Упражнение 6.
Размещение и крепление груза с плоской опорой.
Размещение и крепление грузов на открытом подвижном составе долж-
но осуществляться в соответствии с Техническими условиями размещения и
крепления грузов в вагонах и контейнерах (ТУ) [12].
В отдельных главах ТУ приведены схемы размещения и крепления тех
или иных грузов, по которым может осуществляться их перевозка по сети
дорог.
В случае, если перевозка груза не предусмотрена ТУ, выполняют чертеж
погрузки и утверждают его установленным порядком. Для выполнения чер-
тежа необходимо произвести расчеты в соответствии с положениями главы 1
ТУ [12] и в отдельных случаях Инструкцией по перевозке негабаритных и
тяжеловесных грузов [14]. Эти расчеты должны быть приложены к чертежу
погрузки.
Расчеты по размещению и креплению грузов выполняются на основании
данных о массе груза, его габаритных размерах, расположении центра тяже-
сти (ЦТгр) по длине, ширине и высоте.
Перевозка тяжеловесных, громоздких и длинномерных грузов может
осуществляться как на универсальном подвижном составе - платформах и
полувагонах, так и на специализированном - транспортерах различного типа.
При выборе подвижного состава руководствуются массой груза и его га-
баритными размерами.
Как правило, перевозка таких грузов на универсальном подвижном со-
ставе осуществляется на платформах, поэтому далее рассматривается пере-
возка на универсальной 4-осной платформе [11].
Основной тип платформы, используемой в настоящее время - четырех-
осная грузоподъемностью 69,0 т с металлическими бортами из гнутых про-
филей и клиновыми запорами, с металлическим листом по всей длине пола.
Для крепления груза платформа оборудована восемью боковыми скобами с
каждой стороны и четырьмя торцевыми по две с каждого торца, а также
кронштейнами, которые расположены в торцовой части платформы по четы-
ре с каждой стороны.
При решении вопроса о размещении груза, необходимо установить рас-
положение центра тяжести груза (ЦТгр) по длине и ширине платформы, то
есть определить смещение центра тяжести груза относительно продольной и
поперечной осей вагона и сравнить с допустимыми для данной массы груза
значениями.
Груз размещается симметрично продольной и поперечной осей вагона,
следовательно, расстояние от торцевого борта до груза равно, мм:
_ LA — L ад
l
1 2
где 11 - расстояние от торцового борта вагона до груза, мм;
LВ – длина погрузочной площадки (рамы) вагона, мм;
Lгр – расстояние от торца груза до цента тяжести груза, мм.
Расстояние от торцового борта до центра тяжести груза, мм:
10 Ч + -^бо
где Lцт – расстояние от торца груза до его центра тяжести, мм.
Рис. 6.1 Размещение груза
Смещение центра тяжести груза относительно поперечной оси вагона
Lв
см о
Полученное значение lсм сравнивается с допустимой величиной смеще-
ния для данной массы груза. Допустимые величины приведены в таблице
П.1.1.
Грузы, погруженные на открытый подвижной состав (ОПС) с учетом
упаковки и крепления должны размещаться в пределах установленного габа-
рита погрузки.
Если очертания груза или отдельных его частей при размещении груза в
пределах погрузочной площадки вагона превышают очертания габарита по-
грузки, груз является негабаритным.
Зона и степень негабаритности груза определяются с помощью «Инст-
рукции по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов» [14]. Для этого
необходимо знать два параметра точки, для которой определяем негабарит-
ность: расстояние по высоте от уровня головки рельсов (УГР) до определяе-
мой точки (координата Y) и расстояние по ширине груза от оси пути до оп-
ределяемой точки (координата Х).
Для указания данных о зонах и степенях негабаритности перевозимых
грузов в перевозочных, а также поездных документах, выдаваемых из ЭВМ,
вводится понятие индекс негабаритности груза, который состоит из пяти зна-
ков.
Каждый знак негабаритности (кроме первого) обозначает степень нега-
баритности груза в соответствующей зоне. Сверхнегабаритность в любой зо-
не
обозначается цифрой 8.
