12

Министерство образования Российской Федерации Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра организации перевозок и управления на транспорте

Расчет крепления грузов, перевозимых на открытом подвижном составе

Рекомендации к выполнению практических занятий и курсовому проектированию для бакалавров направления подготовки 23.03.01 «Технология транспортных процессов»

Издание СибГИУ Новокузнецк 2016

УДК 656.225

Изложены принципы и теоретические основы расчета крепления груза на открытом подвижном составе с примерами расчетов.

Предназначены для бакалавров направления подготовки 23.03.01 «Технология транспортных процессов».

Рецензент – кафедра горных машин и рудничного транспорта Сибирского Государственного Индустриального Университета (зав. кафедрой Л. С. Костерин)

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

1. Общие положения.

Правильный выбор способа размещения грузов в вагоне и надежность элементов крепления должны обеспечивать сохранность грузов при перевозке, безопасность движения поездов, наиболее полное использование грузоподъемности и вместимости подвижного состава, безопасность и механизацию погрузочно-разгрузочных работ.

В Технических условиях погрузки и крепления грузов (ТУ) физические единицы даны в системе МКГ СС. Так как в настоящее время осуществлен переход от единиц МКГ СС к международной системе СИ, то в настоящих методических указаниях применена система единиц СИ.

Решение задачи размещения и крепления грузов в вагоне выполняется в следующей последовательности:

• в зависимости от массы, конфигурации и размеров груза выбирается тип вагона;

• вычерчивается схема размещения груза в вагоне с указанием геометрических размеров и положения центра масс (ЦТ) каждого грузового места;

• проверяется соблюдение габарита погрузки и устанавливается степень негабаритности;

• определяется место нахождения общего ЦТ груза по длине и ширине вагона, рассчитывается высота над уровнем головок рельса (УГР), общего ЦТ вагона с грузом и проверяется загрузка тележек. При необходимости решается вопрос о перемещении или понижении ЦТ с целью соблюдения требований ТУ;

• при необходимости производятся расчеты по определению поперечной устойчивости вагона с грузом;

• рассчитывают значения сил, действующих на груз, и устанавливается необходимость крепления груза;

• выбирается тип крепления груза;

• рассчитываются усилия, возникающие в элементах крепления, и определяются параметры последних.

2. Размещение груза в вагоне.

Размещение и крепление грузов на открытом подвижном составе производится в точном соответствии с ТУ. Вагон для перевозки груза выбирается с учетом лучшего использования его грузоподъемности и вместимости, а так же полного обеспечения сохранности груза. Погруженный в полувагон или на платформу груз с учетом его упаковки и крепления должен находиться в пределах установленного габарита погрузки при условии нахождения вагона на прямом горизонтальном участке пути. При этом его длина не должна превышать величин, установленных в таблице 1.

Особенности размещения длинномерных грузов изложены в п. 6 ТУ. Степень негабаритности груза определяется путем сравнения координат точек, характеризующих положение наиболее выступающих частей груза, с координатами находящихся на той же высоте точек очертания габарита погрузки и предельных очертаний негабаритностей различных степеней (смотри приложение 1).

При размещении грузов тележки вагона должны быть загружены одинаково. Если это невозможно обеспечить, то допускается смещение общего центра масс грузов от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось вагона (смещение ЦТ вдоль вагона), на величины, указанные в таблице 2.

Поперечное смещение общего ЦТ грузов от вертикальной плоскости, в которой находится продольная ось вагона, допускается не более 100 мм.

В целях устранения негабаритности или улучшения использования грузоподъемности и вместимости вагонов в виде исключения для грузов, кроме обрессоренных и длинномерных, в зависимости от их суммарного веса допускается смещение их общего ЦТ вдоль вагона на величины, указанные в таблице 3, если поперечное смещение ЦТ не превышает 100 мм, и поперек вагона на величины, указанные в таблице 4, если при этом нет продольного смещения.

Разница в загрузке тележек четырехосных вагонов не должна превышать 100 кН; шестиосных – 150 кН; восьмиосных – 200 кН. Одновременно необходимо, чтобы нагрузка, приходящаяся на каждую тележку, не превышала половины грузоподъемности, установленной для вагонов данного типа, с учетом допускаемого перегруза.

Для выполнения расчетов по размещению и краплению грузов вычерчивается схема вагона с указанием необходимых размеров (рис. 1) и схема размещения грузов с учетом изложенных требований к положению ЦТ. Нагрузки тележек определяются из уравнения моментов в соответствии с рис. 2.

, (1)

тогда

(2)

Таблица 1 – Максимальные расстояния от середины вагона до конца груза.

Тип вагона	Максимальное расстояние, м	Вид сцепа	База сцепа, м	Максимальное расстояние, м
Платформа с базой, м 9,72 9,294	8,8 8,58	Сцеп из двух платформ с базой, м 9,72 9,294	14,62 14,194	11,84 11,6

Таблица 2 - Максимальные допускаемые продольные смещения общего ЦТ грузов в вагоне от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось вагона.

