2.3. лабараторная работа №3

2011
ГРУЗОВЕДЕНИЕ
А.А. ПЕРМОВСКИЙ
Н.А.ТИХОНОВА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО «Волжский государственный инженерно-педагогический
университет»
А.А. Пермовский, Н.А. Тихонова
ГРУЗОВЕДЕНИЕ
Учебно-методическое пособие
Нижний Новгород
2011
2
ББК 39.335.53
УДК 629.110
Пермовский А.А., Тихонова Н.А. Грузоведение: Учебно-методическое
пособие. Н.Новгород: ВГИПУ, 2011. – 20 с.
Рецензенты:
Молев Ю.И., д.т.н., проф. Нижегородского государственного технического
университета
Уртминцев Ю.Н., д.т.н., проф. Волжской государственной академии
водного транспорта
Учебно-методическое
пособие
предназначено
для
дипломного
проектирования по специальности 190701.65 «Организация перевозок и
управление на транспорте (Автомобильный транспорт)». Изложена структура и
содержание дипломных разработок. Представлены методы изучения
потребности пассажиров в передвижении, решения технологических задач
организации автобусных перевозок на городских и пригородных маршрутах,
составления графиков работы автобусов и водителей, определения тарифов,
контроля и учета маршрутных автобусных перевозок.
© А.А. Пермовский, 2011
© Н.А. Тихонова, 2011
© ВГИПУ, 2011
3
2.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Расчёт прочности и крупногабаритной тары в процессе грузовой операции
Теоретическая часть.
Тара является одним из важнейших элементов упаковки и представляет
собой изделие для размещения продукции.
Классификация тары
1)
По функциональным признакам
Потребительская
Групповая
Производственная
Тара-оборудование
Транспортная
2)
По условиям эксплуатации
Разовая
Возвратная
Многооборотная
По способности выдерживать нагрузки
Мягкая
Полужёсткая
Жёсткая
3)
По размерам
Крупногабаритная
Малогабаритная
По материалу изготовления
Из одного материала
Комбинированная
4)
По прочности
Прочная
Хрупкая
5)
По способности к штабелированию
Штабелируемая
Нештабелируемая
По герметичности
Герметичная
Негерметичная
По конструкционным особенностям
Неразборная
Разборная
Складная
6)
По количеству затаренного груза
Индивидуальная
Групповая
Основные принципы расчёта прочности транспортной тары
4
Прочность транспортной тары в значительной степени определяет
сохранность груза в процессе перевозок. На прочность определяющее влияние
оказывают:
 Характер груза и его допустимая масса в единице тары
 Размер тары и её отдельных частей
 Механические свойства материала, используемого для изготовления
тары
 Условия выполнения перевозок с точки зрения воздействия внешних
факторов
Статистическое сжимающее усилие
находящаяся в нижнем ряду штабеля:
которое должна выдерживать тара,
где g – ускорение свободного падения (9,81 м/сек2);
Q – масса тары с грузом, кг;
H – высота штабеля (штабирования), м;
h – высота единицы тары, м.
Высоту штабеля H устанавливают нормативно-технические документации
для конкретных видов продукции.
Динамические нагрузки учитывают, когда в процессе перевозки на груз
действуют вертикальные и горизонтальные (продольные и поперечные)
инерционные силы (Н):
Где a – ускорение
n – количество грузовых единиц (в определённом направлении)
Усилие нажатия
Где
рассчитывают по формуле
- коэффициент запаса, который зависит от срока хранения груза.
Если
принимают
указан в нормативно-технической документации, то его
. При хранении до 30 суток
. До 100 суток =1,65.
Расчёт конструкции крупногабаритной тары
Расчет конструкции крупногабаритной тары, масса-брутто которой
составляет 500 – 20000 кг, производится с учетом поперечных сжимающих
нагрузок, возникающих при строповке тар с грузом и изгибающих усилий,
действующих на элементы тары при подъеме груза.
