авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«Х. Т. ТУРАНОВ, А.Н. БОНДАРЕНКО, Н.В. ВЛАСОВА КРЕПЛЕНИЯ ГРУЗОВ В ВАГОНАХ Екатеринбург 2006 Х. Т. ТУРАНОВ, А.Н. ...»

-- [ Страница 4 ] --

Таким образом, полученные исходные данные в виде геометрических размеров гибких элементов креплений и координаты точек их закрепления к стоечным скобам вагона и мон тажным петлям груза являются неотъемлемыми составляющими при описании уравнения равновесия в статически неопределимой системе “груз – крепление – вагон” с плоским осно ванием, без которых невозможно создать обобщенную математическую модель этой сис темы.

Такой подход к подготовке исходных данных в последующем упрощает составление математической модели, позволяя автоматизировать расчет по определению усилий в эле ментах крепления грузов. При этом в математической модели усилия в гибких элементах крепления учитываются только с положительными знаками независимо от направления про екции этих усилий относительно принятых координатных осей, поскольку все это уже учте но автоматически. Задача теперь состоит лишь в том, чтобы, соблюдая общепринятые пра вила знаков, включить в число уравнений равновесия внешние силы и моменты, действую щие на систему “груз – крепление – вагон” с плоским основанием.

Ниже покажем результаты составления уравнений равновесия с использованием такого подхода.

8.2.2. Результаты решения задачи по разработке обобщенной математической модели статической неопределимой системы “груз – крепление - вагон” На основе применения общих формулировок и решения статически неопределимых за дач по отысканию усилий в креплениях грузов с использованием вышеприведенных обозна чений составлены соотношения, необходимые для нахождения усилий в гибких элементах креплений груза, по существу представляющих обобщенную математическую модель систе мы “груз-крепление-вагон” с плоским основанием:

сдвигающая сила по оси Ox S + x Wx = Tx ;

(8.1) xi i = сила трения по оси Ox Fтрx = if ( N 0, if (Tx fN,Tx, fN ),0) (8.2) (отметим, что данное условие представляет собой физическую сторону статической неоп ределимой системы “груз-крепление-вагон” с плоским основанием);

сумма проекций сил на ось Ox Tx + Fтрx = 0 ;

(8.3) сдвигающая сила по оси Oy S + ( y + цб + W y ) cos 10 3 Mg sin = T y ;

(8.4) yi i = сила трения по оси Oy Fтрy = if ( N 0, if (T y fN,T y, fN ),0) (8.5) (отметим, что данное условие также представляет собой физическую сторону статической неопределимой системы “груз – крепление - вагон” с плоским основанием);

сумма проекций сил на ось Oy T y + Fтрy = 0 ;

(8.6) сумма проекции сил на ось Oz S ( y + цб + W y ) sin 10 3 Mg cos + N + z = 0 ;

(8.7) zi i = сумма моментов сил вокруг оси Ox [ ] S S yi + ( z i ) ( y + цб ) zC + W y zW cos + zi yi i =1 i =5,10,15, (8.8) + 10 Mg sin zC + W y sin 0.5b1 + Fтрy h + Ny N = 0;

сумма моментов сил вокруг оси Oy [ ] S zi xi + S ( zi ) + ( y + цб ) xC + W y xW sin + xi i =1 i =5,10,15, (8.9) + 10 Mg cos xC + x zC z xC Wx zWx + Fтрx h Nx N = 0;

сумма моментов сил вокруг оси Oz:

[ ] (S xi S xi y i ) + ( y + цб ) xC + W y xW cos 10 3 Mg sin xC + yi i =1 (8.10) + Fтрy x N Fтрx y N = 0;

деформационные соотношения x i 20 y 20 20 20 20 l [(x y i ) + (y + xi ) i ] = ( S i S 0i ) i, (8.11) i =1 l i i =1 l i EA i =1 i =1 i = где Sxi, Syi, Szi – проекции на координатные оси отыскиваемых значений усилий в растяжках Si (i=1…20 – количество гибких элементов крепления) в кН S xi = Si cos i cos прi ;

S yi = S i cos i sin прi ;

S zi = Si sin i (8.12) или поскольку z xi y i sin i = i, cos i cos прi = cos i sin прi = ;

li ;

(8.13) li li то полученные выражения проекции усилий в гибких элементах креплений груза можно также представить и в таком виде:

z i yi xi S yi = S i S zi = S i sin i = S i S xi = Si ;

(8.14) li li li В выражениях (8.12) и (8.13) и пр - углы наклона гибких элементов креплений на плоскость Oxy и плоскости элементов креплений на ось Ox в рад. и xi, yi, zi – проекции элементов креплений на координатные оси Ox, Oy, Oz в м;

h и b1 – высота груза и поперечное расстояние между петлями для крайних растяжек (на пример, с номерами 5, 10, 15, 20) в м;

x, y, – отыскиваемые значения малых перемеще ний груза по оси Ox, Oy в м и его поворота вокруг оси Oz в рад.;

li - длина элемента крепле ния в м;

EA - физико-геометрическая характеристика (жесткость на растяжение) гибкого эле мента в кН. Здесь E – модуль упругости гибкого элемента, скрученного из стальной ото жженной проволоки, кН/ м2 (Е = 1.104 МПа)25, Ai - площадь поперечного сечения растяжки в d i Ai = ni м: с учётом того, что в ней ni – число нитей в i –ом гибком элементе в шт.;

di – диаметр проволоки в м;

xC, xW, zC, zW, zWx – координаты точек приложения продольной, поперечной и вертикаль ной инерционных сил и ветровой нагрузки соответственно по осям Ox и Oz в м;

N и xN, yN – Зылев В.Б. Вычислительные методы в нелинейной механике конструкций. - М.: НИЦ «Инженер», 1999. - 145 с.

отыскываемые значения нормальной реакции связи в Н и координаты точки ее приложения в м;

– угол, характеризующий возвышение наружного рельса в рад.;

xi и yi – координаты верхних монтажных петель растяжек в м;

S0i - начальные натяжения растяжек в кН.

В выражениях (8.12) и (8.13) также обозначены:

ey - переносная сила инерции груза по поперечной оси вагона в кН ey = 10 3 Ma e, (8.15) y где М – масса груза, кг;

a e - переносное поперечное ускорение вагона, м/с2 (общеизвестно, что одним из пока y зателей динамических качеств грузового вагона являются величины средних из наибольших значений ускорений, замеренных в связях при проведении опытных испытаний. Они при оценке хода вагона в поперечном направлении имеют следующие значения, м/c2: отличное a y 1 (или a y 0.102 g ), хорошее – ay = 1…1.5 (или ay=0.102…0.153)g, удовлетвори тельное – ay = 1.6…3 (или ay=0.102…0.153)g, допустимое – ay = 3.1…4.5 (или ay = 0.316…0.459)g);

e – переносная сила инерции груза по вертикальной оси, кН:

z e = 10 3 Ma z, (8.16) z где az – переносное ускорение по вертикальной оси вагона, допустимое значение которого находится в пределах (0.46...0.66)g, м/с2;

Фцб - реальная центробежная сила инерции в кН, которая развивается при движении по езда по кривой, определяемая по общеизвестной формуле:

10 3 Mv цб = (8.17) 12.96 R где v - скорость движения поезда по кривой, м/с;

3.62 = 12.96 – переводной коэффициент км/ч на м/с;

R – радиус кривизны переходной кривой в рассматриваемой точке, м.

Анализируя составленные уравнения равновесия системы “груз - крепления – вагон” с плоским основанием, убеждаемся, что проекции усилий всех гибких элементов креплений на координатные оси, как отмечено в п.2.1.1, имеют положительный знак, независимо от парно сти их расположения относительно продольной оси вагона. Задача состоит лишь во включе нии в число уравнений равновесия системы “груз – крепление – вагон” с плоским основани ем внешних сил и моментов, применением при этом общепринятого правила знаков.

Ниже приводим развернутый вид составленных уравнений равновесия, где в качестве од ного из неизвестных четко видны усилия в гибких элементах креплений в виде Si (i =1…20).

С учетом первого выражения (8.12) сдвигающая сила по оси Ox в виде (8.1) может быть представлена в виде:

S1 cos 1 cos пр1 + S 2 cos 21 cos пр 2 + S 3 cos 3 cos пр 3 + + S 4 cos 4 cos пр 4 + S 5 cos 5 cos пр 5 + S 6 cos 6 cos пр 6 + + S 7 cos 7 cos пр 7 + S 8 cos 8 cos пр8 + S 9 cos 9 cos пр 9 + + S10 cos 10 cos пр10 + S11 cos 11 cos пр11 + S12 cos 12 cos пр12 + (8.18) + S13 cos 13 cos пр13 + S14 cos 14 cos пр14 + S15 cos 15 cos пр15 + + S16 cos 16 cos пр16 + S17 cos 17 cos пр17 + S18 cos 18 cos пр18 + + S19 cos 19 cos пр19 + S 20 cos 20 cos пр 20 + x Wx = Tx.

С учетом второго выражения (8.12) сдвигающая сила по оси Oу в виде (8.4) может быть приведена к виду:

S1 cos 1 sin пр1 + S 2 cos 2 sin пр 2 + S 3 cos 3 sin пр3 + + S 4 cos 4 sin пр 4 + S 5 cos 5 sin пр 5 + S 6 cos 6 sin пр 6 + + S 7 cos 7 sin пр7 + S8 cos 8 sin пр8 + S 9 cos 9 sin пр 9 + + S10 cos 10 sin пр10 + S11 cos 11 sin пр11 + S12 cos 12 sin пр12 + + S13 cos 13 sin пр13 + S14 cos 14 sin пр14 + S15 cos 15 sin пр15 + (8.19) + S16 cos 16 sin пр16 + S17 cos 17 sin пр17 + S18 cos 18 sin пр18 + + S19 cos 19 sin пр19 + S 20 cos 20 sin пр 20 + + ( y + цб + W y ) cos 10 3 Mg sin = Ty.

С учетом второго и третьего выражений (8.12) сумма моментов сил вокруг оси Ox в виде (8.8) может быть приведена к виду:

S1 sin 1 y1 + S 2 sin 2 y 2 + S 3 sin 3 y3 + S 4 sin 4 y 4 + + S 6 sin 6 y 6 + S 7 sin 7 y1 + S8 sin 8 y1 + S9 sin 9 y9 + + S11 sin 11 y11 + S12 sin 12 y12 + S13 sin 13 y13 + S14 sin 14 y14 + + S16 sin 16 y16 + S17 sin 17 y17 + S18 sin 18 y18 + S19 sin 19 y19 + + S 5 cos 5 sin пр5 ( z5 ) + S10 cos 10 sin пр10 ( z10 ) + (8.20) + S15 cos 15 sin пр15 ( z15 ) + S 20 cos 20 sin пр 20 (z 20 ) [ ] ( y + цб ) zC + W y zW cos + W y sin 0.5b1 + 10 3 Mg sin zC + Fтрy h + Ny N = 0.

С учетом второго и третьего выражений (8.12) сумма моментов сил вокруг оси Oу в виде (8.9) может быть записана:

( S1 sin 1 x1 + S 2 sin 2 x2 + S 3 sin 3 x3 + S 4 sin 4 x4 + + S 6 sin 6 x6 + S 7 sin 7 x1 + S8 sin 8 x1 + S 9 sin 9 x9 + + S11 sin 11 x11 + S12 sin 12 x12 + S13 sin 13 x13 + S14 sin 14 x14 + + S16 sin 16 x16 + S17 sin 17 x17 + S18 sin 18 x18 + S19 sin 19 x19 ) + + S 5 cos 5 cos пр5 (z5 ) + S10 cos 10 cos пр10 (z10 ) + (8.21) + S15 cos 15 cos пр15 ( z15 ) + S 20 cos 20 cos пр 20 ( z 20 ) + [ ] + ( y + цб ) xC + W y xW sin + 10 3 Mg cos xC + + x zC z xC Wx zWx + Fтрx h Nx N = 0.

С учетом выражений (8.13) деформационные соотношения в виде (8.11) могут быть пред ставлены:

l [( x y1 ) cos пр1 + ( y + x1 ) sin пр1 ] cos 1 = ( S1 S 01 ) ;

(8.22) EA l [( x y 2 ) cos пр 2 + (y + x2 ) sin пр 2 ] cos 2 = ( S 2 S 02 ) ;

(82.23) EA …………………………………………………………………………….…………….… ……………………………………………………………………………………….…….

l [(x y19 ) cos пр19 + ( y + x19 ) sin пр19 ] cos 19 = ( S19 S 019 ) ;

EA …. (8.40) l [( x y 20 ) cos пр 20 + ( y + x20 ) sin пр 20 ] cos 20 = ( S 20 S 020 ).

EA … (8.41) Выражения (8.18)…(8.41) совместно с физическими сторонами статической неопреде лимой задачи механической системы “груз – крепление – вагон” с плоским основанием в ви де (8.2), (8.5) и соотношениями (8.3), (8.6) представляют собой систему уравнений. Эти вы ражения при умелом использовании возможности вычислительной среды MathCAD позво ляют непосредственно определять, например, усилия в гибких элементах креплений груза от одновременного приложения к ним продольных, поперечных и вертикальных сил.

Таким образом, с использованием основных положений общей механики составлены уравнений в виде системы (8.18)…(8.41) с 26-ю неизвестными совместно с физическими сто ронами статической неопределимой системы “груз – крепление – вагон” с плоским основа нием в виде (8.2), (8.5) и соотношениями (8.3), (8.6), которые не оказывают влияния на ста тическую неопределимость системы, но учитывают характер изменения силы трения.

Составленная система уравнений (8.18)…(8.41) с учетом характера изменения силы трения по существу представляет собой обобщенную математическую модель системы “груз – крепление – вагон” с плоским основанием, легко реализуема в вычислительной среде MathCAD, применение которой позволяет составить программы расчета по непосредствен ному определению усилий в гибких элементах крепления, нормальную реакцию связи и ко ординату точки ее приложения, значения перемещений груза как по продольной, так и поперечной оси вагона, а также его поворот вокруг вертикальной оси.

Кроме того, решение статически неопределимой задачи по определению усилий в гиб ких элементах креплений механической системы “груз – крепление – вагон” позволит опре делить значения сдвига груза вдоль и поперек вагона от одновременного действия продоль ных, поперечных и вертикальных сил, величины которых по существу показывают располо жение упорных брусков, куда они должны быть прибить к полу вагона от торца груза в зави симости от массы и выбранного способа креплений.

Помимо этого, найденные величины сдвига груза вдоль и поперек вагона совместно со значением нормальной реакции связи в последующем дадут возможность определить силы, действующие со стороны груза на упорные бруски, по величинам которых могут быть вы полнены расчеты по определению количества крепежных элементов (гвоздей) для закрепле ния упорных брусков.

============================================================= Ниже приводим результаты вычислительных экспериментов по опреде лению усилий в гибких элементах креплений груза при одновременном дейст вии на него продольных, поперечных и вертикальных сил при симметричном размещении груза относительно оси симметрии вагона и возможных сдвигов груза вдоль и поперек вагона, а также возможный его поворот относительно вертикальной оси.

8.3. Результаты вычислительных экспериментов по расчёту гибких элементов креплений груза и их анализ Results of experiments for calculation flexible elements of cargo fastening and their analysis 8.3.1. Общие положения по разработке методики расчета гибких элементов креплений, используемых для удержания груза от сдвига Выполненные результаты аналитических исследований для определения усилий в гибких элементах креплений в виде конечных формул (см. п.8.2) дают возможность обосновать рациональный способ крепления груза на основе ре зультатов вычислительных экспериментов, направленных на усовершенствова ние методики действующего ТУ. Усовершенствованный способ расчета усилий в гибких элементах креплений груза должен способствовать успешному функ ционированию железнодорожного транспорта, обеспечивая при этом надеж ность и безопасность движения поездов, позволяющих сохранную перевозку груза в пути следования и своевременную доставку груза грузополучателю.

Разработка усовершенствованной методики расчёта гибких элементов кре пления, используемого для удержания груза, базируется на классических мето дах общей механики с применением универсальной среды MatCAD.

Вычислительные эксперименты по определению усилий в гибких элемен тах крепления, значений сдвигов груза вдоль и поперек вагона, нормальной ре акции связи и координаты точек ее приложения (см. раздел 1) выполнены в следующей последовательности:

- ввод исходных данных (технико-эксплуатационные характеристики ваго на, геометрические параметры гибких элементов крепления и груза, масса, ско рость движения вагона, коэффициент трения соприкасающихся поверхностей груза и пола вагона, усилия предварительных закруток гибких элементов креп ления);

- непосредственное вычисление усилий Si в гибких элементах крепления, значений сдвигов груза вдоль и поперек вагона, нормальной реакции связи и координаты точек ее приложения с использованием полученных в п.8.2 выра жений в виде (8.18)…(8.43) совместно с физическими сторонами статической неопределимой задачи механической системы “груз – крепление – вагон” с плоским основанием в виде (8.2), (8.5) и соотношениями (8.3), (82.6) с исполь зованием возможности вычислительной среды MathCAD.

8.3.2. Результаты вычислительных экспериментов по определению усилий в гибких креплениях груза Для примера приводится расчет усилий в гибких элементах крепления гру за, схема размещения и крепления которого на платформе, приведена на рис.

8.2.

На схеме гибкие элементы крепления, расположенные с правой стороны платформы по продольной оси, обозначены номерами 1…10, а слева – 11…20, причем крепления, обозначенные номерами 1..5 и 11..15, расположены с левой стороны поперечной оси, а крепления, обозначенные номерами 6…10 и 16…20, - с правой стороны этой оси.

Исходные и другие сопутствующие данные для примера приведены ниже.

А. Постоянные параметры расчета: g = 9.81 - ускорение свободного паде ния, м/с2;

Е = 1107 - модуль упругости гибких элементов крепления с учетом скрутки проволок, кН/м2;

bп = 2.87- поперечное расстояние между увязочными устройствами вагона, м;

с1 = 0.98, с2 = 1.574, с3 = 1.62, с4 = 1.704 – пролеты скоб платформы, м.

Б. Параметры груза и гибких элементов креплений, которые могут быть изменены:

1) Массовые, геометрические и физические параметры конкретного груза:

Q = 588.6 – вес груза в кН (или Q0 = 60 тс);

h = 2.1, b = 2 и l = 9.1 – соответст венно высота, ширина и длина груза в м;

b1 = 1 – поперечное расстояние меж ду монтажными петлями для крайних растяжек, расположенных в узкой части груза, м;

h1 = 1.54 - высота монтажных петель крайних растяжек, расположен ных в узкой части груза, м;

t = 0.4 - толщина утолщенной части груза, м;

f = 0. - коэффициент трения между соприкасающимися поверхностями груза и пола вагона (железобетон о дерево);

d = 0.006 и n = 8 –соответственно диаметр про волоки и число нитей гибкого элемента крепления, м;

S0 = 20.1 - начальное на тяжение гибкого элемента крепления, кН.

2) Геометрические размеры гибких элементов креплений в м:

а) проекции элементов креплений на продольную ось вагона (размер, при нимаемый только из проекции груза и креплений на горизонтальную плос кость, т. е. из вида груза сверху) – a1 = a6 = =0.395, a2 = a7 = =0.695, a3 = a8 = 0.345, a4 = a9 = 0.275, a5 = a10 = 2.034;

б) проекции элементов креплений на поперечную ось вагона – b1 = b2 = =b = b4 = b6 = b7 = b8 = b9 = 0.435, b5 = b10= 0.935;

в) проекции элементов креплений на вертикальную ось вагона – h1 = h2 = =h3 = h4 = h6 = h7 = h8 = h9 = 2.1, h5 = h15 = h10 = h20= 1.54.

3) Кинематические параметры пути и характеристики уклона: скорость движения поезда v = 100 км/ч (или 27.7 м/с), радиус кривой кривого участка пу ти Rк = 800 м;

возвышение рельса h = 0.12 мм;

высота спуска – H = 6 м.

4) Кинематические возмущения в м/с2: аех = 0.165g – переносное ускоре ние вагона по продольной оси, подбираемое так, чтобы усилие в наиболее по логом гибком элементе (растяжке) не превышало допустимое значение;

аеy = 0.32g - переносное ускорение вагона по поперечной оси (допустимое значение находится в пределах от 0.1g до 0.46g26), аеz = 0.66g – переносное ускорение вагона по вертикальной оси (допустимое значение находится в пределах от 0.46g до 0.66g).

5) Расстояние от края груза до первой скобы в м: с01 = 0.5l - (1.5c3 + c4) = 0.414.

6) Координаты x верхних монтажных петель груза для закрепления гибких элементов креплений в м:

7) Координаты z верхних монтажных петель груза для закрепления гибких элементов креплений в м:

Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. - М.:

Транспорт, 1991. - 360 с.

8) Проекции гибких элементов креплений на ось x м:

9) Проекции гибких элементов креплений на ось z в м:

В. Все необходимые силовые и геометрические параметры креплений вы числяются по составленной программе расчета.

С. Задача определения усилий в гибких элементах крепления решена ме тодом итераций с использованием вычислительной среды MathCAD, согласно которому вначале присвоены начальные значения искомых параметров, а затем введены в блок функции Given–Find система уравнений.

Принятые в ходе вычислительных экспериментов начальные значения ис комых параметров приведены ниже.

.

Д. В блок функций Given-Find введены системы уравнений (8.2), (8.3) и (8.5), (8.6), а также (8.18) … (8.43).

Е. Условия проведения вычислительных экспериментов. Отметим, что значения продольного, поперечного и вертикального переносных ускорений ва гона с грузом в виде aex = 0.165g, aey = 0.32g и aez =0.66g были определены ме тодом подбора так, чтобы усилия в гибких элементах крепления не превышали бы допустимые значения, равные 39.2 кН (3.92 тс) [2]. При этом замечено, что значения усилий в гибких элементах крепления в сильной степени зависят от изменения aey и aez. Так, например, увеличение aey или aez даже на величину 0.001g приводит к превышению усилий в гибких элементах крепления больше допустимых значений. Значение вертикального ускорения, равного aez = 0.66g, является верхним допустимым значением для вагона с грузом. Поэтому при проведении вычислительных экспериментов по определению усилий в гибких элементах крепления от одновременного действия продольных, поперечных и вертикальных сил можно варьировать только значениями продольного и попе речного переносных ускорений вагона в сторону их уменьшения, оставляя не изменным значения вертикального переносного ускорения aez = 0.66g. Результа тами предварительных экспериментов установлено, что уменьшение значений вертикального переносного ускорения (т.е. когда aez 0.66g) приводит к боль шему прижатию груза на пол вагона от действия динамических сил инерции и соответственно этому к увеличению нормальной реакции связи.

Таким образом, предварительными результатами вычислительных экспе риментов установлено, что при любых значениях продольного и поперечного ускорений, превышающих aex 0.165g aey = 0.32g, при постоянном значении вертикального переносного ускорения aez = 0.66g усилия в гибких элементах креплений будут превышать допустимые значения 39.2 кН (3.92 тс). При этом нагрузочная способность гибких элементов креплений будет уменьшаться.

Ж. Результаты вычислительных экспериментов. В результате прове денных вычислительных экспериментов по определению усилий в креплениях груза получены следующие результаты:

• сила трения, нормальная реакция связи в кН и координаты точки ее при ложения в м h = 0,12;

v = 100;

Rk = 800;

f = 0,55;

Фx = 89,467;

Фy = 154,8;

Фz = 388,476;

Фцб = 57,876;

Wy = 0,955;

Wx = 0,125;

Q = 588,6;

Fтр0 = f Q = 323,73;

Tx = 91,387;

Ty = 151,1;

N = 571,6;

Fтр = f N = 314,358;

N/Q = 0,971;

xC = 4.55;

xN = 4,393;

yN = - 0,109;

• перемещения груза по продольной и поперечной осям вагона в м, а так же поворот вокруг вертикальной оси в град.

x = 0,002;

y = 0,054;

180/ = 0,046;

• усилия в гибких элементах креплений, работающих на растяжение по продольной оси Ox в кН S4 = 31,914;

S3 = 31,915;

S6 = 32,74;

S7 = 32,34;

S10 = 39,13;

S14 = 8,871;

S13 = 9,01;

S16 = 8,18;

S17 = 9,19;

S20 = 3,73;

l4 = 2,162;

l3 = 2,172;

l6 = 2,181;

l7 = 2,254;

l10 = 2,717;

• усилия в гибких элементах крепления, работающих на растяжение по поперечной оси Oy в кН S4 = 31,91;

S3 = 31,92;

S1 = 31,22;

S2 = 30,07, S5 = 33,92;

S9 = 32, 43;

S8 = 32,21;

S6 = 32,74;

S7 = 32,34;

S10 = 39,13;

l4 = 2,162;

l3 = 2,172;

l1 = 2,181;

l2 = 2,254;

l5 = 2,717.

Е. Анализ результатов исследований. По результатам вычислительных экспериментов при одновременном действии на груз продольных, поперечных и вертикальных сил обнаружено явление поворота груза вокруг вертикальной оси по направлению оси отсчета углов (на 0.046 град.).

Возможно, что такое явление произошло за счет перераспределения усилий в гибких элементах крепления из-за перемещения груза как по продольной (на величину 2 мм), так и по поперечной (на величину 54 мм) осей симметрии ва гона. Особо отметим, что именно на эти расстояния от торцов груза и следует прикрепить упорные бруски для удержания груза от дальнейших сдвигов.

Таким образом, появилась возможность заранее определить расположение упорных брусков в зависимости от конкретной массы и принятого способа кре пления груза.

Кроме того, установлено, что значение нормальной реакции связи N = 571.56 кН (57.2 тс) меньше значения веса груза Q = 588.6 кН (58.86 тс) в 0. раз. Это объясняется тем, что груз как бы “приподнят” от пола вагона верти кальной силой инерции максимального значения, равного согласно исходным данным 388.476 кН (38.85 тс), хотя груз дополнительно прижат к полу вагона усилиями предварительных натяжений S0i гибких элементов крепления. Кроме того, при смещении груза из своего первоначального положения из-за действия динамических продольных и вертикальных сил инерции в гибких элементах крепления возникают дополнительные динамические усилия, которые так же будут способствовать дополнительному прижатию груза к полу вагона. Резуль татами вычислительных экспериментов установлено, что уменьшение значения вертикального переносного ускорения (т. е. когда aez 0.66g) приводит к увели чению величины нормальной реакции связи.

Установлено, что при заданных значениях исходных данных (т. е. при ах = 0.165g, ay = 0.32g и az = 0.66g) координаты приложения нормальной реакции связи xN = 4.393 м и yN = - 0.109 м не совпадают с координатами центра масс груза xС = 4.55 м и yС = 0.

Анализ проекций на продольную ось усилий в гибких элементах крепле ния, работающих на растяжение, показывает, что усилия в креплениях увели чиваются в зависимости от их длины, т. е. чем крепления является более поло гим (длинным и меньшим углом наклона в плоскости расположения гибких элементов), тем большее усилия элементы креплений способны воспринимать.

Анализ результатов вычисления усилий в гибких элементах крепления, ра ботающих на растяжение по поперечной оси, показывает, что усилия в длин ных креплениях S10 = 39.13 кН, S7 = 32.34 кН и S6, расположенных с правой стороны груза относительно поперечной оси симметрии вагона, больше, чем в остальных креплениях, причем S10 S7 S6 S9 S8. В креплениях же S5, S2, S1, S3 и S4, расположенных с левой стороны груза относительно поперечной оси симметрии вагона, усилия в крутых креплениях больше, чем в длинных, но меньше, чем в креплениях S10, S7, S6, S8 и S9. Такие результаты исследований также объясняются возможным поворотом груза вокруг вертикальной оси по направлению отсчета углов из-за перераспределения усилий в гибких элемен тах крепления.

Анализируя результаты вычислительных экспериментов, выявили ранее неизвестную в грузоведении закономерность о том, что усилия в гибких эле ментах крепления, расположенных со стороны действия поперечных сил правее поперечной плоскости, проходящей через центр масс груза, больше, чем в кре плениях, расположенных с ее левой стороны.

С использованием разработанной программы расчета усилий в гибких эле ментах крепления можно в автоматизированном режиме провести вычисли тельные эксперименты при вариациях значений радиуса кривой кривых участ ков пути, массы груза, коэффициента трения, продольных, поперечных, верти кальных и ветровых нагрузок.

Ниже для примера приведена программа расчета усилий в гибких эле ментах креплений груза (см. рис.8.2) и сдвигов груза вдоль и поперек вагона (на величины которых следует закрепить упорные бруски от торцов груза) при од новременном действии на механическую систему «вагон – крепление – груз»

продольных, поперечных и вертикальных сил.

ПРОГРАММА РАСЧЕТА УСИЛИЙ В ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТАХ КРЕП ЛЕНИЙ ГРУЗА За программой следует обращаться по адресу:

620034. г. Екатеринбург. Ул. Колмогорова, 66, УрГУПС. 8 843 358 55 Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н., Власова Н.В., Ситников С.А., Белкина Н.С., Молчанова О.В. Программа для ЭВМ (Пр ЭВМ) «Расчет усилий в гибких эле ментах креплений груза на открытом железнодорожном подвижном составе».

Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612566 от 20.07.06 Федеральной службы по интеллектуальной собственно сти, патентам и товарным знакам по заявке №20066111732 от 26.05.2006.

Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н., Власова Н.В., Ситников С.А., Белкина Н.С., Молчанова О.В. Программа для ЭВМ (Пр ЭВМ) «Расчет усилий в гибких элементах креплений груза с плоским основанием при движении поезда по прямому и кривому участку пути под уклон». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612567 от 20.07.06 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №20066111733 от 26.05.2006.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кудрявцев Е.М. MathCAD 2000 Pro. М.: Пресс, 2001. 576 с.

2. Дьяконов В.П. MathCAD 2001: учебный курс. СПб.: Питер, 2001. 624 с.

3. Зылев В.Б. Вычислительные методы в нелинейной механике конструкций. М.: НИЦ «Инженер», 1999. 145 с.

4. Александров А.В., Зылев В.Б., Соловьев Г.П., Штейн А.В. Численное исследование пере ходных динамических процессов при соударении вагонов // Строительная механика и расчет сооружений. М.: Стройиздат, 1989. №5 - С. 14…17.

5. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. М.: Транспорт, 1991.

360 с.

6. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. М.: Юр транс, 2003. 544 с.

9. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПОДКЛАДОК CALCULATION THE STRENGTH OF SUPPORT Прочность подкладок проверяется по напряжению смятия в тс/м2 по фор муле [ см ], F см = [(49, по ТУ)] S где F – сила сжатия (смятия), действующая на подкладки, тс (1 тс = 10 кН):

F = Qгр + Fв + 2 Rрi sini [(50, по ТУ)] или с учетом формулы (1.1) h рi F = Qгр + Fв + 2 Rрi ( ) (9.1) l рi с учетом того, что в ней Qгр – вес груза в тс;

Fв – вертикальная сила инерции в тс (см. формулу (8) по ТУ);

Rрпрi – усилие в растяжках (или обвязках) в тс (см.

формулу (34) по ТУ или (3));

S0 – суммарная площадь опирания груза на подкладки в м2:

S0 = 2 b0 bгр (9.2) с учетом того, что в ней 2 – количество подкладок, шт;

b0 - ширина подкладки, м;

bгр - ширина груза в месте опирания, м (рис.9.1,а): bгр = b1 – b2 – в случае конфигурации груза, показанного на рис. 9.1,б;

[см] – допускаемое напряжение смятия материала подкладки в тс/м2 (для дерева поперек волокон 180·2 = 360 тс/м2 или 3600 кПа, таблицы 23 и 24 по ТУ).

Рис.9.1. К определению ширины груза в месте опирания Ошибки, допущенные при расчете на прочность подкладок, при перевозке грузов приводят к их смятию, что и показано на рис. 9.2. Деформированный вид подкладки получен с использованием программного продукта COSMOS/M при действии на груз поперечных сил, возникающих при движении поезда со скоростью 100 км/ч по кривым участкам пути с радиусом 350 м.

Рис. 9.2. Деформированный вид подкладки по вертикальной оси (вид сбоку) =================================================================== Ниже приведем макет-документы, где выполнены примеры расчета подкладок на смятие.

Анализ результатов расчетов на прочность подкладки показывает, что расчетное на пряжение на смятие меньше, чем допустимое значение.

====================================================================== 10. ДОПУСКАЕМЫЕ НАГРУЗКИ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНОВ. ТРЕБОВАНИЯ К СПОСОБАМ КРЕПЛЕНИЯ. ХАРАКТЕРИ СТИКА ЭЛЕМЕНТОВ КРЕПЛЕНИЯ И ГРУЗА PERMISSIBLE LOADS ON THE ELEMENTS OF WAGONS CONSTRUC TION. REQUIREMENTS TO THE FASTENING METHODS.

CHARACTERISTIC OF FASTENING ELEMENTS AND CARGO В данном разделе приведены нормативные значения допускаемых нагру зок на элементы конструкции вагонов и результаты расчетов сварного шва в приспособлениях, используемых для крепления груза. В данном разделе так же описаны требования к способам крепления и характеристики элементов креп ления и груза с использованием ТУ по размещению и креплению грузов в ваго нах и контейнерах [2].

10.1. Допускаемые нагрузки на элементы конструкции вагонов, используе мые для крепления грузов, должны соответствовать пп.10.6 главы 1 ТУ. Так, например, согласно пп.10.6.1 и 10.6.3 по ТУ максимально допускаемые нагруз ки на детали и узлы платформ и полувагона, используемые для крепления гру зов, не должны превышать значений, приведенных соответственно в табл. 10. и 10.2 (что соответствуют табл. 25 и 28 по ТУ).

Таблица 10. Допускаемые нагрузки на детали и узлы платформ Детали и узлы платформ Допускаемые нагрузки, тс Стоечная скоба:

- приклепанная 2. - приварная литая Опорный кронштейн с торца платформы при передаче нагрузки от растяжки под углом:

- литой 900 6. 450 9. - сварной 900 450 14. Увязочное устройство внутри платформы 7. Таблица 10. Допускаемы нагрузки для полувагонов Увязочное устройство полувагона Допускаемые нагрузки для полувагонов постройки, тс до 1974 года после 1974 года Верхнее (наружное, внутреннее) 1.5 2. Среднее 2.5 Нижнее (наружное, внутреннее) 5 10.2. Допускаемые напряжения в сварном шве, выполненном ручной элек тросваркой с применением электродов Э42 и при автоматической сварке под слоем флюса, принимают равными: при растяжении, сжатии и изгибе – 155· кПа (15500 тс/м2 или 1550 кгс/см2), при срезе – 95·103 кПа (9500 тс/м2 или кгс/см2) [13].

====================================================================== Ниже приведем макет-документы, где выполнены примеры расчета сварного шва.

Исходные данные:

Результаты проверочного расчета:

Результаты расчета допустимой длины сварного шва:

=================================================================== 10.3. Крепление грузов (например, растяжки, обвязки, стяжки) в вагонах должны строго соответствовать требованиям пп.4.2…4.4 главы 1 ТУ.

10.4. Способы крепления грузов (например, растяжки, обвязки, стяжками) в вагонах должны строго соответствовать требованиям пп.4.5…4.15 главы 1 ТУ, например:

«4.6. Скручивание растяжки, стяжки, обвязки между грузом и увязочным устройством вагона должно быть равномерным по всей длине.

Допускается при длине растяжки, стяжки, ветвей обвязки более 1.5 м скру чивать ее в двух местах, не допуская раскручивания скрученного ранее участка.

Обвязки необходимо скручивать не менее чем в двух местах – на противо положных ветвях.

В растяжках, обвязках, имеющих перегибы ветвей на грузе, необходимо дополнительно скручивать участки между перегибами длиной более 300 мм (рис.10.1)».

«Не допускается опирание растяжек, обвязок из прово локи на борт платформы, если угол между растяжкой и вер тикальной плоскостью в точке касания с бортом составляет более 150 (рис.10.2)».

Рис.10.1. К перегибу ветвей крепления 10.5. Требования к подкладкам и прокладкам и стойкам деревянным, которые используются для опира ния груза в вагонах, должны неукоснительно выполняться в соответствии с пп.4.16…4.17 главы 1 ТУ.

10.6. Требования к упорным и распорным брускам и распорным рамам и их крепежным элементам, которые используются для удержания груза от сдвига, должны неукоснительно выполняться в соответствии с пп.4.18…4.22 главы 1 ТУ.

Рис.10.2. Допускаемые положения проволочных креплений 10.7. Крепление груза в вагоне следует описывать в утвердительной фор ме.

Так, например:

10.7.1. На расстоянии 3060 и 4920 мм от торцевого борта уложить под кладки (поз. 16). На подкладки вдоль вагона уложить подставку (поз.18) на расстоянии 480 мм от продольного борта платформы. Подставки могут быть составлены из четырех брусков (2 по высоте и 2 по ширине), соединенных ме жду собой восемью гвоздями. Подставку (поз.18) следует закрепить к подклад кам (поз.16) четырьмя скобами. На подкладки (поз.16) и (поз. 18) установить груз IIа вплотную к грузу II.

10.7.2. На площадку груза IIа уложить две прокладки (поз. 5). Расстояние между осями прокладок должны быть 810 мм. На прокладки (поз. 5) устано вить груз Iа. Груз IIа и груз Iа закрепить обвязками (поз. р5 – р8).

Характеристики элементов крепления следует представлять в виде табл.

10.3 и 10.4.

Таблица 10. Характеристика элементов крепления Поз. Обозначение Наименование Кол Приме шт. ч.

Проволока 6 мм ГОСТ 3282- Обвязки в 6 нитей 3, 4 Обвязки в 8 нитей 7 Обвязки в 8 нитей 8 Обвязки в 8 нитей 9 Обвязки в 2 нитей 9 ГОСТ 8486-86 Пиломатериал Подкладка 400х400 мм 1, 12, 16 6 l= Прокладки 80х100 мм 2, 5, 10 6 l= Прокладки 50х100 мм 6 2 l= Подкладки 100х120 мм 15 2 l= Подставка 17, 18 2 l= ТГКРСС-ТС- Подставка 19 1 l= 76Сх. ГОСТ 8486-86 Пиломатериал Упорные бруски 100х 21 2 l= мм Упорные бруски 50х 22 2 l= Брусок 182х 23 2 l= Гвозди 6 мм ГОСТ 283-75 50 l= Гвозди 6 мм 80 l= Крепление, например, подставки (специально разработанного устройства), описывают в следующей последовательности: Подставка (поз. 19) М1:10.

1) Сварку производить электродами Э42 по ГОСТ 9467-75.

2) Сварные швы по ГОСТ 14771-75.

3) Катеты швов не менее 4 мм.

4) К детали поз.1п приварить деталь поз.2п.

5) К деталям поз.1п и поз.2п приварить детали поз.3п.

6) К сборочным единицам поз.I и поз.II последовательно приварить де тали поз.4п и поз.5п.

Таблица 10. Характеристика элементов крепления подставки поз. Поз. Обозначение Наименование Кол Примеч.

шт.

ГОСТ 8240-56 Швеллер Сталь прокатная Сортамент Швеллер № 1п 2 l= Швеллер № 2п 2 l= Швеллер № 4п 1 l= Швеллер № 5п 1 l= ГОСТ 19903-76 Листовая сталь.

Б-ПН-0- Укосина. В Ст.з = 3п ГОСТ 380- ГОСТ 8486-86 Пиломатериал Брусок 182х100 мм 6п 1 l= Характеристику груза следует представлять в виде табл. 10.5.

Таблица 10. Характеристика груза Стойка 2 1050 1320 1320 660 2 Суппорт 2 1410 1260 930 1500 1.7 3. Наиме- Коли- Длина, Ширина, Высота, Высота Еди- Общая нование чество, мм мм мм центра ницы шт. масс, 54. мм Вес, тс 11. КРЕПЛЕНИЯ ГРУЗОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ И ГРУЗОВ НА КОЛЕСНОМ ХОДУ FASTENINGS OF CARGOES OF CYLINDRICAL FORM AND CARGOES ON WHEELS CONCLUSION В данном разделе приведены формулы для расчета крепления грузов ци линдрической формы и на колесном ходу с последующими их выводами, даны некоторые замечании по их выводу. Приведены численные примеры расчета устойчивости и креплений грузов цилиндрической формы в вычислительной среде MathCAD.

11.1. При закреплении груза цилиндрической формы и грузов на колесном ходу от перекатывания только упорными брусками необходимая высота упорных брусков в мм определяется по формулам:

от перекатывания вдоль вагона (рис. 11.1) hу = 0.5 D ( пр ), [(41) ТУ] 1 + (1.25aпр ) где D – диаметр круга катания груза в мм;

1.25 - коэффициент запаса устойчивости при перекатывании груза;

апр – удельная продольная сила инерции на 1 тс веса груза при погрузке на одиночный вагон в тс/тс, определенная по формуле (4) ТУ;

Рис.11.1. Крепление груза от перекатывания упорными брусками ====================================================================== Докажем вывод формулы (41) по ТУ.

Условия равновесия сил, действующих на груз, запишем в виде M Fпр hпр Qгр lпр, ;

о (P) = 0 : (11.1) o где hпр – плечо продольной силы инерции Fпр в мм:

hпр = R sin (11.2) с учетом того, что R – радиус груза цилиндрической формы в мм;

Данный раздел написан старшим преподавателем УрГУПС Рыковой Л.А.

lопр – плечо силы тяжести груза Qгр в мм:

l пр = R cos ;

о (11.3) Fпр - продольная сила инерции, определенная по формуле (3) ТУ, в тс;

Подставляя (11.2) и (11.3) в (11.1), будем иметь Fпр R sin Qгр R cos. (11.4) Подставляя в (11.4) формулу (3) по ТУ с учетом коэффициента запаса устойчивости при перекатывании груза n (n = 1.25), получим naпр Qгр R sin Qгр R cos или после несложных преобразований имеем naпр ctg. (11.5) Необходимую высоту упорного бруска, препятствующего от перекатывания груза вдоль вагона, определим, как h у = R R sin = R(1 sin ).

пр (11.6) Учитывая, что R = 0.5D (где D – диаметр груза, мм) и известное из тригонометрии со отношение sin =, (11.7) 1 + ctg выражение (11.6) представим в виде h у = 0.5 D ( пр ).

1 + ctg Последнее соотношение с учетом неравенства (11.5) окончательно представим в виде hу = 0.5 D ( пр ), (11.8) 1 + (na пр ) что и требовалось доказать.

======================================================================= от перекатывания поперек вагона (рис. 11.2) h у = 0.5 D( п ), [(42) ТУ] 1+ где – безразмерная величина, определяемая как Wп aп + Qгр = 0.8 aв [(43) ТУ] с учетом того, что Wп – ветровая нагрузка, которая определяется по формуле (10) ТУ, тс;

ап и ав – соответственно удельные поперечные и вертикальные си лы инерции на 1 тс веса груза при погрузке на одиночный вагон в тс/тс, кото рые определяются по формулам (7) и (10) ТУ;

0.8 = 1/1.25 (1.25 - коэффициент запаса устойчивости при перекатывании груза).

Рис. 11.2. Крепление груза от перекатывания упорными брусками ====================================================================== Докажем вывод формулы (43) по ТУ.

Условия равновесия сил, действующих на груз, запишется в виде (P ) = 0 : ( Fп + Wп )hп (Qгр Fв )bп, ;

M о (11.9) o где Fп - поперечная сила инерции, определенная по формуле (6) ТУ, в тс;

hп – плечо поперечной силы инерции Fп и ветровой нагрузки Wп в мм hп = R sin ;

(11.10) bоп – плечо силы тяжести груза Qгр в мм bп = R cos ;

о (11.11) Fв - вертикальная сила инерции, определенная по формуле (8) по ТУ, в тс.

Подставляя (11.10) и (11.11) в (11.9), будем иметь ( Fп + Wп ) R sin (Qгр Fв ) R cos. (11.12) Подставляя в (11.12) формулу (6) и (8) по ТУ с учетом коэффициента запаса устойчи вости при перекатывании груза n (n = 1.25), получим n( aп Qгр + Wп ) R sin (Qгр aв Qгр ) R cos или после элементарных преобразований имеем Wп n(aп + ) (1 aв )ctg. (11.13) Qгр Необходимую высоту упорного бруска, препятствующего от перекатывания груза по перек вагона, определим, как (см. формулу (11.6)) h у = R(1 sin ).

п (11.14) Подставляя выражения (11.13) в (11.7), а затем полученное соотношение в (15.14) и имея в виду, что R = 0.5D (где D – диаметр груза, мм), находим конечную аналитическую формулу для определения необходимой высоты упорного бруска в виде hу = 0.5 D ( п ), (11.15) 1+ где – безразмерная величина Wп n(aп + ) Qгр = 1 aв или при n = 1.25 последнее равенство имеет вид Wп ( aп + ) Qгр =. (11.16) 0.8(1 aв ) Выведенная формула (11.16) отличается от формулы (43) по ТУ, что и требовалось доказать.

====================================================================== Пример 1. Приведем пример расчета необходимой высоты упорного бру ска от действия на груз продольной и поперечной сил.

1.1) Исходные данные.

Вес груза - Qгр = 60 тс;

общий вес груза - Qогр = Qгр = 60 тс;

длина, диаметр и высота груза в м Lгр = 12, Dгр = 2.9 и Нгр = 2.9.

1.2) Этим исходным данным, согласно формулам (11.5), (11.7), (11.9) и (11.3), (11.6), (11.8), (11.10),…,(11.12), соответствуют следующие результаты вычислений в вычислительной среде MathCAD:

1.3) Результаты расчетов необходимой высоты упорного бруска от дейст вия на груз продольной и поперечной сил по формулам (41) ТУ и (10.15), (10.16) в виде макет-документов приведены ниже.

1.3.1) Расчет необходимой высоты упорного бруска от перекатывания вдоль вагона.

Отметим, что при заданных исходных данных получилась слишком боль шая величина необходимой высоты упорного бруска, удерживающего груз от перекатывания вдоль вагона.

1.3.2) Расчет необходимой высоты упорного бруска от перекатывания по перек вагона.

======================================================================= 10.2. Количество крепежных элементов (гвоздей) в шт. для закрепления одного упорного бруска определяют по формулам:

от перекатывания вдоль вагона Fпр (1 f k tg) nгв = пр, [(44) ТУ] пр nб Rгв где fk – коэффициент трения скольжения между упорным бруском и опорной поверхностью (полом вагона или подкладкой), к которой он прикреплен (дере во по дереву fk = 0.45);

======================================================================= Докажем вывод формулы (44) по ТУ.

Перенеся результирующую силу (от составляющих сил Fпр и Qгр) по линии ее действия до пересечения с полом вагона (рис. 11.3), убеждаемся, что упорный брусок будет находить ся в равновесии при соблюдении условия nгв nб Rгв Fпр Fтр, пр пр (11.17) где nпрб – количество упорных брусков, одновременно работающих в одном направлении, шт.

(обычно nпрб = 1);

Rгв – допускаемое усилие на один гвоздь, тс, определяемое по таблице 22 ТУ;

Fпр – продольная сила инерции в тс, определяемая по формуле (3) ТУ;

Fтр – сила трения в тс, определяемая в данном случае по формуле (11) ТУ.

Подставляя формулы (3) и (11) по ТУ в неравенство (11.17), будем иметь nгв nб Rгв aпрQгр f k Qгр пр пр или после несложных преобразований получим Qгр (aпр f k ) nгв пр. (11.18) пр nб Rгв Рис. 11.3. К условию равновесия упорного бруска Выведенная формула (11.18) отличается от формулы (44) ТУ, что и требовалось до казать.

======================================================================= от перекатывания поперек вагона – ( Fп + Wп )(1 f k tg) nгв = п. [(45) ТУ] п nб Rгв ===================================================================== Докажем вывод формулы (45) по ТУ.

Перенеся результирующую силу (от составляющих сил Fп, Wп и Qгр) по линии ее дейст вия до пересечения с полом вагона (рис. 11.4), убеждаемся, что упорный брусок будет нахо диться в равновесии при соблюдении условия nгв nб Rгв ( Fп + Wп ) Fтр, пп п (11.19) где nпб – количество упорных брусков, одновременно работающих в одном направлении в шт. (обычно nпб = 1);

Fп – поперечная сила инерции в тс, определяемая по формуле (6) ТУ;

Wп – ветровая нагрузка, которая определена по формуле (10) ТУ с учетом того, что груз имеет цилиндрическую форму, и его наветренная поверхность в два раза уменьше на в тс;

п Fтр – сила трения в тс, определяемая в данном случае именно по формуле (12) ТУ.

Рис. 11.4. К условию равновесия упорного бруска Из соотношения (11.19) получим ( Fп + Wп ) Fтр п n п. (11.20) гв п nб Rгв Подставляя формулы (6) и (12) ТУ в неравенство (11.19), будем иметь nгв nб Rгв (aпQгр + Wп ) f k Qгр (1 aв ) пп или после несложных преобразований получим Wп Qгр (aп + ) f k (1 aв ) Qгр.

nгв п (11.20,а) п nб Rгв Выведенная формула (11.20) или (11.20,а) отличается от формулы (45) ТУ, что и требовалось доказать.

======================================================================= Пример 2. Рассмотрим расчет количества крепежных элементов в шт. для закрепления одного упорного бруска.

2.1) Исходные данные. Основные исходные данные такие же, как и в при мере 1.

Количество упорных (2 шт.) и распорных (2 шт.) брусков, одновременно работающих в продольном направлении - nбрпр = 4;

количество упорных бру сков, одновременно работающих в поперечном направлении - nбрп = 3.

2.2) Результаты расчетов количества крепежных элементов в шт. для за крепления одного упорного бруска по формулам (11.18), (11.20) или (11.20,а) в виде макет-документов приведены ниже.

2.2.1) От перекатывания вдоль вагона.

2.2.2) От перекатывания поперек вагона.

По результатам расчетов видно, что формулы (11.20) и (11.20,а) равно сильны.

====================================================================== 11.3. В случае, когда крепление груза цилиндрической формы от перекаты вания только упорными брусками невозможно либо нецелесообразно по техно логическим причинам, допускается наряду с брусками применение обвязок или растяжек (рис. 11.5 и 11.6).

В этом случае высота упорных брусков должна составлять:

для крепления от перекатывания в продольном направлении – не менее 0.1 D;

для крепления от перекатывания в поперечном направлении – не менее 0.05 D.

Усилие в обвязке (растяжке) в тс определяют по формулам:

для крепления в продольном направлении (см. рис. 11.5) – 1.25 Fпр (0.5 D h у ) Qгр lпр пр о = об R, [(46) ТУ] пр пр nоб bпер где nпроб, nпоб – количество обвязок, шт.;

lопр = bоп – расстояние от ребра опрокидывания до проекции ЦТгр на пол ва гона (или плечо силы тяжести груза Qгр), определяемое по формуле (11.3), в мм;

bпер – кратчайшее расстояние от ребра опрокидывания до ветви обвязки, оп ределяемое графически (т. е. из чертежа) в мм;

Рис. 11.5. К креплению груза цилиндрической формы для крепления в поперечном направлении (см. рис. 11.6) – [ ] 1.25 Fп (0.5 D h у ) + Wп ( hнп h у ) Q гр bп п п п о = об R, [(47) ТУ] п п nоб bпер где bоп – расстояние от ребра опрокидывания до проекции ЦТгр на пол вагона (или что одно и тоже - плечо веса груза Qгр), определяемое по формуле (11.11), мм.

Будем иметь в виду, что Wп – ветровая нагрузка, которая определена по формуле (10) ТУ, тс, но с учетом цилиндрической формы груза, где его наветренная по верхность должна быть уменьшена в два раза.

Рис. 11.6. К креплению груза цилиндрической формы ====================================================================== Пример 3. Расчет усилий в гибких элементах креплений груза от продоль ных и поперечных сил.

3.1) Исходные данные. Основные исходные данные такие же, как и в при мере 1.

Количество обвязок в продольном направлении nобпр = 2 шт.;

в поперечном направлении nобп = 4 шт.;

высота упора hупр = 0.145 м;

кратчайшее расстояние от ЦМгр на горизонтальную плоскость до ребра опрокидывания вдоль вагона lпро = 0.632 м;

кратчайшее расстояние от ребра перекатывания до обвязки, принимае мое из схемы крепления груза bпер = 2.082 м;

высота центра проекции боковой поверхности груза от пола вагона - hнпп = 1.55 м.

3.2) Результаты расчетов усилий в гибких элементах креплений груза по формулам (46) и (47) ТУ в виде макет-документов приведены ниже.

3.2.1) Для крепления груза в продольном направлении.

3.2.2) Для крепления груза в поперечном направлении.

Отрицательный знак усилия в обвязке означает, что она не воспринимает поперечные силы, что не соответствует действительности.

====================================================================== 11.4. Рассмотрим случаи, когда крепление груза цилиндрической формы от перекатывания можно обеспечить упорными брусками (рис. 11.7). Пусть груз в виде трубы большого диаметра размещен на гладкой (без трения) горизонталь ной поверхности (платформа).


Рис.11.7. Размещение трубы большого диаметра на платформе Такой случай соответствует образованию ледяной поверхности между кон тактирующимися поверхностями груза и полом платформы при перевозке, за висящий от климатических условий перегона.

Пусть на груз действует поперечная сдвигающая сила F = 100 кН, прижи мающая его к упорному бруску В.

Такая сила может появиться при движении поезда, как на прямом, так и на кривом участках пути из-за наличия зазоров между гребнями колес и рельсовой колеи, между буксами и челюстями боковых рам тележек, упругих элементов (комплектов пружин) между боковыми рамами и надрессорными балками, а также из-за перехода поезда на боковой путь по остряку стрелочного перевода.

Кроме того, такая сила может представлять собой ветровую нагрузку, вероят ность действия которой на перегонах прямого и кривого участках пути нельзя исключать из расчета, а также центробежную силу инерции при движении по езда по кривому участку пути.

Пусть труба весит G = 200 кН и его радиус R = 1.3 м. Высота выступа упорного бруска h = 0.16 м.

Постановка задачи. Определить силы давления трубы на пол платформа QА и на упорный брусок QВ в точках А и В (рис. 11.8). Найти высоту выступа упорного бруска h0 h, при котором не произойдет отрыв трубы от плоскости.

Методы решений. Для решения задачи используем аксиому равенства дей ствия и противодействия, принцип освобождаемости от связей и условия рав новесия плоской системы сил, известные из курса теоретической механики.

Решение. Система «вагон крепление груз» состоит из трубы большого диаметра, упорного бруска и платформы. Искомые силы QА и QВ действуют на разные тела: труба на платформу в точке А и на упорный брусок в точке В (см.

рис. 11.8).

Рис.11.8. Схема приложения активных сил Согласно аксиоме равенства действия и противодействия реакции пола ва гона NА и упорного бруска NВ (противодействия) равны силам давления (дейст вия), т. е. NА = QА, NВ = QВ. Здесь реакция упорного бруска NВ направлена по нормали к поверхности трубы, т. е. вдоль радиуса ВС.

1) Выбираем объект равновесия – трубу.

2) Отбрасываем связи – брусок и пол вагона.

3) Заменяем отброшенные связи реакциями – нормальными реакциями NА (пол вагона) и NВ (упорный брусок). Реакция упорного бруска NВ направлена по нормали к поверхности трубы, т. е. вдоль радиуса ВС. Расчетная модель разме щения трубы на платформе и координатные оси Axy представлены на рис.11. 4) Составляем уравнения равновесия. Труба находится в равновесии под действием четырех сил: активных сил веса G и внешней силы F, пассивных сил реакции NА и реакции NВ.

Рис.11.9. Расчетная модель действий активных и пассивных сил на трубу Составим уравнение равновесия для трубы. Поскольку силы, действующие на трубу, пересекаются в ее центре, и они являются плоской системой сходя щихся сил, то достаточно составить два уравнения равновесия, приравняв нулю сумму проекций всех сил на оси x и y (см. рис.11.9):

F = 0 : F + N B cos = 0 ;

(11.21) x F = 0 : N A + N B sin G = 0 ;

(11.22) y где sin и cos определяются из ВСВ0:

B0 C BB sin = и cos = 0.

BC BC Учитывая, что B0C = R - h, BB0 = R 2 ( R h) 2 = h( 2 R + h) (11.23) последнее соотношение представим в виде Rh h(2 R + h) sin = и cos = (11.24) R R Результаты решения задачи. Из уравнений (11.21) и (11.22) находим реак ций связей в точке А и В:

F NB =, (11.25) cos N A = G N B sin или с учетом (11.25) последнему равенству придадим вид sin NA = G F. (11.26) cos Рассмотрим условия отрыва трубы от плоскости, при котором он под действием силы F начнет поворачиваться вокруг точки В. Это произойдет то гда, когда NА 0, т. е. при условии sin GF 0.

cos С учетом выражения (11.23) последнее неравенство представим в виде Rh GF h(2 R + h) или G h(2 R + h) F ( R h). (11.27) ===================================================================== Соотношение (11.27) можно вывести, используя понятия «удерживающего» и «опро кидывающего» моментов, которые широко используются в технике29.

Из условия равновесия системы (см. рис..11.9) имеем m (F ) = 0 : GBB0 FB0C = 0, (11.28) B откуда Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. Ч. I. Ста тика. Кинематика. М: Высш. шк., 1977. 368 с.

GBB0 FB0C = 0.

Назовем абсолютные величины моментов сил G и F относительно точки В удержи вающим и опрокидывающим моментами:

GBB0 = M уд и FB 0 C = M опр. (11.29) Тогда на границе устойчивости M уд = M опр. (11.30) При устойчивом состоянии тела (груза) M уд M опр. (11.31) Устойчивость при опрокидывании в технике вообще и в отрасли железнодорожного транспорта, в частности, принято определять отношением величины удерживающего мо мента к величине опрокидывающего момента:

M уд. (11.32) M опр Это отношение называют коэффициентом устойчивости.

Очевидно, что в случае предельной устойчивости коэффициент устойчивости = 1, а в случае устойчивого состояния 1. Если 1, то, следовательно, груз следует дополни тельно крепить от опрокидывания.

Подставляя в равенства (11.29) величины ВВ0 и В0С из (11.23), можно получить нера венство (11.27).

======================================================================= Освобождая от иррациональности радикал, стоящий в левой части нера венства (7), находим G 2 h(2 R h) F 2 ( R h) 2.

Преобразуя последнее равенство, имеем квадратное уравнение ah 2 2bh + c 0, (11.33) где а, b и с величины, имеющие размерности, соответственно, в кН2, кН2м и (кНм) a = G2 + F 2 ;

b = (G 2 + F 2 ) R ;

(11.34) c = (FR) 2.

Решая уравнение (11.33), получим b ± b 2 ac h1, 2.

a Отбрасывая первый корень последнего уравнения, окончательно имеем h0 h2. (11.35) Подставляя соотношения (11.34) в неравенство (11.33) с учетом (11.35) и опуская промежуточные математические выкладки, имеем конечную формулу для определения высоты выступа (или половины толщины) упорного бруска в м h0 R1 1. (11.36) G 1+ F Анализ полученных результатов. При любом 0 /4 реакция связи NВ в точке В всегда меньше активной силы F, действующей на трубу, а реакция свя зи NА в точке А всегда меньше веса трубы G.

Реакции связей NА и NВ в точке А и В равны силам давления трубы QА и QВ на пол платформы и на упорный брусок, но направлены противоположно, т. е.

NА = QА и NВ = QВ. В связи с этим можно записать, что QА = NА и QВ = NВ.

При соблюдении условия (11.36) не произойдет отрыва трубы от пола платформы и его поворот под действием силы F вокруг точки В.

============================================================= Пример расчета. В вычислительной среде MathCAD получены следующие результаты, представленные в виде макет-документов.

Исходные данные.

Промежуточные вычисляемые параметры расчета.

Результаты расчетов.

Очевидно, что реакция со стороны упорного бруска NB свыше 20 раз боль ше, чем со стороны пола вагона NA, поскольку на трубу действует поперечная сдвигающая сила F.

Вычисление высоты выступа упорного бруска методом итерации с ис пользованием функции Given-Find в вычислительной среде MathCAD.

Присвоение начальных значений:

Представление уравнений равновесия с использованием Булево функции и результаты нахождения отыскиваемых параметров Анализ результатов расчета. Отсюда ясно, что устойчивое равновесие трубы обеспечивается при h0 = 0.15 м.

Приводим результаты вычислений отыскиваемых параметров при вариа ции действующей на трубу силы F (рис.11.10,а,б,в).

Рис.11.10,а. Реакции упорного бруска на трубу в зависимости от изменения поперечной силы Анализ результатов расчета. Увеличение поперечной силы F, действую щей на груз, приводит к увеличению реакции пола вагона на трубу по линей ному закону, причем почти в два раза.

Рис.11.10,б. Реакции пола вагона на трубу в зависимости от изменения поперечной силы Анализ результатов расчета. С увеличением опрокидывающий груз силы F реакция пола вагона на трубу уменьшается по линейному закону. Когда по перечная сила F равна и больше 110 кН реакция пола вагона на трубу имеет от рицательное значение. Это означает, что при F 110 кН, возможно, отрыв тру бы от плоскости и его поворот под действием силы F вокруг точки В.

Рис.11.10,в. Изменение высоты выступа упорного бруска в зависимости от изменения поперечной силы Анализ результатов расчета. Полученные данные показывает, что при приложении на груз значительной по величине силы F для того, чтобы он не оторвался от плоскости, следует увеличить высоту выступа упорного бруска.

Приводим результаты вычислений отыскиваемых параметров при ва риации радиуса трубы R (рис.11.11,а,б,в).

Рис.11.11,а. Реакции упорного бруска на трубу в зависимости от изменения радиуса трубы Анализ результатов расчета. Увеличение радиуса трубы R приводит к увеличению реакции пола вагона по нелинейному закону.

Рис.11.11,б. Реакции пола вагона на трубу в зависимости от изменения радиуса трубы Анализ результатов расчета. При увеличении радиуса трубы R реакция пола вагона уменьшается по нелинейному закону.

Рис.11.11,в. Изменение высоты выступа упорного бруска в зависимости от изменения радиуса трубы Анализ результатов расчета. Увеличение радиуса трубы R приводит к увеличению высоты выступа упорного бруска h по линейному закону.

Приводим результаты вычислений отыскиваемых параметров при ва риации высоты выступа упорного бруска h (рис.11.12,а.б).

Рис.11.12,а. Реакции упорного бруска на трубу в зависимости от изменения высоты выступа упорного бруска Анализ результатов расчета. Увеличение высоты выступа упорного бру ска h от 0.8 до 1.3 м приводит к уменьшению реакции пола вагона на трубу, а при h 1.3 к ее увеличению. Это объясняется началом отрыва груза от плос кости пола вагона и его поворот вокруг точки В при силе действия груза, равно го 110 кН (см. рис.11.10,б).


Рис.11.12,б. Реакции пола вагона на трубу в зависимости от изменения высоты выступа упорного бруска Анализ результатов расчета. Увеличение высоты выступа упорного бру ска h приводит к увеличению реакции пола вагона на трубу по линейному зако ну.

======================================================================= 11.5. Рассмотрим случаи, когда крепление груза цилиндрической формы от сдвига вдоль вагона можно обеспечить стяжками, а поперек вагона подклад ками (обычно используют две деревянные подкладки) (рис. 11.13). Данный случай является дальнейшим развитием задачи крепления труб большого диа метра30. Пусть груз в виде трубы большого диаметра размещен на шероховатой (с трением) горизонтальной поверхности (подкладка) симметрично относитель но продольной и поперечной оси симметрии вагона.

Пусть на груз действует горизонтальная продольная сила F, стремящаяся сдвинуть его вдоль вагона. Такая сила может возникать при соударениях ваго нов на сортировочных горках, при экстренном торможении поезда, при прохо ждении колес вагона через рельсовый стык и при движении поезда под уклон, когда применяют служебное торможение, а затем и отпуск.

Комаров К.Л., Яшин А.Ф. Теоретическая механика в задачах железнодорож ного транспорта. Новосибирск: Наука, 2004. 296 с.

Пусть труба весит G = 200 кН, его радиус R = 1.3 м, а длина L = 3 м. Тол щина подкладок = 0.16, а глубина вырубки h = 0.10 м, хотя в данной задаче данные размеры (или площадь контактируемой с трубой поверхности подкла док), согласно закону Гука, не влияют на сдвиг груза вдоль вагона. Ширина платформы Вв = 2.77 м.

Постановка задачи. Определить силы давления трубы на подкладки QА и найти натяжения стяжки S2 и S’2 с каждой стороны трубы (рис. 11.14).

Методы решений. Для решения задачи используем аксиому равенства дей ствия и противодействия, принцип освобождаемости от связей, условия равно весия плоской системы сил и закон Гука о зависимости силы трения от нор мального давления QА, известные из курса теоретической механики.

Рис.11.13. Размещение трубы большого диаметра на платформе:

1 - труба, 2- стяжки, 3 - подкладки Решение. Определим вначале геометрические параметры креплений меха нической системы «грузкреплениевагон».

Из рис. 11.13 ясно, что:

- высота центра тяжести трубы от пола платформы, м А0С = R + ( - h);

(11.37) - высота центра тяжести трубы от поверхности подкладок, м В0С = R - h;

(11.38) - половина ширины вырубки подкладок, м BB0 = R 2 B0 C или с учетом (11.38) BB0 = R 2 ( R h) 2 = h(2 R h). (11.39) Будем иметь в виду, что АА1С А1СD.

Из АА1С находим:

0.5 Bв AC sin = 0 и cos =, (11.40) A1C A1C где А1С - гипотенуза АА1С A1C = 0.5Bв + A0 C или с учетом (11.37) A1C = 0.5Bв + ( R + ( h)) 2.

Перепишем соотношения (11.40) с учетом выражения (11.37) и последнего равенства R + ( h) sin =, 0.5Bв + ( R + ( h)) 0.5 Bв cos =, (11.41) 0.5 Bв + ( R + ( h)) Механическая система «грузкреплениевагон» состоит из трубы большо го диаметра, стяжек, подкладки и платформы. Искомые силы QА, S2 и S’2 дейст вуют на разные тела: труба на подкладку в точке А, а стяжки на груз в точках D и D’ (см. рис. 11.14).

Рис.11.14. Схема приложения активных сил Вообще-то, на практике стяжки, после их обхвата груза и прикреплений обеих концов к увязочным устройствам платформы, устанавливают предвари тельным натягом. При этом создается предварительное давление S02 и S0’2 на подкладки, которые будут способствовать удержанию груза от сдвига вдоль ва гона из-за увеличения силы трения между контактирующимися поверхностями груза и подкладок.

Согласно аксиоме равенства действия и противодействия реакции подкла док NА (противодействия) равны силам давления (действия), т. е. NА = QА, (здесь учитываем, что стяжки, как гибкие нити, будут работать только на рас тяжения с натяжениями S2 и S’2).

Воспользуемся теперь принципом освобождаемости от связей. Отбросим мысленно подкладки вместе с платформой и рассечем стяжки, а затем рассмот рим равновесие трубы. Труба находится в равновесии под действием шести сил: активных сил веса G и внешней силы F, а также пассивных сил нор мальной NА и касательной Fтр составляющих реакции связей (подкладок), а также реакции связей S2 и S’2 (стяжек). Теперь все силы приложены к одному и тому же телу к трубе.

Расчетная модель действий активных и пассивных сил на трубу и коорди натные оси Axy представлены на рис. 11.15.

Рис.11.15. Расчетная модель действий активных и пассивных сил на трубу Особо отметим, что нормальная NА составляющая реакции связей (подкла док) в силу симметричности размещения груза относительно осей симметрии вагона, как в частном случае, из-за отсутствия действия поперечных сил, при ложена к точке А (по отношению к вертикальной оси Ау плоскости Аху). Имен но для симметричного размещение груза относительно вертикальной плоскости можно составить уравнение равновесия для трубы. Поскольку силы, дейст вующие на трубу, являются пространственной системой непересекающихся сил, то достаточно составить три уравнения равновесия, приравняв нулю сумму проекций всех сил на оси x, y и z (см. рис.11.15):

F = 0 : S2 cos 2 + S2 cos 2 = 0 ;

(11.42) x F = 0 : N A G (S2 + S2 ) sin 2 = 0 ;

(11.43) y F = 0 : F Fтр = 0. (11.44) z Таким образом, получили три уравнения равновесия, а неизвестных четы ре. Такая задача, как известно, является статической неопределимой. Здесь чис ло неизвестных превышает число уравнений. Степень статической неопредели мости равна 1. Поэтому к полученным уравнениям равновесия присоединим формулу Кулона Fтр fN A, (11.45) где f динамический коэффициент трения между контактирующимися поверх ностями груза и подкладок, причем f f0/1.5 (f0 статический коэффициент трения, принимаемый по справочным данным, например, железобетон по дере ву 0.55).

Поскольку на трубу действует продольная сила F, и она имеет длину L, по которой опирается на подкладки, то координата точки приложения хN реакции связи NА по продольной оси Az не будет совпадать с координатой центра тяже сти груза хС, т. е. имеет место хN хС (рис.11.16).

Рис.11.16. Расчетная модель для определения координаты точки приложения хN Для определения координаты точки приложения хN реакции связи NА со ставим уравнения равновесия груза вокруг оси Ах:

M (F ) = 0 : F R G xC 2S 2 sin 2 L + N A x N = 0. (11.46) x Результаты решения задачи. Из уравнения (11.42) находим реакции связей стяжек:

S2 = S2. (11.47) Из уравнения (11.43) с учетом последнего равенства имеем N A = G + 2S 2 sin 2. (11.48) Из уравнения (11.44) получим F = Fтр. (11.49) Последнее равенство перепишем с учетом неравенства (11.45) F fN A. (11.50) Последнее неравенство с учетом (11.48) представим в виде F f (G + 2S 2 sin 2) откуда минимальное натяжение стяжек F fG S2, (11.51) 2 f sin где sin2 = 2sincos с учетом (11.41) представим в виде R + ( h ) 0.5Bв sin 2 = (0.5 Bв ) 2 + ( R + ( h)) 2 (0.5Bв ) 2 + ( R + ( h)) или 0.5 Bв (R + ( h) ) sin 2 =.

(0.5 Bв ) 2 + ( R + ( h)) Подставляя последнее равенство в (11.51), получим конечную аналитиче скую формулу для определения минимального значения натяжения стяжек для увязки трубы большого диаметра F fG (0.5Bв ) 2 + ( R + ( h)) S2.

Bв (R + ( h)) (11.52) f Из уравнения (11.46) будем иметь координату точки приложения реакции связи NA F R + G xC + 2S 2 sin 2 L xN =. (11.53) NA Анализ полученных результатов. Из формулы (11.50) следует, что трубу следует увязывать стяжками лишь при F fG. Данное условие может соблю даться при соударениях вагонов на сортировочных горках. Натяжение стяжек S2 уменьшаются с увеличением их угла наклона к плоскости пола платформы, что одно и то же с увеличением диаметра трубы.

Реакция связи NА в точке А, вычисленная по формуле (11.47), равна силе давления трубы QА на подкладки (или на пол платформы), но направлены про тивоположно, т. е. что QА = NА. По значению может быть выполнен расчет на прочность (смятия) подкладки или найдены ее геометрические параметры (толщина или же ширина b).

============================================================= Пример расчета. В вычислительной среде MathCAD получены следующие результаты, представленные в виде макет-документов.

Исходные данные.

Промежуточные вычисляемые параметры расчета.

Результаты расчетов.

Результаты расчетов показывают, что усилия в стяжках почти 8 раз мень ше, чем веса груза. Нормальная реакция связи NА больше, чем вес груза. Коор дината точки приложения реакции связи по продольной оси вагона xN располо жена дальше, чем координата центра тяжести груза xС, т. е. xN xС.

Результаты расчетов показывают, что для удержания груза от продольной сдвигающей силы достаточны две пары стяжек, которых следует располагать по длине груза.

Вычисление высоты выступа упорного бруска методом итерации с ис пользованием функции Given-Find в вычислительной среде MathCAD.

Присвоение начальных значений:

Представление уравнений равновесия с использованием Булево функции и результаты нахождения отыскиваемых параметров.

Анализ результатов расчета. Отсюда ясно, что результаты расчетов по конечным аналитическим и численным методам дают одни и те же данные, что показывает их тождественность.

Приводим результаты вычислений отыскиваемых параметров при ва риации продольной силы F (рис.11.17,а,б,в).

Рис.11.17,а. Усилия в стяжках в зависимости от вариации продольной силы Анализ результатов расчета. Увеличение продольной силы F приводит к увеличению усилий в стяжках по линейному закону. Причем при F 72 кН груз удерживается без применения стяжек.

Рис.11.17,б. Реакции пола вагона на трубу в зависимости от вариации продольной силы Анализ результатов расчета. При увеличении продольной силы F реакция пола вагона увеличивается по линейному закону.

Рис.11.17,в. Изменение координаты точки приложение реакции связи в зависимости от вариации продольной силы Анализ результатов расчета. Увеличение продольной силы F приводит к увеличению координаты точки приложение реакции связи xN по нелинейному закону.

Приводим результаты вычислений отыскиваемых параметров при вариа ции радиуса трубы R (рис.11.18,а,б,в).

Рис.11.18,а. Усилия в стяжках в зависимости изменения радиуса трубы Анализ результатов расчета. Увеличение радиуса трубы R, приводит к уменьшению усилий в стяжках по нелинейному закону до значения 1.35 м, а за тем к их увеличению.

Рис.11.18,б. Реакции пола вагона на трубу в зависимости изменения радиуса трубы Анализ результатов расчета. Значения реакций пола вагона на трубу не зависит от вариации радиуса трубы R.

Рис.11.18,в. Координаты точки приложение реакции связи в зависимости от изменения радиуса трубы Анализ результатов расчета. При вариации радиуса трубы R координаты точки приложения реакции связи xN увеличивается по линейному закону.

======================================================================= 12. ГАБАРИТНЫЕ И НЕГАБАРИТНЫЕ ГРУЗЫ В ВАГОНЕ OVERALL AND OVERSIZE CARGOES IN A WAGON В данном разделе описаны основные положения, проверка габаритности погрузки, условия и порядок перевозок негабаритных грузов, определение зоны и степени негабаритности груза, а также расчетной негабаритности по данным работ [2,4,5].

12.1. Общие положения General points Тарно-штучные грузы, предъявляемые к перевозке на открытом подвиж ном составе (ОПС), не должны превышать очертания габарита погрузки. Если груз при размещении на открытом подвижном составе, находящемся на прямом горизонтальном участке пути, превышает очертания габарита погрузки, то он считается негабаритным и должен перевозиться в соответствии с Инструкцией по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов [4].

12.1.1. Проверка габаритности погрузки. Габаритность погрузки грузов, размещенных на открытом подвижном составе (ОПС), проверяют сопоставле нием значений горизонтального расстояния от оси пути до наиболее высту пающих точек груза и расстояния от оси пути до очертания габарита погрузки.

Если при сопоставлении окажется, что сравниваемое расстояние не превышает расстояния от оси пути до очертания погрузки, то погрузка считается габарит ной, а если превышает - негабаритной.

Таким образом, груз, погруженный на ОПС с учетом упаковки и элементов крепления, должен размещаться в пределах габарита погрузки (рис.12.1), иначе груз является негабаритным.

Рис.12.1. Очертание основного габарита погрузки 12.1.2. Льготный и зональный габарит. Льготный габарит предусмат ривает перевозку грузов (например, автомобили, тракторы, дорожные машины, железобетонные изделия, металлические конструкции и пр. изделия машино строения и промышленного строительства), погруженных в пределах длины платформы или полувагона. Зональный габарит разработан для увеличения по грузочного объема полувагонов и платформ при перевозках лесоматериалов (применение этого габарита на ряде железных дорог ограничено).

12.1.3. Негабаритный груз. Негабаритный груз это, во-первых, груз, кото рый при размещении на универсальном подвижном составе, находящемся на прямом горизонтальном участке пути, какой-либо своей точкой выступает за очертание основного габарита погрузки при совмещении продольных плоско стей симметрии подвижного состава и пути. Во-вторых, это груз, который на прямом горизонтальном участке пути не выступает за очертание габарита по грузки, но в кривой расчетного радиуса R = 350 м без возвышения наружного рельса имеет геометрический вынос больший, чем геометрический вынос рас четного вагона. В-третьих, это груз, у которого разность между геометриче ским выносом груза и геометрическим выносом расчетного вагона больше раз ности между полушириной габарита погрузки и полушириной груза.

В зависимости от высоты, на которую груз выступает за очертание габари та погрузки, и величины выступания установлены зоны негабаритности: ниж ней – 6 степеней, боковой - 6 степеней, верхней – 3 степени, а также условная зона совместной боковой и нижней негабаритности.

Габариты погрузки груза в вагоне должны строго соответствовать требова ниям п.2 главы 1 ТУ.

На рис. 12.1 для примера показано очертание основного габарита погруз ки, размещение груза в вагоне и критические точки А и В, выходящие за очер тание основного габарита погрузки.

В рассмотренном примере груз негабаритный: 1-й степени верхней нега баритности, координаты наиболее выступающих частей (критические точки):

ХА = - 1395 мм и УА = 4215 мм;

ХВ = 1395 мм и УВ = 4215 мм.

О степени негабаритности груза следует сделать надпись несмываемой краской на видимом месте на боковой стороне груза, например, в виде: “1-я бо ковая и 2-я верхняя негабаритность” (рис.12.2). Также следует несмываемой краской на боковой стороне груза пометить его общий центр тяжести – ЦТогр в виде крестика.

12.1.4. Расчетная негабаритность. Груз, геометрический вынос которо го превышает геометрический вынос расчетного вагона, может иметь расчет ную негабаритность.

Геометрический вынос груза (подвижного состава) – отклонение его продольной плоскости симметрии от оси пути в кривой при расположении под вижного состава по хорде.

Рис.12.2. Негабаритный груз Расчетный вагон – условный вагон, имеющий базу 17 м и длину кузова 24 м.

Расчетную негабаритность определяют для длинномерных грузов, отно шение длины которых к базе подвижного состава превышает 1.41, а так же для грузов, размещенных на сцепе платформ;

грузов, размещенных на транспорте рах с базой более 17 м.

В зависимости от высоты над уровнем головок рельсов (УГР), на которой груз выходит за габарит погрузки, установлены три основные зоны негабарит ности:

— зона нижней негабаритности — на высоте от 480 до 1399 мм;

— зона боковой негабаритности — на высоте от 1400 до 4000 мм;

— зона верхней негабаритности — на высоте от 4001 до 5300 мм.

В зависимости от величины выхода негабаритных грузов за габарит по грузки в указанных выше зонах установлены следующие степени негабаритно сти грузов:

— в нижней зоне — шесть степеней;

— в боковой зоне — шесть степеней;

— в верхней зоне — три степени.

12.1.5. Сверхнегабаритный груз. Сверхнегабаритный груз – груз, высту пающий по горизонтали за очертания зон:

3-й степени верхней негабаритности;

4-й (на высоте 3700…4000 мм), 5-й (на высоте 3400…3700 мм) и 6-й степени боковой;

2-й (на высоте 380…12300 мм) и 6-й степени нижней негабаритности;

также груз, высота которого от уровня головок рельсов (УГР) превышает 5300 мм.

В соответствии с установленными зонами негабаритности груз может иметь нижнюю, боковую и верхнюю сверхнегабаритность. Сверхнегабарит ность груза, имеющего высоту более 5300 мм, называется вертикальной.

Зона и степень негабаритности груза должны устанавливаться не только при нахождении вагона с грузом на прямом участке пути, но также с учетом прохода вагоном кривых участков. В этом случае груз может иметь расчетную негабаритность (см. п. 12.4).

В перевозочных и поездных документах, выдаваемых на ЭВМ, данные о зонах и степенях негабаритности перевозимых грузов, указывают индексом не габаритности, который состоит из пяти знаков.

Каждый знак индекса негабаритности (кроме первого) обозначает степень негабаритности груза в соответствующей зоне.

Сверхнегабаритность в любой зоне обозначается цифрой 8.

Обозначения 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 т.ч. и отсутствие вертикальной сверхнегабаритности, отмечают цифрой «0» в соответствующем знаке индекса негабаритности.

Например: индекс негабаритности Н8480 означает, что негабаритный груз имеет нижнюю и верхнюю сверхнегабаритность, боковую негабаритность 4-й степени, а вертикальная сверхнегабаритность отсутствует.

12.2. Условия и порядок перевозок негабаритных грузов Conditions and procedures of oversize cargos transportations При перевозках грузов осуществляется комплекс мероприятий, направ ленных на обеспечение их сохранности с учетом рационального использования подвижного состава при максимальной его грузоподъемности и вместимости [5].

Грузоподъёмность транспортного средства рассматривают как макси мальную массу загружаемого и перевозимого груза за один приём в данных ус ловиях и выражают её в единицах силы (Н, кН, тс).

Максимальный (расчётный) внутренний объём кузова вагона, котла, цистерны, контейнера, сосудов, резервуаров и других ёмкостей для хранения и перевозки жидкостей, газов, сыпучих тел называют вместимостью.

Условия перевозок определены Правилами перевозок грузов на железнодо рожном транспорте [3], в которых рассматриваются рациональные способы размещения и крепления грузов в вагоне, особенности перевозки негабаритных, опасных, тяжеловесных, подконтрольных Госветнадзору, скоропортящихся и пр. грузов, а также определяется маршрут следования, скоростной режим, ука зывают дополнительные мероприятия по осмотру и обслуживанию груза в пути следования и др.

Перевозки негабаритных и тяжеловесных грузов осуществляются в соот ветствии с Инструкцией по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов на железных дорогах государств – участников СНГ, Латвийской Республики, Ли товской Республики, Эстонской Республики, которая утверждена на тридцатом заседании Совета по железнодорожному транспорту 19 октября 2001 г. [4].



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.