3.2 Расчет способа крепления груза в вагоне

При определении способов размещения и крепления груза должны наряду с его массой учитываться следующие силы и нагрузки:

• продольная инерционная сила;

• поперечная инерционная сила;

• вертикальная инерционная сила;

• ветровая нагрузка;

• сила трения.

Точкой приложения инерционных сил является центр тяжести груза (ЦТ_гр).

Точкой приложения ветровой нагрузки принимается геометрический центр наветренной поверхности груза. Направление действия ветровой нагрузки принимается перпендикулярным продольной плоскости симметрии вагона.

Рисунок 3.4 – Направление сил, действующих на груз

3.2.1. Определение сил и нагрузок

Определение инерционных сил и ветровой нагрузки, действующих на груз.

Продольная инерционная сила F_пр определяется по следующей формуле:

F_пр = а_пр Q_гр, тс, (3.4)

где а_пр –удельная продольная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т;

Qгр – масса груза, т.

Значения а_пр для конкретной массы груза, при погрузке на одиночный вагон, определяется по формуле:

, тс/т; (3.5)

где - общая масса груза в вагоне, т;

а₂₂, а₉₄ – значения удельной продольной инерционной силы в зависимости от типа крепления и условий размещения груза при массе брутто одиночного вагона – 22 т и 94 т, табл. 17 [5].

Даная сила рассчитывается для каждого места.

1) Здание

тс/т

F_пр=1,143 · 6 = 6,858 тс

2) Т.к. трансформаторные станции погружены на вагон плотно друг к другу и они одинаковы по массе и размерам, то будем их считать, как одно место.

F_пр= 1,143 · 12 = 13,716 тс

Поперечная инерционная сила F_п с учетом действия центробежной силы определяется по формуле:

Fп = а_п Qгр, тс, (3.6)

где а_п – удельная поперечная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.

Для грузов с опорой на один вагон а_п определяется по формуле:

, тс/т (3.7)

где lв – база вагона, мм;

lгр – расстояние от центра тяжести груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, мм.

Поперечная инерционная сила рассчитывается для каждого отдельно расположенного по длине вагона грузового места (укрупненного грузового места, перемещение отдельных частей которого относительно друг друга исключено применением специальных средств).

1. Здание

тс/т

F_п= 0,502 · 6 = 3,012 тс

2. Трансформаторные станции

Тр.ст.1 тс/т

F_п= 0,572 · 4 = 2,288 тс;

Тр.ст.2 тс/т

F_п= 0,459 · 4 = 1,836 тс

Тр.ст.3 тс/т

F_п= 0,346 · 4 = 1,384 тс

Вертикальная инерционная сила F_в определяется по формуле:

Fв = а_в · Qгр, тс, (3.8)

где а_в – удельная вертикальная сила на 1 т массы груза, кгс/т, которая определяется по формуле:

, тс/т, (3.9)

При погрузке с опорой на один вагон принимают к = 5×10^-6. В случае загрузки вагона грузом весом менее 10 т значение принимается равным 10т.

1) Здание:

F_в= 0,388 · 6 = 2,327 тс

2) Тр.ст.1

F_в= 0,396 · 4 = 1,583 тс;

Тр.ст.2

F_в= 0,383 · 4 = 1,532 тс;

Тр.ст.3

F_в= 0,371 · 4 = 1,483 тс.

Ветровая нагрузка W_п принимается нормальной к поверхности груза и определяется из расчета удельной ветровой нагрузки, равной 50 кгс/м², по формуле

W_п = (50 S_п)/1000, тс (3.10)

где Sп – площадь наветренной поверхности груза (проекции поверхности груза, выступающей за пределы продольных бортов платформы, на продольную плоскость симметрии вагона) подверженной действию ветра, м² (для цилиндрической поверхности, ось которой расположена вдоль вагона, принимается равной половине площади проекции).

1. Здание

W_п= (50 · (2,4– 0,5) · 5,6))/1000 = 0,532 тс;

2. Тр.ст.1 W_п= 50 · (2,8 - 0,5) · 2,5 = 287,5 кгс = 0,288 тс;

Тр.ст.2 W_п= 0,288 тс;

Тр.ст.3 W_п= 0,288 тс.

Определение силы трения F_тр.

Сила трения, действующая на груз, размещенный на однородной поверхности пола вагона, определяется по формулам:

- в продольном направлении:

, тс; (3.11)

- в поперечном направлении:

= Qгр μ (1 – aв), тс (3.12)

где μ – коэффициент трения между контактирующими поверхностями груза и пола вагона (или подкладок, прокладок).

Значения коэффициента трения между поверхностями, очищенными от грязи, снега, льда и смазки, а в зимний период - при посыпке тонкого слоя песка на поверхность подкладок и пол вагона в местах опирания подкладок и груза, принимается равным [5]:

• дерево по дереву - 0,45;

• сталь по дереву – 0,4;

• сталь по стали – 0,3;

• железобетон по дереву – 0,55.

В нашем примере груз погружен с опорой на один вагон без применения подкладок. Здание изготовлено из дерева, трансформаторные станции из стали.

1) Здание

= 6 · 0,45 = 2,7 тс,

= 6 · 0,45 (1 - 0,388) = 1,652 тс;

2) Для трансформаторных станций

3. Тр.ст.1 тс;

Тр.ст.2 тс;

Тр.ст.3 тс.