Содержание материала

10.1 При определении способов размещения и крепления груза должны наряду с его массой учитываться следующие силы и нагрузки:
– продольная инерционная сила, возникающая при движении в процессе разгона и торможения поезда, при соударении вагонов во время маневров и роспуске с сортировочных горок;
– поперечная инерционная сила, возникающая при движении вагона и при вписывании его в кривые и переходные участки пути;
– вертикальная инерционная сила, вызывающая ускорением при колебаниях движущегося вагона;
– ветровая нагрузка;
– сила трения.

Точкой приложения инерционных сил является центр тяжести груза (ЦТгр).
Точкой приложения ветровой нагрузки принимается геометрический центр наветренной поверхности груза. Направление действия ветровой нагрузки принимается перпендикулярным продольной плоскости симметрии вагона.

10.2 Определение инерционных сил и ветровой нагрузки, действующих на груз.

10.2.1 Продольная инерционная сила Fпр определяется по следующей формуле:

Fпр = апр Qгр , тс,                                                      (3)
где апр - удельная продольная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т;
Qгр - масса груза, т.
Значения апр для конкретной массы груза определяются по формулам:
– при погрузке на одиночный вагон
                    Qгро22 - а94)
апр = а 22 - —————— , тс/т;                              (4)
                              72
– при погрузке на сцеп из двух грузонесущих вагонов
                  Qгрс44 - а188)
апр = а44 - —————— , тс/т;                              (5)
                            144
где Qгро - общая масса груза в вагоне, т; Qгрс - общая масса груза на сцепе, т;

а22, а94 , а44 , а188 - значения удельной продольной инерционной силы в зависимости от типа крепления и условий размещения груза (с опорой на один вагон, с опорой на два вагона) при массе брутто соответственно: одиночного вагона – 22 т и 94 т; сцепа двух грузонесущих вагонов – 44 т и 188 т (таблица 17).

Таблица 17- Значения удельной продольной инерционной силы

Тип крепления

Значения апр (тс/т) при опирании груза на

  один вагон   два вагона
 a22  a94  a44  a188

Упругое (например, крепление растяжками и обвязка-
ми, деревянными упорными, распорными брусками)

 1,2  0,97  1,2  0,86

Жесткое (например, крепление груза к вагону болтами,
шпильками, а также в случаях размещения груза с непо-
средственным упором в элементы конструкции вагона)

 1,9 1,67  1,9   1,56

10.2.2 Поперечная инерционная сила Fп с учетом действия центробежной силы определяется по формуле:
Fп = ап Qгр, тс                                          (6)
где ап, - удельная поперечная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
Для грузов с опорой на один вагон ап определяется по формуле:
                       0,44
ап = 0,33 + –––––– lгр , тс/т,             (7)
                          lв
где lв - база вагона, мм; lгр - расстояние от ЦТгр до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, мм.

Поперечная инерционная сила Fп рассчитывается для каждого отдельно расположенного по длине вагона грузового места (укрупненного грузового места, перемещение отдельных частей которого друг относительно друга исключено применением специальных средств).

Для длинномерных грузов, перевозимых на сцепах с опорой на два вагона, принимается ап = 0,40 тс/т.

10.2.3 Вертикальная инерционная сила Fв определяется по формуле:
Fв = ав Qгр, тс                                           (8)
где ав - удельная вертикальная сила на 1 тонну массы груза кгс/т , которая определяется по формуле:
                                   2,14
ав = 0,25 + к lгр + ———–, тс/т            (9)
                                  Qгро
При погрузке с опорой на один вагон принимают к = 5х10-6, с опорой на два вагона – к = 20х10-6. В случаях загрузки вагона грузом массой менее 10т принимают Qгро = 10 т.

10.2.4 Ветровая нагрузка Wп определяется по формуле:
Wп = 50 Sп, тс                                     (10)
где Sп – площадь наветренной поверхности груза (проекции поверхности груза, выступающей за пределы продольных бортов платформы либо боковых стен полувагона, на вертикальную плоскость симметрии вагона), м2. Для грузов с цилиндрической поверхностью, ось которой расположена вдоль вагона, Sп принимается равной половине упомянутой площади.

