Тимошенко В.Я., к.т.н., доцент, Кошля Г. И., ст. преподаватель УО БГАТУ, Кузнецова М.Г., к.т.н., доцент УО БелГУТ.

Аннотация

В статье приведены сведения о проблемах, возникающих при перевозке жидкостей автоцистернами, а также возможные способы и средства обеспечения безопасности перевозок.

Введение

Немалая часть автоцистерн производится для нужд сельского хозяйства и используются для перевозки, воды, молока, жидких химических удобрений КАС и нефтепродуктов для сельскохозяйственной техники. Существуют специальные версии автоцистерн, оборудованных более мощным двигателем и более проходимыми колёсами для обеспечения доставки грузов в отдалённые районы, в том числе и по бездорожью. Для повышения эффективности грузоперевозок иногда используют целую колонну автомобильных цистерн, которые, как правило, оснащены дополнительными цистернами-прицепами. Данная схема транспортировки намного выгоднее, чем, если бы одна или две машины доставляли груз в какой либо отдалённый район.

Основная часть

Транспортировку жидкостей, в частности, питьевой воды, молока, вина осу¬ществляют с древних времен. Для этой цели ранее использовались бочки, которые устанавливали вертикально или горизонтально на конные повозки. Развитие про¬мышленности и специализация производства привели к необходимости транспор¬тирования жидкостей на большие расстояния, что можно было осуществить только с использованием железнодорожного либо автомобильного транспорта.

Если первые железнодорожные цистерны были построены в 1865 году, то специальные автомобили для перевозки жидкостей были созданы в начале XX века. Первые автоцистерны были изготовлены за рубежом фирмами Ford, GMC, Garford и др. Позднее они появились и в России. Созданные в то время цистер¬ны предназначались для доставки жидких грузов к отдаленным объектам, а также для выполнения специализированных задач. Традиционно железнодорожные и автомобильные цистерны выполняются в виде цилиндров, в отличие от цистерн танкеров, где он и имеют форму шара. Использование шаровой формы исключает аварии даже в штормовой обстановке, так возникающие колебания жидкости не вызывают инерционных сил, которые служат причинами аварий и катастроф железнодорожных составов и автомобилей-цистерн.

Так как различные жидкости расширяются по-разному, то уровень заполнения цистерн зависит от вида перевозимой жидкости. При транспортировке жид¬костей, имеющих повышенную плотность, например кислот, жидкого каустика (1,1 м³/т), хлорбензола (1,13 м³/т), масса ци¬стерны с жидкостью может превысить нормативные пределы грузоподъемности. Поэтому нередко приходится перевозить цистерны, заполненные ниже установленного уровня.

Таблица 1 — Жидкости, используемые в сельском хозяйстве

№п\п	Наименование жидкости	Плотность, кг\м3	Представляет опасность	Примечание
1	2	3	4	5
1	Молоко	1027	Не представлет
2	Бензин	700…725	Огневзрывоопасен
3	Дизтопливо	800…850	Огнеопасно
4	Аммиак	681,4	Химически опасен
5	Вода	1000	Не представляет
6	Серная кислота	1840	Химически опасна
7	Соляная кислота	1150	Химически опасна

Особенности транспортировки сельскохозяйственных жидкостей. В Беларуси ежегодно производится более 5,6 млн. тонн молока, с.-х. предприятия потребляют более 97,8 тыс. тонн жидкого топлива, которое перевозят специальные автомобили-цистерны (табл.2). Кроме того, в сельском хозяйстве для перевозки воды и жидких удобрений используются цистерны (табл. 2), агрегатируемые с тракторами. Молоко перевозят в специальных цистернах, при этом их заполняют так, чтобы молоко не сби-валось. Летом рекомендуется поверх фляг класть лед и укрывать их брезентом. В цистернах молоко можно пере¬возить на расстояние 300 км и более.

Нефтепродукты транспортируют в специаль¬ных цистернах (табл.2). Цистерны заземляют специальной цепочкой и штырем, чтобы предупредить возможный разряд статического электричества. Особенностью транспортировки с.-х. жидкостей является перевозка их в условиях проселочных дорог, что сопряжено с частыми и значительными их колебаниями. При перевозке жидкостей в процессе движения возникает дополнительная нагрузка на резервуар вследствие перемещения центра тяжести груза.

Таблица 2 — Транспортные средства, используемые для перевозки жидких грузов в сельском хозяйстве

№	Вид перевозимой жидкости	Наименование средства	Марка	Вместимость, м3	Примечание
1	2	3	4	5	6
	Пищевые	Автоцистерна	МАЗ 5340В2	7,5-9,0
			МАЗ 6312В5	10,0-17,0
			КАМАЗ 65115	10,0-14,0
			Полуприцеп-цистерна	15-40
	Нефтепродукты	Автоцистерна	БЦМ-108	до 28
			БЦМ-176	до 40
	Химическая	Полуприцепы – цистерны	ППЦХ 9668	15-40
	Жидкие удобрения	Разбрасыватель	Joskin6000 МЕ	6,1
			Joskin8400 МЕ	8,5
			Joskin 10000 МЕ	10,1
			Joskin 16000 МЕВ	16,5

При этом движение жидкости в цистернах вызывает возникновение инерционных сил, которые приводят к поломкам транспортных агрегатов и, даже дорожно-транспортным происшествиям и авариям. В связи с этим резервуары этих цистерн должны обладать большой прочностью, а шасси, на которых они смонтированы, — большой устойчивостью.

Для гашения инерционных сил в цистернах устанавливаются поперечные перегородки. Однако они не всегда спасают их от повреждений и аварий. Имеют место случаи, когда сварочные соединения котлов цистерн с внутренними перегородками зачастую не выдерживают возникающих больших сил инерции при резком изменении скорости или повороте транспортного средства и приводят к разрыву тела котлов. Следствием этого является ДТП или авария, последствия которых определяются опасностью перевозимой жидкости.

Опасные грузы — это вещества, которые могут во время перевозки послужить причиной взрыва, иметь способность к самовозгоранию, повреждению технических средств, коммуникаций, причинить материальный ущерб и вред людям, окружающей среде, а также привести к гибели, травматизму, отравлению людей, животных, стать причиной пожара. К таким грузам в сельском хозяйстве следует отнести горюче-смазочные материалы, аммиачную воду.

Именно поэтому перевозки опасных грузов осуществляются строго по правилам и специальным нормативам. Таким видом услуг должны заниматься исключительно профессионалы.

Для обеспечения безопасности перевозок жидких грузов необходимо совершенствовать конструкции цистерн. Так как причиной аварий чаще всего является возникновение сил инерции, то логично предложить изменять конструкцию цистерн, таким образом, чтобы перенести эти силы с собственно цистерны (котла) на платформу.[1–5]

Нами предложены новые технические решения, которые позволяют существенно снизить влияние колеблющейся жидкости как на устойчивость движения цистерн, так и нагруженность их конструкций.

Белорусский государственный аграрный технический университет (БГАТУ, г. Минск) является обладателем патента на изобретение [6], в котором предложено уменьшать силы инерции жидкостей, возникающих при переходных режимах движения цистерн, путем использования специального устройства, устанавливаемого в резервуаре цистерны (рис.1).

Рисунок 1 — Цистерна для перевозки жидких грузов. 1 – содержит цилиндрическую поверхность; 2–переднюю стенку; 3 –заднюю стенку; 4–лопатки турбин;5 – продольный вал; 6 – ограничители продольного перемещения турбины; 7 –демпферное устройство; 8 – заливную горловину; 9 – платформу

Суть предложения состоит в том, что силы инерции, возникающие при трогании с места или торможении транспортного средства перевозящего жидкий груз, залитый через горловину 8 и находящийся в объеме между цилиндрической поверхностью 1, передней 2 и задней 3 стенками, действуют на лопатки турбины – 4. Под действием этих сил турбины – 4 могут свободно вращаться на неподвижном продольном валу – 5 без продольного перемещения по нему, что обеспечивается ограничителями – 6. Так как лопатки каждой из соседних турбин имеют наклон в разные стороны, то силы инерции жидкости будут вызывать их вращение в разные стороны.

Таким образом, возникающий при этом крутящий момент будет восприниматься упругими элементами демпферных устройств – 7, установленных между каждой парой турбин и обеспечивать тем самым эффективное гашение инерционных сил.

Предложенные конструкция значительно снижает колебания жидкости и её кинетическую энергию при торможении и трогании с места.

Заключение

Представленный в статье материал позволяет сделать вывод, что используемые в настоящее время железнодорожные и автомобильные цистерны не совершенны и не могут гарантировать безаварийность перевозок жидкостей.

Предложеная авторами конструкция цистерны может не только исключить аварии, но и эффективно использовать образующуюся энергию от действия инерционных сил центра масс перевозимой жидкости, являющимися разрушающими в используемых ныне цистернах.

Используемый список источников

1. Цистерна: патент на изобретение 8273 Республика Беларусь МПК7 B 65D 88/12, B60 P 3/22 / В.Я Тимошенко, А.О. Шимановский, А.В. Новиков, Г.И. Кошля; заявитель Белорусский государственный аграрный технический университет. — № u 20110870; заявл. 2011.11.08; опубл. 2012.06.30.

2. Цистерна: патент на полезную модель Республика Беларусь МПК7 B 65D 88/12, B60 P 3/22 / Г.И. Кошля, В.Я Тимошенко, Новиков; заявитель Белорусский государственный аграрный технический университет. — № u 20130443; заявл. 2013.05.28; опубл. 2013.12.30.

3. Цистерна для перевозки жидких грузов: патент на полезную модель 8705 Респ. Беларусь МПК B 60P 3/22/ В.Я. Тимошенко, Г.И. Кошля, А.В. Нагорный; заявитель Белорусский государственный аграрный технический университет.- № u 20120384; заявл. 2012.04.06; опубл. 2012.10.30.

4. Цистерна: патент на полезную модель Республика Беларусь МПК7 B65D88/12 (2006.01)B 60P 3/22 (2006.01) / Тимошенко В.Я., Шимановский А. О., Новиков А.В,. Кошля Г.И.; заявитель Белорусский государственный аграрный технический университет. — № u 20110870; заявл. 2011.11.08; опубл. 2012.06.30.

5. Шимановский А. О., Тимошенко В. Я., Новиков А. В., Кузнецова М. Г., Кошля Г. И. «Обеспечение безопасности перевозки жидких грузов совершенствованием конструкций цистерн»: — Статья опубликованная в журнале изобретатель — № 6. — С. 44-47.

6. Цистерна: пат. 23152 Респ. Беларусь МПК В 65D 88/12, В60Р 3/22/ В.Я. Тимошенко, Г.И. Кошля, А.В.Матюшенцев; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет».- № а 20190086; заявл. 2019.03.28; опубл. 2020.10.30.