2.5. Оценка запаса устойчивости вагона с грузом

Поперечная устойчивость вагона с грузом проверяется в случаях, когда центр тяжести груженого вагона находится на расстоянии более 2300 мм от уровня головок рельсов или наветренная поверхность четырехосного вагона с грузом превышает 50,0 м².

Высота общего центра тяжести вагона с грузом опреде­ляется по формуле

₍₁₇₎

где h_цт и H_в — высота над уровнем головок рельсов центра тяжести соответственно груза и вагона, м. Поперечная устойчивость груженого вагона обеспечива­ется, если удовлетворяется неравенство:

, (18)

где Р_с - статическая нагрузка от колеса на рельс, тс;

Р_ц+Р_в - дополнительная вертикальная нагрузка на колесо от действия центробежных сил и сил ветра, тс, рас­считывается по методике, приведенной в [2].

2.6. Проверка устойчивости груза, выбор и расчет крепления

Грузы при перевозках могут быть подвержены следую­щим видам перемещений: поступательным перемещениям (сдвигам) вдоль и поперек вагона, опрокидыванию и перека­тыванию (табл. 6).

Выбор типа крепления груза производится в зависимости от его конфигурации на основании следующих данных.

Таблица 6

Вид груза	Перемещения	Крепление
Штучные и тяжело­весные с плоскими опорами	Поступательные пере­мещения вдоль и попе­рек вагона Опрокидывание вдоль и поперек вагона	Торцевые и боковые стойки, бруски, растяж­ки, обвязки Растяжки, обвязки, подкосы, кассеты, пира­миды, каркасы
Цилиндрической формы	Поступательные пере­мещения вдоль и попе­рек вагона Перекатывание вдоль и поперек вагона	Торцевые, боковые стойки, бруски, растяж­ки, обвязки Бруски, растяжки, об­вязки
Длинномерные	Продольные и попе­речные перемещения, оп­рокидывание поперек ва­гона	Растяжки, обвязки, подкосы, турникеты

Продольное ΔF_пр и поперечное ΔF_п усилия, которые дол­жны восприниматься креплением, определяются по фор­мулам:

; (19)

, (20)

где n — коэффициент, значения которого принимаются рав­ными 1,0 при разработке способов размещения и крепления грузов, включаемых в сетевые или мест­ные технические условия, и 1,25 для способов пере­возки грузов, утверждаемых отделениями дорог.

Эти усилия могут восприниматься как одним видом креп­ления, так и сочетанием нескольких видов:

; (21)

, (22)

где ,,,,,— доли продольного или поперечного усилия, воспринимаемые соот­ветственно растяжка­ми, брусками, обвязка­ми и др.

Усилия в растяжках при расчете крепления грузов с уче­том увеличения сил трения от вертикальных составляющих усилия в креплении определяются по формулам:

— в продольном направлении (для первого сочетания сил)

; (23)

— в поперечном направлении (для второго сочетания сил)

, (24)

где , — соответственно продольное и поперечное уси­лие в растяжке;

, — количество растяжек, работающих одновре­менно в одном направлении;

— угол наклона растяжки к полу вагона;

, — углы между проекцией растяжки на горизон­тальную плоскость и продольной и попереч­ной осями вагона.

Бруски к вагону крепятся гвоздями. Количество гвоздей для крепления бруска определяется по формулам:

— при расположении бруска вдоль вагона

; (25)

поперек вагона

, (26)

где , —количество упорных или распорных брусков, одновременно работающих в одном направле­нии;

— допускаемая нагрузка на один гвоздь, прини­мается по табл. 7.

Таблица 7

Диаметр гвоздя, мм	Длина гвоздя, мм	Допускаемые усилия, кгс, на 1 гвоздь при толщине деталей 40 мм и более
5,0 6,0 8,0	120—150 150—200 250	75 108 192

Усилие в обвязке для крепления груза, размещаемого на одиночных вагонах или сцепах, от продольного смещения определяется:

, (27)

где — количество обвязок.

Площадь сечения растяжек (обвязок) определяется из отношения:

, (28)

где R — усилие в растяжке (обвязке), кгс;

—допускаемое напряжение принимается в зависимо­сти от марки стали по табл.8.

Таблица 8

Виды деформации	Марка стали	Допускаемые напря­жения, кгс/см2
Растяжение — сжатие Изгиб Срез Смятие Растяжение для болтов	Ст. 3 и 20 Ст. 3 и 20 Ст. 3 и 20 Ст. 3 и 20 Ст. 3 и 20	1650 1650 1200 2500 1400

Допускаемые напряжения для сварного шва при ручной сварке электродами Э-42 и при автоматической сварке при­нимаются равными: при растяжении, сжатии и изгибе — 1550 кгс/см², при срезе — 950 кгс/см².

