемости возрастает. Различают угол естественного откоса в покое и в движении. В покое угол естественного откоса на 10 – 18° больше, чем в движении (например, на ленте транспортера).

На практике данными овеличине угла естественного откоса пользуются при определении площади штабелирования груза, количества груза в штабеле, объема внутритрюмных штивочных работ, при подсчете величин давления груза на ограждающие его стенки, при расчетах остойчивости судов, учитывающих перемещение груза при крене судна, а также при расчетах погрузочно-разгрузочных и транспортирующих устройств.

Справочные данные об углах естественного откоса для одних и тех же насыпных грузов в разных источниках иногда существенно отличаются друг от друга, так как замеры углов производятсяразличными методами и при разном исходном состоянии исследуемого материала. Например, для пшеницы величина угла естественного откоса, по данным различных авторов, изменяется от 16 до 38°, для углей – от 30 до 45°, для рудных концентратов – от 25 до 50°, для некоторых видов руд – от 30 до 45° и т.д.

Величина угла естественного откоса груза зависит от формы, размера, шероховатости и однородности грузовых частиц, влажности массы груза, способа его отсыпки, исходного состояния и материала опорной поверхности.

Применяются различные методы определения величины угла естественного откоса; к числу наиболее распространенных относятся способы насыпки и обрушения.

Экспериментальное определение сопротивления сдвигу и основных параметров груза производится обычно метода-

ми прямого среза, одноосного и трехосного сжатия.

Испытания свойств груза методамипрямого среза применимы как к идеальным, так и к связным сыпучим телам. Метод испытания на одноосное (простое) сжатие – раздавливание применим только для оценки общего сопротивления сдвигу связных сыпучих тел при условном допущении, что во всех точках испытываемого образца сохраняется однородное напряженное состояние. Наиболее надежные результаты испытаний характеристик связного сыпучего тела дает метод трехосного сжатия, позволяющий исследовать прочность образца груза при всестороннем сжатии.

Определение угла естественного откосамелкозернистых веществ (размеры частиц менее10 мм) производится с помощью «наклонного ящика». Угол естественного откоса в этом случае– угол, образованный горизонтальной плоскостью и верхней кромкой испытательного ящика в тот момент, когда только начнется массовое осыпание вещества в ящике. Размеры ящика: длина 600 мм, ширина 400 мм, высота 2000 мм. С помощью угломера измеряют угол между верхней кромкой ящика и горизонтальной плоскостью с точностью до0,5 °. Угол естественного откоса рассчитывают как среднеарифметическое из трех измерений и округляют до0,5 °.

Судовой метод определения угла естественного откоса вещества используют при отсутствии«наклоняемого ящика». В этом случае угол естественного откоса– это угол между образующей конуса груза и горизонтальной плоскостью. Образец испытуемого вещества высыпают так, чтобы образовался начальный конус. Затем оставшуюся часть очень осторожно высыпают с высоты нескольких миллиметров на вершину конуса так, чтобы форма конуса была симметричной. Угол измеряется в четырех точках на уровне полувысоты конуса, расположенных вокруг конуса с шагом 90 °. То же повторяется с двумя другими пробами. За величину естественного откоса принимают среднее арифметическое двенадцати измерений, округленное до 0,5°.

Практика производства замеров углов естественного откоса в натурных условиях показывает, что их величина несколько изменяется в зависимости от метода отсыпки груза (струей или дождем), массы исследуемого груза, высоты, с которой производится экспериментальная отсыпка.

Для определения угла естественного откоса в условиях порта рекомендована следующая методика. Зерно из бункера объемом 2 м3 высыпается с высоты2,5 м через отверстие400х400 мм на ровную бетонную или асфальтированную площадку. Под углом естественного откоса понимается среднее арифметическое значение углов наклона к горизонту образующих зернового конуса, измеренных с четырех его сторон. Практическое использование методики показало, что она успешно может быть применена для сухих насыпных грузов со сравнительно однородными частицами ограниченного размера, а для увлажненных и крупнокусковых грузов пользоваться этим методом затруднительно из-за зависания материала. Поэтому для производства отсыпки груза при определении угла естественного откоса более целесообразно использовать ленточный или скребковый транспортер, обеспечивающий сбрасывание груза с высоты 2,5 м.

Угол естественного откоса можно определить идругим способом. Например, зерно насыпается в ящик с размерами 400х400х1000 и отверстием 300x400, расположенным внизу одной из стенок. После открытия задвижки зерно высыпается в отгороженный двумя стеклянными стенками лоток. Угол наклона поверхности зерна к горизонту принимается за угол естественного откоса a.

