Расчет крепления грузов, перевозимых на открытом подвижном составе

Рекомендации к выполнению практических занятий и курсовому проектированию для студентов специальности 24.01.00 «Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте»

Новокузнецк 2006

УДК 656.225

Изложены принципы и последовательность расчета крепления груза на открытом подвижном составе с примерами расчетов.

Предназначены для студентов специальности “Организация перевозок и управление на транспорте” (2401).

Рецензент – кафедра горных машин и рудничного транспорта Сибирского Государственного Индустриального Университета (зав. кафедрой Л. С. Костерин)

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

1. Общие положения.

Правильный выбор способа размещения грузов на автотранспортном средстве (в дальнейшем АТС) и надежность элементов крепления должны обеспечивать сохранность грузов при перевозке, безопасность движения поездов, наиболее полное использование грузоподъемности и вместимости подвижного состава, безопасность и механизацию погрузочно-разгрузочных работ.

В настоящих методических указаниях применена система единиц СИ.

Решение задачи размещения и крепления грузов на АТС выполняется в следующей последовательности:

- вычерчивается схема размещения груза на АТС с указанием геометрических размеров и положения центра масс (ЦТ) каждого грузового места;

- проверяется соблюдение габарита погрузки и устанавливается степень негабаритности;

- определяется место нахождения общего ЦТ груза по длине и ширине АТС, рассчитывается высота общего ЦТ АТС с грузом и проверяется загрузка тележек. При необходимости решается вопрос о перемещении или понижении ЦТ с целью соблюдения требований ТУ;

- при необходимости производятся расчеты по определению поперечной устойчивости АТС;

- рассчитывают значения сил, действующих на груз, и устанавливается необходимость крепления груза;

- выбирается тип крепления груза;

- рассчитываются усилия, возникающие в элементах крепления, и определяются параметры последних.

2. Размещение груза на АТС.

Под задачей загрузки АТС понимается определение номенклатуры, объемов и схемы размещения грузов, подлежащих перемещению с помощью АТС. В зависимости от конкретной схемы движения АТС задача определяется исключительно соответствующими нормативами (грузоподъемностью, грузовместимостью и др.).

Размещение и крепление грузов на открытом подвижном составе проводится в точном соответствии с техническими условиями ТУ. АТС для перевозки груза выбирается с учетом лучшего использования его грузоподъемности и вместимости, а также полного обеспечения сохранности груза.

Погруженный на АТС груз с учетом его упаковки и крепления должен находиться в пределах установленного габарита погрузки при условии нахождения платформы на прямом горизонтальном участке пути. При этом его длина не должна превышать величин, установленных в таблице 1

Таблица 1 - Директивные габаритные ограничения для АТС в РФ

Тип АТС	Предельно допустимое значение, м
Высота	Ширина	Длина
Автомобиль, прицеп Полуприцеп, прицепной автопоезд Седельный автопоезд Грузовая платформа автомобиля и прицепа Транспортное средство с изотермическим кузовом		2,55 2,55   2,55 2,55   2,6	13,6   18,75* 16,5**   15,65

* Между бортами автомобиля и прицепа не менее 0,35 м.

** От седла до угла переднего борта полуприцепа 2,04 м; от седла до заднего борта полуприцепа 12 м.

При размещении грузов тележки АТС должны быть загружены одинаково. Если это невозможно обеспечить, то допускается смещение общего центра масс грузов от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось АТСна величины, указанные в таблице 2 (методическое указание).

Таблица 2 - Максимальные допускаемые продольные смещения общего ЦТ грузов на АТС от вертикальной плоскости, в которой находится поперечная ось АТС.

Масса груза, т	Максимальное допускаемое продольное смещение, м
до 40	1,215 1,080 0,970 0,618 0,162 –

Поперечное смещение общего центра ЦТ грузов от вертикальной плоскости, в которой находится продольная ось АТС, допускается не более 100 мм.

Одновременно необходимо, чтобы нагрузка, приходящаяся на каждую тележку, не превышала половины грузоподъемности, установленной для платформы данного типа, с учетом допускаемого перегруза.

Таблица 3-Ограничения на осевые нагрузки для автотранспорта

в РФ

Количество осей у тележки	Межосевое расстояние, м	На ось, т	На тележку, т
Одна	—		—
Две	Свыше 2
	1,65...2
	1,35... 1,6*		16 (15)
	1... 1,35**		14(16)
	До 1
Три*** (при расстоянии	Свыше 5
между крайними осями)	3,2...5
	2,6...3,2	7,5	22,5
	2...2,6	6,5	19,5
	До 2	5,5	16,5

Вес груза рассчитывается по формуле:

, (1)

где − ускорение свободного падения.

Смещение ЦТ груза в продольном направлении от вертикальной плоскости, в которой лежит поперечная ось АТС, определяется:

, (2)

Смещение ЦТ груза в поперечном направлении равно

, (3)

Порядок размещения груза на полу АТС определяется размерами его опорной поверхности. Груз может размещаться без подкладок и на подкладках. Грузы, имеющие значительную сосредоточенную массу, размещают на двух подкладках, уложенных поперек АТС симметрично относительно его середины.