Масса груза, т	Максимальное допускаемое продольное смещение, м
	Четырехосный полувагон с базой 8650 мм	Четырехосная платформа с базой, мм
		9720	9294
до 40 45 50 55 60 65 70	1,081 0,960 0,865 0,550 0,1 0 –	1,215 1,080 0,970 0,618 0,162 0 –	1,161 1,032 0,929 0,422 0 – –

Таблица 3 – Максимальные допускаемые продольные смещения общего ЦТ грузов в вагоне от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось вагона, для четырехосных полувагонов и платформ с тележками.

Масса груза, т	Тип тележки	Масса груза, т	Тип тележки
	ЦНИИ-Х3		ЦНИИ-Х3
До 10 15 20 25 30 35 40	3000 2480 2230 2070 1970 1890 1840	45 50 55 60 62 67 70 и более	1800 1760 850 420 250 70 0

Рисунок 1 – Схема платформы с основными размерами

, (3)

где – соответственно нагрузки тележек А и Б, кН;

– база вагона, м;

– число грузовых мест, погруженных в вагон;

– сила тяжести i-го грузового места, кН;

– расстояние от точки А до проекции ЦТ грузового места на продольную ось вагона, м.

Порядок размещения груза на полу вагона определяется размерами его опорной поверхности. Груз может размещаться без подкладок и на подкладках. Грузы, имеющие значительную сосредоточенную массу, размещают на двух подкладках, уложенных поперек вагона симметрично относительно его середины.

Минимальное расстояние между продольными осями подкладок и вертикальной плоскостью В/2 (рис. 3), в которой находится поперечная ось вагона, смещение ЦТ и допускаемые нагрузки на каждую подкладку определяются в зависимости от ширины распределения нагрузки поперек вагона В, допускаемой скорости движения поезда и величины изгибающего момента .

Ширина распределения нагрузки на раму вагона

6

Рисунок 2 – Схема для определения нагрузок на тележки вагона и высоты центра массы вагона с грузом

Рисунок 3 – Схема для определения ширины погрузки

Рисунок 4 – Схема передачи нагрузки на раму вагона

, (4)

где – ширина груза в местах передачи усилия, мм;

– высота поперечной подкладки, мм.

Зная ширину распределения нагрузки и схему возможного нагружения рамы вагона (рис. 4), из приложения 2 находим величину изгибающего момента , а затем из выражений (5) определяем величину допускаемой нагрузки Р, приходящейся на раму вагона.

⁽⁵⁾

3. Проверка поперечной устойчивости вагона с грузом.

Проверка поперечной устойчивости вагона с грузом производится в случаях, когда высота ЦТ вагона с грузом более 2,3 м над УГР или боковая наветренная поверхность вагона с грузом более 50 .

Высота ЦТ вагона с грузом определяется из выражения

, (6)

где – тара вагона, кН;

– высота ЦТ вагона над УГР, м;

Устойчивость вагона с грузом обеспечивается, если выполняется неравенство:

, (7)

где – дополнительная вертикальная нагрузка на колесо от центробежных сил и сил ветра, кН;

– статическая нагрузка, передаваемая колесом на рельс, кН.

Величина определяется из выражения

, (8)

где – суммарная сила тяжести груза в вагоне, кН;

м – половина расстояния между кругами катания колесной пары;

– число колес вагона;

– равнодействующая сил ветра, действующая на части груза, выступающие за пределы кузова вагона, кН;

, (9)

где 0,5 – удельная ветровая нагрузка, кН/

– площадь наветренной поверхности груза,

– коэффициент обтекаемости, для грузов цилиндрической формы , для остальных грузов

– высота приложения W над УГР, м;

– момент, учитывающий воздействие ветра на кузов и тележки груженых вагонов и поперечное смещение ЦТ груза как следствие деформации рессор, кНм. Для четырехосных полувагонов – 56 кНм, шестиосных полувагонов – 83,6 кНм, четырехосных платформ – 33,4 кНм.

Величина статической нагрузки зависит от способа размещения груза в вагоне и определяется из выражений таблицы 5, в которых приняты следующие обозначения:

– число колес тележки вагона;

– нагрузка, приходящаяся на менее загруженную тележку

(10)

– поперечное смещение ЦТ груза от вертикальной плоскости, в которой лежит продольная ось вагона.

Таблица 4 – Наибольшие допускаемые поперечные смещения общего центра масс грузов, мм, от вертикальной плоскости, в которой находится продольная ось вагона, для четырехосных платформ и полувагонов с тележками.

Масса груза, т	Высота общего центра масс вагона с грузом над УГР,м	Тип тележки	Масса груза, т	Высота общего центра масс вагона с грузом над УГР,м	Тип тележки
		ЦНИИ-Х3			ЦНИИ-Х3
до 10 от 10 до 30 от 30 до 50	до 1,2 1,5 2,0 2,3 до 1,2 1,5 2,0 2,3 до 1,2 1,5 2,0 2,3	620 550 410 320 550 450 350 280 350 280 250 200	от 50 до 55 от 55 до 67 от 67 до 70 от 70 и более	до 1,5 2,0 2,3 до 1,5 2,0 2,3 до 2,3 до 2,3	220 170 150 130 140 120 23 0

Таблица 5 – Расчетные формулы для определения величины статической нагрузки.

Условия размещения груза в вагоне	ЦТ груза находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вагона	ЦТ груза смещен на величину от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вагона
ЦТ груза находится в вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона
ЦТ груза смещен от вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона