Turanov_Bondarenko_Vlasova_Kreplenie_gruzov_v_vagonakh

3. РАЗМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ В ВАГОНЕ

ALLOCATION OF CARGOES IN A WAGON

В данном разделе приведены технические требования на размещения гру-

зов в вагоне и результаты регрессионного анализа продольного и поперечного смещений общего центра тяжести груза в вагоне по данным табл. 10 и 11 по ТУ с использованием пп.6.1…6.3 главы 1 ТУ [2].

3.1. Технические требования к размещению грузов в вагоне

Technical requirements of allocation of cargoes in a wagon

3.1 Размещения грузов в вагоне должно строго соответствовать требовани- ям п.6 главы 1 ТУ [2].

3.1.1.Вес размещаемого в вагоне груза с учетом веса элементов его креп- ления не должен превышать трафаретной грузоподъемности груза.

3.1.2.Выход в продольном направлении крайней точки груза по его длине за пределы концевой балки кузова вагона должен быть не более 400 мм.

3.1.3.При размещении грузов общий центр тяжести грузов (ЦТогр) должен

располагаться на линии пересечения продольной и поперечной осей симметрии вагона.

В исключительных случаях, когда данное требование невыполнимо по ряду причин, например, при разработке схемы уплотненной погрузки грузов, когда геометрические и массовые параметры грузов различные, что оказывает непо-

средственное влияние на схему размещения и крепления, допускается смеще- ние ЦТогр относительно осей симметрии вагона, величины которых теоретиче- ски обоснованы и экспериментально подтверждены д.т.н., профессором П.С. Анисимовым14:

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

Анисимов Петр Степанович (1932 г.р.) – ученый в области железно- дорожного транспорта, д.т.н., профессор, заслуженный работник транс- порта РФ, лауреат премии Совета Министров СССР (разработка техноло-

гии перевозок тяжеловесных и крупногабаритных грузов на открытом подвижном составе), почетный железнодорожник, почетный работник профессионального высшего образования России, почетный профессор МИИТ. Научные труды посвящены динамике и конструкции вагонов, взаимодействию вагонов с верхним строением пути и автотормозом.

Имеет свыше 150 научных работ в указанной области, в том числе 4 монографии, 3 патента РФ на изобретения, 2 учебника и 5 учебных пособий для вузов же- лезнодорожного транспорта. Подготовил 9 кандидатов и 1 доктора технических наук.

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

14 Анисимов П.С. Безопасность движения открытого подвижного состава при несимметричном размещении тяжеловесных и крупногабаритных грузов. Дисс. на соиск.

уч. степени докт. техн. наук. - М.: МИИТ, 1988. – 608 с.

60

3.1.3.1. Допускаемая величина смещения ЦТогр в продольном направлении lc (относительно поперечной оси симметрии вагона) в зависимости от общего веса груза в вагоне определяется в соответствии с табл. 10 по ТУ.

3.1.3.2. Допускаемая величина смещения ЦТогр в поперечном направлении bc (относительно продольной плоскости симметрии вагона) в зависимости от

общего веса груза в вагоне и высоты общего центра тяжести вагона с грузом над уровнем головок рельсов (УГР) определяется в соответствии с табл. 11 ТУ.

Таблица 11 по ТУ

61

Примечание. Для промежуточных значений веса груза допускаемое сме- щение, приведенные в табл. 10 и 11 ТУ, следует определять методом линейной интерполяции.

3.1.4. Контроль положения общего центра тяжести грузов ЦТогр в мм (рис.3.1) определяется по следующим формулам:

Рис.3.1. К определению продольного и поперечного

смещений общего центра тяжести грузов в вагоне

где L – внутренняя длина кузова вагона в мм (например, 13400 мм);

lcо - продольное смещение ЦТогр относительно торцевого борта плат- формы, согласно теореме о моменте равнодействующей плоской системы сил

(теорема Вариньона), в мм

с учетом того, что в нем Qгр1, Qгр2,…Qгрni - вес грузов в тс;

l1, l2,…, ln - координаты центров масс грузов относительно торцевого борта в мм;

● для поперечного смещения –

где B – внутренняя ширина кузова вагона в мм (например, 2770 мм);

bcо - поперечное смещение ЦТогр относительно продольного борта платформы, согласно теореме о моменте равнодействующей плоской системы сил (теорема Вариньона), в мм

62

с учетом того, что в нем b1, b2, ..., bn - координаты центров масс грузов относи- тельно продольного борта вагона в мм.