10.3 Определение силы трения

10.3.1 Сила трения, действующая на груз, размещенный на однородной поверхности пола вагона, определяется по формулам:
– в продольном направлении:
Fтрпр = Qгр μ, тс                         (11)
– в поперечном направлении:
Fтрп = Qгр μ (1 - ав), тс,            (12)
где μ - коэффициент трения между контактирующими поверхностями груза и вагона (или подкладок, прокладок).

Значения коэффициента трения между поверхностями, очищенными от грязи, снега, льда, а в зимний период – посыпанными тонким слоем песка, принимаются равными:
– дерево по дереву                                                              0,45;
– сталь по дереву                                                                 0,40;
– сталь по стали                                                                   0,30;
– пакеты чушек свинца, цинка по дереву                      0,37;
– пакеты отливок алюминия по дереву                         0,38;
– железобетон по дереву                                                  0,55;
– вертикально устанавливаемые рулоны листовой стали (штрипсы) с неупакованными (открытыми) торцами по дереву                                                               0,61;
– пачки промасленной листовой стали по дереву      0,21.

В случае применения прокладок из шлифовальной шкурки на тканевой основе с зерном No-20-200, сложенной вдвое абразивным слоем наружу, значение коэффициента трения для дерева по дереву или стали по дереву принимается равным 0,6.

Применение в расчетах иных значений коэффициента трения (для других контактирующих материалов или при особых условиях контактирования) должно быть обосновано в соответствии с требованиями, изложенными в приложении No7 к настоящей главе.

Особенности определения силы трения, действующей на длинномерный груз при их размещении с применением турникетных опор, рассмотрены в разделе 11 настоящей главы.

10.3.2 Сила трения, действующая на груз, размещенный на платформе с деревометаллическим полом (рисунок 28),

силы трения на участках опирания груза

Рисунок 28 - Силы трения, действующие на участках опирания груза на поверхность
деревометаллического пола платформы

 

определяется по формулам:
– в продольном направлении:
Fтрпр = Fтр1пр + Fтр2пр +...+ Fтрnпр, тс,       (13)
где Fтр1пр, Fтр2пр,..., Fтрnпр - силы трения, действующие на участках опирания груза на поверхность пола. Их значения определяются по формулам:
                          а
Fтр1пр = Qгр —— μ1, тс ;                        (13а)
                          d
                          b
Fтр2пр = Qгр —— μ2, тс;                         (13б)
                          d
                          с
Fтр nпр = Qгр —— μn , тс,                       (13в)
                         d
где μ1 , μ2 , ... , μп – коэффициенты трения части груза о соответствующие участки поверхности пола;
а/ d , b/ d, с/ d – доли массы груза, которые приходятся на соответствующие участки поверхности пола;
– в поперечном направлении:

                        а               b                    с
Fтрn = Qгр ( —— μ1 + —— μ2+ ... + —— μп)(1 - ав ), тс,                  (14)
                        d               d                   d

где ав - удельная вертикальная инерционная сила, определяемая по формуле (9).

Груз, расположенный несимметрично относительно продольной плоскости симметрии платформы (рисунок 29), может испытывать дополнительное воздействие момента вращения Мтр в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести.

Схема для расчета дополнительного крепления груза от разворота

Рисунок 29 - Схема для расчета дополнительного крепления груза от разворота

Момент вращения Мтр определяется по формуле:
Мтр = Fтрпр х r х 10-3 тсм,            (15)
где r - плечо силы трения Fтрпр, определяемое как абсолютная величина разности:
r = |Кцт - К Fтр|, мм                        (16)
где Кцт, КFтр, мм - координаты в поперечном направлении соответственно центра тяжести груза и силы трения Fтрпр относительно края поверхности опирания груза на пол.
                Fтрх(b + а/2) + Fтр,, х b/2
К Fтр = —————–––––––––––––––, мм            (17)
                        Fтр+ Fтр,,
При r = 0 момент вращения груза отсутствует и расчет проводят только для плоскопараллельного движения.

Дополнительные усилия Fдоп, которые должны создаваться элементами крепления для предотвращения разворота груза, определяют по формуле:
Fдоп = 1000Мтр / lа , тс,                   (18)
где lа, - расстояние между двумя растяжками или упорными брусками, мм.