Для быстрых измерений удобенспособ Мооса, при котором зерно насыпают в прямоугольный ящик со стеклянными стенками размерами 100х200х300 мм на 1/3 его высоты. Ящик осторожно поворачивают на90° и измеряют, угол между поверхностью зерна и горизонтальной(после поворота) стенкой. Опыты проводят при всех указанных способах по 3 раза.

В лабораторных условиях для определения углов естественного откоса используют приборы различных систем, общим недостатком которых является возможность производства экспериментов только с грузами, меющими относительно небольшие и однородные грузовые частицы.

Наиболее распространенными методами определения угла естественного откоса в лабораторных условиях являются следующие.

15

1. В ящик прямоугольной формы размером 10х20х30 мм (или больше) насыпают исследуемый материал так, чтобы свободная его поверхность была горизонтальной, а затем осторожно поворачивают его на угол45 или 90° и после прекращения осыпания груза определяют угол естественного откосаa с помощью транспортира или путем замера высоты h и длины L заложения откоса и вычисления тангенса угла a (tga = L/h)

2.Диск диаметром 10 см (или больше), имеющий вертикальный тарированный стержень, опускают в стеклянную банку и засыпают исследуемым материалом. Затем диск плавно вынимают. Высота оставшегося на диске конуса материала показывает величину угла естественного откоса, значения которого нанесены на стержне.

3.В воронку с диаметром трубы 5 мм (или больше, в зависимости от гранулометрического состава материала) осторожно засыпают исследуемый материал, и затем воронку медленно поднимают по мере образования конуса груза. Полученный таким образом конус замеряют угломером с четырех сторон и среднее значение принимают за величину угла естественного откоса исследуемого материала.

Вне зависимости от метода определения угла естественного откоса каждый опыт необходимо проводитьне менее трех раз для получения наиболее характерных средних значений.

1.11.Объемно-массовые характеристики грузов

Кобъемно-массовым характеристикам грузов относится масса, линейные (габаритные) размеры, удельные объемы. Все грузы принимают к перевозке по массе или по счету мест.

Штучные грузы принимают счетом мест с указанием их массы. При сдаче груза получателю судно не несет ответ-

ственности за его массу, если число мест соответствует числу, указанному в документах, а тара и упаковка находятся в хорошем состоянии.

Ряд насыпных и навалочных грузов, например все хлебные грузы, принимается и сдается судном с проверкой массы груза. Взвешивание производят на автоматических весах. Сравнительно малоценные навалочные грузы(уголь, руда, соль и т. п.) принимают к перевалке обычно без взвешивания – с указанием массы по заявлению отправителя или с определением массы груза по осадке судна. В любом случае массу насыпных и навалочных грузов проверяют по осадке судна, для чего может привлекаться специальныйсюрвейер и если она расходится с массой, заявленной отправителем или установленной путем взвешивания на автоматических весах, вносятся соответственные отметки в грузовые документы.

Груз, правильно сформированный и увязанный в пакеты, принимают по количеству пакетов, без пересчета мест внутри них. Но в случае нарушения увязки его принимают и сдают как обычный тарно-штучный груз – по числу мест.

Контейнеры принимают и сдают по количеству, номерам и наружному осмотру с проверкой целостности пломб. Контейнеры с повреждениями кузова, которые открывают доступ к содержимому, а также с нарушенными или неясными пломбами или без них на судно не принимают.

Таким образом определение массы груза производится для:

©генеральных грузов: 1. Счетом мест и умножением на стандартную или трафаретную массу. Трафаретная масса – определенная взвешиванием в пункте отправления, нанесения на тару (бирку) и указанная в документах. 2. Взвешиванием.

©навалочных грузов: 1. Счетом количества грейферов и умножением на среднюю массу груза в грейфере. 2. Взвешиванием 3. По разности водоизмещения до и после грузовых работ (см. лаб. раб. 3).

Удельный объем места (Uм) – объем который занимает 1 т груза в пространстве (Uм = Vм / Mм).

Удельный складочный объем (Uскл) – средний объем который занимает 1 т груза на складе (Uскл = Vшт / å Mм). Удельный погрузочный объем(U) – средний объем который занимает 1 т в грузовом помещении судна (U = W /

å Mм).

Для практических расчетов Uскл и U применяются соответственно коэффициенты укладки(Кукл) и трюмной укладки (Ктр). Коэффициент укладки можно определить по формуле Кукл = Vшт/åVм, для расчетов принимается равным 1,15. Коэффициент трюмной укладки рассчитывается для каждого рода груза и каждого грузового помещения по формуле Ктр =W/åVм. Для расчетов были определены средние значения Ктр в зависимости от линейных размеров груза и от расположения грузового помещения, на основании которых были построены графики зависимости(см. лаб. раб. 1). Таким образом, получим: Uскл = К скл × Uм; U = Ктр × Uм.

2.Генеральные грузы

2.1.Ящичные грузы

Кящичным относятся грузы в деревянных и фанерных ящиках и обрешетках, а также в картонных коробках, которые имеют правильную геометрическую форму параллелепипеда (рис. 5, рис. 6).

Ящики деревянные (или дощатые) при их большом разнообразии(по форме, размерам, назначению и пр.) можно разделить на 2 основных типа: плотные и решетчатые. Они наиболее надежно предохраняют содержимое от агрессивного влияния внешней среды. Изготавливаются их древесины различных пород(сосны, ели, липы, лиственницы, осины и др.), размеры и толщина досок зависит от особенностей перевозимых в них продуктов(товаров, изделий).

Плотные ящики часто изнутри выстилают пергаментом или иным подобным материалом, используются различные упаковочные материалы. Такие ящики обычно применяются при перевозкеценных (или бьющихся) грузов, не требующих интенсивного воздухообмена.

Решетчатые ящики (полуящики) обычно используются при перевозке свежих плодоовощных грузов, требующих интенсивного воздухообмена и хорошей аэрации грузовых мест в процессе перевозки и хранения.

Невысокие (мелкие) ящики – ящики из дерева или картона, высотой 15 – 25 см, применяются для укладки в них фруктов или ягод, наиболее чувствительных к механическим повреждениям (сдавливанию и пр.).

Лотки – вид полуящиков небольшой высоты, имеющие специальные, выступающие за верхний габарит, треугольные бруски по углам, на которые они и устанавливаются при штабелировании. Используются при перевозке отдельных

Ящики фанерные – их достоинство в том, что они более легкие и более дешевые, но менее прочные, легко повреждаются при небрежном обращении и больших нагрузках.

Обычно используются при перевозке легких грузов.

Ящики картонные (коробки) – обычно изготавливаются из гофрированного трехили

и парфюмерных товаров, изделий радиотехнической и приборостроительной промышленности, бытовой техники и пр.

К недостаткам можно отнести зачастую недостаточную прочность, как следствие этого – подверженность механическим повреждениям, необходимость ограничения высоты укладки, а также большая вероятность подмочки грузовых мест при неблагоприятных условиях морского перехода.

С точки зрениятехнологии перегрузочных работ ящики разделяют на прочные, которые можно застрапливать и перемещать с помощью крановых захватов, сжимать при подъеме и транспортировать на

погрузчиках с боковыми гидрозахватами, и непрочные, для перевозки которых нельзя применять такие приемы работы и приспособления.

Основные материалы изготовления ящиков: дерево, картон, металл, пластмасса. Масса ящика от 10 кг до 2 т, размеры любые. Картонные ящики боятся подмочки.

Общей особенностью грузов в ящиках является то, что, благодаря правильной геометрической форме, облегчается укладка их в штабель в грузовых помещениях, и они легко поддаются пакетизации (укрупнению грузовых мест). Грузы без упаковки могут иметь различную форму и свойства.

2.2.Катно-бочковые грузы

Ккатно-бочковым относятся грузы в бочках, барабанах, рулонах. Все бочки независимо от материала изготовления имеют уторы (выступления боковой поверхности под торцом), которые используются для перегрузки бочек в положении «на образующую». Металлические бочки имеют наваренную по торцам стальную полосу и два ряда гофр на образующей. Стальная полоса и гофры используются для перегрузки бочек в положении «на торец». Деревянные бочки собираются из отдельных составляющих – планок (клепок) и скрепляются металлическими обручами. Выпуклость деревянных бочек называется «пук». На торце барабанов выполнен небольшой валик, который может использоваться для перегрузки барабанов в положении «на торец» (рис 7).

Сточки зрения технологии перегрузочных работ все бочки можно разделить на пять групп: А – с прочными упорами перевозятся и хранятся горизонтально, т. е. в положении лежа на образующей цилиндрической поверхности; Б – со слабыми уторами – горизонтально; В – металлические с прочными стандартными буртиками– вертикально, в положении стоя на торце; Г – прочные деревянные – вертикально; Д – фанерные и синтетические барабаны, непрочные деревянные, металлические с нестандартными слабыми буртиками– вертикально. К группе Д целесообразно отнести бидоны, бутыли и прочие подобного типа грузы.

