Оценка запаса устойчивости вагона с грузом

Устойчивость вагона с грузом при движении оценивается по соотношению сил вертикального давления на наименее нагруженное колесо вагона и центробежной силы инерции, прижимающей реборду колеса к головке рельса. Вагон с грузом считается устойчивым при движении, если выполняются условия: высота центра тяжести вагона с грузом ( ) не превышает величины 2300 мм и величина наветренной поверхности вагона с грузом (S₀) не более 50,0 м²: < 2300 мм и S₀< 50 м².

Если хотя бы одно из условий не выполняется, необходимо определить коэффициент запаса устойчивости вагона с грузом, величина которого не должна превышать 0,55. Методика расчета коэффициента приведена в главе 1 ТУ[1].

Величина наветренной поверхности вагона с грузом S₀ определяется:

 

S₀ = S_в+ S_п1+ S_п2+…+ S_пn, (5)

где S₀ - величина наветренной поверхности вагона с грузом, м²;

S_в – величина боковой наветренной поверхности вагона в порожнем

состоянии, м^2, принимается из характеристики вагона (см. прило-

жения А и Б).

S_п1,S_п2,…S_пn – боковые наветренные поверхности грузов соответственно

1, 2…, м².

При расчете наветренной поверхности груза необходимо учитывать, только ту часть груза, которая находится выше верхней кромки бокового борта платформы или полувагона. Для платформы необходимо учесть состояние боковых бортов платформы при перевозке: закрытое (предпочтительное) или открытое. В последнем случае боковые борта должны быть закреплены согласно требованиям главы 1 ТУ.

При открытых бортах платформы наветренная поверхность груза прямоугольной формы определяется (рис. 5):

 

S_{п i}=L_{гр i}·H _{гр i}

 

 

 

Рис. 5. Определение наветренной поверхности вагона с грузом

 

При закрытых бортах платформы наветренная поверхность груза определяется:

S_{п i}=L_{гр i}·(H _{гр i}–H_б)

Расчет нагрузок на тележки вагона

Согласно требованиям безопасности перевозок тележки вагонов не должны быть загружены более, чем на половину грузоподъемности вагона, а разность в нагружении тележек не должна превышать установленной величины.

Нагрузка на наиболее нагруженную тележку вагона Р₁ определяется по формуле , т:

(6)

где Q_гр⁰ – общая масса груза на вагоне, т.

Величина продольного смещения общего центра тяжести грузов в вагоне принимается по абсолютной величине.

Нагрузка на вторую тележкувагона Р₂ определяется по формуле, т:

 

(7)

Разность в нагружении тележек, т:

 

(8)

Для 4-осн. платформ и полувагонов разность в нагружении тележек не должна превышать 10 т.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ГРУЗЫ

ПРИ ПЕРЕВОЗКАХ

При определении способов размещения и крепления груза должны учитываться следующие силы и нагрузки:

– продольная инерционная сила F_пр, возникающая при движении в процессе разгона и торможения поезда, при соударении вагонов во время маневров и роспуске с сортировочных горок;

– поперечная инерционная сила F_п, возникающая при движении вагона и при вписывании его в кривые и переходные участки пути;

– вертикальная инерционная сила F_в, вызываемая ускорением при колебаниях движущегося вагона (знакопеременная);

– ветровая нагрузка W;

– силы трения груза по полу вагона (подкладкам) и .

Точкой приложения инерционных сил, действующих на груз, принимается центр тяжести груза (ЦТ_гр) (рис. 6).

Точкой приложения ветровой нагрузки принимается геометрический центр боковой наветренной поверхности груза (рис. 7). Направление действия ветровой нагрузки принимается перпендикулярным продольной плоскости симметрии вагона.

 

 

 

Рис. 6 Силы, действующие на груз при первом

расчетном сочетании сил

 

Рассматриваемые силы учитываются при оценке устойчивости грузов от продольных и поперечных смещений и возможного опрокидывания, а также расчете параметров элементов крепления грузов, в двух расчетных сочетаниях (таблица 2).

Таблица 2

Расчетные сочетания сил

 

Расчетные сочетания сил	Силы, действующие на груз
Продольная инерционная	Поперечная инерционная	Вертикальная инерционная	Ветровая	Силы трения
	Fпр	–	–	–
	–	Fп	Fв	W

 

Первое расчетное сочетание сил, действующих в продольном направлении, соответствует соударению вагонов при маневрах, роспуске с сортировочных горок, трогании, осаживании и торможении поезда, а второе – движению поезда со скоростью до 100 км/ч.

 

Рис. 7 Силы, действующие на груз при втором

расчетном сочетание сил

 

Величина продольной инерционной силы, действующей на груз, определяется по формуле, тс:

F_пр = а_прQ_гр, (9) (6.7)

 

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

Q_гр – масса груза, т.

Величина удельной продольной инерционной силы, действующей на груз при перевозке его с опорой на один вагон и применении для крепления упругих элементов крепления (растяжки, обвязки, бруски):

, (10)

 

а₂₂, а₉₄– величина удельной продольной инерционной силы, тс, принимается соответственно при массе брутто вагона 22 и 94 т (таблица 3).

При перевозке одного груза Q^о_гр = Q_гр, т;

 

Таблица 3

Величина удельной продольной инерционной силы

 

Тип крепления	Удельная величина продольной инерционной силы тс/т при массе брутто вагона или сцепа, т
С опорой груза на один вагон	С опорой груза на два вагона
22 и менее
Упругое (проволочные растяжки, обвязки, деревянные упорные, распорные бруски)	1,2	0,97	1,2	0,86
Жесткое (болтовые и сварные соединения)	1,9	1,67	1,9	1,56

 

Поперечная инерционная сила, действующая на груз, с учетом действия центробежной силы инерции определяется по формуле, тс:

 

F_п = а_пQ_гр, (11)

 

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

Для грузов с опорой на один вагон а_п определяется по формуле, тс/т:

 

, (12)

где l_в – база вагона, мм. Величина принимается из характеристики вагона приложения А и Б.

l_гр – расстояние от центра тяжести груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, мм, (рис. 8). При перевозке одного груза l_гр = l_с.

 

 

Рис. 8 Расстояние от центров тяжести грузов до поперечной оси вагона

 

Вертикальная инерционная сила определяется по формуле, тс:

 

F_в = а_вQ_гр, (13)

 

где а_в – величина удельной вертикальной инерционной силы на 1 т массы груза, тс/т.

. (14)

В случае загрузки вагона грузом массой менее 10 т значение Q_гр⁰ принимается равным 10 т. Коэффициент k принимается при погрузке с опорой груза на один вагон k = 5 • 10^-6, с опорой груза на два вагона k = 20 • 10^-6.

Ветровая нагрузка принимается нормальной к поверхности груза и определяется из расчета удельного давления ветра, равного 0,05 тс/м², по формуле, тс:

W = 0.05S_п, (15)

 

где S_п – площадь проекции поверхности груза, подверженная воздействию ветра, на вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось вагона, м².

Величина сил трения определяется по формулам:

– в продольном направлении, тс:

 

; (16)

– в поперечном направлении, тс:

 

, (17)

где m – коэффициент трения груза по полу вагона, подкладкам.

Значения коэффициента трения между поверхностями, очищенными от грязи, снега, льда, а в зимний период – посыпанными тонким слоем песка, принимаются равными:

пачки промасленной листовой стали по дереву	0,21;
дерево по дереву	0,45;
сталь по дереву	0,40;
сталь по стали	0,30;
пакеты чушек свинца, цинка по дереву	0,37;
пакеты отливок алюминия по дереву	0,38;
железобетон по дереву	0,55;
пачки промасленной листовой стали по дереву	0,21;
вертикально устанавливаемые рулоны листовой стали (штрипсы) с неупакованными (открытыми) торцами по дереву	0,61;

 

При определении продольной силы трения вертикальную инерционную силу не учитывают вследствие ее незначительности.