Факторы внешней среды. В процессе транспортирования и хранения в массе груза могут происходить качественные и количественные изменения. Они объясняются действием внешних факторов: взаимодействия груза с внешней средой механические воздействия на груз в процессе движения и выполнения погрузочно-разгрузочных работ, неисправности кузовов подвижного состава и складских устройств. На качество груза оказывают большое влияние влажность, температура и газовый состав воздуха, запылённость, наличие в его составе микробиологических форм и свет. Под их воздействием происходят различные биохимические, физико-химические и микробиологические процессы.
Наличие в воздушной среде паров воды характеризуется абсолютной влажностью, влагоёмкостью, относительной влажностью и точкой росы.
Абсолютная влажность г/м3 – это количество водяного пара, содержащегося в одном кубометре воздуха.
γ а =mв/Vвозд.
Влажность насыщения (насыщенность), г/м3, – характеризует максимальное количество воды, которое может содержаться в одном кубометре воздуха при определённой температуре и атмосферном давлении без (до) образования конденсата.
γн =mв max/Vвозд
Влагоёмкость , г/м3 – способность воздуха поглощать влагу при определённой температуре. d = γн-γа
Влагоёмкость находится в прямой зависимости от температуры воздуха, поэтому степень сухости или влажности воздуха характеризуется его относительной влажностью.
Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности воздуха к его насыщенности при той же температуре.
φ = γа – γн
Точкой росы называется температура, при которой влагоёмкость данного воздуха равна нулю. Дальнейшее понижение температуры воздуха приведёт к выпадению влаги в виде тумана, росы или инея.
Температура, влажность, влагоёмкость и точка росы связаны между собой определёнными закономерностями. На их основании разработаны таблицы, номограммы и диаграммы, по которым, зная одну или две характеристики воздуха, можно определить остальные.
Механическое воздействие на груз проявляется в виде статических и динамических нагрузок. Максимальных значений статические нагрузки достигают в нижних рядах грузов, уложенных в штабель, что объясняется давлением вышележащих грузов. Динамические нагрузки возникают при падениях отдельных грузовых мест, соударениях грузов в процессе погрузоразгрузочных работ, при неустановившихся режимах вождения.
Биохимические процессы в грузах. В грузах растительного и животного происхождения взаимодействие с окружающей средой приводит к развитию биохимических процессов. Такие из них, как автолиз, дыхание, дозревание и прорастание, вызваны процессами, происходящими в самом продукте. Гниение, брожение и плесневение объясняются жизнедеятельностью различных микроорганизмов.
Автолиз
– это процесс растворения тканей продукта в результате распада белков, углеводов и жиров. Наблюдается в мясных и табачных изделиях, муке.
Процесс дыхания характерен для грузов растительного происхождения, являющихся живыми образованиями (зерно, овощи, фрукты). При дыхании происходит окисление углеводородов, жиров и других органических соединений с кислородом. Интенсивность дыхания повышается с ростом температуры и влажности продукта. Окисление и распад органических соединений сопровождается выделением теплоты, что приводит к самонагреванию, самовозгоранию и последующей порче продукта.
Процесс дозревания характерен для зерна. Овощей и фруктов. В зерне сахар переходит в крахмал, а в овощах и фруктах – крахмал в сахар.
Прорастание наблюдается в овощах и фруктах при интенсивном дыхании.
Процесс брожения представляет собой разложение углеводородов в результате деятельности микроорганизмов. Различают спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и уксуснокислое брожение.
Гниение вызывает распад белковых веществ в результате жизнедеятельности гнилостных бактерий.
При плесневении происходит разложение жиров и углеводов, а в некоторых случаях возможно образование ядовитых веществ.
Физико-химические и физические свойства грузов. Физико-химические свойства характеризуют состояние груза, его способность вступать во взаимодействие с окружающей средой, вредно воздействовать на подвижной состав, складские ёмкости, другие грузы и на здоровье людей.
Физические свойства грузов определяют различные характеристики, связанные с физическим состоянием груза.
Гранулометрический состав характеризует количественные распределения частиц насыпных и навалочных грузов по крупности. В зависимости от гранулометрического состава насыпные м навалочные грузы делят на группы (особокрупные, крупнокусковые, среднекусковые, мелкокусковые. крупнозернистые, мелкозернистые, порошкообразные и пылевидные) .
Гранулометрический состав оказывает значительное влияние на такие свойства груза как сыпучесть, гигроскопичность, способность к слеживанию, смерзанию и уплотнению.
