KURZUS: Csomagolás

MODUL: II. modul: Az áruk csoportosítása és az őket érő igénybevételek bemutatása

8. lecke: A közúti és a vasúti szállítás igénybevételei

Cél: A tananyag célja, hogy a hallgató ismerje meg részletesen a közúti és a vasúti szállítás igénybevételeit. Legyen tisztában az egyes igénybevételeket okozó tényezők mechanikai hátterével.

A lecke megtanulása után Ön képes lesz meghatározni, hogy milyen típusú és mértékű igénybevételek érhetik az árukat a közúti és a vasúti szállítás során.

Ennek segítségével egy csomagolási- vagy szállítástervezési feladatát sikerrel tudja majd végrehajtani.

Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes

  • felsorolásból kiválasztani a vasúti szállítás során fellépő igénybevételeket,
  • ábra segítségével azonosítani a vasúti teherkocsin mért gyorsulásokat,
  • értelmezni az ütközők közötti lökőerő alakulását az idő függvényében ábrázoló grafikont,
  • képlet alapján azonosítani az ütközőerő meghatározásához szükséges tényezőket,
  • az árukat a szállítás közben a közúti jármű rakfelületén érő mechanikai igénybevételek szerinti csoportosítására

Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 100 percre lesz szüksége.

Kulcsfogalmak

  • áruszállítás,
  • szállítási igénybevétel,
  • lökési igénybevétel,
  • vízszintes, keresztirányú és függőleges gyorsulás
  • felbillenés,
  • lökő erő,
  • billentő erő,
  • dőlési szög.
1. Az áruszállítás közbeni igénybevételek

Az áruszállítás célja valamely árut a legkisebb költségráfordítással, a legrövidebb idő alatt, károsodás nélkül az egyik helyről a másikra eljuttatni. Az áruszállítással szemben támasztott három legfőbb követelmény:

  • gazdaságosság,
  • gyorsaság,
  • biztonság.

A gazdaságosság és a gyorsaság tekintetében - az áruk sajátosságai szerint - esetleg lehet szó kompromisszumról, viszont a biztonság mindenképpen az áruszállítás alapvető követelménye.

Az áruszállítás során az áruk ennek ellenére igénybevételeknek vannak kitéve, amelyek esetleg árukárokhoz vezethetnek. Ezek azonban a legtöbb esetben elkerülhetők, ha előre ismertek a szállítás során várható igénybevételek és velük szemben az áruk megfelelő csomagolás, célszerűen végzett rakodás vagy speciális szállítási mód révén védelmet nyernek.

Szállítási igénybevételnek a szállítójármű rakfelülete révén a továbbítandó árura kifejtett hatásokat tekintjük. Ezek általában gyorsulás jellegűek és három komponens irányában: függőlegesen és vízszintesen, kereszt-, illetve hosszirányban mérhetők. Ezek általában gyorsulás jellegűek. A gyorsulás függőlegesen és vízszintesen mérhető. A vízszintes gyorsulás a rakfelülethez képest keresztirányban és hosszirányban is felléphet. A szállítójármű rakfelületén fellépő gyorsulások jellegét és nagyságrendjét számos tényező befolyásolja. Ezek közül számottevőek:

  • a jármű építésmódja,
  • a rakomány tömege,
  • a menetsebesség és
  • a pálya adottságai.
2. A vasúti szállítás során fellépő igénybevételek

Jegyezze meg a vasúti szállítás során fellépő igénybevételeket!

A vasúti szállítás során menet közben a pályából a járműre ható igénybevételek a sebességgel együtt növekednek.

A vasúti felépítmény adottságaiból adódóan a sínek, a váltók és a keresztezések közötti hézagok okozta lökési igénybevételek a kocsipadlón függőleges irányban jutnak érvényre. Az íven való haladáskor keresztirányú, gyorsításkor és fékezéskor hosszirányú vízszintes gyorsulás lép fel.