Чтобы предотвратить течь или деформацию бочек, вызванную расширением содержимого при возрастании температуры во время перевозки, в ней должно быть оставлено достаточное пространство.

17

Коэффициент заполнения бочек К в зависимости от района плавания и физических свойств жидкости -оп ределяется следующим образом:

üдля перевозок в умеренных широтах:

К = 1 / (1 + 41,4×b);

üдля перевозок в тропиках:

К = 1 / (1 + 70,8×b),

где b – объемный коэффициент теплового расширения жидкости (табл. 3.).

Для металлических бочек по ГОСТ коэффициент заполнения выбирается по значениям коэффициентов объемного расширения ЛВЖ для принятого района плавания (табл. 4).

Бочки деревянные по назначению делятся назалив-

ные и сухотарные. В заливных бочках перевозят на-

питки (пиво, вино и пр.), соленые и маринованные овощи в рассоле, многие мясо– рыбо– и морепродук-

ты, жиры животные и др. При приемке груза следует обращать внимание на закупорку заливных отверстий(пробки должны быть из той же породы, что клепка бочек), пробки должны быть забиты до отказа. Крепление бочек должно осуществляться стальными обручами, перекос обручей, задиры клепки не допускаются.

Таблица 3

В сухотарных (фанерно-штамповочных) бочках перевозят сухое молоко, сливочное масло, маргарин, яичный порошок, желатин и пр. Бочки должны быть сухие, чистые, не иметь механических повреждений, следов подмочки, иных дефектов, должно быть в наличии требуемое количество обручей.

Бочки металлические служат для перевозки жидких растительных масел, спирта и спиртных напитков, жидких красок, некоторых кислот, смолы, нефтепродуктов и других жидких грузов, не реагирующих активно с цинком и сталью (или материалом, которым изнутри покрыта бочка). Прочность бочек зависит от толщины стенок металла корпуса и наличия круговых выдавленных поясов (гофры), количество которых зависит от размеров бочек и массы содержимого. Иногда гофры делаются и на днищах бочек. У некоторых бочек усиленная прочность обеспечивается наличиемсталь-

ных обручей.

При приемке следует обращать внимание на сохранность корпуса, отсутствие следов деформации, плотность завин-

чивания пробок и пр.

Бочка надежно защищает содержимое от влияния внешней среды. В грузовых помещения бочки обычно укладываются вертикально («на попа», «на торец»), реже горизонтально (на боковую поверхность – образующую) всегда пробками вверх с максимальной плотностью. Пробки в бочках располагаются на торце и на образующей так, что при расположении на образующей они находятся в верхней части бочки.

Барабаны (фанерные), изготавливаются обычно из 3-х слойной клееной фанеры, имеют форму цилиндра, стягиваются несколькими (от 4 до 6) обручами. В них перевозят сухие химикаты, сухие краски, известь, карбид, некоторые пищевые продукты (сухое молоко, соду, сухофрукты и др.) и пр.

Барабаны менее прочные, чем бочки, и зачастую могут быть раздавлены или деформированы в процессе грузовых работ и перевозки.

Бутыли стеклянные, емкостью от 10 до 60 литров, для предохранения от боя помещают в плетеные корзины с ручками или в ящики и плотно обкладывают стружкой. Иногда предъявляются к морской перевозке в обрешетках. Учитывая хрупкость стекла, при перегрузочных работах следует соблюдать особую осторожность. Предназначены для перевозки жидких (в основном едких) грузов, которые из-за своих свойств не могут перевозиться в металлической таре: кислоты, электролиты, водный аммиак, ацетон и пр. Бутыли не следует размещать на какой-либо другой груз, они должны устанавливаться на пайол (при необходимости на подстилочную сепарацию), на ровную поверхность с максимальной плотностью, исключающей малейшее движение грузовых мест во время морского перехода. При приеме груза особое внимание должно уделяться деформированным местам, имеющим следы подмочки, трещины и пр., а также плотности закрытия пробками.

Фляги металлические – большие бидоны, изготовленные из цельноштампованного или сварного цилиндрического корпуса с герметически закрываемыми горловинами. Предназначены для жидких грузов разнообразного ассортимента. Как правило, предъявляются к перевозке в опломбированном виде. В зависимости от назначения корпус фляги изго-