49

тывается площадь каждого сечения, как сумма площадей участков, его составляющих.

Объем блока определяется как произведение половины суммы площадей сечений (F), которые его ограничивают, на расстояние между ними (L). Объем штабеля определяется как сумма объемов отдельных блоков составляющих штабель. По объему штабеля и насыпной массе(g) определяется масса груза в

штабеле, а по наибольшей высоте определяется максимальная нагрузка, созда-

ваемая грузом в данном штабеле. Высота штабеля определяется последовательным сложением приращения высот, рассчитанных на основании измерений.

В работе рассматривается упрощенный вариант расчета, когда штабель разбивается двумя сечениями (F1 и F2) на три части (рис. 2, а). Площадь сечений в крайних точках (F0 и F3) равна 0.

Рисунок 2 – План штабеля и схема сечений

Площадь каждого сечения (F1 и F2) состоит из элементарных геометрических фигур (рис. 2, б):

üтрех треугольников (первый со сторонами а , h , ℓ , второй – а , Dh, ℓ ,

1 1 1 2 2

третий – а3, h3, ℓ3);

üодного прямоугольника со сторонами а2 и h1 (h3, если h3 < h1).

Если h3 < h1 сечение (рис. 2, б) имеет вид зеркального отражения.

В табл. 1 (три последние колонки) приведены, в качестве вспомогательного материала, значения косинусов и синусов некоторых углов (a).

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем по табл. 1 шифры:

üпервого и второго сечений; üрасстояний между сечениями; üнасыпной массы.

По шифру из табл. 2 выбираются исходные данные для расчетов:

üпо первому сечению – длины гипотенуз ℓ1, ℓ2, ℓ3 (м) и значения прилежащих углов a1 и a3 (°);

üпо второму сечению – длины гипотенуз ℓ1, ℓ2, ℓ3 (м) и значения прилежащих углов a1 и a3 (°);

Таблица 2

ØСначала производим расчет по первому сечению.

Производить расчеты одновременно (параллельно) для первого и второго сечения запрещено.

Определяем длины катетов для первого и третьего треугольника, м

Определив высоты h1 и h3, можно определить высоту второго треугольника (Dh) как разность этих высот, м

51

Dh = ½h1 – h3½,

значение Dh берется по модулю, то есть Dh всегда имеет положительный знак (+), вне зависимости от результата расчета.

Катет этого треугольника (а2) определяем по теореме Пифагора, м

а2 = l 22 - D h 2 .

Катет а2 является и стороной прямоугольника (рис. 2, б).

Расчет величины составляющих сечения(а, h, ℓ) производится с точностью до 1 мм, т. е. не менее трех знаков после запятой.

Далее рассчитываем величину составляющих сечения– площади треугольников, м2

S1 = 1/2 × а1 × h1; S2 = 1/2 × а2 × Dh; S3 = 1/2 × а3 × h3.

Площадь прямоугольника (S) определяем из выражения, м2

S = а2 × min{h1; h3}.

Определяем площадь сечения, м2

F = S1 + S2 + S3 + S.

Полученная площадь – площадь первого сечения, поэтому F1 = F.

ØПосле этого проводим аналогичные расчеты длявторого сечения и полученную площадь обозначаем F2 = F. Определяем объемы трех сегментов (см. рис. 2, а), м3

V1 = ((F0 + F1) / 2) × L1;

V2 = ((F1 + F2) / 2) × L2;

V3 = ((F2 + F3) / 2) × L3.

При расчете объемов необходимо учитывать, что сечение F0 и F3 проходит через оконечности (крайние точки) штабеля (рис. 2, а) и их площадь, соответственно, равна 0.

Объем всего штабеля равен сумме сегментов, м3

V = V1 + V2 + V3.

Определив объем штабеляV, и зная насыпную массуg, рассчитываем массу груза в штабеле, т

Q = V × g.

Из всех высот первого и второго сечения находим максимальную, и оп-

ределяем наибольшую нагрузку, создаваемую грузом в штабеле, т/м2

Р = max{hi} × g,

где hi – высота (h1, h3) первого и второго сечения, м. При подстановке исходных данных (hi) в формулу, приводятся все (4) значения ранее определенных высот.