Рис.6.2 Определение зоны и степени негабаритности груза
Обозначение в индексе негабаритности:
1-й знак – всегда буква Н (негабаритность);
2-й знак – степень нижней негабаритности, может принимать значения
от 1 до 6;
3-й знак – степень боковой негабаритности, может принимать значения
от 1 до 6;
4-й знак – степень верхней негабаритности, может принимать значения
от 1 до 3;
5-й знак – вертикальная сверхнегабаритность, имеет значение 8.
Отсутствие негабаритности в любой зоне, в том числе и отсутствие вер-
тикальной сверхнегабаритности, обозначается цифрой «0» в соответствую-
щем знаке индекса негабаритности.
Вагон с грузом считается устойчив, если выполняются условия: высота
центра тяжести вагона с грузом ( Нцот) не превышает величины 2300 мм и ве-
личина наветренной поверхности вагона с грузом (S0 ) не более 50,0 м2.
НОт < 2300 мм;
So < 50 м2.
Высота центра тяжести вагона с грузом ( Нцот) определяется по формуле,
мм:
H Оо =
О-Л. + О.Н
^ ао оо ^о
Qао + Q о
- А
оо
,
где Нот- высота общего центра тяжести вагона с грузом относительно уровня
головок рельсов (УГР);
Q гр - масса груза, т;
h цт - высоты центра тяжести груза относительно УГР, мм;
Qт - масса тары вагона, т;
/ а6 - высота центра тяжести порожнего вагона относительно УГР, мм.
Высота центра тяжести груза от УГР определяется, мм:
h цт h гр + Нпола ,
где h гр - высота центра тяжести груза относительно пола вагона, мм;
Нпола - высота пола вагона относительно УГР, мм. Принимается из харак-
теристики вагона. Для платформы Нпола = 1310 мм.
Рис.6.3 Определение высоты центра тяжести вагона с грузом
относительно УГР
Наветренная поверхность вагона с грузом определяется по формуле, м2:
So= Sb+ Sгр ,
где So - наветренная поверхность вагона с грузом, м2;
Sв - наветренная поверхность вагона, м2. Принимается из характеристи-
ки вагона и равна Sваг = 12 м2.
Наветренная поверхность груза при перевозке на платформе с закрыты-
ми бортами, м2:
Sгр = L гр (Hгр — Hб) ,
где L гр - длина груза, м;
Hгр - высота груза, м;
HБ - высота борта платформы, м. Принимается из характеристики плат-
формы и равна HБ = 0,5 м.
В случае, если Нот > 2300 мм или So > 50,0 м2 , необходимы дополни-
тельные расчеты, которые приведены в главе 1 [12].
Величина значения наветренной поверхности вагона Sв принимается из
приложения 4 табл.П.4.1.
В процессе перевозки на груз действуют продольные Fпр и поперечные
Fп горизонтальные инерционные силы; вертикальные инерционные силы Fв;
ветровая нагрузка W и силы трения Fтпрр и Fтпр , а также масса груза Qгр [12].
Точками приложения инерционных сил и массы груза является центр тяже-
сти груза, а ветровой нагрузки – центр наветренной поверхности. (рис.6.4).
Рассматриваемые силы учитываются при размещении и креплении гру-
зов в двух расчетных сочетаниях.
Первое сочетание сил соответствует соударению вагонов при маневрах,
роспуске с сортировочных горок, трогании, осаживании и торможении поез-
да, а второе – движению поезда со скоростью 100 км/ч.
Таблица 6.1
|
Расчетные |
Силы, действующие на груз | ||||
|
Продольная |
Поперечная |
Вертикальная |
Ветровая |
Силы | |
|
1 |
F пр |
– |
– |
– |
пр |
|
2 |
– |
Fп |
Fв |
W |
п |
Величина продольной инерционной силы определяется по формуле, тс:
Fпр = апрQгр,
где апр – удельная продольная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т;
Qгр – масса груза, т.
