Turanov_Bondarenko_Vlasova_Kreplenie_gruzov_v_vagonakh

где h - плечо внешней силы в м.

Максимальное значение силы трения, согласно формуле (1.22) и второму выражению (1.29), имеет вид:

В неравенстве (1.31) отношение fk/h для большинства материалов значи- тельно меньше статического коэффициента трения f. Этим объясняется то, что в технике, когда это, возможно, стремятся заменить скольжение качением (ко- леса, катки, шариковые подшипники и т. п.).

Таким образом, при равновесии катка сила F должна удовлетворять усло-

виям (1.30) и (1.31).

При соблюдении этих условий не произойдет ни скольжение ни качение катка относительно опорной поверхности.

1.3. Основные формулы сопротивления материалов

Basic formulaу of strength of materials

В дисциплине “Крепление грузов в вагонах” и на практике разработки

схем размещения и крепления грузов в вагоне в основном выполняются проверочный расчет рамы вагона на прочность сравнением расчетного из- гибающего момента с допускаемыми значениями, приведенными в табли-

цах 15 и 16 п.6.5 ТУ [4].

При этом рама вагона рассматривается как простейшая однопролетная балка с двумя консолями (рис.1.30…1.34).

На практике разработки схем размещения и крепления грузов в вагоне наиболее часто встречаются следующие расчетные схемы:

- груз размещен симметрично относительно осей симметрии вагона на двух подкладках (рис.1.30);

50

Рис.1.30. Схема размещения груза

- груз размещен несимметрично относительно осей симметрии вагона на двух подкладках, т.е. lc > 0 и bc = 0 (рис.1.31);

Рис.1.31. Схема размещения груза

- груз размещен симметрично относительно осей симметрии вагона на по- верхность пола (т.е. без подкладки) (рис.1.32);

Рис.1.32. Схема размещения груза

- груз размещен симметрично относительно осей симметрии вагона на по- верхность пола (т.е. без подкладки) (рис.1.33);

Рис.1.33. Схема размещения груза

- груз длинномерный и размещен на сцепе с опорой на один вагон с ис- пользованием платформы прикрытия (рис.1.34);

51

Рис.1.34. Схема размещения груза

- груз длинномерный и размещен на сцепе с опорой на два вагона с исполь- зованием или без использования платформ прикрытия (рис.1.35).

Рис.1.35. Схема размещения груза

Для расчетной схемы размещения груза, показанного на рис. 1.30, где а = в: опорные реакции -

Для расчетной схемы размещения груза, показанного на рис. 1.31, где а < в: опорные реакции -

Для расчетной схемы размещения груза, показанного на рис. 1.32,а: опорные реакции -

Для расчетной схемы размещения груза, показанного на рис. 1.32,б: опорные реакции -

Для расчетной схемы размещения груза, показанного на рис. 1.33: опорные реакции -

RA = 0.5qlв ; RB = −0.5qlв ;

максимальный изгибающий момент -

Для расчетной схемы размещения груза с известным расположением цен- тра тяжести, показанного на рис. 1.34:

опорные реакции -

максимальный изгибающий момент -

Для того, чтобы определить высоту подкладок для последней схемы, по- требуется найти прогибы (деформации) на консолях (в точках C и E) и в точке D груза. Для этого можно воспользоваться, например, методом начальных пара- метров, известных из курса сопротивления материалов.

В расчетной схеме размещения груза, показанного на рис. 1.35, необходи-

мо обосновать правильность выбора местоположения подкладок и построить деформированный вид нижнего и верхних пакетов рельсов с целью выяснения необходимости установки скользунов. Такая задача может быть решена с ис- пользованием формул опорных моментов, выраженных через доли пролета и моментные фокусные отношения, известные из курса строительной механики, либо программой “POLUPROM”, разработанной кафедрой “САПР транспорт- ных конструкций и сооружений” МИИТа.

1.4. Статически определимые и статически неопределимые системы тел

Determinations static and indeterminations static bodies system

53

При изучении дисциплины “Крепление грузов на открытом подвижном со- ставе” часто приходится решать статически определимые и статически не- определимые задачи. В частности, задача определение усилий в гибких элементах креплений груза является статически неопределимой, а механи- ческая система «груз − крепления − вагон» − статически неопределимой системой.

При решении задач статики реакции внешних связей, как пассивные силы, всегда являются заранее неизвестными, число их зависит от числа и вида нало- женных связей.

Условия равновесия, в которые входят реакции внешних связей и которые служат для их определения, называют уравнениями равновесия. Задача стано- вится разрешимой лишь тогда, когда число уравнений равновесия будет равно числу неизвестных реакций, входящих в эти уравнения.

