Грузоведение. Сохранность и крепление грузов. Грузоведение сохранность и крепление грузов

• Название: Грузоведение сохранность и крепление грузов
• Анкор: Грузоведение. Сохранность и крепление грузов.doc
• Дата: 27.04.2017
• Размер: 3.03 Mb.
• Имя файла: Грузоведение. Сохранность и крепление грузов.doc
• Тип: Документы; #6027
• страница: 22 из 27

Гла ва 5

РАЗМЕЩЕНИЕ И КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗОВ

В ВАГОНАХ

5.1. Силы, действующие на груз при перевозке

Общие сведения. Размещение и крепление грузов в вагонах на железных дорогах СССР выполняются в соответствии с требова­ниями Технических условий [31], Правил перевозок [27], а также Инструкции [17].

Ежегодно промышленность осваивает производство новых ви­дов продукции, способы перевозки которой в вагонах Технически­ми условиями не предусмотрены. Грузоотправители для осуществ­ления транспортировки таких грузов каждый год разрабатывают, а железные дороги рассматривают и утверждают несколько тысяч способов размещения и крепления грузов в вагонах, которые со­держат необходимые схемы, чертежи и расчетное обоснование.

В соответствии с действующими правилами прием от отправи­телей вагонов с грузами, погруженными в соответствии с требова­ниями Технических условий, осуществляют старшие приемосдатчи-ки, а по чертежам и схемам — начальники станций или их заме­стители. Контроль правильности погрузки грузов в шути следова­ния выполняют пункты коммерческого осмотра вагонов.

Разработка способов размещения и крепления грузов в ваго­нах для использования на сети железных дорог до середины 50-х годов осуществлялась комиссионно с участием специалистов железнодорожного транспорта и грузоотправителей. Решение воп­роса о выборе способа крепления грузов в этих условиях в значи­тельной степени зависело от опыта привлекаемых работников. Крепление грузов назначалось без достаточно точных расчетов, тип крепления не всегда соответствовал особенностям груза. Ос­новное внимание уделялось обеспечению поперечной устойчивости грузов, в полувагонах крепление некоторых тяжеловесных грузов не предусматривалось.

Обеспечение устойчивости в вагонах любых видов грузов осно­вывается на использовании для крепления элементов конструкции вагона. Разработка достаточно надежных и экономичных способов крепления осложняется тем, что вагоны эксплуатационного парка не имеют достаточного числа устройств соответствующей прочно­сти для предотвращения перемещений груза вдоль и поперек ва­гона.

Разработке инвентарных устройств на вагонах должно способ­ствовать введение в Нормы для расчета [21] специальных техни-

178

ческих требований к подвижному составу по оснащению его уст­ройствами для ограждения и крепления грузов.

Наиболее распространенными типами крепления грузов явля­ются: проволочные растяжки; обвязки; деревянные бруски, соеди­няемые гвоздями с полом вагона; боковые стойки, устанавливае­мые в стоечные скобы (платформ и соединяемые проволокой; тор­цовые стойки. Весьма редко, в основном для крепления тяжелых и крупногабаритных грузов, применяют болтовые и сварные со­единения. На эти малоэффективные способы крепления ежегодно народное хозяйство затрачивает только материалов примерно на 200 млн. руб. Постановка указанных выше креплений практически не может быть механизирована, поэтому работы по креплению грузов, как правило, выполняют вручную.

В современных условиях, когда погрузка грузов в вагоны осу­ществляется механизмами, а их крепление — вручную, часто на работы, связанные с креплением груза, затрачивается времени и труда значительно больше, чем на погрузку того же груза в ва­гон. В дальнейшем с использованием для погрузки грузов Mexai низмов большой производительности указанная выше разница во времени будет еще больше увеличиваться и будет сдерживаться рост производительности труда при погрузочно-разгрузочных ра­ботах.