5
Усилие массы груза G, Н должно быть компенсировано вертикальными
составляющими реакции в стропах:
Где R – реакция в стропах, Н
– угол между стропами и горизонтальной крышкой тары, градусы.
Горизонтальная составляющая реакции Rг
усилие поперёк ящика составляет Rп
быть не меньше 45 градусов.
. Тогда сжимающее
. При этом угол должен
Необходимо учитывать что перемещение грузов кранами происходит в
условиях переходных режимов, действия ускорения. Средняя величина
ускорения составляет aср=0.6-0.8 м/с2 поэтому необходимо ввести
динамический коэффициент kд учитывающий коэффициент нагрузки:
Также следует учесть, что в процессе обращения тара подвергается
перегрузкам многократно, в результате чего появляются усталостные
напряжения и снижается прочность тары. Поэтому вводят коэффициент
перегрузки
значение которого принимается 1,1-1,25 в зависимости от числа
перегрузок.
С учётом
и
сжимающее усилие составит:
Необходимо также рассмотреть оптимальные зоны строповки
транспортной тары, которые определяют усилия на изгиб полоза, работающего
как свободно лежащая балка. Максимальные усилия на изгиб при этом
возникают в точках опоры и с середине полоза. Расчёты показали, что зоны
строповки надёжней всего располагать на расстоянии 0,2L от торцевых стенок
ящика.
Практическая часть.
Задача 1.1.
Определить усилия, действующие на крупногабаритную тару при условии:
Варианты:
1, 16
Масса тары с 500
грузом, кг
Высота
6
штабеля, м
Высота
1
единицы
тары, м
2, 17
3, 18
4, 19
5, 20
550
600
650
700
6
6
6
6
1
1
1
1
6
Задача 1.2.
Определить усилие массы груза G, Н по вертикальным составляющим
реакции в стропах:
Варианты:
Масса тары с
грузом, кг
Угол
между
стропами
и
горизонтальной
крышкой
тары,
градусы
Варианты:
Масса тары с
грузом, кг
Угол
между
стропами
и
горизонтальной
крышкой
тары,
градусы
6, 21
7, 22
8, 23
9, 24
10, 25
500
550
600
650
700
60
55
50
45
60
11, 26
12, 27
13, 28
14, 29
15, 30
750
800
500
550
600
55
50
45
60
55
Задача 1.3.
Определить по приведённым в теоретической части формулам, с учётом
сжимающее усилие:
Варианты:
1-5
Масса тары с 500
грузом, кг
Коэффициент
1,1
перегрузки
Динамический
1,25
коэффициент
учитывающий
коэффициент
нагрузки
Средняя
0,6
величина
ускорения, м/с2
45
, градусы
45
, градусы
6-10
800
7-15
1000
16-20
1100
21-25
1200
26-30
1300
1,2
1,25
1,1
1,25
1,3
1,3
1,35
1.4
1,45
1,5
0,7
0,75
0,8
0,8
0,85
45
60
45
55
45
60
45
65
45
65
Задача 1.4.
По исходным данным задачи 1.3.
Вариант 1-5: Построить график зависимости поперечной силы от угла
строповки β.
Вариант 6-10: Построить график
геометрических размеров тары.
зависимости
поперечной
силы
от
Вариант 11-15: Построить график зависимости поперечной силы от
коэффициента перегрузки Кпер
7
Вариант 16-20: Построить график зависимости поперечной силы от
динамического коэффициента.
Вариант 21-25: Построить график зависимости поперечной силы от средней
величины ускорения.
Вариант 26-30: Построить график зависимости поперечной силы от массы.
2.2. ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Расчёт прочности картонной тары
Теоретическая часть.
