Turanov_Bondarenko_Vlasova_Kreplenie_gruzov_v_vagonakh

4.3.1.2. Аналогично (п.8.3.1.1) выполнен регрессионный анализ допускае-

мого значения изгибающего момента [М]и (тс×м) на раме полувагона в зависи- мости от ширины распределения нагрузки Вн, результаты которых следует использовать вместо данных табл. 15 по ТУ. Результаты такого анализа приве- дены ниже.

90

91

Таким образом, результаты регрессионного анализа дали возможность по- лучить конкретные допускаемые значения изгибающего момента на раме полу-

вагона и платформы при различных значениях ширины распределения нагрузки

Вн.

Для удобства работы грузоотправителей по разработке способа размеще- ния и крепления груза в вагоне рекомендуем практически применять результа- ты вычислений, приведенных в табл. п.2.2 и 2.3.

92

4.4.О допускаемых нагрузках на поперечную балку

ина поверхности люка полувагона

About permissible loads on transverse beam and on surfaces of on open wagon

4.4.1. Максимально допускаемые значения нагрузки на поперечные балки четырехосных полувагонов приведены в табл. 16 по ТУ (только для вагонов по-

стройки с 01.01.1974 г.).

Таблица 16 по ТУ

Допускаемые значения нагрузки на одну поперечную балку полувагона, тс

Здесь Q* грузоподъемность вагона, тс.

4.4.2. При размещении груза в полувагоне (п.6.6 главы 1, С.32 ТУ):

●удельная нагрузка на участок поверхности люка размером 25х25 см2 должна быть не более 368 кПа (36.8 тс/м2 или 3.68 кгс/см2);

●равномерно распределенная нагрузка по всей поверхности люка должна быть не более 60 кН (6 тс).

Нарушение положений п.6.6 главы 1 ТУ приводит к угрозе безопасности движения поездов (рис.8.10).

На рис. 4.10,а,б показан развал груза (рулонного листа с весом 11.4 тс) в результате разрыва концевой части гофров люка полувагона, который произо- шел в результате нарушения необоснованного выбора толщины подкладок, уложенных вдоль полувагона, и размещения грузов в полувагоне и допущенных ошибок при расчете крепления груза (п.6.6 главы 1 ТУ);

●суммарная нагрузка, передаваемая через подкладки на люк вагона при размещении груза на двух подкладках длиной не менее 1250 мм, уложенных поперек гофров на расстоянии не менее 700 мм друг от друга и на равных рас- стояниях от хребтовой балки и боковой стены вагона, должна быть не более 60 кН (6 тс);

●при размещении груза на подкладках, расположенных поперек рамы ва-

гона на двух люках между гофрами с одновременным опиранием на хребтовую балку и на полки продольных угольников нижних увязочных устройств полува- гона, суммарная нагрузка, передаваемая через одну подкладку на пару люков, не должна превышать 83 кН (8.3 тс). Допускается на одной паре люков уста- навливать несколько таких подкладок, при этом суммарная нагрузка на под- кладки не должна превышать 120 кН (12 тс) [4].

93

Рис.4.10,а. Развал рулонного листа в полувагоне (вид со стороны роспуска полувагона с горки)

Рис.4.10,б. Развал рулонного листа (вид с передней стороны полувагона)

94

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ГРУЗ18

DETERMINATION OF FORCES ACTING ON CARGO

5.1. Продольная динамическая сила

Longitudinal dynamic force

Продольная сила инерции в тс определятся по формуле

где Qгр – веса груза, тс;

=============================================================

Замечание, сделанное к.т.н., доцентом МИИТ Бондаренко А.Н. Сила инерции опреде-

ляется согласно основному закону динамики как

В соответствии с этим коэффициент перед величиной веса груза можно рассматривать как долю действующего ускорения от ускорения свободного падения или как долю веса гру- за, принимаемая за силу инерции (безразмерная величина).