Например, Р = max{hi} × g = max{5,3; 4,2; 7,4; 6,2}×1,2 = 7,4×1,2 = 8,88 т/м2.

Лабораторная работа № 7. Формирование штабелей

угля

Цель работы. Ознакомление с практическими методами размещения штабелей навалочных грузов (на примере угля) в порту с соблюдением правил тех-

52

ники безопасности и противопожарных мероприятий.

Общие указания. При хранении угля в порту наибольшее распространение имеют штабели в форме клина и обелиска. Штабели в виде конуса, пирамиды и призмы встречаются намного реже ,иособенно при больших грузопотоках, менее эффективны. Это обусловлено тем, что отводимая площадь под штабели грузов в виде этих фигур намного больше(из-за разрывов, проходов и проездов), чем у обелиска или клина (при одинаковом количестве груза).

Формы клина и обелиска связаны между собой. Можно сказать, что обелиск это усеченный клин (рис. 1).

Рисунок 1 – Взаимосвязь формы клина и обелиска

Из рис. 1 видно, что если досыпать груз (достроить вверх пунктирные линии), то из обелиска получиться клин, а при ограничении высоты складирования из клина получается обелиск.

Величина угла естественного откоса (a) груза зависит от формы, размера, шероховатости и однородности грузовых частиц, влажности массы груза, способа его отсыпки, исходного состояния и материала опорной поверхности. Значение угла естественного откоса a угля колеблется от 30 до 65°.

При размещении угля на складах необходимо определитьдлину LШТ, ши-

рину BШТ и высоту HШТ штабеля.

Ширина штабеля определяется шириной площадки и величиной проходов

между штабелем и конструкциями(зданиями, сооружениями, железнодорожными и подкрановыми путями, автомобильными дорогами и т. п.). Определены следующие минимальные (больше можно, меньше нельзя) величины при размещении навалочных грузов:

©расстояние от оси железнодорожного пути до штабеля – 2,5 м; ©расстояние от подкранового пути (головки рельса) – 2 м; ©проходы между штабелями – 6 м.

Большинство портальных кранов, используемых в портах, имеют ширину портала (расстояние между головками рельсов подкрановых путей) 10,5 м. Железнодорожные пути в порту имеют ту же ширину, что и основная сеть железнодорожных путей Украины – 1520 мм.

Высота штабеля определяется ограничениями, связанными с: ©использованием технической нормой нагрузки на пол склада; ©возможностями перегрузочной техники;

©транспортными характеристиками груза.

53

Техническую норму нагрузки (PТ) на первой площадке принимаем равной

6 т/м2, на второй – 10 т/м2. Если задана одна площадка или количество площадок не задано, то нагрузка (PТ) соответствует величине первой площадки. Если заданы две площадки, то антрацит лучше размещать навторой, где нагрузка больше.

Для угля основное ограничение по высоте определяется транспортными характеристиками, а именно склонностью ксамовозгоранию. По условиям пожарной безопасности, в зависимости от марки угля и сроков хранения, определяются допустимые высоты его штабелирования (Правила МОПОГ).

В данной работе принимаем, что высота складирования углей по транспортным характеристикам:

©антрацитов (марки, начинающиеся с буквы А) – не ограничена; ©угля марки ПЖ, ПС – 3 м; ©угля марки Т, Г, Д – 2 м.

Пространственное расположение конструктивных элементов на площадках следующее:

Øесли задана одна площадка, она располагается между железнодорожными и подкрановыми путями (рис. 2);

Рисунок 2 – Схема расположения штабелей на одной площадке

Øесли заданы две площадки, они разделяются подкрановым путем и ограничиваются железнодорожными путями (рис. 3).

Длина штабеля определяется шириной и высотой штабеля, его формой и величиной парии груза, подлежащей штабелированию.

При выполнении работы, допустимое значение угла естественного откоса a угля колеблется от 30 до 45°.