Сыпучесть – способность насыпных и навалочных грузов перемещаться под воздействием сил тяжести или внешнего динамического воздействия. Сыпучесть груза характеризуется величиной угла естественного откоса ά и сопротивлением сдвигу τ.
Угол естественного откоса называется двугранный угол, образуемый плоскостью груза и горизонтальной плоскостью основания штабеля. Величина угла естественного откоса зависит от рода груза, его гранулометрического состава и влажности. Различают угол естественного откоса груза в покое и в движении. Величина угла в покое больше, чем в движении. Под воздействием динамических нагрузок, особенно при вибрации, угол естественного откоса может уменьшаться до нуля.
Сопротивление сдвигу объясняется наличием сил трения частиц груза между собой и сил их сцепления. В общем случае условия равновесия сыпучей массы определяется законом Кулона.
τ = с + σ tgφтр,
где τ – касательное напряжение сдвига, Н/мм2;
с – сопротивление разрыву частиц груза, Н/мм2;
σ – напряжение сжатия, Н/ мм2;
tgφтр – коэффициент внутреннего трения.
Значительными силами сцепления частиц обладают влажные и плохо сыпучие грузы – вязкие материалы. С повышением влажности груза возрастают силы сцепления. У некоторых грузов при увеличении влажности до критического значения вначале происходит увеличение, а затем резкое уменьшение сил сцепления частиц продукта.
Скважистость определяет наличие и величину пустот между отдельными частичками груза и оценивается коэффициентом скважистости.
Ес = (Vшт – Vг)/Vшт,
где Vшт – геометрический объём штабеля груза, м3;
Vг – объём груза без учёта суммарного объёма пустот между отдельными его частицами, м3.
Пористость характеризует наличие и суммарный объём внутренних пор и капилляров в массе груза и оценивается коэффициентом пористости – отношение суммарного объёма внутренних пор и капилляров к объёму груза.
Еп = Vk/Vг,
где Vk – cуммарный объём внутренних пор и капилляров, м3.
Способность уплотняться характеризуется коэффициентом уплотнения, т.е. отношением объёма груза до и после уплотнения.
Куп = Vг*/Vг**.
Уплотнение происходит под действием на груз статических сил или динамических нагрузок, за счёт заполнения пустых пространств и более компактного расположения отдельных частиц груза друг относительно друга. Степень уплотнения значительно зависит от гранулометрического состава, пористости и скважистости груза, является важным фактором повышения статической нагрузки подвижного состава.
Хрупкость- способность некоторых грузов при механическом воздействии разрушаться, минуя состояние заметных пластических деформаций. При выполнении погрузочно-разгрузочных работ и транспортных операций хрупкие грузы необходимо укладывать и закреплять в соответствии с предъявляемыми требованиями, избегать бросков. Ударов, падений. Некоторые грузы могут приобретать свойство хрупкости при пониженной температуре, например, олово, резина.
Пылеёмкость – способность груза легко поглощать пыль из окружающей среды. Поглощение пыли приводит к порче материалов или вызывает необходимость очистки продукции от пыли перед употреблением в производстве. Повышенной пылеёмкость отличаются ткани, меховые изделия, грузы повышенной влажности.
Распыляемость – способность мельчайших частиц вещества образовывать с воздухом устойчивые взвеси и переноситься воздушными потоками на значительное расстояние от места расположения груза. Пример – перевозка угля , цемента, муки и т.д.
Пыль обладает повышенной способностью адсорбировать из окружающей среды газы, пары и радиоактивные материалы, что особенно вредно при повышенной радиации и наличии в воздухе отравляющих веществ. Для предотвращения распыления грузов необходимо совершенствовать тару и упаковку, создавать специализированные подвижные составы, устанавливать фильтры, укрывать поверхности грузов.
Абразивность – способность груза истирать соприкасающиеся с ним поверхности тары. Абразивность зависит от твёрдости частиц груза, которая оценивается по шкале Мооса. Так, по шкале Мооса тальку соответствует твёрдость 1, а алмазу – 10. В зависимости от твёрдости частиц , грузы бывают малоабразивные с твёрдостью до 2,5, среднеабразивные – 2,5-5, высокоабразивные – свыше 5.
Слеживаемость – способность отдельных частиц груза сцепляться, прилипать к поверхности тары, подвижных средств, бункеров, силосов и друг к другу и образовывать достаточно монолитную массу. Слеживаемость характерна для многих насыпных и навалочных грузов. На степень слеживания оказывают влияние режим хранения и местные климатические условия, свойства и характеристики самого груза: размеры, форма и особенности поверхности частиц вещества.