При расчёте сжимающего усилия, которое должна выдержать картонная
транспортная тара при штабелировании на складе, учитывается коэффициент
прочности Кзап, который зависит от продолжительности хранения и колеблется
в пределах 1,6-1,85 (срок хранения менее 30 суток и более 100 суток
соответственно). Тогда сжимающее усилие Рсж, Н, действующее на картонный
ящик составит:
Где
– коэффициент запаса прочности
Q – масса тары с грузом, кг
h – высота единицы тары
g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2)
H – высота складирования
С другой стороны, сопротивление сжатию картонной тары зависит от
параметров ящика и прочности гофрированного картона на торцевое сжатие. В
соответствии с упрощенной формулой Макки:
Где - торцевая жёсткость, Н/см
- толщина картона
z – периметр ящика, см
Торцевая жёсткость картонной тары
Норма для картона марок (при влажности 6-12%)
Вид
сопротивления
Д
Т-0
Т-1
Т-2
Т-3
Т-4
П-1
П-2 П-3
Торцевому
сопротивлению,
54
40
36
30
20
100
80
60
Н/см
Продавливанию,
0,2
1,3
1,2
1,1
0,9
0,7
2,07
1,7
1,4
МПа
8
Торцевая жёсткость принимается в зависимости от марки картона, а
толщина практически равна высоте гофр. Зная параметры ящика, можно
определить допустимую высоту штабелирования на складах и в вагоне, а также
на основе оптимальной высоты штабелирования - необходимые параметры и
марку картона.
Практическая часть.
Задача 2.1.
Определить высоту складирования картонных коробок (марка картона Т3):
Варианты:
Масса тары с
грузом, кг
Размеры коробок,
мм
Толщина картона,
мм
Время хранения,
сутки
Варианты:
Масса тары с
грузом, кг
Размеры коробок,
мм
Толщина картона,
мм
Время хранения,
сутки
1, 11, 21
28
2, 12, 22
30
3, 13, 23
26
4, 14, 24
28
5, 15, 25
26
400х300х200 300х200х100 400х300х200 500х400х300 250х150х100
2,4
2,3
2,4
2,5
2,2
28
26
24
28
30
6, 16, 26
24
7, 17, 27
30
8, 18, 28
28
9, 19, 29
26
10, 20, 30
24
300х200х100 400х300х200 500х400х300 300х200х100 250х150х100
2,6
2,5
2,3
2,5
2,6
31
22
30
28
23
2.3. ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Расчёт прочности картонных набивных барабанов
Теоретическая часть.
Расчёт прочности картонных набивных барабанов производится на основе
статического сжимающего усилия, определённого с учётом оптимальной
высоты штабелирования:
где
– коэффициент запаса прочности
Q – масса тары с грузом, кг
h – высота единицы тары, м
g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2)
9
H – высота складирования, м
– наружная высота барабана, м
Масса груза и внутреннего объёма тары:
где
,
– внутренние диаметр и высота барабана соответственно, см.
- объёмная масса груза, г/см.
Выражение
заменим выражением
, что допустимо, т.к.
Сопротивление сжимающему усилию картонного барабана
жёсткости, числа слоёв картона и диаметра барабана:
где
зависит от
- число слоёв картона
Ж – жёсткость картона по кольцу, Н/см
- коэффициент, увеличивающий жёсткость за счёт клеевого слоя
Высота штабелирования данного груза в барабанах определённых
параметров:
Формула для определения оптимального диаметра для обеспечения
необходимой жёсткости
Сопротивление сжатию барабана можно увеличить, изменяя число слоёв
картона, образующих стенки барабана, или используя более жёсткую марку
картона.
Сопротивление сжатию барабана:
Где
- коэффициент, увеличивающий жёсткость за счёт клеевого слоя
- жёсткость барабана по кольцу, Н/мм
- количество слоёв картона
10
Практическая часть.
Задача 3.1.
Определить массу груза и сжимающее усилие на барабан (барабаны
хранятся в штабелях):
Вариант:
Толщина
дна
барабана, мм
Толщина крышки
и стенки, мм
Наружный
диаметр барабана,
мм
Наружная высота,
мм
Плотность груза,
т/м3
Время хранения в
штабелях, суток
Высота штабеля,
м
Вариант:
Толщина
дна
барабана, мм
Толщина крышки
и стенки, мм
Наружный
диаметр барабана,
мм
Наружная высота,
мм
Плотность груза,
т/м3
Время хранения в
штабелях, суток
Высота штабеля,
м
Вариант:
Толщина
дна
барабана, мм
Толщина крышки
и стенки, мм
Наружный
диаметр барабана,
мм
Наружная высота,
мм
Плотность груза,
т/м3
Время хранения в
штабелях, суток
1
2
3
4
5
4
5
4
6
5
3
3
4
5
4
320
300
310
320
280
360
350
360
380
400
0,72
0,75
0,7
0,65
0,6
10
10
15
13
12
3
2
2,5
3
3,5
6
7
8
9
10
4
6
5
6
5
3
3
3
4
5
300
330
340
390
310
390
360
350
360
380
0,7
0,71
0,72
0,73
0,66
14
12
13
14
15
3
2
3
2
2,5
11
12
13
14
15
5
5
6
5
6
5
4
4
3
4
310
320
330
340
350
380
370
360
350
340
0,6
0,61
0,62
0,63
0,64
10
11
12
13
14
11
Высота штабеля, 2
м
2,5
2
2,5
3
Задача 3.2.
Определить
штабелях):
Вариант:
Плотность груза,
т/м3
Жесткость
картона, Н/мм
Коэффициент
жёсткости
клеевого слоя
Высота штабеля,
м
Количество слоёв
картона барабана
Время хранения
барабанов
в
штабеле, суток
Вариант:
Плотность груза,
т/м3
Жесткость
картона, Н/мм
Коэффициент
жёсткости
клеевого слоя
Высота штабеля,
м
Количество слоёв
картона барабана
Время хранения
барабанов
в
штабеле, суток
Вариант:
Плотность груза,
т/м3
Жесткость
картона, Н/мм
Коэффициент
жёсткости
клеевого слоя
Высота штабеля,
м
Количество слоёв
картона барабана
Время хранения
барабанов
в
штабеле, суток
внутренний
16
диаметр
барабана
17
(барабаны
18
хранятся
19
20
0,85
0,8
0,85
0,75
0,7
1,2
1,3
1,2
1,4
1,3
1,1
1,1
1,1
1,3
1,2
2,8
3
2,8
2,5
3
3
3
2
4
2
20
15
20
18
17
21
22
23
24
25
0,8
0,7
0,85
0,75
0,85
1,4
1,2
1,3
1,4
1,2
1,1
1,1
1,1
1,1
1,3
3
3
2,5
3
2,8
3
2
3
4
2
20
25
16
19
17
26
27
28
в
29
30
0,7
0,8
0,75
0,85
0,75
1,2
1,5
1,4
1,3
1,4
1,2
1,2
1,2
1,1
1,1
2,5
3
2,8
2,5
2,5
2
4
3
3
4
19
21
25
18
22
12
2.4. ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Расчёт прочности полимерных пленок
Теоретическая часть.
Параметры плёнок для скрепления пакетов определяется в зависимости от
величины продольных сил, фрикционных сил, массы пакета и свойств самой
плёнки.
На пакет массой Q действует продольная инерционная сила
,
которая стремится сдвинуть пакет относительно поддона. На боковые
плоскости пакета действуют силы натяжения. Они компенсируют друг друга. В
результате действия силы тяжести G=g*Q и силы
возникает сила трения
Где f – коэффициент трения между пакетом и поддоном.
Усилие R, возникающее на плёнке не должно быть больше допустимого
Где
- допускаемое напряжение на растяжение плёнки (900 Н/см2)
- толщина плёнки, см
– длина плёнки (высота пакета), см
Запишем уравнение сил, действующих на пакет
Приравняв 2 последних уравнения получим формулу для расчёта толщины
плёнки
В реальных условиях натяжение плёнки не учитывают
Практическая часть.
Задача 4.1.
Определить силу трения
Вариант:
Коэффициент
трения
Сила
тяжести
(G=g*Q), Н
Сила (
), кН
Продольная
инерционная сила
(
), Н
Вариант:
при следующих данных:
1
2
3
4
5
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
240
260
280
300
320
12
10
14
12
16
14
18
16
20
18
6
7
8
9
10
13
Коэффициент
трения
Сила
тяжести
(G=g*Q), Н
Сила (
), кН
Продольная
инерционная сила
(
), Н
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
330
340
350
360
370
22
20
24
22
26
24
28
26
30
28
Задача 4.2.
Определить усилие, возникающее в плёнке:
Вариант:
Высота пакета, см
Толщина пленки,
мм
Допустимое
растяжение, Н/см2
Вариант:
Высота пакета, см
Толщина пленки,
мм
Допустимое
растяжение, Н/см2
11
12
13
14
15
40
0,5
60
0,6
80
0,7
100
0,9
120
1
900
900
900
900
900
16
17
18
19
20
130
1,1
140
1,2
150
1,3
160
1,4
170
1,5
900
900
900
900
900
Задача 4.3.
Определить толщину пленки:
Вариант:
Коэффициент
силы трения
Высота пакета, см
Сила
тяжести
(G=g*Q), кН
Допустимое
растяжение,
кН/см2
Продольная
инерционная сила
(
),
кН
Вариант:
Коэффициент
силы трения
Высота пакета, см
Сила
тяжести
(G=g*Q), кН
Допустимое
растяжение,
кН/см2
Продольная
инерционная сила
21
22
23
24
25
0,1
0,5
0,2
0,45
0,4
50
0,5
70
0,6
90
0,7
110
0,8
120
1
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
10
12
14
16
18
26
27
28
29
30
0,2
0,6
0,3
0,55
0,5
60
0,6
80
0,7
100
0,8
120
0,9
130
1,1
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
11
13
15
17
19
14
(
кН
),
2.5. ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Расчёт параметров амортизационных прокладок
Теоретическая часть.
Амортизационные материалы – материалы для изготовления упаковочных
амортизаторов, такие, как гофрированный картон, вспененные полимеры,
мягкие сорта резины, пружины, деревянная стружка и т.д.
Амортизационные материалы обеспечивают сохранность изделий при
ударах, вибрации, трении выступающих частей изделия о внутренние
поверхности твердой тары и других нагрузках, Требования к амортизационным
материалам следующие: небольшая объёмная масса, достаточная механическая
прочность, минимальная остаточная деформация, возникающая в результате
действия механических нагрузок, негигроскопичность и химическая
инертность, отсутствие абразивных свойств, низкая стоимость и простота
изготовления.
Характеристика амортизационных материалов.
Каждый вид амортизационных материалов имеет свои специфические
свойства, определяющие условия использования и ограничивающие сферу
применения.
Древесная стружка обладает высокой эластичностью, используется для
амортизации тяжёлых предметов, однако её упругие свойства нестабильны, они
зависят от влажности. Оптимальная влажность древесной стружки составляет
12-18%. При большей влажности стружка теряет эластичность, а при меньшей
ломается и пылит. Кроме того, древесная стружка может содержать смолистые
вещества, вызывающие коррозию.
Войлок и шерсть отличаются достаточной упругостью, хорошо
сопротивляются повторным деформациям, но гигроскопичны, подвержены
гниению и поражению насекомыми.
Стекловолокно обладает наибольшей упругостью, негигроскопично, не
подвержено сгоранию, но характеризуется высокой абразивностыо, что
значительно ограничивает сферу его применения.
Бумага и картон - наиболее распространённые виды амортизирующих
материалов. Они легко принимают нужную форму, стоимость их производства
относительно невелика, хорошо амортизируют лёгкие изделия, применяются
для упаковывания пищевых, парфюмерных, медицинских и других грузов, но
боятся сырости при повторном использовании, теряют упругие свойства.
Пенистые полимеры являются наиболее перспективными амортизаторами.
Среди них необходимо выделить пенополистирол, амортизирующий и
теплоизолирующий материал с микроячеистой структурой. Плотность
15
пенополистирола 25 кг/м. Он обладает большой механической прочностью,
стоек к влаге, низким температурам, не даёт пыли, но при повторных нагрузках
изменяет
свои
амортизационные
свойства.