Сопоставлением значений продольного и поперечного смещений общего центра тяжести грузов относительно поперечной и продольной оси симметрии платформы с половинами внутренней его длины (0.5·13.4 = 6.7 м) и ширины (0.5·2.77 = 1.385 м) можно найти расположение ЦТогр относительно поперечной и продольной оси симметрии вагона. Например, можно найти расположение ЦТогр левее (правее) поперечной оси симметрии или же ниже (выше) продоль- ной оси симметрии вагона. Эти данные необходимы для того, чтобы разметить на схеме размещения и крепления грузов в вагоне ЦТогр, помечая его кругом с крестиком (см. рис. 3.1).

Вычисление значений ЦТогр относительно поперечной и продольной оси симметрии вагона является обязательным этапом дальнейшего расчета по ра- циональному обоснованию размещения и крепления грузов в вагоне.

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

3.1.4.1. Для примера ниже представлены макет-документы расчета продольного и попе- речного смещений общего центра масс нескольких единиц грузов в вагоне.

Координаты центров масс грузов относительно торцевого борта платформы в м:

Расчет продольного смещения ЦТогр относительно торцевого борта платформы в м:

63

Расчет продольного смещения ЦТогр относительно поперечной оси симметрии плат- формы в м:

.

Поскольку продольное смещение общего центра тяжести грузов относительно попереч- ной оси симметрии платформы получился меньше (6.494 м), чем половина внутренней дли- ны платформы (0.5·13.4 = 6.7 м), то для рассматриваемого примера ЦТогр находится левее от- носительно поперечной оси симметрии вагона на величину 0.206 м.

Координаты центров тяжести грузов относительно продольного борта платформы в м:

Расчет поперечного смещения ЦТогр относительно продольного борта платформы в м:

64

Расчет поперечного смещения ЦТогр относительно продольной оси симметрии плат- формы в м:

Поскольку поперечное смещение общего центра тяжести грузов относительно продоль- ного борта платформы получился меньше (1.171 м), чем половина внутренней ширины плат- формы (0.5·2.77 = 1.385 м), то для рассматриваемого примера ЦТогр находится ниже относи- тельно продольной оси симметрии вагона на величину 0.214 м.

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

Размещение груза в вагоне следует описывать, например, так:

«Настоящая техническая документация предусматривает размещение от- косных крыльев (в дальнейшем груза). Погрузка груза осуществляется по схеме погрузки и крепления (см. схему) на четырехосную железнодорожную плат- форму с базой 9720 мм, на тележках модели 18-100».

Размещения груза в вагоне описывается в утвердительной форме, например: 1) Груз разместить по длине платформы в пять штабелей: первый, вто- рой, третий и пятый штабеля по два яруса, а четвертый штабель в один ярус

(см. схему).

2) Со стороны левого торцевого борта уложить подкладки (поз. 1). Рас- стояние от борта до осей подкладок – 510 и 2400 мм. На эти подкладки вдоль вагона на расстоянии 480 мм от борта платформы уложить подставки (поз.17). Подставку (поз.17) следует закрепить к подкладкам (поз.1) четырьмя скобами. На подкладки (поз.1) и подставку (поз. 17) установить груз II вплотную к тор- цевому борту платформы.

Рекомендация о том, что для промежуточных значений веса груза допус- каемое поперечное смещение, приведенное в табл. 10 ТУ, следует определять методом линейной интерполяции, вызывает у грузоотправителей определенные затраты времени. Поэтому, если это возможно, то следует привести такие дан- ные в виде, удобном для использования в практике работы грузоотправителей.

Ниже попытаемся представить данные таблицы 10 по ТУ в удобном для использования грузоотправителей виде с применением встроенной в вычисли- тельную среду MathCAD программы статистической обработки результатов экспериментальных исследований [26, 27].

65

3.2. Результаты статистических обработок данных таблиц 10 и 11 по ТУ15

Results of statistic data processing from tables 10 and 11 Specs.

