Nmexpertiza.ru

НМ Экспертиза
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Динамический угол естественного откоса

5. Физические свойства грузов (сыпучесть, угол естественного откоса, хрупкость, распыляемость, образивность, слеживаемость, сводообразование, динамическая вязкость, гигроскопичность, влажность).

Сыпучесть – способность насыпных и навалочных грузов перемещаться под воздействием сил гравитации или внешнего динамического воздействия, возникающего при движении поезда. Характеризуется углом естественного откоса и сопротивления груза. Угол естественного откоса – называется 2х-гранный угол образуемый плоскостью груза и горизонтальной плоскостью основания штабеля. Различают в покое и движении. Хрупкость – способность некоторых грузов при механическом воздействии разрушать состояние заметных пластин деформацией. Распыляемость – способность мельчайших частиц вещества образовывать с воздухом устойчивую связь и переносится воздушными потоками на значительные расстояния от места положения груза. Абразивность – способность груза истирать соприкасающиеся с ним поверхности тары подвижного состава ПРМашин, устройства и сооружения. Слеживаемость – способность отдельных частиц груза сцепляться, прилипать к поверхности тары, к стенкам ПС, бункеров и друг другу и образовывать достаточно прочную монолитную массу. Сводообразование – процесс образования самопроизвольно возникающих сводов и частиц груза над выпускным отверстием бункера, силоса, воронки или кузова подвижного состава. Вязкость свойство газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации.

Гигроскопичность – склонность грузов к поглощению влаги из окр. среды. Влажность – определяемый % содержания влаги в массе груза (абсолютная/относительная).

6. Химические свойства грузов (самонагревание, самовозгорание, окисление, коррозия).

Самонагревание и самовозгорание происходит под действием внутренних источников теплоты – химических и биохимических процессов, протекающих в массе груза и повышающих его температуру. Самонагреванию подвержены зерно, волокнистые материалы, сено, жмых, торф, сланцы, каменный и бурый уголь и др. Самонагревание грузов сельскохозяйственного производства объясняется наличием процесса дыхания продуктов, жизнедеятельностью микроорганизмов и сельскохозяйственных вредителей. Вследствие малой теплопроводности таких грузов их температура повышается, что в конечном итоге приводит к порче, обугливанию или самовозгоранию продукта. Окислительные свойства грузов – способность легко отдавать кислород другим веществам. Примесь окислителей может вызвать возгорание горючих материалов и обеспечить их устойчивое горение без доступа воздуха; это необходимо учитывать при взаимном размещении мест хранения и грузовых фронтов по переработке горючих материалов и окисляющих грузов и при организации их перевозки. Коррозия – разрушение металлов и металлоизделий вследствие их химического или электрохимического воздействия с внешней средой. Скорость коррозии увеличивается с повышением влажности и температуры воздуха, его загрязнения угольной пылью, золой, хлоридами или газами (особенно сернистыми).

Диаграмма динамической остойчивости

На практике часто на судно действует внезапно возникший динамический момент (шквал ветра, удар волны, лопнувший буксир и т. п.).

Судно при этом получает динамический угол крена, хотя и кратковременный, но значительно превышающий крен, который мог бы возникнуть при статическом действии этого же момента.

Представим, что к судну, находящемуся в нормальном (прямом) положении внезапно приложен кренящий момент Мкр, под действием которого судно начнет крениться с постоянно нарастающей скоростью (с ускорением), т. к. в начальный период восстанавливающий момент Мв будет нарастать значительно медленнее Мкр.
После достижения судном угла статического равновесия θст, т. е. когда Мкр = Мв, угловая скорость максимальна. Судно по инерции продолжает крениться, но уже с убывающей угловой скоростью (замедлением). Объясняется это тем, что Мв становится больше, чем Мкр.

В какой-то момент угловая скорость становится равной 0, накренение судна прекращается (судно «замрет» в нижней точке крена) и угол крена достигает своего максимума. Этот угол называется углом динамического крена θдин. Затем судно начнет возвращаться в первоначальное положение.

Под динамическим кренящим моментом , который обычно называют опрокидывающим моментом , понимают величину максимально приложенного к судну момента, которую оно может выдержать не опрокидываясь.

Динамической остойчивостью называют способность судна выдерживать динамическое воздействие кренящего момента.

Относительной мерой динамической остойчивости является плечо динамической остойчивости lдин.

Кривую, выражающую зависимость работы восстанавливающего момента или плеча динамической остойчивости от угла крена, называют диаграммой динамической остойчивости (ДДО).