============================================================

апр – удельная продольная сила инерции на 1 тс веса груза при погрузке на одиночный вагон, тс/тс (т. е. величина безразмерная)

с учетом того, что в ней а22 и а94 – значения удельной продольной силы инер- ции в зависимости от типа крепления и условий размещения груза (с опорой на один вагон и с опорой на два вагона (см. таблицу 17 по ТУ)) при весе брутто соответственно: одиночного вагона 22 тс и 94 тс; сцепа двух грузонесущих ва- гонов - 44 тс и 188 тс; Qогр – общий веса груза в вагоне, тс. Например, при упру- гом креплении для одиночного вагона а22 = 1.2 и а94 = 0.97, для сцепа двух гру-

зонесущих вагонов а44 = 1.2 и а188 = 0.86, а при жестком креплении - для оди- ночного вагона а22 = 1.9 и а94 = 1.67, для сцепа двух грузонесущих вагонов а44 =

1.9 и а188 = 1.56.

18 Данный раздел полностью написан к.т.н., доцентом МИИТ Бондаренко А.Н.

95

=============================================================

Бондаренко Анатолий Николаевич (1942 г. р.) окончил Ха-

баровский институт инженеров железнодорожного транспорта в

1964 г.

Кандидат технических наук (1972), доцент (1975).

Область научных исследований – численные методы в меха- нике деформируемых твердых тел (МКЭ, сплайн-аппроксимации), обработка экспериментальных данных (фотоупругость, гологра- фия, спекл-интерферометры), информационные методы в образо- вании (теоретическая механика, теория механизмов и машин), не- разрушающий контроль (акустическая эмиссия).

Имеет более 170 научных работ в указанных областях, в виде статей в периодической печати и материалах конференций, симпо- зиумов и съездов международных уровней, в том числе 5 учебных

пособии (по теории механизмов и машин и теоретической механике) для студентов машино-

строительных специальностей политехнических университетов по выполнению курсовых заданий, проектов и дипломных работ.

=============================================================

Замечание, сделанное доцентом МИИТ Бондаренко А.Н.Теоретически можно показать,

что упругость связей и масса груза не влияют на величину максимального ускорения груза, а влияют только на частоту собственных колебаний, возникающих вследствие возникнове- ния переносного ускорения. Максимальная скорость движения и максимальное перемещение груза зависят от упругости связей и массы груза. Таким образом, максимальная сила инерции не должна зависеть от упругости связей, но зависит от массы груза, как это и должно быть. Но это касается обычной силы инерции, а не удельной. Удельная сила инерции, использо- ванная в формулах (3), (4) по ТУ, не должна зависеть от массы груза, тем более от общего веса системы – веса вагона брутто.

При рассмотрении движения системы вагон-груз с использованием теоремы о движе-

нии центра масс и предположении об обратно пропорциональной зависимости ускорений груза и вагона в зависимости от масс груза и вагона можно получить формулу для относи-

тельного ускорения

где aС – ускорение центра масс, которое можно найти через вектор внешних сил и массу всей системы (вагон – крепление - груз). При такой постановке на величину относительного уско- рения влияют массы вагона и груза. Этот результат не противоречит предыдущему выводу о независимости ускорения от масс, так как в этом выводе предполагалось, что вагон имеет заданное ускорение.

В таблице 17 по ТУ на основании проведенных экспериментов неявным образом учи- тывается влияние силы сцепления на движение груза, в этом случае действительно возможно уменьшение сдвигающей силы (сдвигающей силы, а не силы инерции).

Исходя из этого покажем вывод формулы (4) ТУ.

Принимая к использованию данные таблице 17 по ТУ, следует заметить, что формула

(4) ТУ не является корректной для определения промежуточных значений удельной про- дольной силы, если, конечно, в ней не заложены какие-то другие, неведомые нам соображе- ния. Если эта формула вычисляет интерполяционные значения (линейная интерполяция, см. рис. 5.1), то она должна иметь следующий вид

96

aпр = a22 − (Qбр −−Qбр22 ) (a22 − a94 ).

Qбр94 Qбр22

(5.4)

Формула (5.4) совпадает с формулой (10.4) по ТУ только в том случае, если Qбр22 соответствует весу по- рожнего вагона, тогда разность Qбр – Qбр22 будет равна

общему весу груза Qгро , а Qбр94 – Qбр22 = 72, что и тре-

бовалось доказать.