Для предотвращения или замедления процесса слеживания грузы хранят в уменьшающих поглощение влаги условиях, гигроскопичные вещества упаковывают во влагонепроницаемую тару, поверхность груза покрывают брезентом, плёнкой и т.п.
Сводообразование
– процесс образования свода над выпускным отверстием бункера, силоса. Или кузова подвижного состава, характерный для насыпных и навалочных грузов. Образование свода происходит в результате зацепления движущихся частиц груза за частицы, находящиеся в состоянии покоя.
Динамическая вязкость μ, Па.с, определяет коэффициент внутреннего трения. Сила внутреннего трения F между двумя слоями жидкости.
F = μSdυ/dx,
где S – площадь слоя жидкости, м2;
dυ/dx – градиент скорости движения слоёв жидкости в направлении х, перпендикулярном направлению движения, с-1.
Кинематическая вязкостьν, определяется соотношением динамической вязкости жидкости к её плотности.
ν = μ/ρ,
где ρ – плотность жидкости, кг/м3.
На практике для оценки текучести жидкости чаще используют понятие условной вязкости, измеряемой в градусах Энглера. С понижением температуры вязкость жидкостей увеличивается.
Повышенная вязкость наливных грузов вызывает снижение скорости их перекачки и увеличивает потери продукта в результате налипания частиц на внутренние поверхности кузова подвижного состава.
Гигроскопичность – способность груза легко поглощать влагу из воздуха – объясняется различными причинами. Интенсивность поглощения влаги возрастает с повышением температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также прямо зависит от площади поверхности груза, от пористости и скважистости вещества.
Влажность определяет процентное содержание влаги в массе груза. Влага может содержаться в массе груза в свободном и связанном состоянии. Различают абсолютную и относительную влажность груза, которая необходима для пересчёта массы груза.
Относительной влажностью груза W, %, называют отношение содержащейся в грузе массы жидкости Мж, кг, к массе влажного груз Мв.г., кг:
W = (Mж/Мв.г.)100,
где Мв.г. = Мж+Мс.г.; Мс.г. – масса сухого груза, кг.
Абсолютная влажность груза W*, %, представляет собой отношение массы жидкости Мж, кг, к массе сухого груза.
W* = (Мж/Мс.г.)100.
В теории чаще используют понятие абсолютной влажности, а на практике – относительной, более точно отражающей содержание влаги в массе продукта.
Смерзаемость – способность груза терять свою сыпучесть в результате смерзания отдельных частиц продукта в сплошную массу. Наибольшей смерзаемости подвержены при прочих равных условиях грузы с повышенной влажностью и неоднородным гранулометрическим составом. Процесс замораживания и размораживания навалочных грузов происходит достаточно медленно вследствие их низкой теплопроводности.
Морозостойкость – способность груза выдерживать воздействие низкой температуры, не разрушаясь и сохраняя свои качественные характеристики при оттаивании. Особенно неблагоприятно низкая температура воздействует на свежие овощи и фрукты, жидкие грузы в стеклянной таре, некоторые металлы и резинотехнические изделия.
Спекаемость – способность частиц некоторых грузов сливаться при повышении температуры продукта. Спекаемости подвержены гудрон, асфальт, песок, агломераты руд и др. предотвратить спекаемость практически невозможно.
Теплостойкость – способность веществ противостоять развитию биохимических процессов, разрушению, окислению плавлению или самовозгоранию под воздействием высокой температуры. Наиболее неблагоприятное воздействие высокая температура оказывает на грузы растительного и животного происхождения, каменный уголь, торф, сланцы, легкоплавкие вещества.
Огнестойкость – способность груза не воспламеняться и не изменять своих первоначальных свойств (прочность, цвет, форма) под воздействием огня. Огнестойкость характерна для ограниченного числа грузов, большинство грузов под воздействием огня сгорают, разрушаются или теряют свои первоначальные свойства.
Самонагревание и самовозгорание происходит под воздействием внутренних источников теплоты – химических и биологических процессов, протекающих в массе груза и повышающих их температуру. Самовозгоранию подвержены зерно, волокнистые материалы, торф, сланцы, уголь. Температура груза, при которой начинается бурный процесс окисления с последующим самовозгоранием, называется критической температурой.
Окислительные свойства грузов – способность легко отдавать кислород другим веществам. Примесь окислителей может вызвать возгорание горючих материалов и обеспечить их устойчивое горение без доступа воздуха. Некоторые окислители вместе с органическими веществами способны к образованию взрывчатых смесей, взрывающихся вследствие детонации, трения или удара.
Коррозия – разрушение металлов и металлоизделий вследствие их химического или электрохимического воздействия с внешней средой.
