3. Силы трения и ветровая нагрузка. Определение суммарных сил, действующих на груз

Поступательному перемещению груза по поверхности кузова или других грузов препятствует сила трения, которая зависит от многих факторов, в том числе от состояния, размеров и температуры соприкасающихся поверхностей, давления, скорости перемещения. Сопротивление, возникающее при перемещении груза по полу кузова (прицепа, полуприцепа), зависит не только от материалов соприкасающихся поверхностей, но и в значительной степени от их состояния: загрязненности, покрытия смазкой и др. Загрязнение соприкасающихся поверхностей смазочными маслами, жирами, мазутом, а также их увлажнение и обледенение резко снижают силу трения. В связи с этим следует тщательно очищать поверхности груза и кузова, посыпать их песком, а также использовать другие средства, увеличивающие трение между грузом и кузовом.

Силу трения определяют умножением коэффициента трения на массу груза. Однако значения коэффициента трения скольжения, приводимые в различных справочниках, не учитывают особенностей перевозки грузов автотранспортом, когда в условиях одной перевозки контактирующие поверхности кузова и груза могут иметь различную влажность и подвергаться воздействию положительных и отрицательных температур. Нормативные значения коэффициента трения для различных пар трения применительно к условиям перевозок грузов устанавливают на основе лабораторных и натурных испытаний.

Ветровая нагрузка, испытываемая грузом, зависит от скоростного напора воздуха, размеров поверхности груза и ее состояния (конфигурации). В расчетах крепления груза действие ветра учитывается только в направлении поперек пути. При этом ветровая нагрузка принимается нормальной к поверхности груза и определяется из расчета давления ветра 500 Н/м².

Виброзащиту перевозимых грузов от воздействий вибраций, вызываемых неровностями дороги, обеспечивает эксплуатационное свойство автомобиля (автопоезда), называемое плавностью хода. Показателями виброзащиты передней и задней частей подрессоренной массы автомобиля являются среднеквадратичные значения вертикальных ускорений на всей полосе частот от 0,7 до 22,4 Гц. Обобщенными показателями плавности хода по всей совокупности испытательных типов дорог являются среднеквадратичные ускорения. При сравнительной оценке плавности хода автотранспортного средства руководствуются положением о том, что по сохранности груза при движении с предельными скоростями лучшим считается автотранспортное средство с более низким значением показателя виброзащиты задней части подрессоренной массы.

Продольные, поперечные, вертикальные инерционные силы, силы давления ветра и силы трения во время перевозки грузов достигают максимальных значений не одновременно.

По этой причине силы, действующие на груз при перевозке, учитывают в двух сочетаниях (для расчета крепления): первое соответствует троганию с места и торможению при малых скоростях движения, а второе – движению с наибольшей допускаемой скоростью. В первом сочетании учитывается действие на груз продольных инерционных сил и сил трения, а во втором – поперечных и вертикальных инерционных сил, ветровой нагрузки и сил трения.

Для определения сил, действующих на грузы различных массы и размеров, установим удельные значения сил: инерционных – на 1 т груза, силы ветра на 1м² поверхности, подверженной его воздействию. Точкой приложения продольных, поперечных и вертикальных инерционных сил является центр масс груза, точкой приложения ветровой нагрузки – центр тяжести площадки, подверженной воздействию силы ветра.

Продольную инерционную силу, действующую на груз, определяют из выражения

,

где – удельная продольная инерционная сила; может нормироваться в зависимости от различных типов крепления и основных видов автотранспортных средств.

Поперечную инерционную силу с учетом действия центробежной силы вычисляют по формуле:

,

где ,,– удельная поперечная инерционная сила, если центр масс груза расположен соответственно в вертикальных плоскостях, в плоскостях, проходящих через середину и оси транспортного средства; величиныиопределяются для максимальных скоростей движения с учетом типа подвижного состава;– база автотранспортного средства, м; – расстояние между центром масс груза и вертикальной плоскостью, в которой находится поперечная ось автотранспортного средства, м.

Вертикальная инерционная сила:

,

где – удельная вертикальная сила.

При скорости 90 км/ч: ;

где – коэффициент, зависящий от способа размещения груза, скорости движения (=9 Н); – общая сила тяжести груза в автотранспортном средстве, кН.

Сила трения:

• при первом сочетании сил (в продольном направлении):;

• при втором сочетании сил (в поперечном направлении):

,

где и– коэффициенты трения вдоль и поперек кузова.

Ветровая нагрузка:

,

где – аэродинамический коэффициент, учитывающий степень обтекаемости груза воздухом (для плоских поверхностей =1, для цилиндрических=0,5); = 500 Н/м² – расчетное давление ветра; – площадь проекции поверхности груза, подверженной воздействию ветра, на вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось транспортного средства, м².

Задача № 1.

Определить массу груза и сжимающее усилие на барабан, если толщина дна барабана 4 мм, крышки и стенки – 3 мм. Наружный диаметр барабана равен 320 мм, наружная высота 360 мм; плотность груза 0,72 т/м³ (720 кг/м³). Барабаны находятся в штабелях 10 сут, высота штабеля 3 м.

Решение. Сжимающее усилие на барабан определим по формуле (3)

Р_{сж. б} = 0,25 · К₃ · g · π · d²_в · ρ_о · H,

Р_{сж. б} = 0,25 · 1,6 · 9,8 · 3,14 [0,32 – (0,003 + 0,003)]² · 720 · 3 = 2620 Н/м.

Масса груза составляет Q = 0,25 · π · d²_в · h_в · ρ_о,

Q = 0,25 · 3,14 · (0,32 – 0,006)² · (0,36 – 0,004 – 0,003) · 720 = 19,7 кг.

Задача № 2.

Определить внутренний диаметр барабана, если плотность груза 0,85 т/м³ (850 кг/м³), жесткость картона по кольцу 1,2 Н/мм (1,2·10³ Н/м), коэффициент жесткости клеевого слоя К_кл = 1,1 , высота штабеля 2,8 м, количество слоев картона n = 3, время хранения барабанов в штабеле 20 сут.

Решение.

По формуле Р_сж ^сопр = К_кл · π · d_в · μ · n ,

- внутренний диаметр барабана равен d_в = Р_сж ^сопр / (К_кл · π · μ · n).

При выполнении условия Р_сж ^сопр = Р_сж.б :

0,25 · К₃ · g · π · d²_в · ρ_о · H = К_кл · π · d_в · μ · n;

0,25 · К₃ · g · d_в · ρ_о · H = К_кл · μ · n; d_в = К_кл · μ · n / (0,25 · К₃ · g · ρ_о · H),

d_в = 1,1 · 1,2 · 10³ · 3 / (0,25 · 1,6 · 9,8 · 850 · 2,8) = 0,4245 м = 424,5 мм.