автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Перегрузка навалочных материалов на складах портов при отрицательных температурах

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

УДК-656.625.073.28 На правах рукописи

Лапшин Анатолий Вячеславович

ПЕРЕГРУЗКА НАВАЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СКЛАДАХ ПОРТОВ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук Смирнов Н.Г.

Научный консультант профессор, кандидат технических наук Костров В.Н.

Нижний Новгород 1999 г.

Содержание

стр.

Введение........................................................................................................4

1. Анализ современного состояния перегрузочных работ

в условиях отрицательных температур...................................................7

1.1. Анализ перегрузочных работ при отрицательных температурах....7

1.2. Опыт перегрузки грузов при отрицательных температурах

на смежных видах транспорта и за рубежом..................................17

1.3. Обзор литературы, постановки целей и задач исследований........22

2. Теоретические исследования условий хранения грузов при отрицательных температурах................................................................29

2.1. Исследование факторов, способствующих смерзанию грузов

при хранении и анализ их влияния на глубину промерзания........29

2.2. Исследование влияния геометрических размеров, формы штабеля и прочности груза на производительнос%!'^айа

при отрицательных температурах...................................................37

3. Экспериментальные исследования условий хранения грузов

при отрицательных температурах.........................................................64

3.1. Экспериментальные исследования промерзания груза

в штабеле..........................................................................................64

3.2. Исследование удельных нагрузок на режущую шину грейфера при ее внедрении в смерзшуюся корку груза.................................75

4. Обоснование условий хранения грузов при отрицательных температурах и эффективность исследований.....................................92

4.1. Определение безопасных условий хранения грузов......................92

4.2. Повышение эффективности переработки грузов при отрицательных температурах..........................................................96

Заключение................................................................................................103

Список литературы Приложения

Введение

В современных условиях резкого спада объемов промышленного производства и строительства в стране произошло резкое снижение потребности как в перевозках грузов внутренним водным транспортом;, так и в поставках нерудных строительных материалов (НСМ), в том числе добываемых портами из русел рек и водоемов. Это в свою очередь потребовало от речных портов оптимизировать направления5 которые на основе многолетнего опыта работы поддаются улучшению.

Одним из таких направлений является деятельность порта в зимний период, в который перерабатывается до 25% всего объема сыпучих грузов. При этом возникают трудности, связанные со смер-заемостью грузов, характеризующиеся двумя показателями: механической прочностью и глубиной промерзания. Исследования ученых Г.Г.Каракулина, Б.Н.Таубера, А.С.Слюсарева, И.Н.Шарле и др. касались вопросов повышения производительности перегрузочных машин в летний период и действие на груз отрицательных температур воздуха не учитывали.

Цель и задачи исследования

Совершенствование работы порта в межнавигационный период путем разработки эффективного способа перегрузки навалочных грузов при отрицательных температурах,

Для достижения указанной цели в диссертационной работе необходимо:

- проанализировать технологию перегрузки грузов в межнавигационный период;

- провести теоретические и экспериментальные исследования условий перегрузки грузов;

- исследовать пути уменьшения смерзаемости грузов при хранении их б межнавигационный период;

- исследовать работу грейфера при разрушении смерзаемости груза.

Птдмет и метод исследования

л

В соответствии с целью работы предмет исследования;

- смерзшийся сыпучий груз, рабочий орган и технология перегрузки смерзшегося груза, При решении задач, поставленных в диссертационной работе, использованы методы математического моделирования физических процессов и метод математического анализа.

Научном новизна

Научную новизну диссертационной работы составляют теоретические и экспериментальные исследования условий перегрузки грузов в межнавигационный период, в результате которых;

- разработана математическая модель процесса смерзаемости

- изучено влияние смерзаемости грузов на производительность п ерегруз о ч н о й тех н ик и;

- разработан метод расчета интенсивности промерзания груза;

- определены конструктивные параметры грейфера для разработки смерзшегося груза;

- определены параметры склада для .хранения груза в межнавигационный период.

