Расчет сил, действующих на груз в процессе перевозки

9 Расчет сил, действующих на груз в процессе перевозки

При определении способов размещения и крепления грузов должны учитываться:

1)  Продольные, поперечные и вертикальные инерционные силы;

2)  Ветровая нагрузка;

3)  Силы трения;

4)  Масса груза.

Продольные инерционные силы бывают ударного и безударного действия. Силы ударного действия – передаются через автосцепку (соударение вагонов, подход локомотива к вагонам, трогание с места,  разгон при маневрах, торможение), безударного действия – при установившихся режимах движения (торможение башмаками, замедлителями). Наиболее неблагоприятные воздействия – при соударении вагонов.

Значение продольной инерционной силы зависит:

- от массы соударяющихся вагонов;

- от жесткости поглощающих аппаратов автосцепок;

- от типа крепления груза;

- от скорости соударения.

Поперечные и вертикальные инерционные силы возникают:

а) поперечные – при прохождении вагона с грузом кривых участков пути (минимального радиуса R = 350 м, с максимальной допускаемой скоростью);

б) вертикальные – при прохождении стыков рельсов, неровностей пути.

Поперечные и вертикальные инерционные силы зависят:

- от скорости движения;

- от типа рессорного подвешивания;

- от расположения груза относительно вагона;

- от состояния железнодорожного пути.

Точкой приложения инерционных сил является центр масс.

При расчетах все эти силы учитываются в двух расчетных сочетаниях: первое – соответствует ударному взаимодействию вагона при соударении (продольная инерционная сила, сила трения в продольном направлении); второе сочетание – соответствует движению поезда с наибольшей допускаемой скоростью при вписывании в кривые участки пути расчетного радиуса (R = 350 м) без возвышения наружного рельса (поперечная инерционная сила, сила трения в поперечном направлении, вертикальная инерционная сила, сила ветра).

9.1 Определение продольных инерционных сил

Продольная инерционная сила, действующая на груз, рассчитывается:

, Н

где  – вес каждого груза, кН. Для горизонтального автомобиля , наклонного - , колесной пары - ;

 – удельная величина продольной инерционной силы, Н/кН.

Удельная величина продольной инерционной силы определяется:

, где ,  – удельные величины продольной инерционной силы соответственно для вагонов с массой брутто 22 т и 94 т. Принимаем  Н/кН,  Н/кН;

 – вес груза, который соответственно равен  кН.

Проведем расчет:

 Н/кН;

 Н;

 Н;

 Н.

Вывод: продольная инерционная сила, действующая на горизонтальный автомобиль, равна 94530 Н, продольная инерционная сила, действующая на наклонный автомобиль, равна 69000 Н, продольная инерционная сила, действующая на колесную пару, равна 69000 Н.

9.2 Определение поперечных инерционных сил

Поперечная инерционная сила рассчитывается по формуле:

, Н

где  – удельная величина поперечной инерционной силы, Н/кН.

Удельная величина поперечной инерционной силы определяется:

, где ,  – удельные величины поперечной инерционной силы, когда центр массы груза расположен в вертикальной плоскости, проходящей соответственно через середину вагона или шкворневую балку. Принимаем  Н/кН,  Н/кН;

 – поперечное смещение ЦМ каждого груза от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось вагона (рисунок 9.1).

Проведем расчеты:

 Н;

 Н;

Н.

Рисунок 9.1 – Схема для определения поперечного смещения ЦМ автомобилей и колесной пары

Вывод: поперечная инерционная сила, действующая на горизонтальный автомобиль, равна 36094 Н, поперечная инерционная сила, действующая на наклонный автомобиль, равна 24036 Н, поперечная инерционная сила, действующая на колесную пару, равна 35094 Н.

9.3 Определение вертикальных инерционных сил

Вертикальная инерционная сила рассчитывается следующим образом:

, Н

где  – удельная величина вертикальной инерционной силы, Н/кН, которая рассчитывается в зависимости от скорости движения и типа тележек.

Удельная величина поперечной инерционной силы для 4-осных вагонов на тележках ЦННИ-Х3 при скорости движения  км/ч определяется:

, где к – коэффициент, учитывающий способ размещения груза, к = 5.

Получим:

 Н;

 Н;

 Н.

Вывод: вертикальная инерционная сила, действующая на горизонтальный автомобиль, равна 26107 Н, вертикальная инерционная сила, действующая на наклонный автомобиль, равна 18804 Н, вертикальная инерционная сила, действующая на колесную пару, равна 20022 Н.

9.4 Расчет ветровой нагрузки

Ветровая нагрузка определяется по формуле:

, кН

где  – удельная ветровая нагрузка, кН/м²;

 – коэффициент обтекаемости, к = 1;

 – боковая наветренная поверхность, м².

Рассчитаем:

 кН;

 кН.

Вывод: ветровая нагрузка, действующая на боковую поверхность горизонтального автомобиля, равна 27,95 кН (27950 Н) и равна ветровой нагрузке, действующей на боковую поверхность наклонного автомобиля, а ветровая нагрузка, действующая на боковую поверхность колесной пары, равна 4,725 кН (4725 Н).

9.5 Расчет сил трения

Сила трения в продольном направлении определяется:

, кН

где  – коэффициент трения.

При размещении автомобилей на открытом подвижном составе задние колеса затормаживаются, а передние нет. С учетом этого получим:

;

;

, где , – соответственно коэффициенты трения качения и скольжения. Для автомобилей – ,, для колесной пары – ,.

В результате получим:

 кН;

 кН;

 кН.

Сила трения в поперечном направлении определяется:

, Н

где  – коэффициент трения скольжения;

 – удельная величина вертикальной инерционной силы, Н/кН.

Находим:

 Н;

 Н;

 Н.

Вывод: сила трения в продольном направлении, действующая на горизонтальный автомобиль, наклонный автомобиль и колесную пару, соответственно равна 22,395 кН (22395 Н), 15,45 кН (15450 Н), 6 кН (6000 Н). Сила трения в поперечном направлении, действующая на горизонтальный автомобиль, наклонный автомобиль и колесную пару, соответственно равна 19633 Н, 14419 Н, 11993 Н.