Кроме поступательных перемещений, грузы в процессе перевозки могут подвергаться опрокидыванию. При этом оценка устойчивости груза от опрокидывания определяется по формулам:

— вдоль вагона

; (29)

— поперек вагона

, (30)

где , - кратчайшие расстояния от проекции ЦТ на го­ризонтальную плоскость до ребра опрокидыва­ния соответственно - вдоль и поперек вагона, мм;

h_цт - высота ЦТ груза над полом вагона или пло­скостью подкладок, мм;

, - высота соответственно продольного и попереч­ного упора от пола вагона или плоскости под­кладок, мм;

- высота центра проекции боковой (наветренной) поверхности груза от пола вагона или плоско­сти подкладок, мм.

Если коэффициент запаса устойчивости груза от опро­кидывания в одном из направлений (продольном или поперечном) находится в пределах 0,8—1,0, то от поступатель­ных перемещений груз рекомендуется удерживать одним ти­пом крепления, например, брусками, а от опрокидывания — другим креплением, в частности, растяжками.

При перевозке грузов, подверженных опрокидыванию поперек вагона, рас­тяжки надо устанавливать так, чтобы проекция растяжки на пол вагона была перпендикулярна к его продольной оси, а место закрепления растяжек на грузе находилось в верх­ней части груза.

Если коэффициент запаса устойчивости груза от опроки­дывания вдоль или поперек вагона равен 1,01—1,25, то груз может закрепляться растяжками, одновременно восприни­мающими продольные и поперечные нагрузки.

Число нитей проволоки в растяжке или ее сечение должны определяться по суммарному усилию, возникающему в растяжке от посту­пательных перемещений и опрокидывания. Крепление груза от опрокидывания осуществляется растяжками (обвязками). При этом усилия в растяжках определяются по формулам:

- в продольном направлении

; (31)

- в поперечном направлении

, (32)

где γ - угол между проекцией растяжки на продольную вертикальную плоскость и растяжкой;

φ - угол между проекцией растяжки на поперечную вертикальную плоскость и растяжкой;

l_пер, b_пер - проекции кратчайшего расстояния от ребра опро­кидывания до растяжки соответственно на про­дольную и поперечную вертикальные плоскости;

, - число растяжек;

п - коэффициент, значения которого принимаются равными: 1,0,

если запас устойчивости груза от опрокидывания 1,0 и более;

1,25, если запас устойчивости груза от опрокидывания менее 1,0.

При устройстве проволочного крепления (растяжек, увязок и поперечных обвязок) диаметр проволоки и число ее нитей выбирают в соответствии с допускаемой нагрузкой, приведенной в таблице [2]. В тех случаях, когда предусмотрено расположение растяжек таким образом, чтобы одновременно угол между растяжкой и полом, между проекцией растяжки на пол вагона и продольной осью вагона не превышал 45⁰, а по конструктивным особенностям изделия такое размещение невозможно, допускается увеличение углов наклона с обязательным одновременным увеличением площади сечения растяжки. При этом каждые две нити проволоки диаметром 6 мм заменяют согласно таблице приведенной в [2].

Расчет подкладок на смятие производится с учетом положения подкладки по длине вагона под действием нагрузки от массы груза, вертикальной динамической нагрузки и вертикальной составляющей от усилия в растяжке (обвязке). Общая нагрузка на подкладку может быть рассчитана:

, (33)

где - нагрузка на подкладку от груза;

- вертикальная инерционная нагрузка, передаваемая на вагон через данную подкладку;

- нагрузка на подкладку от вертикальной составляющей усилия в креплении.

Напряжение сжатия или смятия в подкладке опреде­ляется из отношения:

, (34)

где S_о - проекция площади опирания груза на одну под­кладку на

горизонтальную плоскость.

При этом полученная величина напряжения не должна превышать допускаемых значений, приведенных в табл. 9 (для деталей из сосны и ели).

Таблица 9

Вид напряжений	Допускаемые напряжения, кгс/см2
	для деталей крепления	для деталей вагонов
Изгиб Растяжение вдоль волокон Сжатие и смятие вдоль волокон Сжатие и смятие поперек волокон Смятие местное под шайбами при передаче нагрузки поперек волокон, перпендикулярно или под углом не менее 60° Срез поперек волокон	120 85 120 18 40 55	85 60 85 12 - 40

Допускаемые нагрузки на каждую торцовую стойку че­тырехосной платформы принимаются равными 1100 кгс, на боковую— 1900 кгс.