10.4 Проверка устойчивости вагона с грузом и груза в вагоне

10.4.1 Поперечная устойчивость груженого вагона проверяется в случаях, когда высота центра тяжести вагона (сцепа) с грузом от УГР превышает 2300 мм либо наветренная поверхность вагона (сцепа) с грузом превышает: при опирании груза на один вагон – 50 м2, при опирании груза на два вагона – 100 м2.

Высота общего центра тяжести вагона с грузом (рисунок 30) определяется

Определение высоты центра тяжести вагона с грузом относительно уровня головки рельса

Рисунок 3 - Определение высоты центра тяжести вагона с грузом
относительно уровня головки рельса

по следующей формуле:
                  Qгр1 hцт1 + Qгр2 hцт2 + ... + Qгрп hцтп + Qт Нцтв
Нцто = ——————————————————————— ,  мм                   (19)
                                              Qгро+ Qт
где Qт – масса тары вагона, т; hцт1 , hцт2 , ... , hцтп – высоты ЦТ единиц груза от уровня головок рельсов (далее УГР), мм; Нцтв - высота ЦТ порожнего вагона от УГР, мм (таблица 18).

Таблица 18-Значения площади наветренной поверхности, высоты центра тяжести, коэффициента p для универсальных полувагонов и платформ.

Тип вагона

Площадь наветренной
поверхности, м2

Высота ЦТ порожнего
вагона над уровнем
головки рельса, мм

Значение
коэффициент p

Полувагон:
–с объемом кузова до 76 м3
–с объемом кузова до 83 м3

 

34
37

1130 5,61

Платформа:
–с закрытыми бортами
–с открытыми бортами


12
7
800 3,34

Поперечная устойчивость вагона с грузом обеспечивается, если удовлетворяется условие:

Рц + Рв
––––— ≤ 0,55,                                            (20)
Рст
где (Рц + Рв ) - дополнительная вертикальная нагрузка на колесо от действия центробежных сил и ветровой нагрузки, тс; Рст – статическая нагрузка от колеса на рельс, тс.

Статическая нагрузка Рст определяется по следующим формулам.

При расположении центра тяжести груза на пересечении продольной и поперечной плоскостей симметрии вагона:
           Qт + Qгро
Рст = ————–, тс                                                         (21)
                nк

При смещении центра тяжести груза только поперек вагона :
              1                            bс
Рст = —— (Qт + Qгр (1,0 - —— )), тс                           (22)
             nk                                    S

При смещении центра тяжести груза только вдоль вагона - для менее нагруженной тележки:
              2        Qт                             lс
Рст = —— ( —— + Qгро (0,5 - —— )), тс                      (23)
             nк        2                         lв
При одновременном смещении центра тяжести груза вдоль и поперек вагона - для менее нагруженной тележки:

            2    Qт                         lс                bс
Рст = — ( —— + Qгро (0,5 - ——)(1,0 - ——)), тс                     (24)
           nк      2                          lв                    S
где nк - число колес грузонесущего вагона; S = 790 мм – половина расстояния между кругами катания колесной пары вагона колеи 1520 мм.

Дополнительная вертикальная нагрузка на колесо от действия центробежных сил и ветровой нагрузки определяется по формуле:
                    1
Рц + Рв = ——— [0,075(Qт +Qгро ) Нцто + Wпхh +1000 р], тс           (25)
                 nк S
где Wп – ветровая нагрузка, действующая на части груза, выступающие за пределы кузова вагона, тс (рассчитывается по формуле (10)); p – коэффициент, учитывающий ветровую нагрузку на кузов и тележки грузонесущих вагонов и поперечное смещение ЦТ груза за счет деформации рессор (таблица 18); h – высота над уровнем головки рельса точки приложения ветровой нагрузки, мм. Точка приложения ветровой нагрузки определяется как геометрический центр наветренной поверхности груза, выступающей за пределы продольных бортов либо боковых стен вагона.

Особенности проверки устойчивости сцепа вагонов с размещенным на нем длинномерным грузом рассматриваются в разделе 11 настоящей главы.