Графическое изображение диаграммы динамической остойчивости по отношению к диаграмме статической остойчивости дано на рис. 9.5., из которого видно, что:

точки пересечения диаграммы статической остойчивости с осью абсцисс отвечают точкам О и D экстремума диаграммы динамической остойчивости;

точка А максимума диаграммы статической остойчивости соответствует точке перегиба С диаграммы динамической остойчивости;

любая ордината диаграммы динамической остойчивости, отвечающая некоторому углу крена θ, представляет в масштабе соответствующую этому углу крена площадь диаграммы статической остойчивости (заштрихована на рисунке).

Диаграммы статической и динамической остойчивости

Обычно в судовых условиях строят диаграмму динамической остойчивости по известной диаграмме статической остойчивости, схема вычислений плеч динамической остойчивости приведена в табл:

Плечи динамической остойчивости

Диаграмма динамической остойчивости судна

При построении диаграммы динамической остойчивости по результатам вышеприведенной таблицы динамический кренящий момент принимают постоянным по углам крена. Следовательно, его работа находится в линейной зависимости от угла θ, а график произведения f(θ) = 1кр*θ изобразится на диаграмме динамической остойчивости прямой наклонной линией, проходящей через начало координат.
Для ее построения достаточно провести вертикаль через точку, отвечающую крену в 1 радиан и отложить на этой вертикали заданное плечо 1кр. Прямая,соединяющая таким образом точку Е с началом координат О представит искомый график f(θ) =1кр*θ , т. е. график работы кренящего момента, отнесенный к силе веса судна Р.
Эта прямая пересечет диаграмму динамической остойчивости в точках А и В. Абсцисса точки А определяет угол динамического крена θ, при котором имеет равенство работ кренящего и восстанавливающего моментов.

Читать еще:  Наружная пластиковая дверь откос

Точка В практического значения не имеет.

Если построенный таким образом график произведения lкр*θ вообще не пересекает диаграмму динамической остойчивости, то это означает, что судно опрокидывается.

Для нахождения опрокидывающего момента, который еще может выдержать судно не опрокидываясь, следует провести из начала координат касательную к диаграмме динамической остойчивости до пересечения ее в точке D с вертикалью, соответствующей крену в 1 радиан.
Отрезок этой вертикали от оси абсцисс до пересечения ее с касательной дает плечо опрокидывающего момента lопр, а сам момент определится умножением плеча lопр на силу веса судна Р. Точка касания С определит предельный угол динамического крена θдин.преп.

Динамический угол естественного откоса

Изобретение относится к устройствам для измерения статического (трения покоя) и динамического трений сыпучих материалов и может быть использовано в химической, горнорудной, фармацевтической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя (патент RU №2247360, опубл. 27.02.2005 г.). Прибор содержит платформу, шарнирно закрепленную на станине, со шкалой, коробку без днища, заполненную вязкопластичным материалом, тяговое устройство, опорный контур с возможностью его регулирования по высоте посредством прокладок и направляющих, размещенных на плите. В слое материала размещены частицы, коробка без днища связана с платформой амортизирующим звеном с ограничительным поводком.

Недостатками данного прибора является низкая точность, связанная со сложностью конструкции, а именно со сложностью определения угла наклона по шкале; истиранием и обрывом нитей в области контакта с неподвижными блоками; необходимостью связывания сыпучего материала вязкопластичным материалом; отсутствием поправочных коэффициентов, связанных с использованием вязкопластичных материалов; нестабильной дискретностью изменения угла наклона платформы.

Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя (патент RU №2488094, опубл. 20.07.2013 г.), содержащий платформу, шарнирно закрепленную на станине, шкалу и тяговое устройство. На платформе закреплена пластина из исследуемого материала с продольными пазами полукруглой формы радиусом (R), большим максимального размера (rmах) кривизны контура поперечного сечения частиц исследуемого сыпучего материала, но с меньшим диаметром (2R) их длины (1).

Недостатками данного прибора является низкая точность, что связано с деформацией и дальнейшем провисании нитей тягового устройства при эксплуатации прибора; истиранием и обрывом нитей в области контакта с неподвижными блоками; необходимостью создания пластин из рассматриваемого сыпучего материала; использование пластин исследуемого материала в качестве альтернативы самому сыпучему материалу; сложностью определения угла наклона по шкале и зависимостью точности измерения от погрешности шкалы; нестабильной дискретностью изменения угла наклона платформы.

Известен прибор для определения коэффициента силы трения покоя (патент RU №2511615, опубл. 10.04.2014 г.), который содержит опорную платформу. Также прибор содержит коробку без днища, грузовую чашку, шнур, блок и нажимную платформу с грузами. При этом коробка без днища снабжена винтовыми опорами.