Задачи, в которых число неизвестных реакций связей равно числу уравне- ний равновесия, содержащих эти реакции, называются статически определен- ными, а системы тел (конструкции), для которых это имеет место - статически определимыми.

Например, горизонтальная балка, лежащая на двух опорах (рис.1.36), будет статически определимой, так как здесь две неизвестные реакции внешних свя- зей RA и RB входят в два уравнения равновесия плоской системы параллельных сил åFy = 0 и M0(F)= 0.

Рис.1.36. Статически определимая система

Задачи же, в которых число неизвестных реакций связей больше числа уравнений равновесия, содержащих эти реакции, называются статически не- определенными, а системы тел (конструкции), для которых это имеет место - статически неопределимыми. Разница между числом неизвестных реакций связей и числом уравнений равновесия называется степенью статически неоп-

ределимости.

Например, горизонтальная балка, лежащая на трех опорах (рис.1.37), будет статически неопределимой, так как здесь две неизвестные реакции внешних связей RA, RB и RЕ входят в два уравнения равновесия плоской системы парал- лельных сил åFy = 0 и M0(F)= 0. Такая задача является один раз статически не-

определимой.

54

Рис.1.37. Статически неопределимая система

Примером статически неопределенной задачи является определение натя-

жений (внутренних усилий) Si ( i = 1, n ) в гибких элементах креплений штучного груза, размещенного на открытом железнодорожном подвижном составе, при любом количестве n этих элементов креплений с учетом усилий предваритель- ных натяжений S0i, а механическая система «груз − крепления − вагон» − ста- тически неопределимой системой (рис.1.38).

В такой задаче гибкие элементы креплений штучного груза относительно боковой стороне груза и пола вагона размещаются пространственно и в ней число неизвестных реакций внешних связей и перемещений груза равно 8, чис-

ло гибких элементов креплений в зависимости от массы перевозимого груза может достигать от 4 до 24 и более. Число уравнений равновесия, как известно, равно 6. Неизвестными в этой задаче являются:

усилия в гибких элементах креплений в зависимости от массы перевозимо-

го груза, которые могут достигать от 4 до 24 и более – Si ( i = 1, n , где n – коли- чество гибких элементов креплений груза);

касательные составляющие реакций связей в виде силы трения Fтрх и Fтру, направленные противоположно перемещениям груза по продольной и попереч- ной оси вагона (2 неизвестных);

нормальная составляющая реакций связи N и координаты точки ее прило- жения относительно оси симметрии вагона xN и yN (3 неизвестных);

Рис.1.38. Схема размещения штучного груза на платформе

55

сдвиг груза вдоль и поперек вагона x и y, а также поворот груза вокруг вертикальной оси Δϕ (3 неизвестных).

Втакой задаче степень статической неопределимости механической сис- темы “груз – крепление – вагон” не может быть определена заранее, а может быть определена лишь при рассмотрении конкретной схемы размещения и кре- пления груза.

Для решения такой задачи необходимо рассмотрение ее физической (закон Кулона) и геометрической сторон (закон Гука).

Задача определения усилий в гибких элементах креплений, в зависимости от числа неизвестных, возможно, аналитически станет неразрешимой. Здесь вполне возможно привлечение численного метода решения таких задач.

Определения усилий в гибких элементах крепления грузов на открытом подвижном составе представляет собой достаточно сложную и до настоящего времени в полном объеме не решенную прикладную задачу.

Втехнических условиях размещения и крепления грузов в вагонах и кон- тейнерах (ТУ) определение усилий в такой системе сведено к решению стати- чески определимой задачи. В результате натяжения во всех гибких элементах

креплений штучного груза независимо от их расположения относительно пола

вагона получаются одинаковыми. Это не соответствует основным принципам решения статически неопределимой задачи в механике13 из-за того, что в ме- ханической системе “груз – крепление – вагон” для определения усилий в эле-

ментах креплений груза использованы только уравнения равновесия плоской системы сил.

13 Беляев Н.М. Сопротивление материалов. − М.: Наука, 1976. − 608 с. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Т.I. − М.:

Наука., 1975. − 832 с.

56

II. ТЕОРИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ ГРУЗОВ В ВАГОНАХ

THEORY OF ALLOCATION AND FASTERNING CARGOES IN

WAGONS

Данный раздел посвящен практическому использованию, анализу и совер- шенствованию действующего ТУ [2], а также разработке усовершенстованной

методики расчета усилий в гибких элементах креплений груза как статической неопределимой механической системы “груз-крепление-вагон”.

Практическая ценность данного раздела состоит в том, что в нем:

-приведены конкретные значения продольного и поперечного смещений груза, соответствующих определенному весу груза, а также максимально до-

пускаемых расстоянии между продольной осью подкладки и поперечной осью симметрии платформы, расположенных в пределах или же за пределы базы платформы, результаты которых заменяют данные таблиц 10, 11, 13, 14 и 15 ТУ без применения метода линейной интерполяции, что сокращает затраты време- ни на расчет грузоотправителей;

-в каждом разделе в качестве примеров приводятся промежуточные и окончательные результаты расчетов крепления грузов с применением ЭВМ. В этом смысле можно отметить, что данное пособие, несомненно, имеет практи-

ческую полезность для работников служб и отделов грузовой и коммерческой работы дорог и отделений.

2. ВЫБОР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ГРУЗОЗАХВАТНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

SELECTION OF THE ROLLING-STOCK AND LOAD HAND FIXTURE

Приведены выбор подвижного состава и грузозахватного приспособления при переработке тяжеловесного груза.

2.1. Выбор подвижного состава

Selection of the rolling-stock

Средствами перевозок тяжеловесных грузов являются: открытый подвиж- ной состав (ОПС) (платформа, полувагон) и автомобили (прицепы, полуприце- пы). Так, например, железобетонные конструкции перевозят на ОПС и укла- дывают на две поперечные деревянные прокладки. Например, для перевозки таких грузов используется четырехосная платформа модели 13-4012 со сле- дующими техническими данными: грузоподъемность 71 тс, тара Qт = 21.4 тс, общая длина по осям автосцепок 14620 мм, база вагона lв = 9720 мм (это рас-

стояние между направляющими сечениями, за которое принимается расстоя- ние между вертикальными осями подпятников тележек), внутренние размеры

– ширина 2770 мм, длина 13380 мм; высота пола от уровня головок рельсов (УГР) 1310 мм, высота центра тяжести в порожнем состоянии 800 мм [2].

57

2.2. Выбор грузозахватного приспособления

Selection of the load fixture

В качестве грузозахватных приспособлений при перегрузке тяжёловесных грузов козловыми (мостовыми) и стреловыми кранами на грузовых дворах или пунктах должны применяться различные типы стропов, автоматические и по- луавтоматические захватные устройства и др. Эти приспособления должны со- ответствовать массе и форме перегружаемых грузов.

При переработке тяжеловесных грузов часто применяют простейшие при- способления – стропы, изготовляемые из стальных и пеньковых канатов. Стро-

пы из стальных канатов изготавливают сплетением их концов в виде отдельных кусков с устройством на одном конце коуша, а на другом – крюков (рис. 2.1).

Например, при перегрузке железобетонных изделий в качестве захватных приспособлений используют универсальные стропы, траверсы с многоветве- выми стропами для длинномерных изделий, клещевые, лапчатые, вакуумные захваты и другие грузозахватные приспособления.

Рис.2.1. Петлевой (а) и четырёхветвевые (в) стропы с коушем на одном конце и крюками на другом: 1 - коуш, 2 - петлевой трос, 3 – крюки.

Петлевые тросы применяют для застропки грузов, не имеющих грузовых петель (проушин).

2.3. Подготовка вагона и груза к перевозке

Preparation of a wagon and cargoes for transportation

Подготовка вагона к перевозке должна строго соответствовать требовани- ям п.3 главы 1 ТУ, а подготовка грузов к перевозке - требованиям п.5 главы 1 ТУ.

В целом, подвижной состав, подаваемый железной дорогой под погрузку, должен отвечать требованиям безопасности движения и сохранности груза. По- этому Устав обязывает подавать под погрузку исправные и годные для пере- возки данного рода груза вагоны и контейнеры. Они должны быть очищены от остатков ранее перевезенного груза и мусора.

58

На станциях каждый подаваемый под погрузку вагон осматривают в тех-

ническом и коммерческом отношениях.

Технический осмотр вагонов осуществляют работники службы или отдела вагонного хозяйства (т. е. осмотрщики вагонов). Они определяют техническую исправность ходовых частей, автосцепных устройств, рамы, кузова, пола, бор- тов, запорных устройств и др. элементов вагона. Результаты осмотра записы- вают в Книгу предъявления вагонов к техническому осмотру (форма ВУ-14).

Коммерческий осмотр вагонов должен гарантировать сохранность груза в пути следования. Исправность вагонов для перевозки, например, тяжеловесных грузов, в коммерческом отношении характеризуется:

-качеством очистки от ранее перевезенного груза;

-полным закрытием и надежностью закрепления люков;

-исправностью увязочных устройств.

59