Turanov_Bondarenko_Vlasova_Kreplenie_gruzov_v_vagonakh
.pdfТаблица 10.4 Характеристика элементов крепления подставки поз.19
Поз. |
Обозначение |
Наименование |
Кол |
Примеч. |
|
|
|
шт. |
|
|
ГОСТ 8240-56 |
Швеллер |
|
|
|
|
Сталь прокатная |
|
|
|
|
Сортамент |
|
|
1п |
|
Швеллер №20 |
2 |
l=700 |
2п |
|
Швеллер №20 |
2 |
l=580 |
4п |
|
Швеллер №14 |
1 |
l=1350 |
5п |
|
Швеллер №20 |
1 |
l=1400 |
|
ГОСТ 19903-76 |
Листовая сталь. |
|
|
|
|
Б-ПН-0-30 |
|
|
3п |
|
Укосина. В Ст.з |
4 |
δ =10 |
|
|
ГОСТ 380-94 |
|
|
|
ГОСТ 8486-86 |
Пиломатериал |
|
|
6п |
|
Брусок 182х100 мм |
1 |
l=1400 |
Характеристику груза следует представлять в виде табл. 10.5.
Таблица 10.5
Характеристика груза
Стойка |
2 |
1050 |
1320 |
1320 |
660 |
2 |
|
4 |
Суппорт |
2 |
1410 |
1260 |
930 |
1500 |
1.7 |
|
3.4 |
Наиме- |
Коли- |
Длина, |
Ширина, |
Высота, |
Высота |
Еди- |
|
Общая |
нование |
чество, |
мм |
мм |
мм |
центра |
ницы |
|
|
|
шт. |
|
|
|
масс, |
|
54.4 |
|
|
|
|
|
|
мм |
Вес, тс |
||
200
11.КРЕПЛЕНИЯ ГРУЗОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
ИГРУЗОВ НА КОЛЕСНОМ ХОДУ28
FASTENINGS OF CARGOES OF CYLINDRICAL FORM AND CARGOES ON WHEELS CONCLUSION
Вданном разделе приведены формулы для расчета крепления грузов ци- линдрической формы и на колесном ходу с последующими их выводами, даны некоторые замечании по их выводу. Приведены численные примеры расчета
устойчивости и креплений грузов цилиндрической формы в вычислительной среде MathCAD.
11.1. При закреплении груза цилиндрической формы и грузов на колесном
ходу от перекатывания только упорными брусками необходимая высота упорных брусков в мм определяется по формулам:
● от перекатывания вдоль вагона (рис. 11.1) -
hупр = 0.5D(1− |
|
|
1 |
|
), |
[(41) ТУ] |
|
|
|
|
|||
|
+ (1.25aпр )2 |
|||||
1 |
|
|
|
|||
где D – диаметр круга катания груза в мм;
1.25 - коэффициент запаса устойчивости при перекатывании груза; апр – удельная продольная сила инерции на 1 тс веса груза при погрузке на
одиночный вагон в тс/тс, определенная по формуле (4) ТУ;
Рис.11.1. Крепление груза от перекатывания
упорными брусками
======================================================================
►Докажем вывод формулы (41) по ТУ.
Условия равновесия сил, действующих на груз, запишем в виде
åM o (P) = 0 : Fпрhпр ≤ Qгрlпро ,; |
(11.1) |
где hпр – плечо продольной силы инерции Fпр в мм: |
|
hпр = Rsinα |
(11.2) |
с учетом того, что R – радиус груза цилиндрической формы в мм;
28 Данный раздел написан старшим преподавателем УрГУПС Рыковой Л.А.
201
lопр – плечо силы тяжести груза Qгр в мм: |
|
lпро = Rcosα ; |
(11.3) |
Fпр - продольная сила инерции, определенная по формуле (3) ТУ, в тс; |
|
Подставляя (11.2) и (11.3) в (11.1), будем иметь |
|
Fпр Rsinα ≤ Qгр Rcosα . |
(11.4) |
Подставляя в (11.4) формулу (3) по ТУ с учетом коэффициента запаса устойчивости при перекатывании груза n (n = 1.25), получим
naпрQгр Rsinα ≤ Qгр Rcosα
или после несложных преобразований имеем
naпр ≤ ctgα . |
(11.5) |
Необходимую высоту упорного бруска, препятствующего от перекатывания груза вдоль вагона, определим, как
hупр = R − Rsinα = R(1− sinα ) . |
(11.6) |
Учитывая, что R = 0.5D (где D – диаметр груза, мм) и известное из тригонометрии со-
отношение
sin α = |
1 |
|
|
+ ctg 2α , |
(11.7) |
||
1 |
выражение (11.6) представим в виде
hупр = 0.5D(1− |
|
|
1 |
|
). |
|
|
|
|
||
|
+ ctg 2α |
||||
1 |
|
|
|||
Последнее соотношение с учетом неравенства (11.5) окончательно представим в виде
hпр = 0.5D(1− |
|
|
1 |
|
), |
(11.8) |
|
|
|
|
|||
у |
1 |
+ (naпр )2 |
|
|
||
|
|
|
|
|||
что и требовалось доказать.
=======================================================================
● ►от перекатывания поперек вагона (рис. 11.2)
hп = 0.5D(1− |
|
|
1 |
|
), |
[(42) ТУ] |
|
|
|
|
|||
у |
1 |
+ ε2 |
|
|
||
|
|
|
|
|||
где ε – безразмерная величина, определяемая как
202
|
aп + |
Wп |
||
|
Qгр |
|||
ε = |
|
|
||
0.8 |
− aв |
|||
|
||||
|
|
|
[(43) ТУ] |
|
с учетом того, что Wп – ветровая нагрузка, которая определяется по формуле (10) ТУ, тс; ап и ав – соответственно удельные поперечные и вертикальные си- лы инерции на 1 тс веса груза при погрузке на одиночный вагон в тс/тс, кото- рые определяются по формулам (7) и (10) ТУ; 0.8 = 1/1.25 (1.25 - коэффициент запаса устойчивости при перекатывании груза).
Рис. 11.2. Крепление груза от перекатывания
упорными брусками
======================================================================
►Докажем вывод формулы (43) по ТУ.
Условия равновесия сил, действующих на груз, запишется в виде
åM o (P) = 0 : (Fп +Wп )hп ≤ (Qгр − Fв )bпо , ; |
(11.9) |
где Fп - поперечная сила инерции, определенная по формуле (6) ТУ, в тс; |
|
hп – плечо поперечной силы инерции Fп и ветровой нагрузки Wп в мм |
|
hп = Rsinα ; |
(11.10) |
bоп – плечо силы тяжести груза Qгр в мм |
|
bо = R cosα ; |
(11.11) |
п |
|
Fв - вертикальная сила инерции, определенная по формуле (8) по ТУ, в тс. |
|
Подставляя (11.10) и (11.11) в (11.9), будем иметь |
|
(Fп +Wп )R sin α ≤ (Qгр − Fв )R cos α . |
(11.12) |
203
Подставляя в (11.12) формулу (6) и (8) по ТУ с учетом коэффициента запаса устойчи- вости при перекатывании груза n (n = 1.25), получим
n(aпQгр + Wп )R sin α ≤ (Qгр − aвQгр )R cos α
или после элементарных преобразований имеем
n(a |
п |
+ Wп ) ≤ (1− a )ctgα |
. |
(11.13) |
|
в |
|||
|
|
Qгр |
|
|
Необходимую высоту упорного бруска, препятствующего от перекатывания груза по- перек вагона, определим, как (см. формулу (11.6))
hуп = R(1− sinα) . |
(11.14) |
Подставляя выражения (11.13) в (11.7), а затем полученное соотношение в (15.14) и имея в виду, что R = 0.5D (где D – диаметр груза, мм), находим конечную аналитическую
формулу для определения необходимой высоты упорного бруска в виде
hуп = 0.5D(1− |
1 |
|
), |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
1+ ε2 |
|||||||
где ε – безразмерная величина |
|
|
|
|
||||
|
Wп |
|
|
|
|
|||
|
n(aп + |
) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||
ε = |
|
Qгр |
|
|
|
|||
1− aв |
|
|
||||||
|
|
|
||||||
или при n = 1.25 последнее равенство имеет вид
(aп + Wп )
ε = Qгр . 0.8(1− aв )
(11.15)
(11.16)
Выведенная формула (11.16) отличается от формулы (43) по ТУ, что и требовалось доказать.
======================================================================
Пример 1. Приведем пример расчета необходимой высоты упорного бру- ска от действия на груз продольной и поперечной сил.
1.1) Исходные данные.
Вес груза - Qгр = 60 тс; общий вес груза - Qогр = Qгр = 60 тс; длина, диаметр и высота груза в м Lгр = 12, Dгр = 2.9 и Нгр = 2.9.
1.2) Этим исходным данным, согласно формулам (11.5), (11.7), (11.9) и (11.3), (11.6), (11.8), (11.10),…,(11.12), соответствуют следующие результаты вычислений в вычислительной среде MathCAD:
204
1.3) Результаты расчетов необходимой высоты упорного бруска от дейст- вия на груз продольной и поперечной сил по формулам (41) ТУ и (10.15), (10.16) в виде макет-документов приведены ниже.
1.3.1) Расчет необходимой высоты упорного бруска от перекатывания вдоль вагона.
Отметим, что при заданных исходных данных получилась слишком боль- шая величина необходимой высоты упорного бруска, удерживающего груз от перекатывания вдоль вагона.
1.3.2) Расчет необходимой высоты упорного бруска от перекатывания по- перек вагона.
205
=======================================================================
10.2. Количество крепежных элементов (гвоздей) в шт. для закрепления
одного упорного бруска определяют по формулам:
● от перекатывания вдоль вагона -
|
F |
(1 |
- f |
tga) |
|
|
nгвпр = |
пр |
|
k |
|
, |
[(44) ТУ] |
|
n |
пр R |
|
|||
|
|
б гв |
|
|
||
где fk – коэффициент трения скольжения между упорным бруском и опорной поверхностью (полом вагона или подкладкой), к которой он прикреплен (дере- во по дереву fk = 0.45);
=======================================================================
►Докажем вывод формулы (44) по ТУ.
Перенеся результирующую силу (от составляющих сил Fпр и Qгр) по линии ее действия до пересечения с полом вагона (рис. 11.3), убеждаемся, что упорный брусок будет находить-
ся в равновесии при соблюдении условия
nпр nпр R |
гв |
³ F |
- F , |
(11.17) |
гв б |
пр |
тр |
|
где nпрб – количество упорных брусков, одновременно работающих в одном направлении, шт. (обычно nпрб = 1);
Rгв – допускаемое усилие на один гвоздь, тс, определяемое по таблице 22 ТУ; Fпр – продольная сила инерции в тс, определяемая по формуле (3) ТУ;
Fтр – сила трения в тс, определяемая в данном случае по формуле (11) ТУ.
206
Подставляя формулы (3) и (11) по ТУ в неравенство (11.17), будем
иметь
nгвпрnбпрRгв ³ aпрQгр - fkQгр
или после несложных преобразований получим
пр |
|
Qгр (aпр - fk ) |
|
|
|
nгв |
³ |
|
|
. |
(11.18) |
nпр R |
гв |
||||
|
|
б |
|
|
|
Рис. 11.3. К условию равновесия
упорного бруска
Выведенная формула (11.18) отличается от формулы (44) ТУ, что и требовалось до- казать.
=======================================================================
● от перекатывания поперек вагона –
п |
(Fп +Wп )(1− fktgα) |
|
|
|
nгв = |
|
|
. |
[(45) ТУ] |
п |
Rгв |
|||
|
nб |
|
|
|
=====================================================================
►Докажем вывод формулы (45) по ТУ.
Перенеся результирующую силу (от составляющих сил Fп, Wп и Qгр) по линии ее дейст- вия до пересечения с полом вагона (рис. 11.4), убеждаемся, что упорный брусок будет нахо-
диться в равновесии при соблюдении условия
nп nп R ³ (F +W ) - F п |
, |
(11.19) |
||
гв б гв |
п п |
тр |
|
|
где nпб – количество упорных брусков, одновременно работающих в одном направлении в шт. (обычно nпб = 1);
Fп – поперечная сила инерции в тс, определяемая по формуле (6) ТУ;
Wп – ветровая нагрузка, которая определена по формуле (10) ТУ с учетом того, что груз имеет цилиндрическую форму, и его наветренная поверхность в два раза уменьше- на в тс;
Fтрп – сила трения в тс, определяемая в данном случае
именно по формуле (12) ТУ.
Рис. 11.4. К условию равновесия
упорного бруска
Из соотношения (11.19) получим
|
(F +W |
) - F п |
|
|||
nгвп ³ |
п |
п |
тр |
. |
(11.20) |
|
n |
п |
|
||||
|
б |
R |
|
|||
|
|
|
гв |
|
||
207
Подставляя формулы (6) и (12) ТУ в неравенство (11.19), будем иметь |
|
|
|||||||||||
nп |
nп R ³ (a |
Q |
гр |
+W ) - f |
Q (1- a |
в |
) |
||||||
гв |
б |
гв |
п |
|
|
|
п |
k гр |
|
||||
или после несложных преобразований получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
é |
|
|
|
Wп |
|
ù |
|
|
|
|
|
|
Qгр ê(aп |
+ |
) - fk (1 |
- aв )ú |
|
|
||||||
|
|
Qгр |
|
|
|||||||||
|
|
|
ê |
|
|
|
|
ú |
|
|
|
||
nп ³ |
|
ë |
|
|
|
|
|
|
û |
. |
|
(11.20,а) |
|
|
|
|
|
|
|
nп R |
|
|
|||||
|
гв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
гв |
|
|
|
|
Выведенная формула (11.20) или (11.20,а) отличается от формулы (45) ТУ, что и требовалось доказать.
=======================================================================
Пример 2. Рассмотрим расчет количества крепежных элементов в шт. для закрепления одного упорного бруска.
2.1) Исходные данные. Основные исходные данные такие же, как и в при- мере 1.
Количество упорных (2 шт.) и распорных (2 шт.) брусков, одновременно работающих в продольном направлении - nбрпр = 4; количество упорных бру- сков, одновременно работающих в поперечном направлении - nбрп = 3.
2.2) Результаты расчетов количества крепежных элементов в шт. для за- крепления одного упорного бруска по формулам (11.18), (11.20) или (11.20,а) в виде макет-документов приведены ниже.
2.2.1) От перекатывания вдоль вагона.
208
2.2.2) От перекатывания поперек вагона.
По результатам расчетов видно, что формулы (11.20) и (11.20,а) равно- сильны.
======================================================================
11.3. В случае, когда крепление груза цилиндрической формы от перекаты- вания только упорными брусками невозможно либо нецелесообразно по техно- логическим причинам, допускается наряду с брусками применение обвязок или растяжек (рис. 11.5 и 11.6).
В этом случае высота упорных брусков должна составлять:
●для крепления от перекатывания в продольном направлении – не менее
0.1D;
●для крепления от перекатывания в поперечном направлении – не менее
0.05D.
Усилие в обвязке (растяжке) в тс определяют по формулам:
●для крепления в продольном направлении (см. рис. 11.5) –
|
1.25F |
(0.5D − hпр ) − Q |
lо |
|
||
Rпроб = |
пр |
|
у |
гр пр |
, |
[(46) ТУ] |
|
nпрb |
|
|
|||
|
|
об пер |
|
|
|
|
где nпроб, nпоб – количество обвязок, шт.;
209