2.4. Определение сил, действующих на груз

В процессе перевозки на груз действуют: продольные и поперечные горизонтальные инерционные силы; вертикаль­ные инерционные силы; давление ветра и силы трения. Точ­ками приложения инерционных сил является центр тяжести груза, а силы ветра — центр наветренной поверхности.

Отметим четыре основных фактора, которые могут опасно воздействовать на груз:

1. При ускорении движения груз в силу инерции стремится сдвинуться назад, при этом на груз действует сила, направленная в противоположную сторону, величина которой зависит от массы груза и ускорения.

2. При торможении (отрицательное ускорение) эта сила направлена в противоположную сторону. Она воздействует на груз в направлении движения и стремится переместить груз.

3. При движении по кривой на груз действует центробежная сила, направленная от центра к периферии. Ее величина зависит от собственной массы груза, скорости транспортного средства и радиуса кривой.

4. Вертикальные силы, вызванные ускорениями при колебаниях движущегося вагона.

Общий центр тяжести должен располагаться по возможности ниже, т.е. тяжелые грузы должны укладываться внизу, а легкие сверху; нагрузку необходимо распределять равномерно по сторонам кузова. На железнодорожном транспорте для груза наиболее опасны горизонтальные нагрузки, возникающие при маневровой работе.

Величина инерционной продольной силы определяется:

, (7)

где а_пр — удельная величина продольной инерционной силы, кгс/т; принимается для разных типов крепления при весе брутто одиночных вагонов и сцепов по табл. 4.

Таблица 4

Тип крепления	Удельная продольная инерционная сила при весе брутто, т
	с опорой груза на один вагон		с опорой груза на два вагона
	22	94	44	188
Упругое (проволочные растяжки, обвязки, деревянные упорные, распорные бруски, металлические полосовые обвязки) Жесткое (болтовые и сварные соединения)	1200 1900	1000 1700	1200 1900	900 1600

Промежуточные значения удельной продольной инерционной силы:

; (8)

, (9)

где — общий вес груза в вагоне, т; — общий вес груза на сцепе, т;

а_22, а₉₄, а_44, а₁₈₈— значения удельной продольной инерци­онной силы, кгс/т, принимаются соответ­ственно при весе брутто вагона 22, 94 и сцепа 44 и 188 т по табл. 5.

Поперечная горизонтальная инерционная сила с учетом действия центробежной силы определяется по формуле

, (10)

где а_п — удельная поперечная инерционная сила, кгс/т; принимается по табл.

4, если ЦТ_гр находится в вер­тикальных поперечных плоскостях, проходящих че­рез середину вагона а_с или шкворневую балку а_щ.

При расположении ЦТ_гр в других вертикальных плоскостях величина а_п вычисляется:

, (11)

l_см — расстояние от ЦТ_гр до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м.

Таблица 5

Способ размещения груза	Величина ап для скорости движения, км/ч
	100
С опорой на один вагон и расположением ЦТгр в вертикальной поперечной плоскости, проходящей через: середину вагона ас шкворневую балку аш С опорой на два вагона	330 550 400

Вертикальная инерционная сила

, (12)

где а_в — удельная вертикальная инерционная сила, кгс, на 1 т веса груза. Для четырехосных вагонов на тележках ЦНИИ-ХЗ-0 и скорости движения 100 км/ч, величина а_в определяется по формуле

₍₁₃₎

В случаях загрузки вагона грузом весом менее 10 т зна­чение принимается равным 10 т. Коэффициент k при­нимается при погрузке с опорой на 1 вагон — 5, с опорой на два вагона — 20.

Ветровая нагрузка принимается нормальной к поверхно­сти груза и определяется из расчета удельного давления-ветра, равного 50 кгс/м², по формуле:

, (14)

где S_п — площадь проекции поверхности груза, подвержен­ной воздействию ветра, на вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось вагона, м² (для цилиндрической поверхности эта площадь прини­мается равной половине площади проекции).

Величину силы трения определяют по формулам:

— в продольном направлении

; (15)

— в поперечном направлении

, (16)

где μ — коэффициент трения груза по полу вагона, подклад­кам (принимается для дерева по де­реву — 0,45, для железобетона по дереву — 0,55, для стали по стали — 0,3).

В расчетах устойчивости груза, когда определяют про­дольную силу трения, вертикальное инерционное усилие не учитывают вследствие его незначительности.