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. 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.
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.
|