Практическая ценность работы

Результатами исследований диссертационной работы, обуславливающими ее практическую ценность, являются:

' X ь/ 1 '

- расчет интенсивности промерзания сыпучих грузов при отрицательных температурах;

- мероприятия по профилактике грузов от воздействия отрицательных температур;

- параметры склада накопителя сыпучих грузов в межнавигационный период;

- параметры грейфера для разработки смерзшегося сыпучего груза.

Ре&лизщия исследований

Применение результатов исследования диссертации позволят повысить производительность, ускорить обработку автомашин и вагонов, уменьшить поломку грейферов и сократить расходы на ПТМ.

Апробация работы

Основные положения исследований докладывались на XXX научно-технической конференции ВГАВТа (1990 г.), научно-технических совещаниях в портах Волжского бассейна (1980-1990, 1994 гг.),

Пубмшшщи

Основные положения диссертационной работы опубликованы в четырех работах автора.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР 1,1. Анализ перегрузочных работ при отрицательных температурах

Условия перегрузки навалочных грузов, в межнавигационный период, склонных к смерзанию и промерзанию, существенно отличается от условий перегрузки в летний период. Это обуславливается низкой температурой воздуха и времени ее воздействия на груз, что приводит к изменению его физико-механических свойств.

Перегрузка навалочных грузов на речном транспорте осуществляется в условиях большого разнообразия климатических зон, резких колебаний температур и различной продолжительности холодного периода (холодный период с отрицательными температурами колеблется от 1 до 9 месяцев), причем сроки начала и окончания навигации крайне разнообразны и изменяются даже в пределах одного бассейна.

Основными параметрами, характеризующими условия перегрузки грузов, является:

- состояние внешней среды;

- состояние грузов;

- способы и технология перегрузки и хранения грузов.

Важнейшей характеристикой состояния внешней среды является

температура воздуха. Для определения периода, в течении которого грузы подвержены воздействию отрицательных температур, необходимо установить даты перехода температуры воздуха через 0°С.

На основе многолетних наблюдений за параметрами внешней среды 5 опубликованных в Справочнике по климату СССР [54] в

табл.1 Л. приведены данные о температуре воздуха по Волжскому бассейну.

Таблица 1.1.

Температурный режим Волжского бассейна

Месяц

Пункты X XI XII I II III IV V

Астрахань -5 -10 -20 -15 -15 -10 -5 -

Волгоград -5 -10 -20 -25 -25 -15 -5 -

Н.Новгород -5 -10 -20 -25 -25 -15 -5 -

Ярославль -10 -15 -25 -30 -25 -20 -10 -

Грузы в зимних условиях подвержены воздействию температур

от -5°С до =30°С. Для оценки последствий воздействия отрицательных температур на грузы и трудности в работе транспорта, связанных с ними необходимо проанализировать технологию, перегрузки и хранения грузов в условиях отрицательных температур.

Для массовых навалочных грузов, хранящихся на открытых площадках, характерно довольно интенсивное их смерзание. Результаты замеров толщины смерзшейся корки навалочных грузов в Нижегородском, Ярославском портах приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Результаты замеров глубины промерзания груза

Род груза Средняя температура, °С Влажность, % Средняя глубина промерзания, м

Нижегородский порт 10.02.91 г.

иГС • У — / 9,8 1,48

Уголь п 10,0 0.6

Ярославский порт 25.02.91 г.

ПГС »6,5 10,0 1,52

Песок -6,5 7,5 1,4

Соль »6,5 6,0 1,4

Данные таЬл. L2„ показывают, что в условиях мягкой зимы 19У0-1УУ1 гх. грузы промерзали на глубину от 0,7 до 1,5 м в зависимости от отрицательных температур, продолжительности хранения и влажности груза.

Анализ работы портов Волжского бассейна в период спада промышленного производства и строительства показал, что произошло резкое снижение объемов переработки гразов. Однако доля переработки нерудных строительных материалов сохранилась на уровне 60%-75% от общего объема грузов.