10.4.2 Устойчивость груза в вагоне проверяется по величине коэффициента запаса устойчивости, который определяется по формулам:
– в направлении вдоль вагона (рисунок 31):

Рисунок 31-Варианты расположения упоров от опрокидывания груза в продольном направлении

Рисунок 31-Варианты расположения упоров от опрокидывания груза в продольном направлении

                   lпро
ηпр = ——————                                      (26)
             (hцт - hупр )
– в направлении поперек вагона (рисунок 32):

Рисунок 32-Варианты расположения упоров от опрокидывания груза в поперечном направлении

Рисунок 32-Варианты расположения упоров от опрокидывания груза в поперечном направлении


                             Qгр bпо
ηп = ————————————–––– ,                            (27)
           Fп (hцт -hуп ) + Wп (hнпп -hуп )
где lпро , bпо - кратчайшие расстояния от проекции ЦТгр на горизонтальную плоскость до ребра опрокидывания соответственно вдоль и поперек вагона, мм; hцт - высота ЦТ груза над полом вагона или плоскостью подкладок, мм; hупр , hуп - высота соответственно продольного и поперечного упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм; hнпп - высота центра проекции боковой поверхности груза от пола вагона или плоскости подкладок, мм; Wп – ветровая нагрузка, тс (рассчитывается по формуле (10)).

Груз является устойчивым и не требует дополнительного закрепления от опрокидывания, если значения ηпр и ηп не менее соответственно: при упругом креплении груза – 1,25, при жестком креплении – 2,0.

Если при упругом креплении груза значение ηпр либо ηп составляет менее 1,25, устойчивость груза должна быть обеспечена соответствующим креплением:
– грузы, значение ηпр либо ηп которых менее 0,8, а также грузы, для которых одновременно ηпр и ηп менее 1,25, следует перевозить с использованием специальных устройств (металлических кассет, каркасов и пирамид), конструкция и параметры которых должны быть обоснованы грузоотправителем расчетами;
– если значение ηпр либо ηп находится в пределах от 0,8 до1,0 включительно, то закрепление груза от поступательных перемещений и от опрокидывания рекомендуется выполнять раздельно, независимыми средствами крепления. При закреплении груза от опрокидывания в поперечном направлении растяжками следует стремиться к их установке таким образом, чтобы проекция растяжки на пол вагона была перпендикулярна к продольной оси вагона, а место закрепления растяжки на грузе находилось на максимальной высоте от уровня пола;
– если значение ηпр либо ηп находится в пределах от 1,01 до 1,25 включительно, допускается закреплять груз от опрокидывания и от поступательных перемещений едиными средствами крепления, воспринимающими как продольные, так и поперечные инерционные силы.

Если при жестком креплении груза значение ηпр либо ηп составляет менее 2,0, устройства жесткого крепления должны быть рассчитаны с учетом дополнительных нагрузок от некомпенсированного опрокидывающего момента.

10.4.3 При закреплении груза растяжками усилие в растяжках от опрокидывания определяется по формулам:
− в продольном направлении (рисунок 33):

Рисунок 33-Углы наклона растяжки для крепления от опрокидывания груза в про- дольном направлении

Рисунок 33-Углы наклона растяжки для крепления от опрокидывания груза в продольном направлении

                       n Fпр (hцт -hупр ) - Qгр lпро
Rпро= ——————————————————--- , тс                                        (28)
                    nрпр (hр сos α сos βпр +lпрр sin α)

− в поперечном направлении (рисунок 34):

Рисунок 34-Углы наклона растяжки для крепления от опрокидывания груза в поперечном направлении

Рисунок 34-Углы наклона растяжки для крепления от опрокидывания груза в поперечном направлении

              n[Fп (hцт -hуп )+Wп (hнпп - hуп )] - Qгр bпо
Rпо = —————————————————––– , тс                                 (29)
                   пр(hр сos α сos βп +bпр sin α)

где: α - угол наклона растяжки к полу вагона;
βпр , βп - углы между проекцией растяжки на горизонтальную плоскость и соответственно продольной, поперечной осями вагона;
nрпр , nрп - число растяжек, работающих в одном направлении;
lпрр, bпр - расстояния от точки закрепления растяжки на грузе до вертикальных плоскостей, проходящих через ребро опрокидывания соответственно в продольном, поперечном направлениях, мм;
hр - высота точки закрепления растяжки на грузе относительно уровня пола вагона (подкладок), мм;
n – коэффициент запаса, величина которого принимается: n = 1,0 при ηпрп) =1,0-1,25; n= 1,25 при ηппр) < 1,0.

Продолжение инструкции: