1. Выбор типа подвижного состава
Исходя из параметров цистерн, для перевозки может быть использована четырёхосная платформа грузоподъёмностью 63 т, имеющая тележки ЦНИИ-Х3. Длина базы 9.72 м, тара т, ширина м, длина м, высота ЦМ порожней платформы от уровня головок рельсов м, высота пола м, площадь боковой поверхности м2
.
2. Определение места нахождения ЦМ груза
Место нахождения общего центра масс груза по длине, ширине и высоте и величину его смещения определим по следующим формулам:
а) в продольном направлении:
,
где – внутренняя длина вагона, мм; – расстояние от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм;
,
,– расстояния от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм; ,– масса соответствующего грузового места, т;
мм; ;
б) в поперечном направлении:
,
где – внутренняя ширина вагона, мм; – расстояние от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм;
,
,– расстояния от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм;
мм; ;
в) в вертикальном направлении:
,
где – расстояние от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм; ,– расстояния от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм;
мм.
3. Определение загрузки тележек
Максимальная нагрузка на тележку вагона при наличии смещения ЦМ в случае размещения груза одним штабелем по длине вагона определяется по формуле:
,
где – общая масса груза в вагоне, т; – база вагона, мм; так как , то
т.
4. Определение устойчивости вагона относительно головки рельса
Вагон с грузом является устойчивым, если выполняются два условия:
1)высота общего ЦМ груза и вагона м;
2)общая наветренная поверхность вагона с грузом м2
.
Общая высота ЦМ груза и вагона определяется по формуле:
,
где – общая масса груза в вагоне, т; – масса тары вагона; – высота над уровнем головки рельса ЦМ порожнего вагона;
мм; – условие выполняется.
Общая наветренная поверхность определяется по формуле:
,
где – площадь боковой поверхности платформы, при закрытых бортах м2
; – площадь наветренной поверхности груза, м2
;
,
где и – соответственно длина и высота единицы груза, м; – высота бортов платформы, м;
м2
; м2
; м2
;
– условие выполняется.
Вывод:
вагон с грузом относительно головки рельса является устойчивым.
5. 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 Wопределяется 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.
6. Опр
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.
7. 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.
8. 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.
9. Определение расчётной степени негабаритности
1. Определим высоты наиболее выступающей в бок точки груза относительно уровня головки рельса:
,
где – высота пола над УГР, мм; – высота подкладки, мм; – высота наиболее выступающей в бок точки груза над уровнем подкладок, мм.
мм; мм.
2. Определим ширину габарита погрузки на высоте :
мм; мм.
3. Сравним ширину груза и ширину габарита погрузки :
Для первой цистерны:
Для второй цистерны: – оба груза вписываются в габарит погрузки на прямом горизонтальном участке пути.
4. Определим отношение длины груза к базе вагона:
;
– груз недлиномерный и вписывается в габарит погрузки на кривых участках пути.