Формирование пакета сортового металла и расчет удельного погрузочного объема

Цель работы. Ознакомление с методикой формирования пакетов из сортового металла сложной геометрической формы.

Общие указания. К сортовому металлу относятся: прямоугольные и круглые заготовки, уголок, швеллер, двутавр, тавр, шпунт, рельсы, и другие фасонные профили, арматурная сталь, трубы диаметром до 200 мм.

Многие виды сортового металла имеет сложную геометрическую форму и при их перевозке и хранении возможно наличие больших пустот между отдельными грузовыми местами. Для рационального использования перегрузочной техники и транспортных средств, а также для уменьшения пустот сортовой металл часто пакетируют (формируют связки). При таком пакетировании габаритные объемы отдельных грузовых мест значительно перекрывают друг друга. Поэтому удельный объем пакета (связки) сортового металла намного меньше, чем сумма объемов отдельных грузовых мест ее составляющих. При загрузке связок на судно уменьшение объема можно учесть при помощи коэффициента трюмной укладки, который в свою очередь учитывает коэффициент формы груза. Значение такого коэффициента трюмной укладки, как правило, меньше единицы.

Значение коэффициента формы сортового металла, в свою очередь, изменяется в зависимости от количества грузовых мест, составляющих связку, и их взаимного расположения. Таким образом, при постоянном удельном объеме места единицы сортового металла, могут быть получены разные значения УПО.

При формировании связки, составляющие его грузовые места, должны быть уложены так, чтобы габаритный объем связки был наименьшим. При формировании связки количество грузовых мест в ней определяется рекомендуемой массой связки или желательными размерами.

Масса связки зависит от массы одного профиля, которая в свою очередь определяется размерами и материалом, из которого изготовлен профиль. В большинстве справочной литературы приводится масса погонного метра (q). Масса погонного метра используется в том случае, когда масса каждого метра всего профиля (или другого изделия) одинакова по всей его длине.

Сечение связки должно приближаться к квадрату, так как связка, имеющая большую высоту, будет неустойчива при укладывании, а большую ширину – будет «разрушена» (смята) при перегрузке. Допускается отклонение от квадратного сечения связки, обусловленное конкретными размерами профилей и ограничениями по массе связки.

При формировании связок необходимо учитывать последовательность укладки отдельных профилей в связку. То есть при формировании связки, она не должна развалиться (должна быть устойчивой) до момента ее скрепления (увязки).

В работе рассматриваются некоторые виды сортового профиля (уголок, двутавр, швеллер). Для формирования связки основное значение имеют следующие характеристики профиля: ширина (b), высота (h), толщина (d), внешний вид (рис. 20).

Рис. 20. Сечения профилей

В работе принимается, что толщина профиля d одинаковая по всему профилю. Для равнобокого уголка задается только одна величина h (b = h). При формировании связки, зазоры между отдельными профилями равны 1 мм. Масса связки должна быть от 2 до 3 т, допускается отклонение не более 25 %.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом, для каждого вида профилей (предлагается два вида) выписываются значения h, b, d, ℓ, q.

Для каждого вида профиля определяем длину ℓ_м, ширину b_м, высоту h_м (мм) и массу g_м (кг):

ℓ_м = ℓ; b_м = b; h_м = h; g_м = q × ℓ_м,

где q – масса одного погонного метра профиля, кг/м.

Далее, по методике приведенной ранее (см. лаб. раб. 1), рассчитывается удельный объем места (U_м) каждого заданного вида профиля.

Формирование связок производим для каждого вида профиля отдельно. Для точности расчетов при формирования связок, значения b, h и d выражаются в миллиметрах.

Формирование связки из уголка.

Формирование связки производится с учетом последовательности укладки, поэтому уголок поворачивается и укладывается в другом положении (рис. 21, а), чем было указано ранее (рис. 20).

Такое расположение уголка правомочно, так как V_м не изменится, а ширина связки b_с при этом будет равна значению «с» (рис. 21, б).

Так как стороны уголка (b и h) расположены под углом в 90°, воспользуемся теоремой Пифагора для определения значения «с», мм:

Рис. 21. Последовательность формирование связки уголка

.

Сформированная связка должна иметь форму квадрата в сечении (приближаться к ней) поэтому принимаем, что высота связки (h_с) равна ее ширине (b_с).

Определяем сколько уголков (количество уголков (n)) поместится в связку такого размера, и какая будет масса (g_с) такой связки.

Сначала рассматриваем ситуацию когда количество уголков по ширине связке n_b равно единице (n_b = 1), тогда h_с = b_с = с.

Из рис. 21, б видно, что сами уголки располагаются не сразу на поверхности опоры (пола), а имеется определенный зазор (Dh). Поэтому сначала определим эту величину.

