1. Выбор типа подвижного состава
Исходя из параметровцистерн, для перевозки может быть использована четырёхосная платформагрузоподъёмностью 63 т, имеющая тележки ЦНИИ-Х3. Длина базы 9.72 м, тара />т, ширина />м, длина />м, высота ЦМ порожнейплатформы от уровня головок рельсов /> м,высота пола /> м, площадь боковойповерхности /> м2.
2. Определение места нахождения ЦМ груза
Место нахождения общего центрамасс груза по длине, ширине и высоте и величину его смещения определим последующим формулам:
а) в продольном направлении:
/>,
где />–внутренняя длина вагона, мм; />–расстояние от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которойнаходится общий ЦМ грузов, мм;
/>,
/>,/>– расстояния от торцевогоборта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждогогрузового места, мм; />,/>– масса соответствующего грузовогоместа, т;
/> мм;/>;
б) в поперечном направлении:
/>,
где />–внутренняя ширина вагона, мм; />–расстояние от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которойнаходится общий ЦМ грузов, мм;
/>,
/>,/>– расстояния от продольногоборта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждогогрузового места, мм;
/> мм;/>;
в) в вертикальномнаправлении:
/>,
где />– расстояниеот пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится общий ЦМгрузов, мм; />,/>–расстояния от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится ЦМкаждого грузового места, мм;
/> мм.
3. Определение загрузки тележек
Максимальная нагрузка натележку вагона при наличии смещения ЦМ в случае размещения груза одним штабелемпо длине вагона определяется по формуле:
/>,
где />– общаямасса груза в вагоне, т; />– базавагона, мм; так как />, то
/> т.
4. Определение устойчивости вагона относительноголовки рельса
Вагон с грузом являетсяустойчивым, если выполняются два условия:
1) высота общего ЦМ груза и вагона />м;
2)общая наветренная поверхностьвагона с грузом />м2.
Общая высота ЦМ груза ивагона определяется по формуле:
/>,
где />– общаямасса груза в вагоне, т; />– массатары вагона; />– высота над уровнем головкирельса ЦМ порожнего вагона;
/> мм;/> – условие выполняется.
Общая наветреннаяповерхность определяется по формуле:
/>,
где />– площадьбоковой поверхности платформы, при закрытых бортах />м2;/>– площадь наветреннойповерхности груза, м2;
/>,
где /> и />– соответственно длина ивысота единицы груза, м; />– высотабортов платформы, /> м;
/> м2;/> м2; /> м2;
/> –условие выполняется.
Вывод: вагон с грузом относительно головки рельса являетсяустойчивым.
5. Определение сил, действующих на груз
На груз действует 2 группысил: сдвигающие и удерживающие. Точкой приложения всех сил будем считать ЦМгруза. Точкой приложения ветровой нагрузки примем геометрический центрнаветренной поверхности груза.
Продольную инерционную силу/> определим по следующейформуле:
/>,
где />–удельная величина продольной инерционной силы, тс/т;
/>,
где />,/>– удельные величиныпродольной 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 следующейформуле:
/>,
где />–удельная величина поперечной инерционной силы, тс/т;
/>,
где />–расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечнуюось вагона, м;
/> тс/т;/> тс/т;
/> тс;/> тс.
Вертикальная инерционнаясила /> определяется по следующейформуле:
/>,
где />–удельная величина вертикальной инерционной силы, тс/т;
/>,
где при опоре груза на один вагон />; />– расстояние от ЦМ груза довертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;
/>тс/т;
/>тс/т;/>тс/т.
Ветровая нагрузка W определяется по следующейформуле:
/>;
/> тс;/> тс.
Сила трения />, действующая на груз впродольном направлении, определяется по формуле (подкладки прибиты к полу):
/>,
где />–коэффициент трения стали по дереву, />;
/> тс.
Сила трения />, действующая на груз впоперечном направлении, определяется по формуле:
/>,
где />– коэффициент,принимаемый />;
/>тс;
/> тс.
6. Определение устойчивости груза от сдвига
Груз считается устойчивымот сдвига вдоль вагона, если выполняется условие:
/>
/> – условие невыполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила />, которая воздействует накрепление, определяется по формуле:
/>;
/> тс.
Груз считается устойчивымот сдвига поперёк вагона, если выполняется условие:
/>,
где n – коэффициентместных ТУ, для Зап.-Сиб. ж.д. n=1.25;
Дляпервой цистерны: /> –условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила />, которая воздействует накрепление, определяется по формуле:
/>;
/> тс.
Длявторой цистерны: /> –условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила />, которая воздействует накрепление, определяется по формуле:
/>;
/> тс.
7. Определение размеров подкладок
Сечение подкладок принимаемравным 100*200 мм, длину, равную внутренней ширине платформы, – 2870 мм.Определим площадь соприкосновения подкладки с цистернами.
Суммарная расчётнаянагрузка на подкладку составит:
/>;
/>;/>.
Проекция необходимойплощади опирания цистерны на подкладку:
/>,
где /> МПа –допускаемое напряжение смятия для ели и сосны;
/>м2;/>м2.
Поперечник выемки /> по продольной оси подкладокопределим по формуле:
/>,
где />м –принятая ширина подкладки.
Глубина выемки /> равна:
/>,
где />– радиусцистерны, м; />– расстояние от подкладки догоризонтальной плоскости, проходящей через ЦМ груза.
/>,/>.
/>м,/>м;
/>,/>,
/>,/>;
/>м,/>м.
8. Выбор типа крепления
В соответствии с п. 1 главы6 Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерахзакрепим данный груз следующим образом.
Для предотвращения сдвига впродольном направлении цистерны закрепим с торцовых сторон двумя упорными идвумя распорными брусками сечением 200*200 мм. Суммарное число гвоздей длякрепления 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 количествуиспользуемых брусков равномерно.
Грузы цилиндрической формыподвержены перекатыванию. Их закрепляют от перекатывания совместно упорнымибрусками и обвязками. На каждую подкладку вплотную к грузу с обеих сторонуложим упорные бруски шириной 200 мм, длиной до конца подкладки и высотой 80мм. Упорные бруски и подкладки крепим к полу платформы восемью гвоздями длиной250 мм. Первую цистерну закрепим пятью обвязками, вторую цистерну закрепимдвумя обвязками.
Продольные и поперечные усилияв обвязках рассчитаем по следующим формулам:
/>,/>,
где D – диаметрцистерны, мм; />– кратчайшеерасстояние от ребра опрокидывания до проекции ЦТ на горизонтальную плоскость,мм; />– перпендикуляр от ребраопрокидывания на обвязку или растяжку, мм; />–количество обвязок; />– расстояние отпола вагона или плоскости подкладок до точки приложения ветровой нагрузки, мм; />– высота упора от полавагона или плоскости подкладок, мм;
/> тс;
/> тс;
/> тс;
/> тс.
Отрицательный знак вполученном результате говорит о том, что от поперечных сил дополнительныхусилий в обвязках не возникает. Следовательно, дополнительного крепления нетребуется.
Площадь сечения полосовыхобвязок определим по формуле:
/>,
где R – нагрузка на обвязку, кгс; /> – допускаемое напряжениепри растяжении, для Стали 30 /> кгс/см2.
/> см2;/> см2.
Исходя из полученногорезультата, выберем следующий тип обвязок: для первой цистерны — полосовыеобвязки сечением 4*30 мм; для второй цистерны – полосовые обвязки сечением 6*40мм.
9. Определение расчётной степени негабаритности
1. Определим высотынаиболее выступающей в бок точки груза относительно уровня головки рельса:
/>,
где />– высотапола над УГР, мм; />– высотаподкладки, мм; />– высота наиболеевыступающей в бок точки груза над уровнем подкладок, мм.
/> мм;/> мм.
2. Определим ширинугабарита 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 отношениедлины груза к базе вагона:
/>;
/> –груз недлиномерный и вписывается в габарит погрузки на кривых участках пути.