Наветренная поверхность груза и вагона

S _г.в = S_гр + S_ваг £ 50, м². (2.5.)

где h_гр – центр тяжести груза над уровнем головок рельсов (УГР), м;

h_гр = (h_пол + Н_п + h_цт), м (2.6.)

где h_пол – высота уровня поверхности пола над УГР, м;

Н_п - высота подкладки, м;

h_цт - высота ЦТ груза над основанием груза, м;

S_гр - наветренная поверхность груза (высота умножается на длину), м²;

S_ваг - наветренная поверхность вагона (можно принять 11 м²);

h_в - высота ЦТ порожнего вагона (платформы), 0,8 м;

Q_в- масса тары вагона – 22 т;

Q^о_гр - общая масса груза, т.

Если вышеуказанные предварительные условия не обеспечиваются, то производится проверка поперечной устойчивости согласно требованиям ТУ [4].

2.3. Расчет сил, действующих на груз и на крепления.

Для расчетов устойчивости груза и прочности крепления принимаются следующие наиболее невыгодные сочетания действующих одновременно сил:

первое сочетание – продольная инерционная сила, возникающая при соударениях движущихся вагонов с неподвижно стоящими, а также при трогании и осаживание поезда и сила трения;

второе сочетание – сила ветра, инерционные силы (вертикальная, поперечная) и сила трения.

Силы по первому сочетанию действуют на груз при выполнении маневровой работы на станциях толчками или роспуске вагонов на сортировочных горках, а сила по второму сочетанию – при движении по перегону с максимальной скоростью.

Точками приложения инерционных сил является центр тяжести груза, а сила ветра – центр наветренной поверхности.

Для определения величин сил, действующих на грузы различного веса, установлены удельные значения этих сил на основании большого экспериментального материала.

Величина продольной инерционной силы определяется по формуле

F_пр = a_пр * Q_гр, КГС (2.7.)

где Q_гр – масса одного места, т;

a_пр - удельная величина продольной инерционной силы в КГС на 1 т массы

груза; принимается для различных типов крепления при массе брутто

одиночных вагонов 22 и 94 т.

Промежуточные значения удельных величин продольной инерционной силы определяем путем линейной интерполяции:

(a_пр22 - a_пр94) * Q^о_гр

a_пр = a_пр22 - ^{______________________________} , (2.8.)

где a_пр22 , a_пр94 – удельные величины продольного усилия в кгс/т для ваго-

нов массой брутто соответственно 22 и 94 т;

Q^о_гр - общая масса мест груза на вагоне, т;

Согласно Техническим условиям [4].

a_пр22 = 1200 кгс/т; a_пр94 = 970 кгс/т.

Поперечную горизонтальную инерционную силу с учетом действия центробежной силы находят по формуле:

(a_ш - a_ср ) * 2С

Fп = a_п * Q_гр = [a_п + ^{_____________________} ] * Q_гр, КГС (2.9.)

l_в

где l_в – база вагона, м;

С - расстояние от центра тяжести груза до вертикальной плоскости, про-

ходящей через поперечную ось вагона, м;

a_ср - удельная величина поперечной инерционной силы в кгс на 1т веса грузу

при расположении центра тяжести груза в вертикальной плоскости, в ко-

торой проходит поперечная ось вагона (для V = 100 км/ч,a_ср = 330кгс/т);

a_ш - удельная величина поперечной инерционной силы в кгс на 1 т веса груза

при расположении центра тяжести груза над шкворневой балкой (для

V = 100 км/ч a_ш = 550 кгс/т);

Вертикальная инерционная сила:

F_в = a_ср * Q_гр, КГС (2.10.)

где a_ср – удельная величина вертикальной силы в кг на 1 т веса груза, определя-

ется по формуле для V = 100 км/ч:

a_в = 250 + К * С + ^________ , кгс/т (2.11.)

Q^о_гр

где К – коэффициент, учитывающий способ погрузки (с опорой на один вагон

К = 5).

Ветровая нагрузка

W_в = g * S_в, (2.12.)

где g – удельное давление ветра, принимаемое равным 50 кгс/м² (для грузов с хо-

рошей обтекаемостью (трубы и т.д.) 25 кгс/м²;

S_в - площадь проекции поверхности груза, подверженной действию ветра, на

вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось вагона в м².

Величину сил трения определяют по формулам:

а) при первом сочетании сил (в продольном направлении) для грузов, размещенных с опорой на один вагон

F^пр_тр = 1000 m Q_гр; (2.13.)

б) при втором сочетании сил (в поперечном направлении) для грузов, размещенных с опорой на один вагон

F^пр_тр = m * (1000 - a_в ) * Q_гр (2.14.)

где m – коэффициент трения груза по полу вагона.

Величина коэффициента трения между опорными поверхностями груза, подкладок и пола вагонов, очищенным от грязи, снега, льда и смазки при посыпке тонкого слоя песка на поверхность подкладок и пол вагона в местах опирания подкладок груза, принимается равным: для дерева по дереву – 0,45; для железобетона по дереву – 0,55; для стали по дереву – 0,4; для стали по стали – 0,3.

2.4. Определение типа креплений и требуемого их количества

Для решения этого вопроса необходимо прежде всего установить устойчивость груза от опрокидывания вдоль вагона определяется по неравенству

a

h_пр = ^{_______________} ³ 1,25 (2.15.)

h_цт - h_у

где a – расстояние от проекции ЦТ груза до ребра опрокидывания в продоль-

ном направлении;

h_у - высота упорного бруска (0,15 м).

То же в поперечном направлении

Q_гр * в

h_п = ^{____________________________________} ³ 1,25 (2.16.)

Fп (h_цт - h_у) + W_в (h_н.п. - h_у)

где в - расстояние от проекции ЦТ груза до ребра опрокидывания в поперечном

направлении;

h_н.п. - высота центра наветренной поверхности груза от пола вагона.

При соблюдении указанных неравенств в формулах (2.15. и 2.16) опрокидывания груза относительно пола вагона не произойдет.

Усилие в растяжках, расположенных под углом к продольной и поперечной осям вагона определяется из рис. 2.10. по формулам.

^Fп

_пр

^Fпр _Qгр ^{F тр} _{Продольная ось вагона}

_п

^{Wв F тр bпр Rр}

_bп ^a

_{Поперечная ось вагона}

Рис. 2.3. Расчетная схема крепления груза растяжками

а) в продольном направлении

F_пр – F^пр_тр

R_пр = ^{______________________________________}, кг (2.17.)

К^пр_р (m sina + cosa * cosb_пр)

б) в поперечном направлении

1,25 * (F_п – Wв) - F^п_тр

R_п = ^{______________________________________}, кг (2.18.)

К^п_р (m sina + cosa * cosb_п)

где 1,25 - коэффициент запаса устойчивости;

К^пр_р, К^п_р - количество растяжек, работающих одновременно продольном и по-

перечном направлениях;

a - угол наклона растяжек к полу вагона;

b_пр, b_п - углы между проекциями растяжки на горизонтальную плоскость

и продольной или поперечной осями вагона.

Сечение и диаметр проволоки выбирается из таблицы [4].

Усилие в обвязках определяется из рис. 2.11. и формулам 2.19 и 2.20.

Применение обвязок для крепления котла цилиндрической формы показано на рис. 2.11.