, (4)

где – ширина груза в местах передачи усилия, мм;

– высота поперечной подкладки, мм.

Зная ширину распределения нагрузки и схему возможного нагружения рамы АТС, находим величину изгибающего момента , а затем из таблицы 4 определяем величину допускаемой величины изгибающего момента , приходящегося на раму АТС. (рисунок 1)

Рисунок 1- Схемы передачи нагрузки на раму АТС.

Таблица 4 – Значения максимальных допускаемых изгибающих моментов в рамах АТС, кНм.

Максимальная скорость движения, км/ч	Ширина распределения погрузки поперек АТС, мм	Значения максимальных допускаемых изгибающих моментов

При продольном смещении ЦТ груза относительно поперечной плоскости АТС будут нагружены неравномерно. Величины нагрузок определяются по формулам:

, (5)

, (6)

3. Проверка поперечной устойчивости АТС с грузом.

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

Высота ЦТ АТС с грузом определяется из выражения

, (7)

где – тара АТС, кН;

– высота ЦТ АТС, м;

− сила тяжести грузового места, кН;

− высота ЦТ грузового места, м;

- высота над плоскостью опорной поверхности пола платформы АТС, м.

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 неодновременно. Поэтому они учитываются в расчетах размещения и крепления в двух сочетаниях табл. 6.

Таблица 5 – Сочетание сил.

Сочетание сил	Наименование сил
I	Продольная инерционная	Трения	–	–	–
II	–	Трения	Поперечная инерционная	Вертикальная инерционная	Ветровая нагрузка

Точкой приложения продольных, поперечных и вертикальных инерционных сил является ЦТ груза, точкой приложения равнодействующей силы ветра – геометрический центр площади наветренной поверхности.

Величина инерционной силы вычисляется из выражения

, (8)

где – удельное значение продольной инерционной силы, Н/кН веса груза.

Величина зависит от типа крепления груза и массы брутто АТС.

При перевозке груза с опорой на один АТС

(9)

с опорой на два АТС

(10)

где – удельное значение продольной инерционной силы, соответственно для автомобилей т, а также автопоездов, принимаемые по таблице 6.

Величина поперечной горизонтальной инерционной силы зависит от скорости движения, типа рессорного подвешивания АТС, способа размещения груза в АТСе и определяется из выражения

, (11)

где – удельная величина поперечной инерционной силы, Н/кН, для предельных значений определяется по таблице 7.

В остальных случаях

(12)

Вертикальная инерционная сила возникает вследствие колебаний АТС при движении: подпрыгивания, галопирования и боковой качки и зависит от скорости движения и типа рессорного подвешивания.

, (13)

где – удельная величина вертикальной инерционной силы, Н/кН, вычисляется из выражений таблицы 8.

Ветровая нагрузка на боковую поверхность груза, подверженную действию ветра, определяется из выражения

, (14)

где – площадь проекции наветренной поверхности груза на продольную вертикальную плоскость,

500 Н/ – расчетное давление ветра.

Величина силы трения, препятствующей перемещению груза в продольном направлении, при перевозке груза с опорой на одно АТС определяется из выражения

, (15)

при перевозке груза с опорой на два АТС с применением турникетных опор

, (16)

где – коэффициент трения скольжения груза по полу АТС, подкладкам, другим грузам или по опорной поверхности турникета. Принимается равным для трения дерева по дереву – 0,45; стали по дереву – 0,4; стали по стали – 0,3; железобетона по дереву – 0,55;

– коэффициент трения поворотно-подвижной части турникета по неподвижной принимается равным 0,1.

Величина силы трения, препятствующей перемещению груза в поперечном направлении, при перевозке груза с опорой на один АТС с учетом вертикальной инерционной силы определяется из выражения

(17)

при перевозке с опорой на два АТС

. (18)

в случае одинаковой загрузки каждого АТС.

Таблица 6 – Значения удельной продольной инерционной силы.

Тип крепления	Величина , н/кН,
с опорой груза на одно АТС	с опорой груза на два АТС
Упругое (проволочные растяжки и обвязки, деревянные упоры, распорные бруски, металлические полосовые обвязки) Жесткое (болтовое, сварные соединения)

Таблица 7 – Значения удельной поперечной инерционной силы.

Способ размещения груза	Величина , н/кН, при скорости движения, км/ч
С опорой на одно АТС и расположением ЦТ груза в поперечной вертикальной плоскости, проходящей через: середину АТС шкворневую балку С опорой на два АТС

Таблица 8 – Формулы для расчета величины удельной вертикальной инерционной силы.

Скорость движения, км/ч

5. Проверка устойчивости груза на АТС.