На рис.1.1. представлен относительный объем переработки в межнавигационный период НСМ. Из него видно, что 27% песка и 30% ПГС отгружается портами при отрицательных температурах воздуха.

Смерзаемость грузов на складах при хранении в зимний период оказывает отрицательное влияние на технологию их переработки.

При переработке смерзшихся грузов резко увеличиваются затраты труда и время работы перегрузочной техники, снижается производительность .

Наблюдения, проведенные в портах Волжского бассейна, показали, что при разработке ровной поверхности штабеля смерзшегося песка грейфером 3,2 м-5 за один цикл срезается слой толщиной 10-12 см, при разработке ровной поверхности штабеля песчано-гравийной смеси 12-15 см (рис. 1.2.а.}. При разработке тем же грейфером навесей песка и гравия происходит откалывание глыб от 30 до 90 см в зависимости от степени смерзания груза (рис. 1,2.6.). Наибольшие трудности при разработке смерзшихся грузов на складах портов вызывает верхний слой штабеля, толщина которого определяется глуби-

80 70 60 50 40 Н 30 20 10 0

/

т, ч

.1 ■5

Н

я

<1 1

1

1 |

¿31

I й

I

Г].

А I II

•II

Г

1

1

Долш переработки иерудно-строшпгелпьшпыос

® общем объеме переработки грузов

Рис. 1.1. Относительный объем переработки в межнавигационный период НСМ

ной промерзания. Нижние слои груза сохраняют свойства сыпучести и имеют положительную температуру.

Технология разработки смерзшихся грузов в портах неодинакова. Например, в Ярославском порту мерзлую корку песчано-гравийной смеси в течение длительного времени разрабатывают грейфером в верхней части штабеля. Затем производится выемка из образовавшейся пробоины немерзлых слоев груза и ее расширение (рис. 1.2.в.). Боковые части штабеля образуют прочные навеси высотой до 6 м и толщиной до 2 м, что приводит к необходимости забрасывать грейфер под навеси для выемки несмерзшейся части груза. Разрушение навесей грейфером в силу их прочности не представляется возможным (запрещено правилами технической эксплуатации грузоподъемных машин).

Разработка штабелей экскаватором начинается в нижней его части. При этом в верхней части образуются навеси, которые, достигнув значительных размеров, могут обрушиться (рис. 1 „2.г).

В Нижегородском речном порту7 разработка штабелей производится портальными кранами и бульдозерами. Грейфером разрабатывается нижняя часть штабеля, после чего бульдозером производится сталкивание смерзшейся корки груза и обнажение немерзлых слоев, которые без особых усилий захватываются грейфером. Следует отметить, что непрерывное перелопачиваение груза бульдозерами позволяет поддерживать груз в несмерзшемся состоянии, что положительно отражается на условиях его переработки.

В Пермском порту предпринимались попытки рыхления штабелей взрывами, однако, отказались от этого способа рыхления, так как в результате взрывов были нанесены серьезные повреждения причальной стенке.

Выгрузка смерзшегося груза из судов производится, в основном, при помощи грейферных кранов без предварительного рыхления корки смерзшегося груза.

При погрузке грузов б железнодорожные полувагоны со складов портов в зимний период года порты не производят профилактику от смерзаемости. В результате грузы при перевозке по железной дороге смерзаются, что вызывает претензии получателей,

В межнавигационный период при перегрузке навалочных грузов эксплуатируется в портах более 230 единиц различной техники, в том числе: портальные краны - 40%; плавучие краны - 32%; черпако-вые и землесосные снаряды - 10%; гидроперегружатели - 3,6%; машины непрерывного транспорта - 2,2%!; экскаваторы - 3,6%; скреперные установки - 0,8%; бульдозеры ДТ-75, С-100м, Т-130, Т-180, Т-250 -6,8% ми прочее оборудование - бункер, клин-баба, вскрышные и отвальные ножи к бульдозерам.