Промежуточные значения удельной продольной инерционной силы при
перевозке его с опорой на один вагон и применении для крепления упругих
элементов (растяжки, обвязки, бруски):
—
Qrp (а22
ап = = а? 2-------
пр 22
а94 )
,
где Qогр – общая масса груза в вагоне, т;
а22, а94 – удельная продольная инерционная сила, тс, принимается соот-
ветственно при массе брутто вагона 22 и 94 т (табл.6.2).
Таблица 6.2
|
Тип крепления |
Удельная продольная инерционная сила тс/т при | |||
|
С опорой груза на один вагон |
С опорой груза на два вагона | |||
|
22 и менее |
94 |
44 |
188 | |
|
Упругое (проволочные растяжки, обвязки, дере- |
1,2 |
0,97 |
1,2 |
0,86 |
|
Жесткое (болтовые и сварные соединения) |
1,9 |
1,67 |
1,9 |
1,56 |
Поперечная инерционная сила с учетом действия центробежной силы
определяется по формуле, тс:
Fп = апQгр ,
где ап – удельная поперечная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
Для грузов с опорой на один вагон ап определяется по формуле, тс/т:
. 0,44
a — 0,33 +--- l
la
об ,
где lв – база вагона, мм. Величина принимается из характеристики вагона.
Для платформы lв = 9720 мм.
lгр – расстояние от центра тяжести груза до вертикальной плоскости, про-
ходящей через поперечную ось вагона, мм. При перевозке одного гру-
за lгр = lсм.
Вертикальная инерционная сила определяется по формуле, тс:
Fв = авQгр,
где ав – удельная вертикальная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
a. — 0,25 + kls, + ,
a 1 ao .
Qad
В случае загрузки вагона грузом массой менее 10 т значение Qгр прини-
мается равным 10 т. Коэффициент k принимается при погрузке с опорой на
один вагон k = 5 • 10-6, с опорой на два вагона k = 20 • 10-6.
Ветровая нагрузка (тс) принимается нормальной к поверхности груза и
определяется из расчета удельного давления ветра, равного 0,05 тс/м2, по
формуле:
W = 0.05Sгр,
где Sгр – площадь проекции поверхности груза, подверженной воздействию
ветра, на вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось
вагона, м2. Для расчета принимают поверхность груза, не закрытую
бортом платформы или полувагона.
Величина сил трения определяется по формулам:
– в продольном направлении, тс:
FTP — QrpH;
– в поперечном направлении, тс:
где ц - коэффициент трения груза по полу вагона, подкладкам.
Значения коэффициентам трения между поверхностями, очищенными
от грязи, снега, льда, а в зимний период – посыпанными тонким слоем песка,
принимаются равными:
– пачки промасленной листовой стали по дереву 0,21;
– дерево по дереву0,45;
– сталь по дереву0,40;
– сталь по стали0,30;
– пакеты чушек свинца, цинка по дереву0,37;
– пакеты отливок алюминия по дереву0,38;
– железобетон по дереву0,55;
– пачки промасленной листовой стали по дереву 0,21;
– вертикально устанавливаемые рулоны листо-
вой стали (штрипсы) с неупакованными (от-0,61;
крытыми) торцами по дереву
При определении продольной силы трения вертикальную инерционную
силу не учитывают вследствие ее незначительности.
Грузы при перевозках могут быть подвержены следующим видам пере-
мещений: поступательным перемещениям (сдвигам) вдоль и поперек вагона,
опрокидыванию вдоль и поперек вагона.
От того, подвержен ли груз тому или иному виду перемещения, зависит
способ его крепления.
Груз считается устойчивым от сдвига, если:
– в продольном направлении
F > Fпр,
– в поперечном направлении
FTP > п (Fп + W),
где n – коэффициент, значения которого принимаются равными 1,0 при раз-
работке способов размещения и крепления грузов, включаемых в се-
тевые (ТУ) или местные (МТУ) технические условия; 1,25 – для спо-
собов перевозки грузов, не предусмотренных ТУ (НТУ).
Если эти условия не выполняются, необходимо определить величину
усилия, которое должно быть компенсировано креплением, чтобы предот-
вратить сдвиг груза.