Высота прямоугольного треугольника (Dh) делит гипотенузу (с), пропорционально величинам катетов (b и h) (рис. 21, а).

Если треугольник равнобедренный (b = h), то гипотенуза (с) делится пополам мм:

с_b = с_h = с / 2.

Если треугольник неравнобедренный (b ¹ h), то гипотенуза (с) делится пропорционально величине соответствующих катетов, мм:

с_b = c × b / (b + h) или с_h = c × h / (b + h).

Зная величины катета с_b (с_h) и гипотенузы b (h), определяем значение величины второго катета (Dh), мм:

или .

Тогда высота связки, которая остается для размещения уголков составит h_с – Dh. Каждый уголок по высоте занимает место равное сумме толщины уголка (d) и величины зазора между ними (1 мм). Исходя из этого, определяем количество уголков в связке по высоте (n_h), шт.:

n_h = (с – Dh) / (d +1);

дробное значение n_h округляется до целого числа.

Определяем общее количество уголков в связке, шт.:

n = n_b × n_h.

Далее определяем массу связки (g_с), т:

g_с = n × g_м.

Полученная масса сравнивается с допустимой, при этом возможно следующие ситуации:

масса связки больше 3,75 т. В этом случае количество уголков по высоте уменьшается, до тех пор, пока g_с не станет меньше 3,75 т;

масса связки больше 1,5 т но меньше 3,75 т. В этом случае количество уголков по высоте не меняется;

масса связки незначительно меньше 1,5 т. В этом случае количество уголков по высоте увеличивается, до тех пор, пока g_с не станет больше 1,5 т;

масса связки значительно меньше 1,5 т. В этом случае количество уголков в связке по высоте и ширине пересчитывается.

В первых трех случаях расчет количества уголков n в связке на этом заканчиваем и переходим к определению размера связки. Если количество уголков менялось (первая и третья ситуации), то n_h и g_с уточняется.

Пересчет количества уголков производится в следующей последовательности.

По ширине связки располагаем два уголка (n_b = 2) (рис. 21, в), тогда с учетом зазора между двумя стопками уголков в 1 мм получим, мм:

h_с = b_с = (2 × с +1).

Тогда количество уголков по высоте составит, шт.:

n_h = ((2 × с + 1) – Dh) / (d +1).

После чего повторяется расчет n и g_с.

При ширине связки в три уголка (n_b = 3), шт.:

n_h = ((3 × с + 2) – Dh) / (d +1) и т. д.

Перерасчет, с увеличением ширины связки, продолжается до тех пор, пока масса связки станет допустимой.

Приступаем к определению размеров связки – длины (ℓ_с), ширины (b_с) и высоты (h_с), мм:

ℓ_с = ℓ_м;

b_с = с × n_b + (n_b – 1) × 1;

h_с = Dh + (d +1) × n_b.

Рассчитываем коэффициент формы (К_ф):

К_ф = (b_с × h_с) / (b_м × h_м × n).

Находим коэффициент трюмной укладки (К_тр) для полученной связки. Для этого находим (b_с + h_с) в метрах и определяем значение К_тр по графику (рис. 19). Рассчитываем коэффициент трюмной укладки с учетом формы груза К¢_тр и УПО связки (U).

Формирование связки из двутавровой балки (швеллера).

При формировании связки из профилей такой конфигурации взаимное расположение отдельных мест может быть произвольным. При этом необходимо только, чтобы объем сформированной связки был наименьшим. Примеры наиболее типичного взаимного расположения отдельных профилей приведены на рис. 3.

При формировании связки необходимо, кроме соблюдение квадратного сечения, чтобы количество профилей по ширине (n_b) было одинаковое во всех рядах по высоте. При формирования связки, после скрепления (увязки), ее можно переворачивать (менять высоту и ширину) при условии устойчивости связки и в таком положении. Формирование можно производить сразу в перевернутом виде, подразумевая кантовку связки после скрепления (см. связка двутавровой балки рис. 22).

Рис. 22. Пример схемы связки двутавра и швеллера

Для формирования связки рассчитаем предварительно необходимое количество профилей (n¢), исходя из массы 2 т, шт.:

n¢ = 2 / g_м.

Исходя из n¢ и соотношения ширины (b_м) и высоты (h_м) профиля определяется их пространственное расположение и формируется связка. В случае необходимости n¢ может быть изменено.

Далее определяются окончательное количество профилей (n), размеры связки (b_с, h_с) с учетом зазоров между профилями в 1 мм как по ширине, так и по высоте связки. После этого, по методике описанной ранее, рассчитываются и определяются значения g_с, К_ф, К_тр, К¢_тр, U.

В протоколе приводятся схематичное изображение полученных связок. Схема связки должна быть такой, чтобы по ней можно было определить количество профилей по ширине и высоте, а также взаимное расположение профилей в связке (рис. 21 и 22).