Взаимодействие грузов и ПС
.pdfтов, запорных устройств и др. элементов вагона. Результаты осмотра записывают в Книгу предъявления вагонов к техническому осмотру (форма ВУ-14).
Коммерческий осмотр вагонов должен гарантировать сохранность груза в пути следования.
Исправность вагонов для перевозки, например, тяжеловесных грузов, в коммерческом отношении характеризуется:
качеством очистки от ранее перевезенного груза; полным закрытием и надежностью закрепления люков; исправностью увязочных устройств (стоечных скоб).
Контрольные вопросы для самоподготовки
1.Перечислите основные средства перевозок, которые используются для транспортировки тяжеловесных и легковесных грузов.
2.Перечислите основные виды устройств обеспечения безопасности перевозки грузов, применяемых для крепления груза на открытом подвижном составе (ОПС).
3.Дайте определение растяжки и обвязки.
4.Для чего предназначены растяжки и обвязки?
5.Для чего предназначены подкладки, прокладки? Из каких материалов их изготавливают?
6.Для чего предназначены упорные и распорные бруски? Из каких материалов их изготавливают?
7.Какие должны быть рекомендуемые высоты подкладок и прокладок? От чего они зависят?
8.Какие должны быть рекомендуемые высоты распорных и упорных брусков? Зависят ли они от высоты деревянных подкладок под груз?
9.Как обозначают по ГОСТ 283–75 крепежные детали (гвоздь)? Какие должны быть минимальные допускаемые расстояния между крепежными деталями вдоль и поперек упорных и распорных брусков?
10.Допускают ли размещение штучных твердотельных грузов, не имеющих грузовых (монтажных) петель (проушин), непосредственно на пол платформы?
11.Какие грузозахватные приспособления применяют для застропки (захвата) и отстропки (освобождения) штучных твердотельных грузов, имеющих грузовые петли?
12.Какие грузозахватные приспособления применяют для застропки (захвата) и отстропки (освобождения) грузов различной конфигурации, не имеющих монтажных проушин?
13.Какие грузозахватные приспособления применяют для застропки (захвата) и отстропки (освобождения) длинномерных изделий?
14.Каким требованиям безопасности движения и сохранности груза должен отвечать подвижной состав, подаваемый железной дорогой под погрузку?
21
2.ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ В ВАГОНЕ
Вданном разделе изложена технология размещения грузов с заданными геометрическими параметрами (длина, ширина, высота и сечения в различных плоскостях), предъявленными к перевозке в вагоне. Если в Технических усло-
виях размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах (в дальнейшем ТУ)11 не предусмотрена технология размещения заданного груза, то расчеты по размещению выполняют с учетом веса груза, его габаритных размерах и расположении центра тяжести относительно продольной и поперечной осей симметрии вагона. При этом груз следует разместить в вагоне так, чтобы его габариты не выходили за пределы либо габарита погрузки, либо за пределы установленной негабритности.
С целью соблюдение требования технологии размещения грузов в вагоне в разделе описано нахождение центра тяжести штучного твердотельного груза сложной конфигурации. На основе использования метода разбиения более сложных плоских фигур на совокупность простых тел и теоремы Вариньона (теорема о равенстве равнодействующей пространственной (и/или плоской) системы сил) изложено нахождение центра тяжести нескольких грузов, размещенных в вагоне. Подробно изложены последовательность проверки устойчивости вагона с грузом с конкретными примерами расчета. Описаны технические требования при разработке технологии размещения грузов в вагоне.
2.1.Определение центра тяжести груза сложной конфигурации
На практике грузоотправителю часто приходится определить центр тяжести груза сложной конфигурации, поскольку без знания его расположения не представляется возможным обосновать технологию размещения и крепления груза в вагоне. Нахождение положение центра тяжести груза сложной конфигурации является обязательным начальным этапом обоснования технологии размещения и крепления грузов в вагоне.
Знание положение центра тяжести груза сложной конфигурации позволяет рациональному его размещению относительно центра пересечения продольной и поперечной оси симметрии вагона и вписыванию в очертания габарита погрузки. Кроме того, разработка рациональной технологии размещения грузов в вагоне способствует соблюдению условия устойчивости вагона с грузами, обеспечивает безопасность движения и сохранность груза в пути следования и надёжность деталей подвижного состава.
11 Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. Указ. соч. − 544 с.
Приложение 14 к СМГС. Правила размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. Указ. соч. − 191 с.
22
Общеизвестно12, что точка приложения силы тяжести тела (груз) называется его центром тяжести. Центр тяжести (ЦТ) тела на рисунке обозначают
через C . При перемещениях и поворотах центр тяжести тела не изменится (имеется в виду, что телом называется то, что имеет длину, ширину и глубину).
При определении положения центра тяжести объемных тел (груз), имеющих постоянное поперечное сечение по длине, используют формулы координат центров тяжести соответствующей плоской фигуры. Для этого в соответствии с геометрическими размерами, приведёнными в эскизе заданного груза, следует
вычислить объем груза V (м3), массу груза M (т) по заданной величине его плотности ρ (тс/м3), а затем вес груза G (кН). Далее следует определить положение центра тяжести груза по длине ( xC = lцт ), ширине ( yC = bцт ) и высо-
те ( zC = hцт ) относительно его основания. Например, масса груза (т) –
M = ρV , вес груза (кН) – G = Mg (где g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2).
Положение центра тяжести груза относительно координатных осей можно определить и другими способами. Так, например, метод разбиения более сложных плоских фигур (рис. 2.1) и объемных тел на совокупность тел, для которых легко установить положение центра тяжести.
Рис. 2.1. Штучный груз сложной конфигурации В этом случае координаты центра тяжести составного тела (или тела слож-
ной конфигурации), для которых плотность ( ρ(x, y, z) ) по всему объему V величина постоянная, определяют по формулам
12 Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н. Указ. соч. − 453 с.
23
|
|
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
n |
|
|
|
å yiVi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
åziVi |
||||
|
åxiVi |
|
yС = |
; zС = |
|||||
x = |
i |
|
; |
i |
i |
|
, |
||
|
n |
||||||||
|
n |
|
|||||||
n |
|
||||||||
С |
|
|
|
åVi |
|
|
(2.1) |
||
|
åVi |
|
|
|
åVi |
||||
|
i |
|
|
|
i |
|
i |
|
|
где i – номер тела, |
n – количество тел разбиения, Vi |
– объем i -го тела |
|||||||
разбиения, xi , yi , zi |
– |
координаты центра тяжести |
i -го тела разбиения от- |
носительно выбранной системы координат.
Координаты центра тяжести простых фигур, как частный случай объемных тел, находят по формулам
|
n |
|
n |
|
n |
|
|
|
xС = |
åxi Ai |
, yС = |
å yi Ai |
, zС = |
å zi Ai |
|
|
|
i |
i |
i |
, |
(2.2) |
||||
n |
n |
n |
||||||
|
|
|
|
|||||
|
å Ai |
|
å Ai |
|
å Ai |
|
|
|
|
i |
|
i |
|
i |
|
|
где Ai – площадь плоской i -й фигуры разбиения.
В формуле (2.2) числители называют статическими моментами площади
сечения (м3).
При наличии вырезов типа отверстий в сечении или полостей в объемном теле приведенные формулы можно использовать, считая соответствующие площади или объемы отрицательными.
С целью вписывания груза в очертания габарита погрузки его рекомендуют размещать в вагоне так, чтобы ЦТ совпал с пересечениями продольной и поперечной осей симметрии вагона (рис. 2.6). При этом если ширина груза
(2 Bгр , где Bгр – половина ширины груза) превышает внутреннюю ширину пола
вагона (2 Bв = 2 770 мм, где Bв – половина ширины вагона), то груз перевозят на платформе с опущенными бортами. Тележки вагона должны быть загружены равномерно и нагрузка, приходящаяся на одну тележку, не должен превышать половину грузоподъемности вагона.
24
Рис. 2.6. Очертание основного габарита погрузки
2.2. Определение положения общего центра тяжести нескольких грузов в вагоне. Проверка устойчивости вагона с грузами13
При разработке технологии размещения и крепления грузов грузоотправители стремятся максимально использовать всю полезную площадь и грузоподъёмность вагона, желая в одном вагоне перевозить несколько грузов (рис. 2.7 и
2.8). При этом возможно смещение общего центра тяжести грузов ЦТогр отно-
сительно продольной ( lсм ) и поперечной ( bсм ) осей симметрии вагона, кото-
рые приводят к перегрузке комплектов пружин и буксовых узлов одной тележки, в сторону которой имеется данное смещение, и разгрузке таких же сборочных единиц (элементов) другой тележки.
13 Программа для ЭВМ «Расчеты по размещению и креплению груза в вагоне». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ от 16.07.2008, № 2008613359 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке от 02.06.2008 № 2008912447.
25
Рис. 2.7. Размещения трех грузов по длине платформы
Рис. 2.8. Размещения четырех грузов по длине платформы
Для нахождения положения общего центра тяжести грузов ЦТогр по длине
( lцт ) относительно торцевого борта, ширине ( bцт ) относительно бокового бор-
та вагона и относительно его пола ( hцт ) воспользуемся следующими общеизвестными положениями теоретической механики.
Если дана система параллельных сил F1, F2 ,..., Fn , которые приводятся к
равнодействующей R , то точки приложения систем сил считаются фиксированными.
Центром параллельных сил называется точка приложения равнодействую-
щей силы R , обладающая таким свойством, что при повороте всех параллельных сил на один угол с сохранением их параллельности равнодействующая по-
ворачивается вокруг центра параллельных сил С на тот же угол14.
Координаты центра параллельных сил С согласно теореме о моменте равнодействующей пространственной (или плоской) системы сил (теорема Ва- риньона) определяют формулами (см. формулы (2.1) и (2.2))
|
n |
|
n |
|
|
n |
||
|
åxi Fi |
; yС = |
å yi Fi |
|
zС = |
åzi Fi |
||
x = |
i |
i |
; |
i |
. |
|||
n |
||||||||
n |
||||||||
n |
||||||||
С |
|
åFi |
|
|
(2.25) |
|||
|
åFi |
|
|
|
åFi |
|||
|
i |
|
i |
|
|
i |
14 Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н. Указ. соч. − 453 с.
26
2.2.1. Определение положения общего центра тяжести вагона с грузами по вертикальной оси
Определение положения общего центра тяжести вагона с грузами относительно пола вагона
Положение (высота) общего центра тяжести вагона с грузами ( ЦТогр )
относительно пола вагона (по оси z ) – zC = hцто (мм) (рис. 2.9) согласно теореме Вариньона определим по формуле (2.6)
hо |
= |
G1hцт1 + G2hцт2 |
+ ... + Gihцтi |
, |
(2.26) |
|
|
||||
цт |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
где hцт1 ,…, hцтi – высота центров тяжести (ЦТ) единиц груза от пола вагона (мм):
hцтi = hi + h0 |
(2.27) |
с учетом того, что hi = zC и h0 – соответственно высоты ЦТ единиц груза от поверхности пола вагона и деревянных подкладок под грузами, имеющими ( hi )
и не имеющими ( hi + h0 ) грузовых (монтажных) петель (мм); h0 – высота под-
кладки (мм) (принимают 0,05 м (50 мм) для веса груза до 300 кН и 0,100 м (100 мм) и более (125, 150 или 175 мм) для веса груза свыше 300 кН);
n
R = Gо = åGi – равнодействующая всех сил (или общий вес груза в
i=1
вагоне) (кН).
Рис. 2.9. Размещение штучных грузов на платформе (вид сбоку)
27
Для примера покажем нахождение положения (высоты) общего центра тя-
жести трёх штучных твёрдотельных грузов ЦТогр относительно пола вагона с
(рис. 2.10), используя формулы (2.26) и (2.27):
hо |
= |
G1 (hцт1 + h0 ) + G2hцт2 |
+ G3hцт3 |
. |
(2.28) |
|
|
||||
цт |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.10. Определение положения ЦТогр трех грузов относительно пола платформы
Пример 3. Определить положение (высота) общего центра тяжести пяти грузов, уложенных в вагоне на подкладки, относительно пола вагона.
Макет-документ исходных данных и результаты вычислений искомой величины приведён ниже.
Результаты вычислений:
28
Определение положения общего центра тяжести вагона с грузами относительно УГР
Положение (высота) общего центра тяжести вагона с размещенным на нем
несколькими штучными твердотельными грузами Hцто (мм) (рис. 2.11) относительно УГР определим по формуле
Hцто = |
Rhо |
+ G H в |
|
|
цт |
т цт |
, |
(2.29) |
|
|
|
|||
|
R + Gт |
|
где Hцтв – высота центра тяжести порожнего вагона от УГР (мм) (для платформы 800 мм, а для полувагона – 1 130 мм);
Gт – вес тары вагона (кН) (для основных моделей универсальных платформ
13-401 – 209,2 кН или 20,92 тс, 13-4012 – 214 кН или 21,4 тс, 13-4019 – 219 кН или 21,9 тс, 13-Н451 – 213 кН или 21,3 тс).
Рис. 2.12. Определение положение ЦТо нескольких грузов относительно УГР
29
В частном случае размещение в вагоне штучного твердотельного груза
положение (высота) общего центра тяжести вагона с грузом Hцто (мм) (рис.
2.12) относительно уровня головки рельсов (УГР) определим по формуле (см. формулу (2.26))
|
= |
G H |
цт1 |
+ G H в |
|
|
|
Hцто |
1 |
т цт |
, |
(2.30) |
|||
G1 + Gт |
|||||||
|
|
|
|
||||
где Hцт1 – высота центра тяжести груза (ЦТ) от УГР (мм): |
|
||||||
Hцт1 |
= hцт1 + h0 + Hв |
|
(2.31) |
с учетом того, что hцтi = zC и h0 – соответственно высоты ЦТ единиц груза от поверхности пола вагона и деревянных подкладок под грузами, имеющими
( hцтi ) и не имеющими ( hцтi + h0 ) грузовых (монтажных) петель (мм); h0 – высота подкладки (мм) (принимают 0,05 м (50 мм) для веса груза до 300 кН и 0,100 м (100 мм) и более (125, 150 или 175 мм) для веса груза свыше 300
кН); 1 310 – высота поверхности пола платформ относительно УГР (мм); H в – высота пола вагона от УГР (1 310 мм).
Рис. 2.12. Штучный груз, размещенный на платформе Покажем, что положение (высота) общего центра тяжести вагона с разме-
щенными на нем несколькими штучными твердотельными грузами Hцто относительно УГР (мм) (рис. 2.13) можно определить по другой формуле
Hцто = |
G H |
цт1 |
+ G H |
цт2 |
+ ... + G |
H в |
|
|
1 |
2 |
т |
цт |
, |
(2.32) |
|||
|
|
R + Gт |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
где Hцт1 ,…, Hцтi – высота центров тяжести (ЦТ) единиц груза от УГР (мм):
30