Применяются
также
пенополиуретан, пенополиэтилен, велофлекс и др., отвечающие всем
современным требованиям, но обладающие пока высокой стоимостью.
Свойства пенистых амортизационных материалов достаточно хорошо изучены,
разработаны методики расчёта прокладок из указанных материалов.
Динамическая характеристика амортизационных материалов.
При перевозке различными видами транспорта, хранения на складе в
штабелях, выполнении погрузочных-разгрузочных работ система «изделиеупаковка» подвергается воздействию различных видов нагрузок, ударов и
вибрации. Практика показала, что наиболее опасными нагрузками,
действующими на систему «изделие-амортизация-тара» в процессе доставки от
изготовителя до потребителя, являются удары. Нормативные воздействия
нагрузок на тару и груз при различных условиях перевозки и перегрузки
следующие:
Условия перевозок и перегрузок
Величина
нагрузки,
доли g
Перемещение по железной дороге
2,0
Воздействия при соударении железнодорожных вагонов
3,0
Перемещение автотранспортом:
- по асфальтному покрытию
1,0-1,5
- по грунтовой дороге
3,5
Перемещение морским транспортом
1.0
авиатранспортом
2,0-5,0
Воздействия при выполнении грузовых операций
2,0 - 5,0
Удары при падении
25,0 и более
Выбор амортизационного материала для конкретных условий работы
осуществляется на основе его динамической характеристики, определяемой
специальными испытаниями. В процессе испытания имитируется падение груза
(молота) переменной массы на прокладку из амортизационного материала. По
результатам испытаний строится график зависимостей ударной перегрузки от
статической нагрузки. Эта зависимость и является динамической
характеристикой амортизационного материала. Кривая, выражающая
зависимость «ударная перегрузка-статическая нагрузка», представляет
характерную вогнутую форму с ярко выраженным минимумом.
При малой массе молот (левая ветвь динамической кривой) создаёт на
амортизаторе нагрузку меньшей величины по сравнению с необходимой для
16
того, чтобы, преодолев упругие силы материала, деформировать его на
значительную величину (происходит отскок); возникают значительные ударные
перегрузки. С увеличением массы молота деформация материала увеличивается
и, наконец, достигает такой величины, при которой материал обнаруживает
наилучшие амортизационные свойства. Эта нагрузка соответствует минимуму
динамической кривой.
При дальнейшем увеличении массы молота возрастает остаточная
деформация. Вследствие сильного сжатия материал начинает терять свои
амортизационные свойства, ударные перегрузки вновь увеличиваются (правая
ветвь кривой). Таким образом, зона минимума кривой (динамической
характеристики) соответствует оптимальным условиям работы испытываемого
материала.
Практическая часть.
Задача 5.1.
Определить величину ударной перегрузки доли g при условии:
где П – ударная перегрузка, доли g;
– статическое давление изделия на прокладку, Н/см2;
– высота прокладки, см;
α1, α3 – постоянные величины, характеризующие ударозащитные свойства материала, Н/см 2
см2/Н;
α2 – коэффициент амортизации.
Вариант:
Статическое
давление изделия
на
прокладку,
2
Н/см
Высота
прокладки, см
Постоянные
величины,
характеризующие
ударозащитные
свойства
материала
Коэффициент
амортизации
Доли g
Вариант:
Статическое
давление изделия
на
прокладку,
2
Н/см
Высота
прокладки, см
Постоянные
величины,
1-3
0,6
4-6
0,5
7-9
0,6
10-12
0,7
13-15
0,9
3
3
3
3
3
6
4
6
5
3
0,7
0,6
0,5
0,7
0,6
1,5
16-18
0,8
1,5
19-21
0,7
1,4
22-24
0,5
1,6
25-27
0,6
1,8
28-30
0,8
3
3
3
3
3
4
6
5
4
5
17
характеризующие
ударозащитные
свойства
материала
Коэффициент
амортизации
Доли g
0,5
0,6
0,7
0,6
0,7
1,7
1,6
1,4
1,7
1,6
18