Анализ технических средств, применяемых в портах на перегрузочных работах с навалочными грузами при отрицательных температурах показывает, что 72% технических средств, используемых на перегрузочных работах в межнавигационный период, приходится на портальные и плавучие краны, которыми перегружается более 65% от общего объема переработки навалочных грузов. Это объясняется тем, что при температуре минус 4-5°С и длительности ее воздействия более 3 дней, эксплуатация земснарядов, а также гидроперегружателей невозможна из-за обледенения рабочих органов и палубных механизмов.

При перегрузке грузов кранами в поздне-оеенний, зимний и ранне-весенний периоды основной проблемой является эксплуатация грейферов.

Основные типы грейферов на переработке навалочных грузов при отрицательных температурах, и их основные неисправности приведены в приложении 1.

Анализ показывает, что при перегрузке песка и ПГС, в основном, применяются грейферы проектов 2587, 2583, 2872. Средний ресурс до очередного отказа составляет 5 тыс.т (при работе летом - 100 тыс.т).

При перегрузке утя применяется грейфер проекта 2572Б. Средний ресурс до очередного отказа составил 5 тыс. тонн (летом -100 тыс. тонн).

При эксплуатации скреперных установок (Уфа) в условиях отрицательных температур воздуха происходит обледенение приводных барабанов, что вызывает проскальзывание ленты. Для устранения обледенения в порту применяется паровая установка. Применяемые в портах экскаваторы обычно используются на погрузке минерально-строительных грузов в автомашины из штабеля, предварительное рыхление груза производится ковшом экскаватора при толщине корки не более 20 см.

На складских работах при отгрузке груза из штабеля используются гусеничные бульдозеры на базе тракторов ДТ-75М, С-100, Т-100М, Т-130, Т-180, их назначение - рыхление смерзшегося груза в штабеле и подача в зону работы погрузочной машины.

При образовании корки толщиной 30-60 см данные бульдозеры практически не могут ее разрушить,

Применение более мощных бульдозеров на базе трактора ДТ-250 несколько облегчает эту задачу (порты Казань, Горький).

В порту Рыбинск на рыхление корки штабеля используют клин-бабу массой 0,5 т.

Таким образом, при рыхлении смерзшейся корки в штабеле навалочных грузов кроме грейферов, которые не предназначены для этой цели, бульдозеров на гусеничным ходу, оборудованных отвальным или вскрышным ножом, клин-бабы, более эффективных средств рыхления смерзшихся грузов б портах не применяется.

Другой важной проблемой при производстве перегрузочных работ в портах при отрицательных температурах воздуха является зачистка судов и вагонов от остатков навалочных грузов. Зачистка несамоходных судов, используемых на местных перевозках в поздне-осенний период не производится (Н.Новгород, Тюмень, Тобольск, Казань) или выполняется портовыми рабочими вручную (Рыбинск, Калинин , Н.Новгород). Зачистка транзитных судов выполняется с использованием бульдозеров.

Окончательную зачистку судов перед постановкой их на зимний отстой выполняется вручную.

При температуре наружного воздуха до 0°С,-2°С перегрузка навалочных грузов производится, в основном, по технологии, предусмотренной в соответствии с типовыми технологическими процессами, для условий "обычной" навигации и имеет определенные отклонения с учетом конкретных условий и особенностей каждого порта.

При температуре наружного воздуха минус 3 - 5°С и ниже все порты без исключения в зимний период сталкиваются с определенными трудностями технологического и организационного порядка. Вызваны эти трудности, прежде всего, воздействием отрицательных температур воздуха на перегрузочные свойства увлажненных навалочных грузов и степень»} их смерзаемости.

Имеющиеся в большинстве портов технические средства (портальные и плавучие краны, бульдозеры, оснащенные отвальным ножом, экскаваторы, одноковшовые погрузчики, грейферы) предназначены для перегрузки, в основном, не смерзшихся грузов, и по прочности и надежности не рассчитаны для работы в таких тяжелых условиях. Технология перегрузочных работ, в основном, разрабатывается для условий обычной навигации с температурой наружного воздуха до минус 3°С, хотя в некоторых портах, в частности Нижегородском и Киевском, при составлении технологических карт