Недостатками данного прибора является низкая точность измерения, что обуславливается влиянием дополнительных параметров, в том числе отсутствие поправочного коэффициента относительно влияния винтовой опоры на конечный результат получаемой силы трения; зависимостью точности измерения от используемых гирь; растяжение и провисание нити при избыточной нагрузке; истиранием нити в области контакта с угловой поверхностью опорной платформы; истиранием и формированием излишне шероховатой или излишне гладкой поверхности опорной платформы под действием винтовой опоры и сыпучего материала.

Известно устройство для определения момента трения скольжения при испытании фрикционных муфт предельного момента (патент RU №2064668, опубл. 27.07.1996 г.) содержащее приводной двигатель и нагрузочную машину в виде двигателя постоянного тока независимого возбуждения, которые подсоединены к ведущей и ведомой полумуфтам. Источник тока подключен к якорю двигателя постоянного тока. Валы датчиков скоростей подключены к ведомой и ведущей полумуфтам, а выходы датчиков скоростей, а также датчики токов якоря и возбуждения нагрузочной машины — к вычислительному блоку.

Недостатками данного устройства являются высокая степень механизации, наличие громоздкого оборудования; влияние магнитного и электрического полей на показатели датчиков необходимость использования выпрямителей переменного тока; износ коллектора двигателя.

Известно устройство для измерения динамического трения (патент US №4594878, опубл. 24.06.1983 г.), содержащее участок измерения трения, имеющий диск с прикрепленным к нему резиновым элементом для измерения трения, приводной диск, выполненный с возможностью вращения соосно с диском, и динамометр, который соединяет диск и приводной диск. Тахометр измеряет скорость резинового элемента во время вращения участка измерения трения. Регистратор X-Y записывает два электрических выхода участка измерения трения и тахометра в прямоугольные координаты.

Недостатками данного устройства является истирание вспомогательных деталей конструкции, в том числе шкивов, стержней и дисков, наличие громоздкого оборудования; повышенный уровень шума при проведении эксперимента; необходимость высокоточной соосной центровки.

Известно устройство для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов способ прогнозирования уноса пылевидного угля с использованием устройства (патент KR 20130120674 А, опубл. 05.11.2013 г.), которое содержит опорную пластину, которая расположена на днище, и наклонную пластину, которая шарнирно соединена с одной стороны опорной пластины, двигатель привода крепится ко днищу, намотан вокруг вращающегося вала приводного двигателя на другой стороне концов наклонной пластины Измерение степени измельчения и внутренней влажности пылевидного угля с использованием устройства для измерения угла естественного откоса порошка, реализуется за счет неподвижной проволоки и контейнера, верхняя поверхность которого открыта и заполнена пылевидным углем и расположена на верхней поверхности наклонной пластины. Этап измерения угла естественного откоса пылевидного угля и степени измельчения пылевидного угля, а также внутренней влажности и угла естественного откоса использовался для расчета следующей формулы: Индекс впитывания пылевидного угля = -1,5 * Угол покоя -31,1 * Удельная влажность -0,2 * Степень пульверизации +143,7 Способ прогнозирования уноса пылевидного угля обеспечивается посредством этапа вычисления индекса уноса пылевидного угля.

Читать еще:  Ровные откосы своими руками

Недостатками данного устройства является истиранием и обрывом нитей в области контакта с неподвижными блоками, зависимость точности определения угла наклона пластины от гониометра, зависимость дискретизации угла наклона пластины от вида используемого двигателя и его технических показателей.

Известен прибор для определения угла естественного откоса песчаных грунтов УBT-З, (https://www.geo-ndt.ru/pribor-3330-pribor-opredeleniya-ygla-estestvennogo-otkosa-peskov-yvt-3m.htm;

https://znaytovar.ru/gost/2/RSN_5184_Inzhenernye_izyskaniy.html в приложении 10) принятый за прототип, состоящий из параллелепипеда, выполненного из прозрачного материала, внутрь которого подвешивается бункер подачи сыпучего материал разделенный на две части для параллельного измерения угла откоса для двух материалов. На стенках бункера, выполненного из прозрачного материала высечена шкала, позволяющая определить необходимый угол наклона для естественного высыпания угла.

Недостатками данного устройства являются сложность визуальной оценки угла откоса по нанесенной шкале в следствии отсутствие контрастных цветов и малого размера бункера; низкая точность метода, связанная со сложностью соблюдения необходимой дискретности при изменении угла наклона вручную; зависимость точности определения угла наклона от погрешности измерения нанесенной шкалой.