3.2.1. Последовательность статистической обработки данных таблицы 10 по ТУ следующая:

∙ ввод исходных данных в матричном виде, т. е. в виде двумерного массива чисел: вес груза в тс и допускаемое продольное смещение общего центра тяже- сти груза в вагоне в мм. При этом первый столбец массива чисел представляет собой значения допускаемого продольного смещения в мм, а второй столбец – веса груза в тс;

∙подбор степени полинома k приближающей (полиномиальной) функции по характеру совпадения экспериментальной и полиномиальной функции;

∙представление полученной полиномиальной функции в виде эмпириче- ской зависимости значения допускаемого продольного смещения, для чего был произведен регрессионный анализ (полиномиальная регрессия) допускаемых значений продольных смещений в зависимости от веса груза. Результаты рег-

рессионного анализа позволяют выполнить аналитические расчеты по опре-

делению допускаемых значений продольных смещений при любых вариациях веса груза. Так, например, допускаемые значения продольных смещений - lc(Qгр) в мм, были аппроксимированы в виде полинома 6-й степени

где a0, a1, a2… - коэффициенты при многочленах, имеющих размерности соот- ветственно в виде мм, мм/тс, мм/тс2, мм/тс3, мм/тс4, мм/тс5, мм/тс6;

Qгр – вес груза в тс.

Ниже приведен фрагмент макет-документов. В макет-документах коэф- фициенты полинома a0, a1, a2, a3, a4, a5 и a6 представлены в виде coeffts0, coeffts1, coeffts2, coeffts3, coeffts4, coeffts5 и coeffts6.

Далее приведены результаты расчетов на ЭВМ по определению допускае- мых значений продольных смещений при вариации веса груза.

3.2.2.С использованием возможности вычислительной среды MathCAD

[26]выполнен регрессионный анализ продольного смещения общего смещения центра тяжести груза в вагоне (по данным таблицы 10 ТУ), макет-документ

которого с подобранной степенью полинома k = 6 представлен ниже.

15 Данный параграф написан к.т.н. Власовой Н.В. совместно с соискателем СамГАПС Мяс- никовой Н.А.и преподавателем УрГУПС Молчановой О.В.

66

По заданным исходным данным таблицы 10 ТУ при подобранной степени полинома – k = 6 получили коэффициенты уравнения регрессии – coeffs и ко- эффициент корреляции, которые представлены ниже.

При этом коэффициент корреляции оказался равным 0.99895389, практи- чески 1, что показывает высокую точность подбора степени полинома – k = 6.

По заданным исходным данным табл. 10 по ТУ получили кривые регрес-

сии (рис. 3.2).

67

Рис.3.2. Характер распределения исходных данных и изменения кривой регрессии

Кроме того, анализ кривых регрессии, соответствующих заданным исход- ным данным, помеченных крестиками, также показывает высокую точность их совпадения.

Полученные коэффициенты уравнения регрессии – coeffs и варьируемые значения веса груза Qгр в переделах от 10 до 72 тс с шагом Qгр = 1.0 тс пред- ставлены ниже:

.

Математически полученное полиномиальное уравнение регрессии допус- тимых значений продольного смещения груза представлено в виде lc= f(Qгр):

(3.6)

Здесь coeffs0, coeffs1, …. сoeffs6 - коэффициенты при многочленах, имею- щих размерности соответственно в виде мм, мм/тс, мм/тс2, мм/тс3, мм/тс4, мм/тс5, мм/тс6.

Результаты графической зависимости lc = f(Qгр) представлены на рис. 3.3.

68

Рис.3.3. Графические зависимости lc = f(Qгр)

На основе регрессионного анализа получены следующие конкретные зна- чения продольного смещения груза lc(Qгр), соответствующие весу груза Qгр, ре- зультаты которых следует использовать вместо данных таблицы 10 по ТУ без применения метода линейной интерполяции, что облегчает разработку способа

размещения и крепления груза в вагоне грузоотправителями

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

3.2.2.1. Для примера, рассмотренного в п.7.1.4.1, вычисленное значение продольного смещения общего центра масс грузов в вагоне оказалось равным 0.206 м = 206 мм. Допус- каемое же значение продольного смещения ЦТогр в вагоне при весе груза 56 тс оказался рав- ным 1260 мм. Как видно, расчетное значение продольного смещения груза (206 мм) меньше, чем допустимое (1260 мм), что и представлено в следующем макет-документе:

69