4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЕМКОСТЕЙ ДЛЯ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ
4.1. Факторы эффективности функционирования процессов
загрузки, хранения и выпуска сыпучих грузов из емкостей
Современные склады для приема сыпучих грузов представляют
собой достаточно сложную систему взаимодействия транспорта, при-
емных устройств и непосредственно субъекта хранилища (напольного,
стеллажного, контейнерного, силосов и бункеров). Динамический ха-
рактер взаимодействия перечисленных элементов складской системы
хранения сырья требует детального разложения на составляющие
факторы, влияющие на систематизированную и бесперебойную рабо-
ту данного объекта.
Оценка эффективности функционирования складов сыпучих гру-
зов должна осуществляться по обобщенному критерию, включающему
в себя три группы взаимосвязанных факторов: экономических, техно-
логических и эколого-эпидемиологических (рис.4.1). В этой системе
все изложенные факторы могут быть удовлетворены путем выбора и
рационального сочетания наиболее эффективных конструктивных и
объемно-планировочных решений складов, технологических комплек-
сов и средств механизации, соответствующих оптимальной произво-
дительности и заданным условиям эксплуатации. Из представленной
структуры факторов очевидна сложность и неоднозначность сравни-
тельной оценки эффективности складов по обобщенному критерию,
поскольку из большого числа факторов часть имеет качественную
природу и трудно поддается количественной оценке.
Параметрическая модель функционирования приемного устрой-
ства с элементами технических систем складирования, хранения и по-
дачи в основное производство создана с учетом вышеприведенных
факторов и включает в себя три основных этапа (рис. 4.2).
Транспортир
ование на
склад ПУ
А
В
ПП С
Д Д
Х
В
III этап II этап I этап
ПП С
Рис.4.2. Схема параметрической модели функционирования систем приема,
складирования, хранения и выпуска сыпучих грузов в производство: А –
автотранспорт;
Ж/Д – железнодорожный подвижной состав; ПУ – приемное устройство; Х – хранилища;
В – процесс выпуска из хранилищ; Д – процесс дозирования при выпуске из
хранилищ;
С – процесс смешивания; ПП – производственный процесс
Загрузка Транспорт
Ж/Д
169
Технологическое решение первого этапа заключается в исполь-
зовании приемного устройства (ПУ), способного осуществлять взаи-
мосвязанный прием грузов с автомобильного (А) и железнодорожного
(Ж/Д) транспорта, а также полную и бесперебойную выгрузку из
транспортных средств трудносыпучих грузов. Второй этап содержит
систему взаимовлияния процессов загрузки, хранения и выпуска гру-
зов, в том числе их дозирование. Третий этап, производственный про-
цесс, попадая под общее деление, не рассматривается детально, а
является выходящим параметром из второго этапа.
На первом этапе разработанной параметрической модели функ-
ции входных и выходных параметров (см. рис.4.2) представлены сле-
дующими обозначениями:
- вектор-функция возмущения внешней среды ХПП, влияющая на
работу приемного устройства со стороны разноименного подвижного
состава, характеризующая состояние грузопотока и свойства прини-
маемых грузов:
Χ ПП = Х {Х1 , Х 2 , Х 3 , Х 4 , Х 5 , Х 6 , Х 7 , Х 8 , Х 9 }, (4.1)
где Х1 – среднесуточное поступление подвижного состава;
Х2 – вместимость подвижного состава;
Х3 – параметры разгрузочных люков подвижного состава;
Х4 – пропускная способность разгрузочных люков;
Х5 – номенклатура сыпучих грузов;
Х6, Х7, Х8, Х9 – физико-механические и химико-биологические
свойства грузов (целостность частиц, влажность, сегрегация);
- вектор-функция влияния работы приемного устройства УПП, ха-
рактеризующая параметры приемного устройства с учетом его мо-
бильности:
{ } У ПП У У 1 ,У 2 ,У 3 ,У 4 ,У 5 ,У 6 = , (4.2)
где У1 – производительность отгрузки сыпучих грузов;
У2 – затраты на средства механизации приемного устройства;
У3 – фронт одновременной разгрузки подвижного состава;
У4 – затраты живого труда при настроечных операциях;
У5 – мобильность приемного устройства;
У6 – вместимость приемного бункера;
- вектор-функция выходных параметров приемного устройства
ZПП:
{ } Z ПП Z Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 = , (4.3)
где Z1 – пропускная способность транспортирующего органа;
Z2 – энергозатраты на выгрузку и подачу грузов в зону хранения;
Z3 – затраты живого труда на поддерживание стабильности исте-
чения.
170
171
Сумма величин векторов модели первого этапа функционирова-
ния приемного устройства будет иметь вид:
М Ф{Х, У, Z} Σ в = . (4.4)
Для второго этапа вектор-функция выходных параметров прием-
ного устройства ZПП является входящей, но преобразовывается в свя-
зи с условиями загрузки в емкости и приобретает вид вектора-функции
возмущения внешней среды Z'ПП, влияющей на хранение сыпучих гру-
зов, со стороны подающего транспортирующего устройства, характе-
ризующего состояние грузопотока и свойства принимаемых грузов.
В свою очередь для второго этапа каждый вектор функции можно раз-
ложить на более детальные элементы, такие как фактор возмущения
внешней и внутренней среды рассматриваемого параметра.
Рассмотрим определенный объект из второго этапа – бункерное
хранилище. Процесс функционирования бункерного хранилища сыпу-
чих грузов в упрощенном виде включает в себя три взаимосвязанных
функциональных блока: загрузка бункера сыпучим грузом (ПЗ), хране-
ние его (ПХ), выпуск продукта (ПВ). В параметрической модели бунке-
ра (силоса) функции состояния внешних и внутренних воздействий
представлены следующими обозначениями (рис. 4.3):
Хпз – вектор-функция, характеризующая условия загрузки (характери-
стики средств загрузки);
Yпз – вектор-функция влияния параметров загрузки на процесс хране-
ния и выпуска продукта;
Хпх – вектор-функция влияния окружающей среды
и параметров емкости на процесс хранения;
Yпх – вектор-функция влияния параметров хране-
ния на процесс выпуска (характеристики хранения,
изменение свойств груза);
Хпв – вектор-функция, характеризующая пара-
метры бункера и свойства груза;
Yпв– вектор-функция влияния параметров выпуска
на результат работы бункера.
Вектор-функция возмущения процесса загруз-
ки может быть представлена в виде функционала:
Хпз = Х{х1з , х 2з , х3з , х 4з , х5з , х6з , х7з , х8з , х9з}, (4.5)
где х1з – высота падения материала;
х2з – производительность загрузочных
устройств;
х3з – способ загрузки;
х4з – влажность груза;
ПЗ
ПВ
ПХ
Рис. 2.7
Пар а м етрическ
ая модель
работы бу н кера
Y пв
Х пв
Y пх
Х пх
Х пз
Y пз
Рис. 4.3.
Параметр и ческая
модель
функционирования
бу н кера
172
х5з – объемная плотность;
х6з – угол естественного откоса;
х7з – степень размола;
х8з – коэффициент уплотнения;
х9з – скорость витания.
Вектор-функция возмущения параметров окружающей среды,
параметров емкости и свойств сыпучего груза, влияющая на процесс
хранения:
Х пх = Х{х1х , х 2х , х 3х , х 4х , х 5х , х 6х , х 7х , х 8х , х 9х }, (4.6)
где х1х – качественные параметры емкости;
х2х – количественные параметры емкости;
х3х – свойства внутренней поверхности емкости (распределение
коэффициента трения по высоте емкости);
х4х – температурный режим;
х5х – влажность окружающей среды;
х6х – влияние вибрации;
х7х – физико-механические свойства (гранулометрический со-
став, влажность, коэффициент уплотнения);
х8х – способ загрузки;
х9х – время хранения.
Вектор-функция возмущения процесса выпуска может быть
представлена в виде функционала:
Хпв = Х{х1в ,х2в , х3в ,х4в, х5в ,х6в ,х7в ,х8в , х9в ,х10в ,х11в , х12в}, (4.7)
где х1в – показатель конфигурации емкости;
х2в – показатель конфигурации выпускной воронки;
х3в – параметры конфигурации выпускного отверстия;
х4в – место расположения выпускного отверстия;
х5в – угол наклона стенок выпускной воронки;
х6в – соотношение площадей выпускного отверстия и емкости;
х7в – высота хранилища;
х8в – показатель угла обрушения груза;
х9в – коэффициент внутреннего трения груза;
х10в – показатель коэффициента уплотнения груза;
х11в – показатель начального сопротивления сдвигу груза;
х12в – коэффициент неоднородности фракционного состава груза.
В каждой модели соответствующего этапа функционирования
складских систем для переработки сыпучих грузов имеются парамет-
ры свойств грузов – физико-механических и химико-биологических (см.
рис.1.1). Как известно, среди указанных грузов имеется определенное
различие по степени сыпучести: хорошо-, средне- и плохосыпучие.
173
Эти состояния также можно представить в виде параметрических
уравнений.
Вектор-функция, характеризующая химико-биологические свой-
ства, согласно классификации (см. рис. 1.1), примет вид
У' У {У' ,У' ,У' ,У' ,У' } min, 1 2 3 4 5 = → (4.8)
где У'1 – присутствие жировых компонентов;
У'2 – наличие кислотности в массе сыпучего груза;
У'3 – содержание клетчатки;
У'4 – содержание примесей;
У'5 – присутствие дыхания в сыпучем грузе.
Химико-биологические показатели, как правило, свойственны
только грузам органического происхождения. Некоторые из этих ком-
понентов могут вызывать активизацию окислительных процессов при
контакте с ограждающими поверхностями. В целом, стремление к ми-
нимальному содержанию каждого из этих составляющих способствует
обладанию грузом свойства хорошосыпучего.
Выражение вектора-функции физико-механических параметров
груза не будет так однозначно стремиться к минимизации его элемен-
тов:
{ }
{ }
→
→
=
У'' ;У' ' ;У' ' ;У' ' ;У'' ;У' ' ;У' ' ;У' ' min
У'' ;У' ' max
У' '
1 4 5 6 7 8 9 10
2 3 , (4.9)
где У''1 – присутствие влаги;
У''2 – объемная плотность сыпучего груза;
У''3 – коэффициент однородности гранулометрического состава;
У''4 – угол естественного откоса;
У''5 – начальное сопротивление сдвигу;
У''6 – коэффициент внешнего трения;
У''7 – коэффициент внутреннего трения;
У''8 – присутствие сегрегации;
У''9 – присутствие свойств гигроскопичности груза;
У''10 – коэффициент уплотнения насыпного груза.
На основании этого получим параметрическое уравнение со-
стояния, характеризующего хорошосыпучий груз:
{ }
{ }
{ }
→
→
→
=
У' ' У' ' ;У' ' ;У' ' ;У' ' ;У' ' ;У' ' ;У'' ;У' ' min
У' ' У' ' ;У' ' max
У ' У' ,У' ,У' ,У' ,У' min,
У
min 1 4 5 6 7 8 9 10
max 2 3
1 2 3 4 5
ХСГ .(4.10)
В свою очередь, состояние трудносыпучего груза можно выра-
зить следующим параметрическим уравнением:
174
{ }
{ }
→
→
=
У'' У'' ;У'' ;У'' ;У'' ;У'' ;У'' ;У'' ;У'' ;У'' ;У'' mах
У' У' ,У' ,У' ,У' ,У' mах,
У
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5
ПСГ .(4.11)
Все сыпучие грузы, не удовлетворяющие условиям представ-
ленных выражений, являются среднесыпучими и могут располагаться
в ограниченном интервале по ухудшению степени сыпучести.