A vasúti kocsikban a kocsipadlón fellépő vízszintes hossz- és keresztirányú, függőleges gyorsulásokra vonatkozólag feljegyzett kísérleti, mérési adatok (1. ábra) összesítéséből (figyelembe véve a pályaadottságokat, a menetsebességet, és a rakomány tömegét is), arra lehet következtetni, hogy a vasúti szállításnál a menet közben fellépő függőleges, továbbá a keresztirányú és hosszirányú gyorsulások csúcsértékei (2. ábra) általában nem lépik túl a 0,3 g gyorsulást.

Figyelje meg az 1. ábra segítségével a jó és a rossz minőségű pályán mért adatok különbségét!

Vasúti teherkocsin mért gyorsulások
1. ábra
Vasúti teherkocsin mért gyorsulások alakulásai
2. ábra

Az üres vasúti kocsiknál 100 km/h sebesség felett a függőleges irányú rázkódások még növekednek, viszont a rakott vasúti kocsiknál ezek a rázkódások a csúcsértéket már a 100 km/h sebesség alatt elérik. A keresztirányú lökések csúcsértéke - rakott vasúti kocsi esetében - már 80 km/h sebességnél jelentkezik. Az is megállapítható, hogy nem számottevő ebből a szempontból a különbség a jó és a rossz pálya között. A fenti mérések során a vasúti teherkocsik rakfelületén fellépő gyorsulások frekvenciaösszetételét is vizsgálták. Megállapítást nyert, hogy a gyorsulások fő frekvenciatartományai:

  • függőleges irányban 2-8 Hz,
  • vízszintes keresztirányban 0-1 Hz,
  • hosszirányban 4-16 Hz

(3. ábra).

Vasúti teherkocsi rakfelületén menet közben mért gyorsulások frekvencia-összetétele
3. ábra

A kocsik rendezésénél fellépő igénybevételek azért igényelnek figyelmet, mert a vasúti üzemben általában elkerülhetetlen, hogy a vasúti kocsik tolatás közben egy másik kocsihoz vagy ütközőbakhoz ütközzenek. Az ebből származó ún. tolatási lökést rendszerint úgy tekintik, mint az árut a szállítás során érhető legnagyobb mechanikai igénybevétel forrását. Kívánatos, hogy a kocsik ráfutási sebessége ne haladja meg az 1 m/s = 3,6 km/h értéket. Ezt azonban még tapasztalt személyzet esetében sem lehet minden esetben elérni.

A tolatási ütközéseknél fellépő igénybevételeket jól jellemzi 4. ábra, amely a ráfutási kísérlet során (v - 12,6 km/h) az ütközők közötti lökőerő fellépésének időbeli lefolyását mutatja be.

Az ütközők közötti lökőerő alakulása az idő függvényében, terhelt vasúti kocsi esetén
4. ábra

Értelmezze a 4. ábrán szereplő változókat és a grafikon jellemzőit!

A vasúti kocsin elhelyezett áru igénybevétele a tolatási lökés következtében - amennyiben a vasúti kocsi rakfelületével mereven össze van kapcsolva - nyilvánvalóan nem különbözik a vasúti kocsiétól. Ha viszont az áru nincsen mereven a rakfelülethez erősítve, az a tolatási lökés hatására bizonyos mértékben elmozdulhat. Ebben az esetben az árut érő lökés (hacsak elmozdulás közben nem ütközik hozzá másik árudarabhoz vagy a szállítójármű falához) még kisebb is lesz, mint magának a rakfelületnek az igénybevétele.

A súlyos és magas árudarabokat a felbillenés is veszélyezteti. Ezeknek a szállítóeszközhöz kapcsolásához viszonylag nagy lekötőerőre van szükség. Ennek mértékét, pontos meghatározását egyéb tantárgyak keretében ismeri majd meg.

