Рассчёт крепления груза
Исходя из параметров цистерн, для перевозки может быть использована четырёхосная платформа грузоподъёмностью 63 т, имеющая тележки ЦНИИ-Х3. Длина базы 9.72 м, тара т, ширина м, длина м, высота ЦМ порожней платформы от уровня головок рельсов м, высота пола м, площадь боковой поверхности м2.
2. Определение места нахождения ЦМ груза
Место нахождения общего центра масс груза по длине, ширине и высоте и величину его смещения определим по следующим формулам:
а) в продольном направлении:
где – внутренняя длина вагона, мм; – расстояние от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм;
расстояния от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм; ,– масса соответствующего грузового места, т;
мм; ;
б) в поперечном направлении:
где – внутренняя ширина вагона, мм; – расстояние от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм;
– расстояния от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм;
мм; ;
в) в вертикальном направлении:
где – расстояние от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм; ,– расстояния от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм;
мм.
3. Определение загрузки тележек
Максимальная нагрузка на тележку вагона при наличии смещения ЦМ в случае размещения груза одним штабелем по длине вагона определяется по формуле:
где – общая масса груза в вагоне, т; – база вагона, мм; так как , то
т.
4. Определение устойчивости вагона относительно головки рельса
Вагон с грузом является устойчивым, если выполняются два условия:
1) высота общего ЦМ груза и вагона м;
2) общая наветренная поверхность вагона с грузом м2.
Общая высота ЦМ груза и вагона определяется по формуле:
где – общая масса груза в вагоне, т; – масса тары вагона; – высота над уровнем головки рельса ЦМ порожнего вагона;
мм; – условие выполняется.
Общая наветренная поверхность определяется по формуле:
где – площадь боковой поверхности платформы, при закрытых бортах м2; – площадь наветренной поверхности груза, м2;
где и – соответственно длина и высота единицы груза, м; – высота бортов платформы, м;
м2; м2; м2;
– условие выполняется.
Вывод: вагон с грузом относительно головки рельса является устойчивым.
5. Определение сил, действующих на груз
На груз действует 2 группы сил: сдвигающие и удерживающие. Точкой приложения всех сил будем считать ЦМ груза. Точкой приложения ветровой нагрузки примем геометрический центр наветренной поверхности груза.
Продольную инерционную силу определим по следующей формуле:
где – удельная величина продольной инерционной силы, тс/т;
где ,– удельные величины продольной инерционной силы при массе брутто 22 т и 94 т, тс/т, тс/т;
тс/т; тс/т;
тс/т; тс/т.
Поперечная инерционная сила определяется по следующей формуле:
где – удельная величина поперечной инерционной силы, тс/т;
где – расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;
тс/т; тс/т;
тс; тс.
Вертикальная инерционная сила определяется по следующей формуле:где – удельная величина вертикальной инерционной силы, тс/т;
где при опоре груза на один вагон ; – расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;
тс/т;
тс/т;тс/т.
Ветровая нагрузка W определяется по следующей формуле:
тс; тс.
Сила трения , действующая на груз в продольном направлении, определяется по формуле (подкладки прибиты к полу):
где – коэффициент трения стали по дереву, ;
тс.
Сила трения , действующая на груз в поперечном направлении, определяется по формуле:
где – коэффициент, принимаемый ;
тс;
тс.
6. Определение устойчивости груза от сдвига
Груз считается устойчивым от сдвига вдоль вагона, если выполняется условие:
– условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:
тс.
Груз считается устойчивым от сдвига поперёк вагона, если выполняется условие:
где n – коэффициент местных ТУ, для Зап.-Сиб. ж.д. n=1.25;
Для первой цистерны: – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:
тс.
Для второй цистерны: – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:
7. Определение размеров подкладок
Сечение подкладок принимаем равным 100*200 мм, длину, равную внутренней ширине платформы, – 2870 мм. Определим площадь соприкосновения подкладки с цистернами.
Суммарная расчётная нагрузка на подкладку составит:
Проекция необходимой площади опирания цистерны на подкладку:
где МПа – допускаемое напряжение смятия для ели и сосны;
м2; м2.
Поперечник выемки по продольной оси подкладок определим по формуле:
8. Выбор типа крепления
В соответствии с п. 1 главы 6 Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах закрепим данный груз следующим образом.
Для предотвращения сдвига в продольном направлении цистерны закрепим с торцовых сторон двумя упорными и двумя распорными брусками сечением 200*200 мм. Суммарное число гвоздей для крепления упорных и распорных брусков определим по формуле:
где – коэффициент трения между упорным бруском и полом вагона; – количество брусков, одновременно работающих в одном направлении; – допускаемое усилие на один гвоздь, для гвоздей диаметром 8 мм и длиной 250 мм тс.
гв.; гв.
Число гвоздей крепления распределяется по количеству используемых брусков равномерно.
Грузы цилиндрической формы подвержены перекатыванию. Их закрепляют от перекатывания совместно упорными брусками и обвязками. На каждую подкладку вплотную к грузу с обеих сторон уложим упорные бруски шириной 200 мм, длиной до конца подкладки и высотой 80 мм. Упорные бруски и подкладки крепим к полу платформы восемью гвоздями длиной 250 мм. Первую цистерну закрепим пятью обвязками, вторую цистерну закрепим двумя обвязками.
Продольные и поперечные усилия в обвязках рассчитаем по следующим формулам:
где D – диаметр цистерны, мм; – кратчайшее расстояние от ребра опрокидывания до проекции ЦТ на горизонтальную плоскость, мм; – перпендикуляр от ребра опрокидывания на обвязку или растяжку, мм; – количество обвязок; – расстояние от пола вагона или плоскости подкладок до точки приложения ветровой нагрузки, мм; – высота упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм;
Отрицательный знак в полученном результате говорит о том, что от поперечных сил дополнительных усилий в обвязках не возникает. Следовательно, дополнительного крепления не требуется.
Площадь сечения полосовых обвязок определим по формуле:
где R – нагрузка на обвязку, кгс; – допускаемое напряжение при растяжении, для Стали 30 кгс/см2.
см2; см2.
Исходя из полученного результата, выберем следующий тип обвязок: для первой цистерны - полосовые обвязки сечением 4*30 мм; для второй цистерны – полосовые обвязки сечением 6*40 мм.
9. Определение расчётной степени негабаритности
1. Определим высоты наиболее выступающей в бок точки груза относительно уровня головки рельса:
где – высота пола над УГР, мм; – высота подкладки, мм; – высота наиболее выступающей в бок точки груза над уровнем подкладок, мм.
мм; мм.
2. Определим ширину габарита погрузки на высоте :
мм; мм.
3. Сравним ширину груза и ширину габарита погрузки :
Для первой цистерны:
Для второй цистерны: – оба груза вписываются в габарит погрузки на прямом горизонтальном участке пути.
4. Определим отношение длины груза к базе вагона:
– груз недлиномерный и вписывается в габарит погрузки на кривых участках пути.