Нарушения крепления грузов -приводят к повреждениям грузов и подвижного состава, перерывам в движении поездов, простоям вагонов, нарушениям принятых методов обработки вагонов на станциях. Исправления погрузки и крепления грузов на станциях в пути следования становится зачастую сложной задачей из-за не­хватки рабочих и отсутствия материалов для крепления и погру­зочно-разгрузочных механизмов. Особенно неблагоприятно сказы­ваются на работе железных дорог отказы креплений и сдвиги гру­зов, перевозимых на открытом подвижном составе. Обеспечение устойчивости грузов в вагонах неразрывно связано с улучшением использования грузоподъемности (вместимости) вагонов, сокра­щением их простоя, уменьшением затрат труда и материалов на крепление грузов, обеспечением безопасности движения, сохранно­сти грузов и подвижного состава.

Определяющее влияние на разработку способов обеспечения устойчивости грузов в вагонах оказывают максимально допусти­мые скорости и вес грузовых поездов, а также скорости вагонов перед соударением с впереди стоящими вагонами при роспуске вагонов с горок и маневрах (скорость соударения вагонов).

Продольные инерционные силы. Эти силы возникают при пере­ходных режимах движения поезда, во время маневров и роспуска с горок, а также при колебаниях подергивания движущегося ваго­на в поезде. В этих случаях скорость движения вагона изменяет­ся и на груз действует инерционная сила, вызываемая ускорением (замедлением).

I79

Инерционные силы, действующие на подвижной состав и грузы, могут быть ударного воздействия, передаваемого через автосцепку при соударении вагонов, подходе локомотива к составу, трогании и осаживании поезда, неустановившемся режиме торможения по­езда, маневрах, роспуске вагонов с горки, и безударного воздейст­вия, возникающего во время установившегося режима торможения поезда, торможения вагонов башмаками и горочными замедлите­лями.

Продольное ускорение груза, возникающее яри соударении ва­гонов, зависит в основном от масс т\ и т% соударяющихся ваго­нов, жесткости поглощающих аппаратов автосцепок, жесткости крепления грузов, скорости набегающего вагона перед соударени­ем (скорости соударения вагонов) (рис. 5.1). Зависимость продоль­ного' ускорения груза от скорости 'соударения вагонов и жесткости крепления показана на рис. 5.2.

Продольная инерционная сила, действующая на груз, находя­щийся в вагоне, при установившемся режиме торможения ⁽поезда равна и противоположнатормозной силе:

где а^у— удельная продольная инерционная сила установившегося торможения

(абсолютное значение а\ =1000 #М;

Qrp — вес груза, кН; Ь — тормозной коэффициент поезда, т. е. отношение суммарной силы нажатия тормозных колодок в поезде к весу поезда и локомотива; /к — коэффициент трения тормозных колодок.

Максимальные значения коэффициента Ц достигают в грузо­вых поездах: груженых — 0,4%, порожних — 0,6%. Продольная инерционная сила установившегося торможения при увеличении скорости начала торможения поезда уменьшается. Максимальные значения продольного ускорения, замеренные при установившемся торможении, составляют 0,2—0,3 g.

Торможение одиночных вагонов и отцепов тормозными башма­ками выполняется при маневрах и роспуске составов с сортиро­вочных горок. Допускаемая скорость набегания вагона на башмак согласно Инструкции по проектированию станций и узлов на же-



180







лезных дорогах СССР 4,5 м/с. Продольная инерционная сила, действующая на груз при торможении вагона башмаками, равна и противоположна тормозной силе и определяется



где б"— удельная продольная инерционная сила, действующая на груз при торможении вагонов башмаками (абсолютное значение)

п₀— число осей затормаживаемоговагона или отцепа; п_г—число осей вагона или отцепа, под которые подкладывают башмаки; ш₀ —удельное сопротивление вагона или отцепа; f— коэффициент трения скольжения между поверхностями башмака и рельса.

Наиболее неблагоприятные воздействия грузы испытывают при соударении вагонов. Продольные воздействия в поездах, а также при обра<5отке на станциях могут передаваться вагону то с одной, то с другой стороны. Вагоны испытывают также воздействия по­вторных ударов, которые следуют один за другим в одном на­правлении, и груз стремится сдвинуться в одну сторону. Установ­лено, что вагоны в поезде испытывают неодинаковые воздействия как по их числу, так и по интенсивности. Наименьшее число их испытывают вагоны в головной части состава (примерно до 10 вагонов). Вагоны в хвостовой части поезда получают в несколь­ко раз больше продольных воздействий, чем в головной. Продоль­ные ускорения грузов в вагонах в головной части поезда также меньше, чем в хвостовой. В расчете на 1000 км пробега число из­менений режимов движения, при которых грузы могли сдвинуться

I8f

относительно вагона, при испытаниях составило Для случабв рас­положения вагонов в голове поезда 33, в середине— 132, в послед­ней трети — 334. Интенсивность воздействия на груз и его крепле­ние в хвостовой части поезда больше, чем в головной.

Изучение повторяемости продольных ударов показало, что на­иболее часты серии из двух — пяти повторных соударений, реже — серии из 6—10 повторных ударов. В поездах вагоны и 1грузы в них испытывают воздействия в результате троганий, торможение осаживаний, рывков при увеличении скорости движения поезда и толчков при уменьшении его скорости. В поездах значительные ударные воздействия на вагон не всегда оказывают неблагоприят­ное влияние на устойчивость груза, чаще всего такие удары появ­ляются в середине состава при прохождении ударной волны через вагой. Анализом опытных данных установлено, что в поездах чаще возникают соударения вагонов от троганий и рывков, вызывающих смещение груза в вагоне в сторону хвостовой части поезда, чем от| торможений и осаживаний. При оценке продольной устойчивости грузов это следует учитывать. Испытания позволили дать количе­ственную оценку этой разницы ударных воздействий.

На сортировочных станциях значительные продольные воздей­ствия вагоны испытывают не только во время соударений при роспуске с горок, но и при формировании поездов, особенно при перестановке составов из лодгорочных парков в парки отправления. Сопоставляя усилия в автосцепке и продольные ускорения, зафик­сированные в поездах, а также при испытаниях на соударение ва-! гонов (далее «ударных испытаниях») можно сделать вывод, что в поездах при обычных эксплуатационных условиях могут возни­кать такие же воздействия, как при соударениях вагонов со ско­ростями до 4—5 км/ч.

Основным методом экспериментальной проверки разрабатыва­емых способов обеспечения продольной устойчивости грузов в ва­гонах являются ударные испытания. С одиночными вагонами и сцепами с опорой груза на один вагон ударные испытания необ­ходимо проводить на прямом участке пути, а со сцепами с опо­рой груза на два вагона — на прямом участке пути и в кривой ра­диусом 300—400 м. Каждый вагон или сцеп подвергают соударе­ниям с группой не менее чем из трех четырехосных полувагонов, загруженных до полной грузоподъемности. На прямом участке пути осуществляют 12 соударений. Первые 10 соударений со ско­ростями 4—7 км/ч выполняют для /проверки способа размещения и крепления груза. Из 10 соударений шесть должны быть со ско­ростями 4—4,5 км/ч, что в основном соответствует воздействиям на груз в поезде. Для проверки условий обеспечения сохранности вагонов и крепления грузов при повышенных скоростях рьшолня-ют еще два соударения со скоростями 7—8 и 8—9 км/ч. В кри­вом участке пути выполняют только 10 соударений со скоростями 4—7 км/ч.

182

Сцепы с опорой груза на два вагона, за исключением случаев, когда на обоих грузонесущих вагонах применяют турникеты оди­наковой конструкции, подвергают соударениям с указанными выше скоростями вначале одной, а затем другой торцовой сторо­ной. Грузы в вагонах во время испытаний должны быть располо­жены то отношению к стоящим вагонам с учетом наиболее небла­гоприятного воздействия на крепление, например колесные и гусе­ничные машины — передними частями в сторону, противополож­ную удару. Каждую машину следует затормозить ручным тормо­зом и включить первую передачу.

Продольная инерционная сила зависит от способа крепления» поэтому нормирование удельной продольной силы должно выпол­няться для конкретного способа крепления груза, например креп­ления растяжками, сварными или болтовыми соединениями. Нор­мативная величина определяется с учетом максимального значе­ния скорости соударения, устанавливаемой Правилами техниче­ской эксплуатации железных дорог Союза ССР. Для определения нормативного значения продольной инерционной силы вначале устанавливают зависимость значений ускорения груза от скоро­сти соударения вагонов, а затем для выбранного диапазона ско­ростей соударения устанавливают средние и максимальные зна­чения ускорения. Удельная нормативная продольная инерционная сила устанавливается на уровне значений ускорения, находящих­ся в указанном интервале. Нормативный коэффициент трения пос­ле определения для какой-либо пары трения, например дерево — дерево, средних и минимальных значений устанавливается на уровне, примерно равном средним замеренным величинам. Допу­скаемые напряжения для материала крепления определяют

где Пир — нормативный коэффициент, выражающий отношение воспринимаемого креплением усилия, вычисленного согласно нормативам, к усилию, оп-, ределенному с учетом максимального значения ускорения и мини­мального значения коэффициента трения; k— коэффициент, учитывающий особенности эксплуатации крепления; уф — предел текучести материала.

Поперечные и вертикальные инерционные силы. Кузов вагона

с грузом во время движения совершает сложные колебательные перемещения вследствие взаимодействия пути и подвижного со­става. Главными видами колебаний вагона являются подпрыгива­ние, галопирование или продольная качка, боковое параллельное колебание или поперечный относ, боковая качка и виляние. ^Кузов вагона совершает и другие виды колебаний, но они не оказывают существенного влияния на устойчивость грузов.

Вертикальные .инерционные силы, действующие на груз, зави­сят от скорости движения, состояния пути и других факторов. По­перечная горизонтальная инерционная сила зависит в основном от скорости движения, типа рессорного подвешивания вагонов, ме-

183



стоположения груза на раме вагона, состояния и плана железнодорож­ного пути.

При движении вагона по кривым наряду с пеперечной горизонталь­ной инерционной силой на груз дей­ствует также центробежная сила, зависящая от скорости движения по­езда и радиуса кривой. В то же вре­мя из-за возвышения наружного рельса в кривых появляется гори­зонтальная составляющая силы тя­жести, направленная внутрь кривой и в значительной степени по­гашающая действие центробежной силы (рис. 5.3). Центробежная сила определяется

где у—скорость движения вагона (поезда), км/ч; R— радиус кривой, м;

Лр — возвышение наружного рельса в кривой, мм; _а__ расстояние между кругами катания колесной пары (а=1580 мм).

Возвышение наружного рельса й_р зависит от радиуса кривой и допустимой скорости движения поезда. Например, минимальные радиусы кривых, по которым разрешается движение поезда со скоростями 100 и 80 км/ч, составляют 700 м (при /й_с=135 мм) и 350 м (при /г_р= 110 мм). Инерционная сила, приходящаяся на 1 кН веса груза и вычисленная по вышеприведенной формуле, для этих условий соответственно составляет 300 и 700 Н/кН.

На станциях могут встречаться кривые радиусом 180 рл, не имеющие возвышения наружного рельса. Допускаемая скорость движения по ним 40 км/ч, значение центробежной силы может достигать 700 Н/кН. Приведенные значения центробежной силы согласуются со значениями центробежной силы, равными 7,5 kвеса вагона брутто и принимаемыми в расчетах на прочность [21].

Исследованиями по оценке поперечной устойчивости различных грузов при скоростях 80—110 км/ч установлено, что сдвиги грузов поперек вагона возможны как в кривых, так и в прямых участках пути. Грузы, у которых отношение высоты центра массы (ЦМ) над опорной поверхностью к кратчайшему расстоянию от проекции его на эту поверхность и ребром опрокидывания больше единицы, подвержены боковым колебаниям. Поперечные горизонтальные и вертикальные инерционные силы могут действовать одновременно на груз, расположенный в вагоне. Однако максимальных значений эти силы, как правило, одновременно не достигают. Сопоставле­ние максимальных значений поперечного горизонтального ускоре­ния и соответствующих им вертикальных ускорений показывает,

184

что при максимальном поперечном ускорении груза величина вер­тикального ускорения примерно равна средней между максималь­ными и средними значениями.

Поперечное горизонтальное ускорение, действующее на груз при движении поезда, определяется колебаниями виляния, попе­речного относа и боковой качки вагона, а вертикальное — в основ­ном колебаниями подпрыгивания и галопирования.

Для четырехосных вагонов на тележках ЦНИИ-ХЗ с базой 8650—9720 мм установлены зависимости максимальных и средних значений поперечного ускорения от скорости движения. Для гру­за, центр массы которого расположен над шкворневой балкой ва­гона, верхние границы максимальных /JJ и средних /п значений ускорения, доли g, аппроксимируются прямолинейными зависимо­стями:



Вертикальное ускорение кузова на полу над пятником с доста­точной точностью оценивается коэффициентом вертикальной дина­мики вагона, который также использовали для оценки вертикаль­ных сил, действующих на груз. Значение вертикального ускорения груза существенно зависит от степени загрузки вагона. При умень­шении массы груза в вагоне до 5—12 ф вертикальное ускорение увеличивается примерно в 1,5—2 раза. Зависимость близких к максимальным значениям вертикального ускорения груза, центр массы которого расположен над шкворневой балкой вагона, от загрузки для четырехосного вагона на тележках ЦНИИ-ХЗ может

быть представлена/_B^:=0,25+2,14Qrp при 10^ Q?_p ^65 т.

Для расчета креплений грузов от поперечных перемещений ис­пользуют методику нормирования инерционных и удерживающих сил. Сложность задачи нормирования этих сил заключается в не­обходимости учета большого числа факторов, оказывающих вли­яние на устойчивость груза в вагоне. К ним в первую очередь' относятся характеристики подвижного состава, верхнего строения пути и груза. Рекомендуется устанавливать нормативные значения поперечной горизонтальной силы, соответствующие максимальным или близким к ним значениям поперечного ускорения груза, а вертикальной — примерно равными средним значениям вертикаль­ного ускорения груза. Полученные результаты сопоставляют с данными аналогичных испытаний вагонов и способов крепления грузов. Окончательное решение принимают на основании анализа результатов расчетов и испытаний, (проведенных на сети железных дорог в разных условиях. Нормативный коэффициент трения скольжения для соответствующих пар трения, например дерево — дерево, устанавливают на уровне средних значений, определен-

185

ных в результате проведенных исследований. Связующим элемен­том при этом является значение нормативного коэффициента, оп­ределяемого



и шах

где а_п, о_п—соответственно нормативное и максимальное значение попереч­ной инерционной силы;

^ав> ^ав^1ах—соответственно нормативное и максимальное значение верти­кальной инерционной силы;

м^З, м"¹¹" — соответственно нормативное и минимальное значение коэффици­ента трения.

Допускаемые напряжения для материала крепления устанавли­вают [а_п]=Лп/са_т.

Для вагонов на тележках ЦНИИ-ХЗ-0 с базой 8650—9720 мм при расположении ЦМ грузов над шкворневыми балками рекомен­дуемые нормативные значения поперечной силы составляют 500 Н/кН для скорости 90 км/ч и 550 Н/кН — для 100 км/ч (табл. 5.1). Допускаемые напряжения следует принимать равными 70—80% предела текучести.

Таблица 5.1

		н	max
Пара трения	3Рр. кН	"в· Н/кН	Н/кН	мЗ	umax	"п
и = 90 км/ч,	a|J = 500 Н/кН, а™ах=50				04-530 Н/кН
Дерево—дерево	0—100	410	500	ч		0,75—0,82
	110—300	300	380	0,45	0,37	0,68—0,74
	310—700	260	350			0,65—0,71
	0—100	410	500	,		0,76—0,81
Дерево—сталь	110—300	300	380	|		0,72—0,78
	310—700	260	350	0,40	0,33	0,69—0,75
	0—100	410	500	1 .		0,79—0,82
Сталь—сталь	110—300	300	380	} 0,30	0,21	0,75—0,80
	310—700	260	350			0,76—0,80