Порядок выполнения работы. В соответствии с вариантом определяем и выписываем из табл. 1:

54

Рисунок 3 – Схема расположения штабелей на двух площадках

Таблица 1

55

üмарку и количество (QШТ) каждого вида угля, т. Марка угля указа буквами, а через тире – указано количество тонн;

üколичество и ширину (ВПЛ) площадки (площадок), м; üнасыпную массу груза g, т/м3.

Так как необходимо определить линейные размеры штабеля, то сначала, по заданному количеству груза для каждой марки угля определяем объем соответствующих штабелей, м3

VШТ = QШТ / g.

По заданию ширина двух площадок одинаковая (если заданы две), поэтому, рассчитав ширину штабеля на одной площадке, автоматически получаем ширину штабеля на второй.

Ширина штабеля В рассчитывается какразность ширины площадки

ШТ

ВПЛ и расстояний от железнодорожных и подкрановых путей.

Так как минимальное расстояние отголовки рельса подкранового пути 2 м, а от оси железнодорожного пути 2,5 м, то ВШТ определяем из следующего выражения, м

ВШТ = ВПЛ – 2,0 – (2,5 – 1,52 / 2).

Для марок угля ПЖ, ПС, Т, Г, Д возможная высота отсыпки штабеля (H¢)

задана, а для антрацитов (марка А) необходимо определить эту высоту, м

H¢ = PТ / g.

Для каждой марки угля рассчитываем тангенс возможного угла отсыпки груза, при условии соблюдения необходимых высот штабелей:

tga = H¢ / (1/2 × ВШТ).

Расчет размеров штабеля (А, В, Н, L) для каждой марки угля производится отдельно. Осуществлять его одновременно(параллельно) для двух марок

запрещено.

Для штабеля каждой марки угля возможна одна из трех ситуаций:

Ø1. Если tga < 0,5774 (a < 30°, так как tg30° = 0,5774), то размещение груза в штабеле в виде клина(рис. 4, а – линия 1) не возможно, так как a не может быть меньше 30°. Это может быть, только если специальноразравнивать штабель для снижения угла a, но на практике это не применяется. Тогда необходимые данные для расчета длины штабеля (L) следующие:

üa = 30° (tga = 0,5774), то есть повышаем до минимально возможного; üформа штабеля – обелиск (рис. 4, а – линия 2);

üпринимаем: H = H¢; VОБ = VШТ; B = ВШТ;

üрассчитываем сторону основания A

A = 2 × H¢ / tga.

Ø2. Если 0,5774 £ tga £ 1,0 (30° £ a £ 45°, так как tg45° = 1), то необхо-

56

димые данные для расчета длины штабеля (L) следующие: üa – равен полученному расчетному значению; üформа штабеля – клин;

üпринимаем: H = H¢; VКЛ = VШТ; B = ВШТ.

Рисунок 4 – Определение формы штабеля

Ø3. Если tga > 1,0 (a > 45°), а это не возможно, так как a не может быть больше 45°, т. е больше допустимого значения (рис. 4, б – линия 1). Теоретически, при помощи различных дорогостоящих методов, возможно повышение a, но на практике это не применяется. При высоте отсыпкиH¢ и фактическом значении a ширина штабеля ВШТ будет больше расчетной. При этом не будут соблюдаться необходимые расстояния от головок рельсов до штабеля, и возможна вообще засыпка рельсов грузом, что недопустимо. Тогда необходимые данные для расчета длины штабеля (L) следующие:

üa = 45° (tga = 1), то есть понижаем до максимально возможного; üформа штабеля – клин (рис. 4, б – линия 2);

определения объемов штабелей в виде клина и обелиска (см лаб. раб. 4). Проведя не сложные преобразования расчетных формул, получим:

для клина L = (VКЛ + 1/3 × H × B2) / (1/2 × B × H);

для обелиска L = (VОБ + 1/2 × A ×B × H – 1/3 × H × A2) / (B × H – 1/2 × A × H).

Рассчитав размеры штабеля (А, В, Н, L) для одной марки угля, приступаем к определению размеров для другой.

В конце работы приводится схема размещения штабелей на складе, с указанием железнодорожных и подкрановых путей, проездов, проходов и всех раз-

меров (см. рис. 2 и 3).