Продольное усилие, которое должно восприниматься креплением, тс:
AF = F
пр пр
—
пр
тр .
Поперечное усилие, которое должно восприниматься креплением, тс:
ДFп = п(Fn + W)-FTP,
где n - коэффициент, значения которого принимаются:
n = 1,0 при разработке СТУ и МТУ;
n = 1,25 при разработке НТУ.
Кроме поступательных перемещений грузы в процессе перевозки могут
подвергаться опрокидыванию. Груз считается устойчивым от опрокидыва-
ния, если коэффициент запаса его устойчивости больше, чем 1,25 при ис-
пользовании упругого крепления, 2 - при использовании жесткого крепле-
ния.
Коэффициент устойчивости груза от опрокидывания в общем виде оп-
ределяется соотношением удерживающего момента к моменту опрокиды-
вающему(рис.6.5):
Муд
П =
м •
оп
Рис. 6.5 Определение коэффициента устойчивости груза
Создавать момент, препятствующий опрокидыванию, будет масса груза,
момент опрокидывающий будут создавать силы, действующие на груз. Ко-
эффициенты устойчивости рассчитываются по следующим формулам:
- вдоль вагона:
l
"’“ a„ (h« — h" ) ’
- поперек вагона:
= Qs^b’
П’ F(h« — hI)+ W(h, — hI) ’
где iпр, bп - кратчайшие расстояния от проекции ЦТгр на горизонтальную
плоскость до ребра опрокидывания соответственно вдоль и поперек
вагона, мм. В случае, когда центр тяжести груза смещен, для расчета
принимается меньшее плечо опрокидывания.
h цт - высота центра тяжести груза над полом вагона или плоскостью под-
кладок, мм;
hупр , hуп – высота соответственно продольного и поперечного упора от
пола вагона или плоскости подкладок, мм. На начальном этапе расче-
та принимается высота упоров hупр = 0, hуп = 0. Если на начальном
этапе расчета груз оказался неустойчивым, требуется повторить рас-
чет коэффициентов устойчивости с учетом высоты упорных брусков,
которые, как правило, принимаются 100 или 150 мм.
hнп - высота центра проекции боковой (наветренной) поверхности груза
от пола вагона или плоскости подкладок, мм.
В случае, если груз прямоугольной формы перевозится на платформе с
закрытыми бортами без подкладок, высота центра боковой наветренной по-
верхности груза определяется по формуле:
, H а6 - H А ;
h и 2 + ^ А,
где Нгр – высота груза от уровня пола вагона, мм;
НБ – высота борта платформы, мм.
При перевозке груза прямоугольной формы на платформе с открытыми
бортами высота центра боковой наветренной поверхности равна
h =
Нгр
2 .
Для крепления груза на ОПС могут быть использованы следующие уп-
ругие одноразовые элементы крепления:
- растяжки и обвязки из мягкой отожженной проволоки, которые после
установки необходимо скрутить (натянуть) ломиком. Количество нитей в
растяжках и обвязках, как правило, четное и не менее двух.
Растяжка – элемент крепления груза, который одним концом крепится
за узлы подвижного состава (стоечные скобы или торцовые кронштейны на
платформе, увязочные устройства), другим – за части груза.
Обвязка – элемент крепления груза, устанавливаемый всегда перпенди-
кулярно продольной оси вагона. Обвязка крепится обоими концами за узлы
подвижного состава (боковые стоечные скобы, увязочные устройства) и ох-
ватывает груз сверху.
- упорные и распорные бруски и конструкции, изготавливаемые из де-
рева хвойных пород.
Упорные бруски применяются для крепления груза на платформе и
крепятся к полу платформы расчетным количеством гвоздей.
Распорные бруски передают нагрузку на элементы вагона (торцовые по-
рожки и боковые стенки в полувагоне, боковые и торцовые борта на плат-
форме). На платформах крепятся к полу гвоздями, в полувагонах - соединя-
ются между собой в распорные конструкции при помощи строительных скоб
или накладок.
Величина усилия, которое должно быть компенсировано креплением,
чтобы предотвратить сдвиг груза, может восприниматься как одним видом
крепления, так и сочетанием нескольких видов:
AF =AFр +AF6р +AF06 +...
пр пр пр пр
AF =AFр +AFбр + AFоб +...
пп п п
где afp, AF*, af^ , AFбр af^6 , AFnоб - доли продольного или поперечного уси-
лия, воспринимаемые соответственно растяжками, брусками, обвяз-
ками и др. (см. рис.6.4)
Для студентов заочного факультета расчет крепления не производится.
Пример
Характеристика груза. К перевозке предъявлен станок в деревянной
ящичной упаковке, имеющий следующие параметры:
длина L гр = 10000 мм;
ширина В гр = 2000 мм;
высота Нгр = 2400 мм;
масса Q гр = 40,0 т.
Положение центра тяжести (Ьцт) - по длине 5200 мм от торца груза, по
ширине - центр тяжести находится на оси симметрии груза, по высоте (h гр ) -
900 мм от опорной поверхности. На грузе на высоте 2000 мм имеется крон-
штейн, который выступает за пределы груза на 650 мм (рис.6.4). Груз перево-
зится со скоростью 100 км/час. Расчеты производятся для НТУ, то есть для
способов размещения и крепления, не предусмотренных ТУ и МТУ.
Выбор подвижного состава.
Для перевозки груза с такими параметрами выбираем универсальную
четырехосную платформу.
Основные технические данные платформы [11]: грузоподъемность Qгп
= 69,0 т, тара Qт = 22,0 т, общая длина (по осям автосцепок) l асц = 14620 мм,
база (расстояние по осям тележек) l в = 9720 мм; внутренние размеры: ширина
В В = 2770 мм, длина L в = 13300 мм; высота пола от уровня головок рельсов
Нпола = 1310 мм, высота центра тяжести в порожнем состоянии h вт = 800 мм,
боковая поверхность вагона, подверженная действию ветра Sв = 12,0 м2, вы-
сота бортов НБ = 500 мм.
При решении вопроса о размещении груза, необходимо установить рас-
положение центра тяжести груза (ЦТгр) по длине и ширине платформы, то
есть определить смещение центра тяжести груза относительно продольной и
поперечной осей вагона и сравнить с допустимыми для данной массы груза
значениями.
Груз размещается симметрично продольной и поперечной осей вагона,
следовательно, расстояние от торцевого борта до груза равно, мм:
La - Lаб 13300 -10000
l]
1 2 2
—1650и
Расстояние от торцового борта до центра тяжести груза, мм:
к —1 ‘ + Loo — 1650 + 5200 — 6850 ii
Смещение центра тяжести груза относительно поперечной оси вагона
(принимается по модулю)
2 1 2
Допустимая величина смещения для данной массы груза 1840 мм, что
меньше 200 мм , полученных по расчету, следовательно перевозка при таком
размещении возможна. (допустимые величины приведены в таблице П.1.1).
Величина поперечного смещения не проверяется, т.к. она равна половине
ширины груза.
Расстояние по высоте от уровня головки рельсов (УГР) до определяемой
точки (координата Y)
Y=2000=1310=3310 мм
Расстояние по ширине груза от оси пути до определяемой точки (коор-
дината Х).
Х=1000+650 = 1650 мм.
По таблице негабаритности определяем, что на высоте 3310 мм груз бу-
дет иметь боковую негабаритность. Габарит погрузки на этой высоте состав-
ляет 1625 мм. При величине Х от 1625 мм до 1700 мм груз будет иметь 1 сте-
пень негабаритности, от 1701мм до 1800мм- 2 степень и. т. д. Индекс негаба-
ритности данного груза Н0100.
Вагон с грузом считается устойчив, если выполняются условия: высота
центра тяжести вагона с грузом ( Нцот) не превышает величины 2300 мм и ве-
личина наветренной поверхности вагона с грузом (S0 ) не более 50,0 м2.
НОт < 2300 мм;
So < 50 м2.
Высота центра тяжести вагона с грузом ( Нцот) определяется по формуле,
мм:
Q^h.
j-r i ^ao oo ^o oo
± J. x ' —
00 Qao + Qo
40 • 2210 + 22 • 800
---------------—1710 и
40+22
Высота центра тяжести груза от УГР определяется, мм:
hцт = hгр + Нпола = 900 + 1310 = 2210 мм.
Наветренная поверхность вагона с грузом определяется по формуле, м2:
S0= Sв+ Sгр= 12 + 19 = 31 м2.
Наветренная поверхность груза при перевозке на платформе с закрыты-
ми бортами, м2:
Sгр = Lгр (Hгр – HБ) = 10∙(2,4 – 0,5) = 19 м2.
Следовательно, вагон с грузом устойчив от опрокидывания относитель-
но УГР, так как 2300 мм >1710 мм и 50 м2 >31 м2.
Определение сил, действующих на груз
Величина продольной инерционной силы определяется по формуле, тс:
Fпр = апрQгр = 1,072∙40=42,88 тс,
Удельная продольная инерционная сила при перевозке груза с опорой на
один вагон и применении для крепления упругих элементов (растяжки, об-
вязки, бруски):
ao\ 22 94/ ^vu,z. ,^ч^
Поперечная инерционная сила с учетом действия центробежной силы
определяется по формуле, тс:
Fп = апQгр=0,339∙40=13,56 тс,
Удельная поперечная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
Для грузов с опорой на один вагон ап определяется по формуле, тс/т:
0.44 , 0.44 . , .
а — 0,33 + -,— • К — 0,33 + —— 200 — 0,339On / 0
1 , l- * , 9720 , ,
Вертикальная инерционная сила определяется по формуле, тс:
Fв = авQгр=0,3135∙40=12,54 тс,
Удельная вертикальная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
a 7 ao iy 7
Qad
-I
2.14
.
Ветровая нагрузка (тс) принимается нормальной к поверхности груза и
определяется из расчета удельного давления ветра, равного 0,05 тс/м2, по
формуле:
W = 0.05Sгр= 0,05∙19=0,95 тс,
Величина силы трения в продольном направлении
– в поперечном направлении, тс:
Значения коэффициентам трения между поверхностями, очищенными
от грязи, снега, льда, а в зимний период – посыпанными тонким слоем песка,
принимаются равными:
– пачки промасленной листовой стали по дереву0,21;
– дерево по дереву0,45;
– сталь по дереву0,40;
– сталь по стали0,30;
– пакеты чушек свинца, цинка по дереву0,37;
– пакеты отливок алюминия по дереву0,38;
– железобетон по дереву0,55;
– пачки промасленной листовой стали по дереву0,21;
– вертикально устанавливаемые рулоны листо-
вой стали (штрипсы) с неупакованными (от-0,61;
крытыми) торцами по дереву
При определении продольной силы трения вертикальную инерционную
силу не учитывают вследствие ее незначительности.
Проверка устойчивости груза
от сдвига
Продольное усилие, которое должно восприниматься креплением, тс:
Поперечное усилие, которое должно восприниматься креплением, тс:
Груз будет устойчив от сдвига вдоль вагона, если крепление компен-
сирует величину 26,88 тс, от сдвига поперек вагона – 7,153 тс.
от опрокидывания
Коэффициент устойчивости груза вдоль вагона:
7й =
lй _ 4800
а и (h«6 - h? ) = 1,072(900 - 0)
= 4,975;
поперек вагона:
= (Q b =__________40 -1000__________= 2 94
П F (hd6- h’ )+ W(h- - h’ ) 13,56(900 - 0)+ 0,95(1450 - 0) ’
Высота центра боковой наветренной поверхности груза определяется по
формуле:
h
Hаа -Hа +/
2 +
а
2400 - 500
2
+ 500 = 1450 li
Коэффициенты устойчивости груза вдоль и поперек вагона больше ве-
личины 1,25, следовательно, груз устойчив от опрокидывания вдоль и попе-
рек вагона.
Комментарии (0)