Условия устойчивости груза от поступательных перемещений вдоль АТС

> , (19)

поперек АТС

> . (20)

Условия устойчивости груза от опрокидывания груза вдоль и поперек АТС 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 АТС выполняется, если фактический коэффициент устойчивости

(21)

поперек АТС

, (22)

где – расстояние от проекции ЦТ груза на горизонтальную плоскость до ребра опрокидывания соответственно вдоль и поперек АТС, м;

– высота ЦТ груза над полом АТС или плоскостью подкладок, м;

– высота упорного бруска, м;

– высота приложения ветровой нагрузки, м.

В случаях, если условия (19) - (22) не выполняются, груз необходимо закрепить от соответствующих перемещений или опрокидывания.

6. Выбор способа крепления груза.

В большинстве случаев крепление проволочными растяжками и обвязками. В таблице 9 приведены рекомендации по креплению грузов.

Таблица 9 – Способы крепления грузов.

Вид груза	Перемещения	Крепления
Штучные с плоскими опорами   Цилиндрической формы   На колесах     Однородные, уложенные штабелями   Длинномерные	Поступательное перемещение вдоль и поперек АТС. Опрокидывание вдоль и поперек АТС.   Поступательное перемещение вдоль и поперек АТС. Перекатывание вдоль и поперек АТС.   Перекатывание вдоль и поперек АТС. Поступа- тельное перемещение вдоль и поперек АТС.   Продольное перемещение вдоль и поперек АТС и поперечный развал штабеля.   Продольное и поперечное перемещения, опрокидывание вдоль и поперек АТС.	Торцовые и боковые стойки, бруски, растяжки, обвязки.     Торцовые и боковые стойки, бруски, растяжки, обвязки.     Бруски, растяжки     Боковые стойки, обвязки, щиты, прижимы     Растяжки, обвязки, прижимы, подкосы, упоры.

7. Расчет крепления груза.

Величина продольного D и поперечного D усилий, которые должны воспринимать креплением груза от поступательных перемещений

D , (23)

D . (24)

Эти усилия могут воспринимать как креплениями одного вида, так и сочетанием нескольких видов креплений:

D (25)

D , (26)

где – величина продольного или поперечного усилия, воспринимаемая соответственно растяжками, брусками, обвязками и др., кН.

Усилия в растяжках с учетом увеличения сил трения от вертикальных составляющих усилия в креплении определяются по формулам:

для I сочетания сил:

; (27)

для II сочетания сил:

; (28)

где , – количество растяжек, работающих одновременно в одном направлении;

– угол наклона растяжки к полу АТС;

, – соответственно углы между проекцией растяжки на горизонтальную плоскость и продольной и поперечной осями АТС.

Рисунок 2 - Схема нахождения , , .

, (29)

, (30)

, (31)

, (32)

, (33)

, (34)

, (35)

, (36)

Количество нитей проволоки в растяжке определяется по большому усилию . Если растяжка предназначена для работы только в одном направлении, ее рассчитывают для условий действия сил только первого и ли только второго сочетания. Целесообразно комбинированное крепление грузов, например, от продольных сдвигов – растяжками, а от поперечных – брусками.

Бруски к полу крепятся гвоздями, болтами и т. д. Количество гвоздей для крепления бруска определяется из выражений:

Диаметр и количество нитей в каждой растяжке (обвязке) принимаются в соответствии с таблицей 10.

Таблица 10 – Допускаемые усилия в растяжках.

Количество нитей	Допускаемые усилия, кН, на растяжку из проволоки диаметром, мм
	4,5		5,5		6,5		7,5
	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

при расположении бруска вдоль АТС:

; (37)

при расположении поперек АТС:

, (38)

где , – количество брусков, одновременно работающих в продольном и поперечном направлениях;

– допустимое усилие на один гвоздь (принимаем по таблице 11), кН.

Таблица 11 – Характеристика гвоздей.

Диаметр гвоздя, мм	Длина гвоздя, мм	Допустимая нагрузка на гвоздь при толщине деталей 40 мм и более, кН
	120-150 150-200	0,75 1,08 1,92

Некоторые грузы от продольного и поперечного смещения крепятся обвязками. Усилия в обвязке определяется по формуле:

, (39)

где – усилие в обвязке от продольных или поперечных смещающих усилий, кН;

– количество обвязок;

– угол наклона обвязки к полу АТС.

Во избежание опрокидывания груз крепится обычно растяжками. Усилия в растяжках определяются по следующим формулам:

- в продольном направлении:

; (40)

- в поперечном направлении (рис. 8):

, (41)

где – угол между проекцией растяжки на продольную вертикальную плоскость и растяжкой;

– угол между проекцией растяжки на поперечную вертикальную плоскость и растяжкой;

, – проекции кротчайшего расстояния от ребра опрокидывания до растяжки соответственно на продольную и поперечную вертикальные плоскости, м.

Грузы цилиндрической формы и грузы на колесном ходу подвержены перекатыванию. Их закрепление производится брусками и обвязками или растяжками. Количество гвоздей для крепления одного бруска определяется по формулам:

- вдоль АТС:

; (42)

- поперек АТС:

. (43)

Усилие в обвязке определяется по формуле:

. (39)

Пример выполнения

Дата добавления: 2015-08-09