Техническим результатом является создание устройства с повышенной точностью определения, достигнутой за счет минимизации количества движущихся деталей, использования WEB-камеры и алгоритмов прогнозирования, а также использования 6 полок, расположенных под разными углами для охвата всего возможного диапазона коэффициента трения.

Технический результат достигается тем, что внутри корпуса параллельно передней стенке закреплена с возможностью съема внутренняя стенка, в основание корпуса выполнено отверстие прямоугольной формы под бункером для подачи сыпучих материалов, в которое установлено выдвижная панель с ручкой, крышка прямоугольной формы с отверстием прямоугольной формы, которое выполнено над бункером для подачи сыпучих материалов, который выполнен в форме трапеции и жестко закреплен к верхней части задней стенки корпуса, в нижней части бункера для подачи сыпучих материалов вмонтирована задвижка с ручкой, которая установлена в салазки закрепленные в поддерживающие оси, внутри корпуса к задней стенке с одной стороны и внутренней стенке с другой стороны крепятся с возможностью снятия, измерительные полки, каждая из которых расположена под углами от 10° до 35°, с возможностью изменения угла до 5°, при этом на передней стенки внутри корпуса установлен бокс для WEB-камеры, в котором размещена WEB-камера, соединенная с персональным компьютером USB проводом.

Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 — вид спереди устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

фиг. 2 — вид сбоку устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

фиг. 3 — вид сзади устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов

фиг. 4 — вид сзади ручки задвижки бункеров подачи сыпучего материала

фиг. 5 — 3D модель устройства для определения статического и динамического трений сыпучих материалов, где:

Диаграмма остойчивости и диаграмма динамической остойчивости (ДДО)

При статическом приложении кренящего момента восстанавливающий момент постепенно увеличивается вместе с нарастанием угла крена, и эти моменты взаимно уравновешивают друг друга в течение всего процесса статического накренения судна. Движение судна происходит равномерно, без угловых ускорений. Предположим теперь, что к судну, находящемуся в прямом положении, внезапно приложен кренящий момент, величина которого не связана с углом наклонения. Тогда график его действия можно изобразить на диаграмме статической остойчивости прямой линией ЕК параллельно оси (так действует, например, на судно внезапно налетевший порыв ветра (шквал), обрыв тяжелого груза, подвешенного на шкентеле вываленной за борт грузовой стрелы, обрыв буксирного троса). Под действием этого момента судно быстро накреняется.

Рис. 1

Способность судна противостоять, не опрокидываясь, действию внезапно приложенного кренящего момента называется динамической остойчивостью. Угол крена, на который наклоняется судно при внезапном действии кренящего момента, называется динамическим углом крена θдин . Динамический угол крена θдин определяют из условия равенства работ кренящего и восстанавливающего момента:

А К Р = A θ . Ф о р м . 1

Следовательно, мерой динамической остойчивости служит работа восстанавливающего момента Aθ , которую надо совершить, чтобы накренить судно на угол θдин . (Напомним, что мерой статической остойчивости является восстанавливающий момент). Работа постоянного кренящего момента при наклонении судна до угла θдин равна произведению момента на угол крена:

А К Р = М К Р θ д и н Ф о р м . 2

На рисунке эта работа графически представлена площадью прямоугольника ОЕDθдин .

Поскольку восстанавливающий момент МКР как функция угла крена задается диаграммой статической остойчивости, работу восстанавливающего момента Aθ , необходимую для накренения судна на угол θдин , графически можно изобразить площадью фигуры ОАВθдин . Тогда условие (1) можно записать в виде:

S О Е D θ д и н = S О А В θ д и н Ф о р м . 3

Как видно из рисунка, обе площади включают общую для них площадь ОАDθдин , поэтому приходим к выводу, что равенство работ кренящего и восстанавливающего моментов будет соблюдено, если заштрихованные на рисунке площади (SABD и SОЕА ) будут равны.

Читать еще:  Откосы делать с профилями

Рис. 2

Отсюда получаем правило, которое используется для графического решения уравнения (1): при заданном динамическом кренящем моменте МКР положение ординаты Вθдин подбирают таким образом, чтобы заштрихованные площади оказались равными. Тогда пересечение с осью ординаты Вθдин даст искомый угол динамического крена. Определить динамический угол крена по диаграмме статической остойчивости можно лишь приближенно. Задачи, связанные с динамической остойчивостью, решаются быстрее и точнее с помощью так называемой диаграммы динамической остойчивости, которая представляет собой кривую, выражающую зависимость работы восстанавливающего момента от угла крена.

