Определение сил, действующих на груз

 

На груз действует 2 группы сил: сдвигающие и удерживающие. Точкой приложения всех сил будем считать ЦМ груза. Точкой приложения ветровой нагрузки примем геометрический центр наветренной поверхности груза.

Продольную инерционную силу  определим по следующей формуле:

,

где – удельная величина продольной инерционной силы, тс/т;

,

где , – удельные величины продольной инерционной силы при массе брутто 22 т и 94 т, тс/т, тс/т;

 тс/т;  тс/т;

 тс/т;  тс/т.

Поперечная инерционная сила  определяется по следующей формуле:

,

где – удельная величина поперечной инерционной силы, тс/т;

,

где – расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;

 тс/т;  тс/т;

 тс;  тс.

Вертикальная инерционная сила  определяется по следующей формуле:

,

где – удельная величина вертикальной инерционной силы, тс/т;

,

где при опоре груза на один вагон ; – расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;

тс/т;

тс/т; тс/т.

Ветровая нагрузка W определяется по следующей формуле:

;

 тс;  тс.

Сила трения , действующая на груз в продольном направлении, определяется по формуле (подкладки прибиты к полу):

,

где – коэффициент трения стали по дереву, ;

 тс.

Сила трения , действующая на груз в поперечном направлении, определяется по формуле:

,

где – коэффициент, принимаемый ;

тс;

 тс.

 

Определение устойчивости груза от сдвига

 

Груз считается устойчивым от сдвига вдоль вагона, если выполняется условие:

 – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

;

 тс.

Груз считается устойчивым от сдвига поперёк вагона, если выполняется условие:

,

где n – коэффициент местных ТУ, для Зап.-Сиб. ж.д. n=1.25;

Для первой цистерны:  – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

;

 тс.

Для второй цистерны:  – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила , которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

;

 тс.

Определение размеров подкладок

Сечение подкладок принимаем равным 100*200 мм, длину, равную внутренней ширине платформы, – 2870 мм. Определим площадь соприкосновения подкладки с цистернами.

Суммарная расчётная нагрузка на подкладку составит:

;

; .

Проекция необходимой площади опирания цистерны на подкладку:

,

где  МПа – допускаемое напряжение смятия для ели и сосны;

м²; м².

Поперечник выемки  по продольной оси подкладок определим по формуле:

,

где м – принятая ширина подкладки.

Глубина выемки  равна:

,

где – радиус цистерны, м; – расстояние от подкладки до горизонтальной плоскости, проходящей через ЦМ груза.

, .

м, м;

, ,

, ;

м, м.

 

Выбор типа крепления

 

В соответствии с п. 1 главы 6 Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах закрепим данный груз следующим образом.

Для предотвращения сдвига в продольном направлении цистерны закрепим с торцовых сторон двумя упорными и двумя распорными брусками сечением 200*200 мм. Суммарное число гвоздей для крепления упорных и распорных брусков определим по формуле:

,

где – коэффициент трения между упорным бруском и полом вагона; – количество брусков, одновременно работающих в одном направлении; – допускаемое усилие на один гвоздь, для гвоздей диаметром 8 мм и длиной 250 мм  тс.

 гв.;  гв.

Число гвоздей крепления распределяется по количеству используемых брусков равномерно.

Грузы цилиндрической формы подвержены перекатыванию. Их закрепляют от перекатывания совместно упорными брусками и обвязками. На каждую подкладку вплотную к грузу с обеих сторон уложим упорные бруски шириной 200 мм, длиной до конца подкладки и высотой 80 мм. Упорные бруски и подкладки крепим к полу платформы восемью гвоздями длиной 250 мм. Первую цистерну закрепим пятью обвязками, вторую цистерну закрепим двумя обвязками.

Продольные и поперечные усилия в обвязках рассчитаем по следующим формулам:

, ,

где D – диаметр цистерны, мм; – кратчайшее расстояние от ребра опрокидывания до проекции ЦТ на горизонтальную плоскость, мм; – перпендикуляр от ребра опрокидывания на обвязку или растяжку, мм; – количество обвязок; – расстояние от пола вагона или плоскости подкладок до точки приложения ветровой нагрузки, мм; – высота упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм;

 тс;

 тс;

 тс;

 тс.

Отрицательный знак в полученном результате говорит о том, что от поперечных сил дополнительных усилий в обвязках не возникает. Следовательно, дополнительного крепления не требуется.

Площадь сечения полосовых обвязок определим по формуле:

,

где R – нагрузка на обвязку, кгс;  – допускаемое напряжение при растяжении, для Стали 30  кгс/см².

 см²;  см².

Исходя из полученного результата, выберем следующий тип обвязок: для первой цистерны - полосовые обвязки сечением 4*30 мм; для второй цистерны – полосовые обвязки сечением 6*40 мм.