Рис.5.1. Линейная интерполяция

5.2. Поперечная динамическая сила

Transverse dynamic force

Поперечная сила инерции в тс определятся по формуле

где ап – удельная поперечная сила инерции на 1 тс веса груза при погрузке на одиночный вагон, тс/тс (т. е. величина безразмерная):

с учетом того, что в ней lв – база вагона, мм (lв =9720 мм); lгр = lс – расстояние от центра тяжести груза (ЦТгр) до вертикальной плоскости, проходящей через по-

перечную ось вагона, мм (для рассматриваемого примера (см. рис.5.2) задан-

ная величина. В случае, когда в вагоне следует разместить несколько грузов, то lгр (или lс ) определяет расчетом).

Для длинномерных грузов, перевозимых на сцепах с опорой на два вагона, принимается ап = 0.40 тс/тс.

=============================================================

Замечание, сделанное доцентом МИИТ Бондаренко А.Н. Никакими известными теоре-

тическими выкладками нельзя объяснить такую зависимость удельной поперечной силы от положения центра тяжести груза вдоль продольной оси вагона. Видимо, приведенные цифры получены из экспериментальных исследований, в которых сделана попытка учета влияния силы сцепления от действия вертикальных сил инерции, например, при галопировании ваго- на на величину сдвигающей силы. Вследствие уменьшения силы сцепления увеличивается сдвигающая сила от действия поперечных сил инерции.

97

Если сделанное предположение (см. замечание) относительно учета уменьшения сил сцепления верно, то при вычислении удельной поперечной силы следует иметь в виду, что уменьшение сил сцепления происходит только по одну сторону от вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, в каждой отдельной фазе. По другую сторону происходит увеличение силы сцепления и для грузов, находящихся в этой стороне, следует использовать значения, приведенные для груза, центр тяжести которого лежит в плоскости, проходящей через поперечную ось вагона. Таким образом, эпюра распределения интенсив- ности удельных поперечных сил инерции должна выглядеть, как показано на рис. 9.2.

Таким образом, для определения поперечных сил инерции необходимо вычисление относитель- ных координат центров тяжести единиц груза (см.

табл. 5.1).

Напомним, что поперечные силы инерции зависят от расположения центра масс отно- сительной поперечной оси вагона.

5.3. Вертикальная динамическая сила

Vertical dynamic force

Вертикальная сила инерции в тс определятся по формуле

где ав – удельная вертикальная сила на 1 тс веса груза, тс/тс (т. е. величина без- размерная)

с учетом того, что в ней при погрузке с опорой на один вагон k = 5·10-6, с опо- рой на два вагона - k = 20·10-6. В случаях загрузки вагона грузом с весом менее 10 тс принимают Qогр = 10 тс.

98

=============================================================

Замечание, сделанное доцентом МИИТ Бондаренко А.Н. Как видно из структуры фор-

мулы, первый и третий слагаемые учитывают вертикальные поступательные колебания ваго- на, а второе слагаемое учитывает вращательные колебания вагона относительно поперечной оси (галопирование). В связи с этим при использовании формулы (9) по ТУ следует lгр рас- сматривать как координату центра тяжести груза с учетом знака. Эпюра распределения сил инерции при наличии обоих видов колебаний имеет вид трапеции (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Эпюра распределения вертикальных сил инерции

Правильная запись эмпирической формулы (формула (9), С.42 по ТУ), при скорости движения 100 км/ч) при учете гало-

пирования должна выглядеть следующим образом

Рис. 9.3. Эпюра распределения

вертикальных сил инерции

Для примера, результаты вычисления с использованием формулы (10.5) вертикальных сил инерции приведены в табл. 5.2.

Вычисленные вертикальные силы инерции, действующие на подкладки, прикладыва- ются в тех же точках, что и горизонтальные поперечные силы инерции (учитывая, что попе-

речные силы инерции зависят от расположения центра масс относительной поперечной оси вагона).

=============================================================

5.4. Ветровая нагрузка

Wind load

Ветровая нагрузка в тс определятся по формуле

где 0.05 – удельное давление ветра на наветренную поверхность груза в тс/м2 (что примерно соответствует давлению на поверхность груза при скорости вет-

ра 38 м/с);

Aп – площадь (англ. - Area) наветренной поверхности груза (проекции по- верхности груза, выступающей за пределы продольных бортов платформы либо боковых стен полувагона, на продольную плоскость симметрии вагона) в м2.

99