Порядок выполнения курсовой работы

4.2. Порядок выполнения курсовой работы

На основании заданных размеров груза, веса его и рода подвижного состава студент производит расчет крепления груза, погрузка и крепление которого не предусмотрены действующими техническими условиями. Расчет крепления имеет следующую последовательность:

Выбор рационального способа размещения груза в вагоне (платформе). Проверка габаритности погрузки. Определение величины сил, действующих на груз в процессе перевозки. Проверка поперечной устойчивости платформы. Проверка устойчивости груза. Выбор способа крепления и расчет отдельных его элементов.

4.3. Методические указания по выполнению курсовой работы

4.3.1. Размещение груза в вагоне.

Груз в вагоне должен размещаться в пределах габарита погрузки при условии нахождения вагона на прямом горизонтальном участке пути.

Груз или его выступающие части следует размещать в пределах габарита погрузки и на расстоянии, большем, чем длина платформы.

При решении вопроса о размещении груза необходимо установить расположение центра тяжести (ЦТ) груза по длине и ширине платформы.

При размещении груза в вагоне его ЦТ должен располагаться над серединой вагона в вертикальной плоскости на пересечении продольной и поперечной осей вагона. Колесные пары вагона при этом загружаются равномерно и опасные перегрузки рам и ходовых частей вагона будут исключены. Нагрузка на каждую пару в этом случае будет равна половине веса груза. Если нельзя обеспечить равномерное размещение груза, то может быть допущено смещение его ЦТ от точки пересечения продольной и поперечной осей вагона соответственно до 100 мм по ширине и до одной восьмой базы вагона по длине. Одновременно необходимо, чтобы нагрузка на каждую пару не превышала половины грузоподъемности, установленной для вагона данного типа.  Большая из нагрузок на колесную пару вагона при этом определяется по формуле:

  (1.1)

где Qm - вес груза, т;

lсм - величина продольного смещения ЦТ груза от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось вагона, м;

lв - база вагона, м. Меньшая из нагрузок будет равна

  (1.2)

Разница в нагрузках тележек

  (1.3)

При известном значении нагрузок на тележки по формулам (1.1), (1.2) или (1.3) определяется величина продольного смещения ЦТ груза.

Вес груза может передаваться вагону равномерно, распределенный по занятой площади пола вагона или через две поперечные подкладки (сосредоточенная нагрузка). Отдельные грузовые места допускается устанавливать на пол вагона без подкладок:

при расположении ЦТ груза над продольной осью вагона и передаче веса груза непосредственно на хребтовую балку и обе  боковые балки; при передаче веса груза одновременно на хребтовую и одну из боковых балок вагона; если нагрузка от каждой опоры на пол вагона не превышает допускаемых величин, предусмотренных ТУ.

При размещении груза на подкладках, уложенных поперек вагона в пределах длины базы вагона, необходимо соблюдать минимальные допускаемые расстояния между вертикальными поперечными плоскостями, проходящими через середины подкладок и поперечные оси вагона, и установленную ширину распределения нагрузки. Ширина распределения нагрузки В, передающейся на раму вагона, вычисляется по формуле:

  (1.4)

где  bгр - ширина груза в месте опоры, мм;

h0 - высота поперечной подкладки, мм.

Запрещается применять подкладки (а также прокладки, упорные и распорные бруски, стойки) из осины, ольхи, липы и сухостойного дерева. Допускается применение подкладок и прокладок, работающих только на сжатие, из осины и ольхи. Длина поперечных подкладок должна быть равна ширине вагона, а прокладок - ширине груза. Разрешается выход концов прокладок за погруженный груз до 200 мм при условии обеспечения габарита погрузки. Поперечные прокладки укладываются, как правило, одна над другой на расстоянии не менее 500 мм от концов груза и не менее 300 мм от стоек.

Высота подкладок и прокладок должна быть не менее 25 мм, а упорных и распорных брусков - 50 мм.

Рекомендуется сечение подкладки принимать не менее 200x100 мм.

4.3.2. Проверка габаритности погрузки

Габаритность погрузки грузов, размещенных на открытом подвижном составе, проверяют путем сопоставления величин горизонтального расстояния от оси пути до наиболее выступающих точек груза и расстояния от оси пути до очертания габарита погрузки. Координаты сопоставляемых точек груза и габарита погрузки должны находиться на одинаковой высоте.

Если при сопоставлении окажется, что сравниваемое расстояние не превышает расстояния от оси пути до очертания габарита погрузки, то погрузка считается габаритной, а если хотя бы одна точка груза выходит за габарит погрузки - негабаритной. В этом случае устанавливают координаты выступающих частей груза, высоту над уровнем земли и расстояние от земли и затем находят вид и степень негабаритности.

Проверка поперечной устойчивости груженого вагона

Поперечная устойчивость вагонов проверяется в случаях, когда ЦТ груженого вагона находится на расстоянии от уровня земли более 2300 мм или наветренная поверхность вагона с грузом превышает 50м2.

Высота общего ЦТ вагона с грузом определяется по формуле

  (2.1)

где QB – вес вагона, т;

hЦТ - высота ЦТ единицы груза над землей, мм;

Нв - высота ЦТ порожнего вагона над землей, мм.

Поперечная устойчивость груженого вагона обеспечивается, если удовлетворяется неравенство

  (2.2)

где Рч + Рв - дополнительная вертикальная нагрузка на колесо от

действия центробежных сил и сил ветра, т;

Рс - статическая нагрузка от колеса на землю, т. Если ЦТ груза находится в вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона (вагона), то Рс равна:

  (2.3)

где пк - число колес вагона (вагона);

  (2.4)

где  h - высота приложения равнодействующей ветровой нагрузки над землей, м;

р - момент, учитывающий воздействие ветра на вагон и колеса груженого вагона и поперечное смещение ЦТ груза за счет деформации рессор, принимается из табл. 1.26 [1];

q - коэффициент учитывающий смещение ЦТ длинномерного груза;

S - половина расстояния между кругами катания колес, м.

Проверка устойчивости груза

Грузы при перевозках могут быть подвержены следующим видам перемещений: поступательным перемещениям (сдвигам), опрокидыванию и перекатыванию.

Запас устойчивости груза с учетом прочности крепления в расчетах на поступательное перемещение при действии продольных сил принимается равным 1,0, при действии поперечных усилий принимается для габаритных грузов на вагонах (вагонах) -1.25, для негабаритных грузов - 1.5.

При соблюдении следующих общих условий устойчивость груза будет обеспечена и его можно перевозить без дополнительного крепления:

а)        от сдвигов вдоль вагона (вагона):  (2.5)

б)         от сдвигов поперек вагона:  (2.6)

в)         от опрокидывания вдоль вагона:  (2.7)

где l0пр - кратчайшее расстояние от проекции ЦТ на горизонтальную плоскость до ребра опрокидывания вдоль вагона, мм;

hЦТ - высота ЦТ груза над полом вагона или плоскостью подкладок, мм;

hvnp - высота продольного упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм;        .

г)         от опрокидывания поперек вагона:

  (2.8)

где b°пр - кратчайшее расстояние от проекции ЦТ на горизонтальную плоскость до ребра опрокидывания вдоль вагона вагона, мм;

hvn - высота поперечного упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм;

hп нп - высота центра проекции боковой поверхности груза от пола вагона или плоскости подкладок, мм;

д)        от перекатывания поперек вагона (для грузов цилиндрической формы):

  (2.9)

где г - радиус груза цилиндрической формы, мм.

Если одно из условий (2.5 - 2.9) не будет выполняться, то груз необходимо закрепить от соответствующих видов перемещений.

4.3.3. Определение величин сил, действующих на груз в процессе перевозки

В процессе перевозки на груз действуют:

продольные горизонтальные и поперечные горизонтальные инерционные силы, вертикальные инерционные силы, силы давления ветра и силы трения.

Продольные инерционные силы возникают при переходных режимах движения поезда, при колебаниях подергивания и вследствие соударения движущихся вагонов в поезде - во время маневров, роспуска с горок и в процессе торможения.

Поперечные инерционные силы возникают при движении вагона в результате таких видов колебаний подвижного состава:

поперечный относ (боковое параллельное колебание); боковая качка, виляние; а также вследствие действия центробежных сил при вписывании вагона в кривые и переходные участки пути.

Вертикальные инерционные силы вызваны ускорениями при следующих видах колебаний движущегося вагона: подпрыгивание, галопирование (продольная качка).

Точкой приложения продольных, поперечных и вертикальных сил является ЦТ груза; точкой приложения равнодействующей ветровой нагрузки - ЦТ площадки (поверхности), подверженной действию силы ветра.

Продольные, поперечные и вертикальные инерционные силы, силы давления ветра и силы трения во время перевозки достигают максимальных значений не одновременно. Продольные инерционные силы имеют наибольшие значения во время соударений вагонов при маневрах, трогании, осаживании и торможении поезда при небольших скоростях движения. Поперечные и вертикальные силы в это время невелики. Поэтому силы, действующие на груз при перевозке, учитываются при расчетах размещения и крепления в двух сочетаниях (табл. 3.1).

Первое сочетание соответствует ударному взаимодействию вагонов при маневрах, трогании, осаживании и торможении автопоезда на малых скоростях движения, а второе - движению грузового поезда с наибольшей допускаемой на скоростью - V

  Таблица 3.1

Расчетные сочетания сил	Силы, действующие на груз
I	Продольная инерционная	трения	__	__	__
II	__	трения	Поперечная инерционная	Вертикальная инерционная	ветровая

Величина продольной инерционной силы вычисляется по формуле:

  (3.1)

где ав - удельная величина продольной инерционной силы в кг на 1 т  веса груза; принимается для различных типов крепления при весе брутто одиночных вагонов  т, по табл.

Промежуточные значения удельной величины продольной силы

определяются по формулам:

  (3.2)

  (3.3)

  где        Qcгр - общий вес груза на вагоне, т;

а22, а94, а44, а188  -  удельная величина продольной инерционной силы  соответственно при весе тары вагона.

Поперечная горизонтальная инерционная сила с учетом действия центробежной силы определяется по формуле:

(3.4)

где аn - удельная величина поперечной инерционной силы в кг на 1 т веса груза; принимается по табл. 1.21 [I], если ЦТ груза находится в вертикальных поперечных плоскостях.

При расположении ЦТ груза в других вертикальных плоскостях а„ вычисляется по формуле:

(3.5)

Вертикальная инерционная сила определяется по формуле:

(3.6)

где ае - удельная величина вертикальной силы в кг на 1 т веса груза; определяется по формулам:

  (3.7)

коэффициент к принимается: при погрузке с опорой на один вагон – 5.

Ветровая нагрузка учитывается только в направлении поперек пути. Она принимается нормальной поверхности груза и определяется из расчета удельного давления ветра, равного 50 кг/м2, по формуле

  (3.8)

где Sn - площадь проекции поверхности груза, подверженной действию ветра, на вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось вагона, в м2 (для цилиндрической поверхности принимается равной половине площади проекции).

Поступательному перемещению груза по поверхности вагона, подкладок или других грузов препятствует сила трения скольжения. Для определения силы трения пользуются эмпирическими законами, установленными Кулоном. Величину силы трения определяют по формулам: а) для грузов, размещенных с опорой на один вагон: в продольном направлении

  (3.9)

в поперечном направлении

(3.10)

(3.11)

где  ? - коэффициент трения груза по полу вагона, подкладкам или по опорной поверхности турникета;

? - коэффициент трения поворотно-подвижной части турникета по неподвижной; принимается равным 0.1.

Значение ? принимается равным: для дерева по дереву - 0.45; для железобетона по дереву - 0.55; для металла по металлу - 0.3; для металла по дереву - 0.4.

4.3.4. Выбор способа крепления груза и расчет отдельных элементов крепления

Крепление груза устанавливается в зависимости от его конфигурации на основании рекомендаций, приведенных в табл. 1.27 [I]

а) крепление груза от поступательных перемещений (сдвигов):

Крепление  груза  от  сдвигов  осуществляется  растяжками, упорными  и  распорными  брусками,  обвязками  и  другими приспособлениями.

Величины  продольного  (?Fnp)  и  поперечного  (?Fn)  усилий, которые  должны  восприниматься  креплением,  определяются  по формулам:

  (4.1)

(4.2)

Эти усилия могут восприниматься как креплениями одного вида, так и сочетанием нескольких видов креплений (при условии, что устойчивость груза обеспечивается сочетанием нескольких видов крепления):

(4.3)

  - доли продольного или  поперечного усилия, воспринимаемые соответственно растяжками, брусками, обвязками, торцевыми или боковыми стойками и др.

Усилие в растяжках при расчете крепления на одиночных вагонах и вагонах с учетом увеличения сил трения от вертикальных составляющих усилия в креплении определяется по формуле:

в продольном направлении

(4.4)

в поперечном направлении 

  (4.5)

где ппрр, ппр - количество растяжек работающих одновременно в одном направлении; а - угол наклона растяжки к полу вагона;

?пр, ?п - углы между проекцией растяжки на горизонтальную плоскость и продольной и поперечной осями вагона.

Количество нитей проволоки в растяжке определяется по большему усилию R^p или R"f. В случаях применения растяжек, предназначенных для работы только в одном направлении (продольном или поперечном), расчет растяжек производится от действия сил только продольного или поперечного направления.

При расчете крепления длинномерных и негабаритных грузов целесообразно комбинированное крепление, например от продольных сдвигов растяжками, а от поперечных - брусками.

Усилие в обвязке для крепления груза, размещенного на одиночных вагонах от продольного или поперечного смещения определяется по формуле:

(4.6)

где nоб - количество обвязок.

Если обвязка выполнена из проволоки, то по усилию подбирается число нитей и диаметр проволоки, если же обвязка выполнена из полосовой стали, то устанавливается необходимое сечение металлической ленты из условия:

(4.7)

где  - допускаемое напряжение для стали на растяжение-сжатие, принимается по табл. 1.29 [I].

Упорные и распорные бруски для крепления грузов располагают, как правило, вдоль и поперек вагона. При креплении тяжеловесных грузов рекомендуется укладывать упорные бруски вплотную к грузу.

Распорные бруски укладывают в распор между грузом и стойками. В расчетах надо учитывать направление возмущающих усилий - вдоль или поперек вагона, вдоль или поперек волокон древесины.

Сечение упорных и распорных брусков S6 должно быть не менее 50x150 мм и удовлетворять условию:

(4.8)

где  []  -  допускаемое  напряжение  на  сжатие  и  смятие,  кг/см2

(принимается по таблице 1.32[I]).

Бруски к полу вагона могут крепиться гвоздями, болтами и др. Количество гвоздей для крепления определяется по формуле:

(4.9)

где  пбпр(п)  -  количество  упорных  или  распорных  брусков, одновременно работающих в одном направлении; Rгв - допускаемая нагрузка на один гвоздь; принимается по табл. 1.31 [1].

Гвоздь необходимо забивать отвесно к полу вагона без загиба головок на расстоянии не менее 30 мм от краев и не менее 90 мм от торцов досок пола вагона. При этом расстояние между гвоздями должно быть при вбивании их вдоль волокон древесины - не менее 90 мм и поперек волокон древесины - не менее 30 мм. Гвозди должны иметь длину на 50 - 60 мм больше высоты деталей крепления с тем, чтобы при закреплении этих деталей гвозди пробивали доски пола вагона.

Допускаемая нагрузка на брусок прямоугольного сечения определяется по формуле:

(4.10)

где  ? - коэффициент ослабления допускаемого напряжения;

[ с] - предел прочности на сжатие, кг/см2 (см. табл. 1.31 [1]);

Fp - расчетное сечение деталей, см2, при ослаблении сечения, например отверстиями до 25 % его площади без выхода на ребра (или при симметричных ослаблениях, выходящих на ребра).

Коэффициент ослабления допускаемого напряжения (ср находят в зависимости от гибкости бруса X. В случаях, когда "k < 75, <р определяется по формуле:

(4.11)

а когда ? > 75, - по формуле: (4.17)

Гибкость бруса определяется по формуле:

(4.12)

где        l0 = ?gl - приведенная длина бруса;

?g - коэффициент длины, равный:

1.0 - если оба конца бруса закреплены шарнирно;

2.0 - если один конец защемлен, а другой - свободный;

0.8 - если один конец защемлен, другой закреплен шарнирно;

0.65 - если оба конца защемлены;

-минимальный радиус инерции;

(4.13)

Imin - минимальный экваториальный момент инерции, равный:

для бруска прямоугольного сечения

  (4.14)

для бруска круглого сечения

  (4.15)

(hm - толщина, bш - ширина, d - диаметр бруска).

Значение Рдоп сопоставляем с максимально допускаемыми значениями по ТУ. Если Рдоп оказалось больше, чем указано в ТУ, то будем считать, что крепление обеспечить погашение возникающих продольных усилий, действующих на брусок.

б)Крепление груза от опрокидывания.

Если коэффициент запаса устойчивости габаритного груза меньше 1.25,а негабаритного или перевозимого на транспорте 1.5 (см. формулы 2.5-2.9), то груз необходимо закрепить от опрокидывания, как правило, растяжками (обвязками), а иногда подкосами или теми и другими одновременно. При крепление груза растяжками и подкосами, расположенными под углом к продольной и поперечной осям вагона, усилие в растяжке (обвязке) определяется по формулам:

в продольном направлении

  (4.16)

в поперечном направлении

  (4.17)

где        ? - угол  между  проекций  растяжки  (обвязки)  на продольную вертикальную плоскость и растяжкой;

? - угол  между  проекцией  растяжки  (обвязки)  на поперечную  вертикальную плоскость и растяжкой;

lпер, bпер - проекции  кратчайшего  расстояния от  ребра опрокидывания  до  растяжки  (обвязки) соответственно  на  продольную  и  поперечную вертикальные плоскости;

nпрр, nn - количество растяжек (обвязок)

По большему значению R°nр или R°n выбирается число нитей и диаметр проволоки растяжки (обвязки), а если применена обвязка - то она выбирается по условию.

в) Крепление груза от перекатывания

Перекатыванию подвержены грузы цилиндрической формы и грузы на колесном ходу. Их закрепляют от перекатывания совместно упорными брусками и обвязками или растяжками. Вначале по формулам определяют количество гвоздей для крепления одного упорного бруска, препятствующего перекатыванию груза, соответственно:

вдоль вагона

  (4.18)

где  аn  -  угол  между  горизонтальной  плоскостью  и  радиусом цилиндрического груза, направленным в точку его опоры.

Затем определяется усилие в обвязке или растяжке по известным формулам:

  (4.19)

Далее по формуле (4.12) определяется сечение обвязки (растяжки). Если применяется обвязка из полосовой стали, которая состоит из металлической полосы и стержня с резьбой, соединяющихся сваркой, то минимальное сечение стержня определяется по формуле

  (4.20)

По найденному F подбирается соответствующая шпилька. Затем производится расчет сварного шва. Допускаемое напряжение на срез сварного шва при переменных нагрузках составит:

  (4.21)

где ?вол - Коэффициент уменьшения напряжения при переменных и знакопеременных нагрузках для угловых (валиковых) швов, увал = 0.77;

[?ср] - допускаемое напряжение на срез сварного шва при статических нагрузках, кг/см2. Значения [?ср] при ручной сварке электродами Э42 и автоматической сварке принимаются равными для растяжения, сжатия и изгиба -1550 кг/см2, для среза - 950 кг/см2.

Затем устанавливается длина сварного шва 1Ш. При толщине катета hm = 4 мм она равна

  (4.22)

Рекомендуемая литература
Технические  условия  погрузки  и  крепления  грузов.  М.,«Транспорт», 1969. , , Размещение и крепление грузов в вагонах. М., «Транспорт», 1970. Инструкция по перевозке грузов негабаритных и погруженных на транспортеры по железным дорогам СССР колеи 1524 мм Цц/2530. М., «Транспорт» 1970. Совершенствования способов размещения и крепления грузов в вагонах. Труды ЦНИИ МПС, вып.421. «Транспорт», 1970. , , Организация  грузовой и коммерческой работы на железнодорожном транспорте.  М., «Транспорт» 1970. Размещение и крепление грузов на открытом подвижном составе. Изд. ВЗИИТа, М., 1970.         Ковров  П. А.,  Кустов  В. Н.  Расчет  крепления  грузов  на открытом подвижном составе. Изд. ЛИИЖТа, 1972

4.5. Порядок оформления пояснительной записки

Примерное содержание пояснительной записки:

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.        Расчетно-графическая работа

Исходные данные Постановка задачи

2.        Размещение груза в вагоне

Проверка габаритности погрузки Проверка поперечной устойчивости груженого вагона Вычисление и расчет сил, параметров и координат груза
3.1 Проверка устойчивости груза Определение величин сил, действующих на груз в процессе перевозки

5.        Выбор способа крепления груза и расчет отдельных элементов крепления

5.1 Крепление груза от поступательных перемещений (сдвигов)

Заключение

6.        Список литературы

Оформление титульного листа пояснительной записки:

Министерство образования и науки Республики Казахстан Семипалатинский государственный университет им. Шакарима Факультет Информационно-коммуникационных технологий кафедра Информационные системы ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к  курсовой работе по дисциплине «Грузоведение» на тему: «Технические услови я крепления грузов на подвижном составе» 050901.КР. Д01.000.000.000.ПЗ Разработал: ст. гр. Ф. И.О. Проверил: Ф. И.О Семей, 2012