Построение такой диаграммы, являющейся интегральной кривой по отношению к диаграмме статической остойчивости, производится следующим образом. На оси абсцисс намечают несколько точек, соответствующих выбранным углам крена, и восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой диаграммы статической остойчивости. Вычислив работу восстанавливающего момента (выраженную графически соответствующими площадями) при накренении судна от прямого положения ( θ = 0 ) до заданного угла крена, на перпендикулярах откладывают ординаты, которые в заданном масштабе определяют вычисленные значения площадей. Точки ординат соединяют плавной кривой, которая является диаграммой динамической остойчивости при данном состоянии нагрузки судна. На практике диаграмму динамической остойчивости строят по рассчитанным плечам динамической остойчивости методом определения интегральных сумм плеч статической остойчивости и расчета на основании этих сумм плеч динамической остойчивости.

Рис. 3

Чтобы определить динамический угол крена на диаграмме динамической остойчивости следует отложить на оси абсцисс один радиан (57,3 град.) и в полученной точке Н восстановить перпендикуляр, на котором в масштабе работы откладывается отрезок НС = МКР . Соединив точку С прямой с началом координат, получим график работы постоянного кренящего момента. Абсцисса точки пересечения прямой ОС с диаграммой динамической остойчивости (точка В) определяет искомый угол θдин .

С помощью диаграммы динамической остойчивости может быть решена обратная задача об отыскании динамически приложенного кренящего момента МКР по заданному углу крена θдин .

Определение минимального опрокидывающего момента по диаграмме статистической и динамической остойчивости

Предельные наклонения судна с помощью диаграмм статической и динамической остойчивости можно изобразить следующим образом:

Рис. 4

Мы видим, что предельный кренящий момент, действующий статически, всегда больше предельного кренящего момента, действующего динамически. Таким образом, для судна быстрое нарастание кренящего момента всегда более опасно, чем медленное.

Рассматривая вопросы, связанные с действием внезапно приложенного кренящего момента, мы исходим из предположения, что начальному положению судна соответствует угол крена, равный нулю (прямое положение). Между тем в практике эксплуатации судов бывают случаи, когда к началу действия внезапного кренящего момента судно уже находится в накрененном положении в результате действия какого-то кренящего момента. В этой ситуации при решении задач динамической остойчивости возможны два случая:

  1. судно плавает с начальным углом крена в том же направлении, в котором приложен внезапный кренящий момент;
  2. судно имеет начальный крен в сторону, противоположную действию внезапного кренящего момента.

Ограничимся рассмотрением способа решения задач по определению минимального опрокидывающего момента для второго, более опасного случая. Внезапно приложенный кренящий момент, при котором динамический угол крена достигает значения статического угла неустойчивого равновесия, называется минимальным опрокидывающим моментом – Мопр .

Рис. 5

Допустим, что судно имеет крен -θСТ1 , созданный первоначально действующим моментом МКР . Кроме того, на судно действует внезапный кренящий момент МКР.дин . в направлении, противоположном МКР , т. е. судно имеет крен на тот борт, со стороны которого подействовал внезапный кренящий момент.

В этом случае минимальный опрокидывающий момент определяют следующим образом. Диаграмму статической остойчивости продолжают в область отрицательных значений абсцисс на участке, равном углу крена -θСТ1 . Затем на оси абсцисс откладывают в соответствующем масштабе угол крена -θСТ1 , через полученную точку Е проводят вертикальную линию до пересечения с диаграммой (точка F) и продолжают ее вверх. После этого подбирают такое положение по высоте линии DK, параллельной оси абсцисс, чтобы заштрихованные площади FDA и АВК оказались равными. Найденная ордината ОС соответствует значению минимального опрокидывающего момента МКР maxдин . При наличии крена судна на угол -θСТ1, созданного первоначальным кренящим моментом МКР , абсцисса точки К определяет угол крена θmaxдин , который при этом получит судно.

По диаграмме динамической остойчивости значения опрокидывающего момента и вызываемого им крена определяют следующим образом:

Рис. 6

Продолжают диаграмму в область отрицательных значений абсцисс на участке, равном углу -θСТ1 . Затем на левой части оси абсцисс отмечают точку Е, соответствующую первоначальному углу крена -θСТ1 , и через нее проводят вертикальную линию до пересечения с диаграммой (точка F). Из точки F проводят касательную FT и горизонтальную прямую, параллельную оси абсцисс, на которой откладывают отрезок FP, равный одному радиану (57,3 град.). Из точки Р восстанавливают перпендикуляр до пересечения с касательной FT в точке Q. Отрезок РQ в масштабе оси ординат равен минимальному опрокидывающему моменту МКР maxдин . При наличии первоначального крена судна на угол -θСТ1 , абсцисса точки Т дает значение угла крена θmax дин , вызванного моментом МКР maxдин .

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector