Силы, действующие на груз при перевозке

Вопросы:

1. Дать подробную характеристику силам, действующим на груз при перевозке.

Литература:

1. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. М. Транспорт 2003 г. (Глава 1 раздел 10)

2. Лекции «Грузоведение»

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.

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.

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).

При определении способов размещения и крепления груза должны наряду с его массой учитываться следующие силы и нагрузки:

- продольная инерционная сила; поперечная инерционная сила; вертикальная инерционная сила; ветровая нагрузка; сила трения.

Точкой приложения инерционных сил является центр тяжести груза (ЦТ_гр). Точкой приложения ветровой нагрузки принимается геометрический центр наветренной поверхности груза. Направление действия ветровой нагрузки принимается перпендикулярным продольной плоскости симметрии вагона.

Рисунок - Расчетная схема продольных и поперечных усилий

Сила трения, действующая на груз,размещенный на платформе с деревометаллическим полом (рисунок)

Рисунок - Силы трения, действующие на участках опирания груза на поверхность деревометаллического пола платформы.

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).

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 при соударении ва­гонов, зависит в основном от масс т₁ и т₂ соударяющихся ваго­нов, жесткости поглощающих аппаратов автосцепок, жесткости крепления грузов, скорости набегающего вагона перед соударени­ем (скорости соударения вагонов).

Рисунок – Схема положения вагонов при соударении

Наиболее неблагоприятные воздействия грузы испытывают при соударении вагонов. Продольные воздействия в поездах, а также при обработке 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 относительно вагона, при испытаниях составило для случаев 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.

В поездах вагоны и грузы в них испытывают воздействия в результате троганий, торможений, 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 вагон. 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.

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 подгорочных парков в парки отправления. Сопоставляя усилия в автосцепке и продольные ускорения, зафик­сированные в поездах, а также при испытаниях на соударение вагонов (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.

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

При движении вагона по кривым наряду с поперечной 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.

Рисунок – Схема приложения сил к грузу при проходе вагоном кривого участка пути

Возвышение наружного рельса h_p зависит от радиуса кривой и допустимой скорости движения поезда. 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.

Силы трения и ветровая нагрузка.Поступательному перемеще­нию груза по поверхности вагона или других грузов препятствует сила трения, которая зависит от многих факторов, в том числе от состояния, размеров и температуры соприкасающихся поверхно­стей, давления, скорости перемещения. Сопротивление, возникаю­щее при перемещении груза по полу вагона, зависит не только от материалов соприкасающихся поверхностей груза и вагона, но и в значительной степени от их состояния: загрязненности, покры­тия смазкой и др. Загрязнение соприкасающихся поверхностей смазочными маслами, жирами, мазутом, а также их увлажнение и обледенение резко понижают силу трения. Посыпка поверхностей песком, шлаком, наоборот, увеличивает силу трения. В связи с этим следует тщательно очищать поверхности груза и пол вагона от грязи, смазки и посыпать их песком, металлическими опилками, дробленым шлаком, а также использовать другие средства — шлифовальные шкурки, металлические пластины с шипами, увели­чивающие трение между грузом и полом вагона.

Ветровая нагрузка, испытываемая грузом, зависит от скорост­ного напора воздуха, размеров поверхности груза и ее состояния. В расчетах крепления груза действие ветра учитывается только в направлении поперек пути. При этом ветровая нагрузка прини­мается нормальной к поверхности груза и определяется из расчета давления ветра 500 Н/м².