Повышение устойчивости функционирования объектов железнодорожного транспорта в чрезвычайных ситуациях, страница 8

, где С_хi – коэффициент аэродинамического сопротивления i-й части тела, S_i – площадь миделя i-й части тела.

Решение. Принимаем f = 0,35 (табл. 8.3); С_х = 1,3 (табл. 8.4); S = l · h,  Q_г = 0 (станок не закреплен). Давление скоростного напора

По таблице 8.2 находим, ΔP_ск = 1,37 кПа соответствует ΔР_ф = 20 кПа, которое равно ΔР_ф-пр. Поскольку станок находится на пределе устойчивости, целесообразно его закрепить или, при возможности, заглубить или, при прочих равных характеристиках, заменить станком меньших габаритов.

Таблица 8.5

Механические свойства стали обыкновенного качества группы А

Марка стали	σв, Мпа	σт, Мпа
Ст 0	≥310	--------------
Ст 1	320-420	---------------
Ст 2	340-440	230-240
Ст 3	380-490	250-210
Ст 4	420-540	270-240
Ст 5	500-640	290-260
Ст 6	≥600	320-300

Примечания: σ_в – временное сопротивление (предел прочности при растяжении); σ_т – предел текучести при растяжении (прочерк означает, что показатель не нормируется).

Опрокидывание оборудования. Высокие элементы оборудования (башенные краны, вертикальные станки, высокие приборы, опоры ЛЭП и т. п.) при действии ударной волны могут опрокидываться и сильно разрушаться.

Смещающая сила F_см, действуя на плече z, будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования G на плече b/2 и реакция крепления Q на плече b – стабилизирующий момент (рис. 8.6).

Условием опрокидывания является превышение опрокидывающего момента над стабилизирующим, т. е. для закрепленного оборудования

F_см·z³G · (b/2) + Q · b

Для незакрепленного оборудования  F_см·z>z (b/2)

Считаем, что точка приложения силы F_см находится в центре давления площади миделя S предмета. Реакция крепления Q определяется как суммарное усилие болтов, работающих на разрыв.

Из неравенства определяем смещающую силу

F_см ≥ b/z (G/2 + Q) или ΔP_ск·С_х ·S ≥ b/z (G/2 + Q).

Отсюда

,

где: d – внутренний диаметр резьбы болта, работающего на разрыв, мм; n/2 – количество болтов, работающих на разрыв; [σ_р] – допускаемое напряжение на растяжение; [σ_р] = σ_т / [S]. Здесь [S] = 1,5…2,5 – допускаемый коэффициент запаса прочности. В формуле Q предполагается равнопрочность резьбы на срез и тела болта на разрыв.

При Q = 0   

По найденному значению ΔP_ск по табл. 8.2 определяем величину ΔР_ф, при которой предмет опрокидывается.

Пример 2. Для данных примера 1 оценить устойчивость станка на опрокидывание.

Решение. Принимаем высоту приложения силы F_см равной z, т. е. половине высоты станка h.

Площадь миделя S = l·h.

Скоростной напор, вызывающий опрокидывание,

  

По табл. 8.2 находим, что  ΔP_ск= 2,8 кПа соответствует ΔР_ф ≈ 28,6 кПа, что превышает предел устойчивости ИТК объекта. Крепление для защиты станка от опрокидывания не требуется.

Инерционное разрушение элементов оборудования под воздействием ударного ускорения. Для оценки устойчивости прибора к инерционным разрушениям при действии избыточного давления и скоростного напора определяется лобовая сила: F_лоб= DР_лоб×S = (ΔР_ф + ΔP_ск ) · S, где S – площадь миделя; DР_лоб – избыточное лобовое давление, равное ΔР_ф + ΔP_ск .

Известно, что сила инерции равна сумме сил и реакций связи (для незакрепленного оборудования – это сила трения F_тр): ma = F_лоб – F_тр, где m – масса прибора, кг; a – ударное ускорение, м/с².

Пренебрегая относительно небольшими силами трения F_тр, получим

F_лоб = ma. Отсюда  

При a ≥ a_доп прибор подвергается инерционному разрушению (a_доп – допустимое ускорение, указывается в паспорте или технической документации на изделие).

При расчетах принимаются следующие допущения: изделие принимается как одно жесткое тело; любой элемент, входящий в состав изделия, получает такое же ускорение, как и изделие в целом; расчет ведется по элементу (элементам), имеющему наименьшее a_доп.

Другой вариант оценки устойчивости к инерционному разрушению состоит в следующем. Если задаться a_доп или допустимой ударной перегрузкой n_доп =  a_доп /g (g – ускорение свободного падения тела), не приводящим к разрушениям, можно определить, какому избыточному лобовому давлению ΔP_лоб это будет соответствовать:

По величине ΔP_лоб по табл. 8.6 находим значение ΔР_ф, при котором изделие получит инерционное разрушение.

Таблица 8.6

Зависимость избыточного давления ΔP_лоб от избыточного давления на фронте воздушной ударной волны ΔР_ф

ΔPлоб, кПа	ΔРф, кПа	ΔPлоб, кПа	ΔРф, кПа
0	0	50	44,5
1	0,97	58,2	50
1,035	1	60	51,4
10	9,69	70	58,4
10,35	10	71,7	60
20	19,66	80	66,1
21,37	20	85,7	70
30	27,4	90	73
33,04	30	100	79,5
40	36,5	115,3	90
45,3	40	130,9	100

Пример 3. Оценить устойчивость прибора к инерционному разрушению, один из элементов которого имеет самое минимально допустимое ускорение при ударе a_доп = 100 м/с². Данные прибора: длина l = 420 мм, ширина b = 400 мм, высота h = 720 мм, масса m = 60 кг.

Решение. Лобовая сила, не приводящая к ударной перегрузке:

F_лоб = m ·a_доп  = 60 ·100 = 6000 Н.

Избыточное лобовое давление, которое может выдержать прибор:

В табл. 8.6 находим: величине = 20 кПа соответствует ΔР_ф = 19,66 кПа. При ΔР_ф ≥ 19,66 кПа прибор получит инерционное разрушение.

Способы защиты оборудования от ударной волны весьма разнообразны. Они охватывают вопросы размещения, крепления оборудования, применения защитных приспособлений, технологического процесса.