3.3. Определение устойчивости вагона с грузом от опрокидывания

Иногда возникает опасность поперечного опрокидывания вагона вместе с грузом. Это может произойти в тех случаях, когда общий центр масс вагона вместе с грузом находится на высоте более 2,3 м над УГР

Высоту общего центра масс вагона и груза определяли ранее по формуле (3).

В нашем примере, 1,55 м < 2,3 м – условие выполняется.

Поперечная устойчивость вагона с грузом при движении обеспечивается, если выполняется условие:

, (3.13)

где (Р_ц + Р_в) – дополнительная нагрузка на колесо от действия центробежных сил и ветровой нагрузки, тс;

Р_ст – статическая нагрузка от колеса на рельс, тс.

Статическая нагрузка Р_ст определяется по следующим формулам:

• при расположении центра тяжести груза на пересечении продольной и поперечной плоскостей симметрии вагона:

, тс; (3.14)

• при смещении центра тяжести груза только поперек вагона:

, тс; (3.15)

• при смещении центра тяжести груза только вдоль вагона – для менее нагруженной тележки:

, тс; (3.16)

• при одновременном смещении центра тяжести груза вдоль и поперек вагона – для менее нагруженной тележки:

, тс, (3.17)

где n_к – число колес грузонесущего вагона;

S = 790 мм – половина расстояния между кругами катания колесной пары вагона колеи 1520 мм.

Дополнительная вертикальная нагрузка на колесо вагона от действия центробежных сил и ветровой нагрузки определяется по формуле:

, тс, (3.18)

где W_п – ветровая нагрузка, тс (рассчитывается по формуле (3.10));

р – коэффициент, учитывающий ветровую нагрузку на кузов и тележки грузонесущего вагона и поперечное смещение ЦТ груза за счет деформации рессор (для платформ р=3,34, для полувагонов р=5,61);

h – высота над УГР точки приложения ветровой нагрузки, мм. Точка приложения определяется как геометрический центр наветренной поверхности груза, выступающей за пределы продольных бортов вагона (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Определение высоты точки приложения ветровой нагрузки

Статическая нагрузка Р_стопределяется по формуле 3.16, т.к. общий центр тяжести груза смещен только вдоль вагона (l_с= 633,33 мм,b_c= 0).

hздания = 2760 мм,hтр. станции = 2960 мм.

Рисунок 3.6 – Пример определения h для трансформаторной станции

- для здания

тс

< 0,55

- для трансформаторных станциях

< 0,55

Условие выполняется, следовательно, поперечная устойчивость вагона с грузом обеспечивается.

3.4. Расчет устойчивости груза от сдвига

Устойчивость груза в вагоне от сдвига проверяется по величине коэффициента запаса устойчивости, который определяется по формулам:

• в направлении вдоль вагона (рис. 3.7):

; (3.19)

Рисунок 3.7 – Варианты расположения упоров от опрокидывания груза в продольном направлении

• в направлении поперек вагона (рис. 3.8):

, (3.20)

где l^о_пр, b^о_п – кратчайшие расстояния от проекции ЦТ_гр на горизонтальную плоскость до ребра опрокидывания соответственно вдоль и поперек вагона, мм;

h_цт – высота ЦТ груза над полом вагона или плоскостью подкладок, мм;

h^пр_у, h^п_у – высота соответственно продольного и поперечного упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм;

h^п_нп – высота центра проекции боковой поверхности груза от пола вагона или плоскости подкладок, мм;

Рисунок 3.8 – Варианты расположения упоров от опрокидывания груза в поперечном направлении

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

Если при упругом креплении груза значение η_пр либо η_п составляет менее 1,25, устойчивость груза должна быть обеспечена соответствующим креплением:

• если значение η_пр либо η_п менее 0,8, а также если η_пр и η_п одновременно менее 1,25, груз следует перевозить с использованием специальных устройств (металлических кассет, каркасов и пирамид), конструкция и параметры которых должны быть обоснованы грузоотправителем;

• если значение η_пр либо η_п находятся в пределах от 0,8 до 1,0 включительно, то закрепление груза от поступательных перемещений и от опрокидывания рекомендуется выполнять раздельно, независимыми средствами крепления;

• если значение η_пр либо η_п 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.

Определим устойчивость груза в поперечном и продольном направлениях через коэффициент устойчивости и предварительно выберем вид крепления.

Здание:

• в направлении вдоль вагона

> 1,25

• в поперечном направлении (бруски для поперечного упора отсутствуют)

> 1,25

Т.к. коэффициент устойчивости, как в продольном, так и в поперечном направлении больше 1,25, то здание не требует закрепления от опрокидывания.

Трансформаторные станции:

• в продольном направлении

< 1,25 – условие не выполняется.

Для того чтобы трансформаторные станции не опрокидывались в продольном направлении, их можно объединить в одно место, т.к. их масса и размеры одинаковы, затем пересчитаем коэффициент устойчивости

> 1,25 – условие выполняется;

• в поперечном направлении

Тр. ст. 1:> 1,25;

Тр. ст. 2: > 1,25;

Тр. ст. 3: > 1,25.

Вывод: т.к. коэффициент опрокидывания, как в продольном, так и поперечном направлении больше 1,25, то нет необходимости дополнительно закреплять груз.