A tolatási lökésnél hirtelen fellépő erő hatásának csökkenésére - egyrészt a ládán alkalmazott kötési helynek, másrészt magának a járműnek a védelmében - a ládát csúszótalpakra kell állítani, amelynek nagyobb lassulások fellépése esetében a súlyos árut - szánként - a rakfelületen elcsúszni engedik addig, amíg az áru kinetikai energiáját a súrlódási munka fel nem emészti. Különös jelentősége van ennek nagyobb ráfutási sebességek alkalmával.

Csúszótalpak
5. ábra

Ilyen hosszú elcsúszás rakodástechnikai okból nem mindig engedhető meg. Ilyen esetben az az út, amelyen a csúszó-talpakkal alátámasztott teher lefékezendő, a fékezőerő növelésével megrövidítendő. Erre a célra az áru természetének megfelelően különböző lehetőségek (pl. rugalmas kötelek stb.) állnak rendelkezésre. Ha nem kell azzal számolni, hogy a szállítás tartama alatt a kocsi még egy tolatási lökést is kap ugyanabból az irányból, akkor az elcsúszási utat előre leszögezett tuskókkal is le lehet határolni.

3. A közúti szállítás során fellépő igénybevételek

Az áruknak a tehergépjárművek rakfelületén való elhelyezését és a szükséges rögzítés módját első lépésben az árut a szállítás közben érő mechanikai hatásokra tekintettel kell meghatározni. Ezeket a mechanikai hatásokat az 6. ábrán bemutatott módon csoportosíthatjuk.

A közúti jármű rakfelületén elhelyezett rakományokra, amint azt az ábrán láthatjuk, statikus és dinamikus igénybevételek hatnak. A statikus igénybevétel a rakomány tömegének és a felfekvési felület nagyságának függvénye. (Az egymásra rakásból eredő nyomást most nem vizsgáljuk.) A statikus igénybevétel - általában a rakomány és a rakfelület érintkezési síkján megoszló terhelést tételezünk fel - a rakomány elhelyezése és rögzítése szempontjából nem játszik szerepet. Néhány esetben azonban, ha az áru a statikus igénybevételre érzékeny, vagy ha a felfekvési felület kis mérete miatt nagy nyomásértékekkel kell számolni, a statikus terhelés vizsgálata is szükségessé válhat - annál is inkább, mert a rakományok rögzítése általában a rakfelületen a felfekvésre ható nyomóerő növekedésével jár.

Az árukat a szállítás közben a közúti jármű rakfelületén érő mechanikai igénybevételek csoportosítása
6. ábra

Jegyezze meg az árukat a szállítás közben a közúti jármű rakfelületén érő mechanikai igénybevételek csoportosítását bemutató ábrát!

A dinamikus igénybevételek lengések (rezgések) és lökések (ütések). A rakományra ható lengő igénybevételeket több külső tényező okozza. Ezek az igénybevételek meg nem szüntethetők, el nem kerülhetők, legfeljebb nagyságuk vagy káros hatásuk mérsékelhető. Így pl. az utak miatt fellépő lengések megfelelő útirány megválasztásával, a veszélyes, rossz szakaszokon az áthaladási sebesség csökkentésével lényegesen csökkenthetők.

A lökések (ütések) lehetnek elkerülhetők (éppen ez a rakományrögzítés célja) és nem elkerülhetők. Nem küszöbölhetők ki a közúti szállítás természetéből adódó elsődleges hatások (gyorsítás, fékezés, ívben való haladás, a rakfelület dőlése stb.). Ezek megfelelő vezetési technikával (adott útvonal, jármű és rakomány mellett) csökkenthetők, de teljesen természetszerűleg meg nem szüntethetők. Elkerülhetők azonban ezen lökésszerű igénybevételek következtében fellépő esés, felborulás, felütközés stb.

3.1. A gyorsítások hatása a közúti jármű rakfelületén elhelyezett árura

A biztonságos árurögzítéshez a szállítás során fellépő legkedvezőtlenebb (de normális) igénybevételekből kell kiindulni. Nem tekinthetjük "normálisnak" a balesetek alkalmával fellépő hatásokat, de a méretezés alapjául kell, hogy szolgáljanak a veszélyes helyzetek, a balesetek kikerülése érdekében tett vészfékezések, hirtelen kerülő manőverek stb. eredményeképpen tapasztalt igénybevételek.

A közúti járművön elhelyezett árukra ható erők
7. ábra

A 7. ábrán feltüntettük azokat a hatásokat, amelyeknek a közúti gépjárművön szállított áru ki van téve. Az ábrán üres nyíl mutatja a fékezéskor, gyorsításkor vagy ívben haladáskor fellépő tehetetlenségi, ill. centrifugális erőket, sötét nyíl pedig az áru rögzítését szolgáló erőket (súrlódó erő, kötélerő stb.). Az ábra alján vázlatosan utalunk azokra a lengésekre és rezgésekre, amelyek a rakomány részei, ill. a rakomány és rakfelület között álló helyzetben (statikusan) mérhető súrlódási erőt csökkentik és ezért a rögzítés módjára, méretezésére igen jelentős hatást gyakorolnak.

A jó állapotban lévő gumiabroncsok és a száraz, érdes útburkolat között fellépő maximális tapadási tényező (0,80-0,85) felvételével, pl. a menetirányban mérhető legnagyobb lassulás 0,8-0,85 g lehet, azaz a rögzítés szempontjából mérvadó erőhatás vízszintes irányban minden egy kg tömegre 7,8-8,3 N-ra tehető. A valóságban azonban az alábbiak miatt az előbb megállapított értéknél nagyobb erők is fellépnek:

  • a jármű rakfelületének dőlése (hossz- és keresztirányban),
  • az útpálya lejtése (hosszanti- és keresztirányban),
  • az útpálya ívben való vezetése

A vizsgálatot nehezíti, hogy ezek az esetek együttesen is előfordulhatnak, azaz az egyes erőhatások összeadódhatnak.

3.2. Az előredőlő rakfelület vizsgálata

A tehergépjárművek egy jelentős hányada - különösen részterhelés vagy a menetirány szerint a rakfelület elején elhelyezett rakomány esetén - előre lejt. Bár az előredőlés szöge kicsi, a rakomány felborulását vagy előrecsúszását megkönnyíti. Tovább rontja a helyzetet, hogy a fékezés során az első tengelyre ható erők megnövekednek (mivel a jármű első tengelyénél levő rugók összenyomódnak), a jármű előre billen. Ha a gépjármű lejtős úton halad lefelé, a rögzítéssel kompenzálandó erők tovább növekednek. A felboruláshoz szükséges tehetetlenségi erő számításának módját a 8. ábrán követhetjük figyelemmel.

Rakfelület dőlése fékezéskor
8. ábra

A 9. b. sz. ábrán láthatjuk, hogyan változik a billentőerő (szaggatott nyíllal jelölt F1, F2, F3) 5°-kal előredőlő rakfelület esetén. Jóllehet szélső esetekben még ennél nagyobb értékkel is találkozhatunk, a felboruláshoz vezető erőigény így is 16%-kal csökkent.

Billentőerő változása lejtőn való fékezéskor
9. a, b, c ábra
3.3. A gyorsítás és a tolatás vizsgálata

Hátrafelé haladás és hirtelen fékezés vagy előrehaladáskor gyorsítás alkalmával a rakományra ható tehetetlenségi erő a jármű végének irányában hat. A rakományrögzítéssel foglalkozó ajánlások, tanulmányok egy része - így pl. a Német Egyesült Mérnökegylet irányelvei szerint elegendő 0,5 G erővel számolni. Ezt az álláspontot többen is kritizálják. Számításokkal és mérésekkel egyaránt kimutatható, hogy hátramenetben igen gyakran az előremenethez hasonló nagyságú erők lépnek fel. A legkedvezőtlenebb eredményeket ismét több hatás együttes fellépésekor kapjuk:

  • A közúti áruszállító járművek egy részének rakfelülete hátrafelé lejt. Ez az eset jellemző a nyerges vontatók félpótkocsijaira, de gyakran előfordul a rosszul megrakott, erősen kiterhelt szóló tehergépjárműveken is (9. ábra).
Hátrafelé lejtő rakfelület
10. ábra
  • Hátrafelé haladás és fékezés esetén a dinamikus tengelyterhelés hátul megemelkedik, a rakfelület dőlése ezáltal tovább fokozódhat (mivel a jármű hátsó tengelyénél levő rugók összenyomódnak).
  • A jármű az előremenethez hasonlóan haladhat hátramenetben is lejtős terepen, rámpán stb. lefelé, ami a rakomány dőlés- vagy csúszásveszélyét tovább növeli.
3.4. Haladás ívben

Ívben való haladáskor a járműre és az azon elhelyezett rakományra hat a centrifugális erő

F = c m v 2 R

ahol:
Fc a centrifugális erő [N]
m a rakomány tömege [kg],
v a gépkocsi sebessége, [m/s],
R a fordulókör sugara (a jármű hossztengelyének felezővonalában) [m].

Ennek hatására a közúti járművek rakfelülete erősen megdől, a rakomány megcsúszhat vagy felborulhat. A dőlés kedvezőtlen útviszonyok mellett 20°-ot is elérheti, továbbá egyéb, más erők fellépésével is számolnunk kell (pl. gyorsítás ívben való haladáskor, lejtőn ívben való haladás stb.). A rakfelület dőlésének bemutatása a 11. árán látható.

Kifelé dőlő rakfelületen lévő rakományra ható erők ívben haladáskor
11. ábra
Felhasznált irodalom

Dr. Pánczél Zoltán, Dr. Böröcz Péter János, Dr. Mojzes Ákos: Logisztikai áruismeret, 2014, SZE-LSZT Tanszéki segédlet

Dr. Pánczél Zoltán, Dr. Böröcz Péter János: Anyagmozgatás, raktározás, 2008, UNIVERSITAS-Győr Nonprofit Kft, Győr

ZENIT Logisztikai Eszközök Kereskedőháza Kft., Termékkatalógus 2008

Önellenőrző kérdések
1. Jelölje meg az alábbiak közül a vasúti szállítás során fellépő igénybevételeket!
Lökési igénybevétel.
Korrózió.
Függőleges gyorsulás.
Rázkódás.
Halmazolás.
Ívben haladás.
Dobás.
Felbillenés.
2. Írja a pálya állapotára vonatkozó betűjelet a megfelelő téglalapba!



Jó minőségű pálya:
Rossz minőségű pálya:

3. Írja a betűjeleket a megfelelő téglalapba!



Idő (s).
Ütközési végerő.
Tömeg (t).
Maximális lökőerő.

4. Mi történik, ha közúti szállítás során jármű fékez?
A jármű első tengelyének terhelése csökken, a rakomány rögzítéséhez szükséges erő csökken.
A jármű első tengelyének terhelése nő, a rakomány rögzítéséhez szükséges erő csökken.
A jármű első tengelyének terhelése nő, a rakomány rögzítéséhez szükséges erő növekszik.
A jármű első tengelyének terhelése csökken, a rakomány rögzítéséhez szükséges erő növekszik.
5. A szállító jármű kanyarban való haladásakor hogyan lehet csökkenteni a rakomány billenésének veszélyét?
A jármű sebességének csökkentésével
A kanyar sugarának csökkentésével.
A jármű kifelé billenésének megakadályozásával.
A pálya felületének kanyar középpontja felé történő emelésével.
6. Hogyan lehet csökkeneti vasúti szállítás során a tolatási lökés rakományra káros hatását?
Csúszótalp alkalmazásával.
A rakomány rugalmas kötelekkel való rögzítésével.
Leszögezett, csúszást megakadályozó tuskókkal.
A ráfutási sebesség növelésével.