Расчет крепления груза с плоской опорой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет крепления груза с плоской опорой

1 Исходные данные

К перевозке предъявлен агрегат в ящичной упаковке с параметрами:

Таблица 1 - Параметры груза и его центра масс

Показатели	Значение
Параметры груза:
длина, м	8,0
ширина, м	3,4
высота, м	1,8
Расположение ЦМ от края груза:
по длине, м	3,5
по ширине, м	1,7
Высота ЦМ груза над опорной поверхностью	0,9

Таблица 2 - Дополнительные данные

Показатели	Значение
Масса груза, т	22,0
Тип платформы	1
Скорость движения, км/ч	90

Таблица 3 - Техническая характеристика платформы

Тип платформы	Грузоподъемность, т	Тара вагона, т	База вагона, м	Внутренние размеры	Высота над уровнем головок рельсов	Площадь поверхности вагона, подверженная воздействию ветра, м2
				длина, м	ширина, м	центра масс порожнего вагона, м	геометрического центра поверхности, подверженной воздействию ветра, м	плоскости пола вагона, м
Четырехосная модель 13-401 модернизированная в 1980 г.	70	20,9	9,72	13,30	2,77	0,8	1,1	1,32	13,3

2. Размещение груза в вагоне

Силу тяжести (вес) груза Q_гр определяем по формуле:

, (1)

где g - принимаем 10 кН/т;

m_гр - масса груза.

кН

Продольное смещение ЦТ_гр от середины платформы l_см:

, (2)

мм;

Минимальная нагрузка на тележки платформы:

, (3)

где l_б - база платформы, мм;

;

Максимальная нагрузка на тележки платформы:

, (4)

;

Разница в нагрузке тележек :

, (5)

кН,

что меньше допускаемой разницы в нагрузке тележек =100 кН.

Так как < (рисунок 1), то максимальный изгибающий момент в раме вагона определяется по выражению:

, (6)

где:

, (7)

м

кНм.

Рисунок 1 - Схема передачи нагрузки на раму вагона

Ширина распределения нагрузки В:

груз крепление нагрузка перевозка

В = В_гр +1,35h_n, (8)

где В_гр - ширина груза в местах передачи усилия, мм;

h_n - высота поперечной подкладки, мм.

В=В_гр=3400мм, т.к. подкладок нет

Так как груз по всей длине имеет одинаковое поперечное сечение, расстояние от середины платформы до всех крайних точек равно:

/2 3400/2 = 1700 мм;

что меньше ширины габарита погрузки на высоте от УГР до 4000 мм. Координаты верхней точки груза [ширина, высота] [1700, 1320 + 1800] [1700;3120], где 1320 - высота над УГР пола платформы. Проверка габаритности погрузки производится с учетом координат наиболее выступающих точек (приложения 1 МУ). Делаем вывод, что груз имеет двухстороннюю нижнюю негабаритность 1 степени и двухстороннюю боковую негабаритность так же 1 степени. Такая негабаритность обозначается индексом Н1100 и заносится в перевозочные документы.

3. Проверка поперечной устойчивости вагона с грузом

Проверка поперечной устойчивости вагона с грузом производится в случаях, когда высота ЦТ вагона с грузом более 2,3 м над УГР или боковая наветренная поверхность вагона с грузом более 50.

Высота ЦТ вагона с грузом определяется из выражения:

= (+)/(+) (9)

где - тара платформы, кН;

- высота ЦТ вагона над УГР, м; Н_в=0,8м

- высота ЦТ_гр над УГР;

м, (10)

где - высота ЦТ_гр над опорной поверхностью.

Площадь наветренной поверхности платформы с грузом S_в:

, (11)

где S_пл - площадь наветренной боковой поверхности платформы, м²;

S_гр - площадь наветренной боковой поверхности груза, м².

S_гр=L_гр·Н_гр, (12)

S_гр=8·1,8=14,4 м²

м² < 50м²,

Следовательно, платформа с грузом устойчива от опрокидывания и дополнительной проверки устойчивости платформы с грузом по условию не требуется.

4. Расчет сил, действующих на груз при перевозке

Продольные, поперечные и вертикальные инерционные силы, сила давления ветра и силы трения при перевозке достигают максимальных значений. Точкой приложения продольных, поперечных и вертикальных инерционных сил является ЦТ груза, точкой приложения равнодействующей силы ветра - геометрический центр площади наветренной поверхности.

Продольная горизонтальная инерционная сила:

, (13)

где а_пр - удельная величина F_пр, Н/кН

а_пр=1200 - 0,319·Q_гр, (14)

а_пр=1200 - 0,319·220=1130 Н/кН

F_пр=1130·220=248600Н ~ 248,6 кН

Поперечная горизонтальная инерционная сила F_п:

F_п=а_п·Q_гр, (15)

где а_п - удельная величина F_п, зависящая от скорости движения поезда, Н/кН

, (16)

где а_ш,а_с - соответственно значения а_п при расположении ЦТ_гр в вертикальных плоскостях, проходящих через шкворневую балку и середину вагона, Н/кН.

При скорости 90 км/ч принимаются а_с = 280Н/кН, а_ш = 500Н/кН.

Н/кН

F_п= 303·220 = 66660Н ~ 67 кН

Ветровая нагрузка на боковую поверхность груза W_п:

W_n=0,5k·S_гр, (17)

где k - коэффициент обтекаемости для плоских поверхностей - 1;

0,5 кН/м² - удельная величина ветровой нагрузки.

W_n=0,5·1·8·1,8=7,2 кН

Сила трения в продольном направлении :

, (18)

где - коэффициент трения скольжения опорной поверхности груза по полу платформы, - дерево по дереву.

кН,

Сила трения в поперечном направлении :

, (19)

где а_в - удельная величина вертикальной инерционной силы F_в, Н/кН а_в.

При скорости 90 км/ч:

а_в=200+5l_см+19000/Q_гр, (20)

а_в=200+5·0,5+19000/220=288,9 кН.

Усилие, сдвигающее груз поступательно в продольном направлении, которое должно быть компенсировано креплениями ?F_пр:

?F_пр=F_пр-, (21)

?F_пр= 249 - 99 =150 кН

Усилие, сдвигающее груз поступательно в поперечном направлении, которое должно быть компенсировано креплениями ?Fп:

?Fп =1,25·(F_п+W_n) - , (22)

?Fп =1,25·(67+7,2) - 71=21,75 кН.

5. Проверка устойчивости груза в вагоне

Условия устойчивости груза от опрокидывания груза вдоль и поперек вагона определяются соотношением опрокидывающего и восстанавливающего моментов сил, которые определяются по расчетным схемам с учетом коэффициента запаса устойчивости, который принимается равным 1,25. Условие устойчивости груза от опрокидывания вдоль вагона выполняется, если фактический коэффициент устойчивости:

(23)

где l_пр - наименьшее расстояние от ЦТ_гр до края груза вдоль вагона, м

l_пр = min [(l_гр-l_цт); l_цт] = min [(8-3,5);3,5] = 4,5м

h_у - высота упорного бруска, м.

з_пр = 220·4,5/249·(0,9 - 0) =3,6 >1,25

Следовательно, груз не будет опрокидываться вдоль вагона.

Условие устойчивости груза от опрокидывания вдоль поперек вагона выполняется, если фактический коэффициент устойчивости:

, (24)

где h_у=0, т.к. груз не закреплен брусками от поступательного смещения и опрокидывания поперек вагона;

h_w - высота приложения ветровой нагрузки:

h_w=h_гр/2, (25)

h_w=1,8/2=0,9 м

где b_n - меньшее расстояние по ширине от ЦТ_гр до края платформы.

b_n=2,77/2=1,385 м.

з_n=220·1,385/ [67· (0,9 - 0) +7,2·(0,9-0)] = 4,56 >1,25

Груз не будет опрокидываться поперек платформы.

6. Расчет крепления груза

Усилие в растяжках от поперечных инерционных сил:

= /(·sin + cos· cos), (26)

где - число одинаковых растяжек, работающих против поступательного смещения груза поперек платформ;

б - угол наклона растяжки к полу платформы, град;

в_n - угол между проекцией растяжки на пол платформы и продольной осью платформы, град.

б = arctg (H_гр/с); (27)

с =; (28)

где а^'- проекция растяжки на продольную ось платформы, м;

b - проекция растяжки на поперечную ось платформы, м.

; (29)

= (13,3 - 8) / 2 = 2,7 м;

В = В_гр / 2 + 0,42 ; (30)

в = 3,4 / 2 + 0,42 = 2,12м;

с =;

б = arctg (1,8/3,4) = 28°

в_n = 90° - в_nр ; (31)

где в_пр - угол между проекцией растяжки на пол платформы и продольной осью платформы, град.

в_пр = arctg (в/а') ; (32)

в_пр= arctg(2,12/2,7) = 38° ;

вn = 90° - 38° = 52° ;

sinб = sin28° = 0,47 ;

cos б = cos28° = 0,88 ;

cos в_n = cos 52° = 0,62 ;

cos в_nр = cos 38°= 0,79 ;

=21,75/2· (0,45 · 0,47 + 0,88 · 0,62) =14,36 кН.

Для крепления груза выбираем растяжки диаметром проволоки 6 мм и 6 нитей, которые выдерживают усилие [R^p]=18,7 кН >14,36 кН

Такие растяжки заберут на себя часть ?F_пр, равную:

= []·(·sin + cos· cos) ; (33)

= 18,7·2·(0,45·0,47 + 0,88 · 0,79) = 33,9кН.

Тогда на гвозди придётся:

, (34)

где ?=22кН - усилие, которое компенсирует короткие торцевые стойки.

- 33,9 - 22 = 94,1 кН

Число гвоздей диаметром 6 мм и длиной 150мм, вбиваемых в упорные и распорные бруски с одной стороны груза при допускаемом усилии на гвоздь [R_гв] = 1,08кН:

, (35)

94,1 /1,08 = 87 гвоздей.

Общая длина брусков с одной стороны груза:

l_бр = l_уп + 2l_расп ; (36)

где l_уп - длина упорного бруска, мм;

l_расп - длина распорного бруска, мм.

l_бр = 2770 + 2·(2700-150) =7870мм.

Расстояние между гвоздями, если их забивать в бруски в один ряд:

l_гв = l_бр /; (37)

l_гв = 7870 / 87 = 90 мм.

При минимально допускаемом расстоянии между гвоздями вдоль волокон бруска

Поэтому гвозди нужно забивать в 2 ряда, тогда расстояние между гвоздями будет:

l_гв = 90·2 = 180мм > 90мм

При этом расстояние между гвоздями поперек волокон будет:

В_гв= h_бр / (3 -1+2), (38)

В_гв=150 / 4 = 37,5 мм > 30 мм.

Схема размещения гвоздей показывается на чертеже (Приложение).

Список литературы

1. Демянкова Т.В., Лысенко Н.Е., Новиков В.М. Размещение и крепление грузов, перевозимых на открытом подвижном составе: Практическое пособие. М.: МИИТ; 2006г. -- 60 с.

2. А. А. Смехов, А. Д. Малов, А. М. Островский и др.; Под ред. А. А. Смехова / Грузоведение, сохранность и крепление грузов. М.: Транспорт, 1987.--239 с.

Приложение

Исходные данные для расчета крепления грузов с плоской поверхностью.

Таблица 1 - Параметры груза и его центра масс

Показатели	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Параметры груза: длина, м ширина, м высота, м Расположение ЦМ от края груза: по длине, м по ширине, м Высота ЦМ груза над опорной поверхностью	8,0 3,4 1,8 3,5 1,7 0,9	8,8 3,0 3,0 5,0 1,5 1,5	9,6 2,9 2,8 4,5 1,45 2,0	10,5 2,4 2,4 6,7 1,2 1,1	11,2 2,0 2,5 5,8 1,0 1,2	12,0 1,8 2,3 6,5 0,9 1,4	12,8 2,6 2,0 5,2 1,3 1,1	12,4 1,9 1,9 7,1 0,95 0,6	10,0 1,5 3,1 5,5 0,75 1,5	9,0 3,2 2,8 5,1 1,6 1,8

Таблица 2 - Дополнительные данные

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Масса груза, т Тип платформы Скорость движения, км/ч	26,0 1 90	36,3 2 100	35,8 1 90	25,5 2 100	15,1 1 90	16,8 2 100	22,0 1 90	29 2 100	30,0 1 90	24 2 100

Техническая характеристика платформы

Тип платформы	Грузоподъемность, т	Тара вагона, т	База вагона, м	Внутренние размеры	Высота над уровнем головок рельсов	Площадь поверхности вагона, подверженная воздействию ветра, м2
				длина, м	ширина, м	центра масс порожнего вагона, м	геометрического центра поверхности,подверженной воздействию ветра, м	плоскости пола вагона, м
Четырехосная модель 13-401 модернизированная в 1980г.	72	20,9	9,72	13,30	2,77	0,8	1,1	1,32	13,3
Четырехосная модель 13-4012 выпуск 1984г.	71	21,4	9,72	13,3	2,77	0,8	1,1	1,32	13,3



Рисунок 1 - Схема платформы с основными размерами.

Координаты преломления точек предельных очертаний степеней негабаритности

Наименование степени	Номер степени	Расстояние X и Y в мм точек
		первой	второй	третьей	четвертой
		Х	Y	X	Y	X	Y	X	Y
Нижняя	1	1700	380	1700	1399	--	--	--	--
	2	1760	380	1760	1399	--	--	--	--
	3	1850	1230	1850	1399	--	--	--	--
	4	2000	1230	2000	1399	--	--	--	--
	5	2080	1230	2080	1399	--	--	--	--
	6	2240	1230	2240	1399	--	--	--	--
Боковая	1	1700	1400	1700	4000	--	--	--	--
		2	1800	1400	1800	4000	--	--	--	--
		3	1850	1400	1850	4000	--	--	--	--
		4	2000	1400	2000	3700	1850	400	--	--
		5	2080	1400	2080	3400	2000	3700	--	--
		6	2240	1400	2240	2800	2080	3400	--	--
Верхняя	1	1700	4000	1415	4500	880	5300	--	--
	2	1800	4000	1700	4350	1480	4700	1020	5300
	3	1850	4000	1700	4500	1120	5300	--	--

Допускаемые усилия в растяжках

Количество нитей	Допускаемые усилия, кН, на растяжку из проволоки диаметром, мм
	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7	7,5	8
2 3 4 5 6 7 8	2,7 4,2 5,5 6,8 8,4 9,7 11,0	3,5 5,3 7,1 8,8 10,7 12,2 14,0	4,3 6,5 8,6 10,8 12,9 15,1 17,2	5,3 7,8 10,5 13,1 15,8 18,5 21,0	6,2 9,4 12,4 15,5 18,7 21,8 24,8	7,3 11,0 14,7 18,3 22,0 25,6 29,4	8,5 12,7 17,0 21,5 25,2 29,9 34,0	9,7 14,7 19,5 24,4 29,2 34,2 39,0	11,0 16,5 22,0 27,5 33,0 38,5 44,0

Размещено на Allbest.ru

...