Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки України
Державний економіко-технологічний університет транспорту
Кафедра «Управління процесами перевезень»
РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНА РОБОТА
на тему:
«Розрахунок кріплення довгомірного вантажу циліндричної форми»
Виконав:
студент групи 4-КДЗ
Куцик В.В.
Перевірив:
доц. Миронюк І.В.
Київ 2013
Вихідні дані
Варіант 66
Таблиця 1 – Параметри довгомірного вантажу циліндричної форми
|
Довжина вантажу, м |
23 |
|
Діаметр вантажу, м |
2,3 |
|
Розташування ЦМ вантажу над опорною поверхнею, м |
1,2 |
|
Розташування ЦМ по довжині вантажу, м |
12 |
|
Маса вантажу, т |
34 |
|
Швидкість руху, км/год |
100 |
|
Тип платформи |
2 |
Таблиця 2 – Параметри платформи (тип 1)
|
Кількість осей |
4 |
|
|
Вантажопідйомність, т |
66 |
|
|
Тара вагона, т |
21 |
|
|
База вагона, м |
9,72 |
|
|
Внутрішні розміри |
Довжина, м |
13,30 |
|
Ширина, м |
2,77 |
|
|
Висота над РГР |
ЦМ порожнього вагона, м |
0,80 |
|
Геометричного центру поверхні, підданої впливу вітру, м |
1,1 |
|
|
Ширини підлоги вагона, м |
1,29 |
|
|
Площа поверхні вагона, піддана впливу вітру, м2 |
13 |
ЗМІСТ
|
[1] Вступ [1.1] 1 Розміщення вантажу у вагоні [2] 2 Перевірка поперечної стійкості вагона з [3] вантажем [4] 3 Розрахунок сил, що діють на вантаж при [5] перевезенні [6] 4 Перевірка стійкості вантажу
[7] [8] 5 Вибір способу кріплення вантажу та його [9] розрахунок [10] Висновок [11] Список літератури |
Додаток А Схема розміщення та кріплення довгомірного вантажу циліндричної форми на платформі…………………………….28
Вірний спосіб розміщення та кріплення вантажу, що перевозиться у відкритих вагонах, повинен виконуватися у певній послідовності згідно Технічних умов, забезпечувати збережність вантажу при перевезенні, безпеку руху поїздів, максимальне використання вантажопідйомності та місткості вагонів, безпеку та механізацію виконання вантажних робіт.
Спосіб розміщення та кріплення вантажів на вагонах відкритого типу визначається у такій послідовності:
У розрахунково-графічній роботі потрібно провести розрахунки кріплення циліндричного та довгомірного вантажів згідно з вихідними даними.
Згідно з [2] вантаж є довгомірним, якщо при завантаженні на вагон він хоча б одним з кінців виходять за межі торця вагона більше, ніж на 400 мм.
Згідно таблиці 35 [2, с.67] при перевезенні з опорою на один вагон максимально допустима довжина вантажу однакового перерізу по довжині, з рівномірно розподіленою масою по довжині, розміщеного симетрично відносно поздовжньої та поперечної площин симетрії платформи, для вантажу масою 23 т становить Згідно завдання довжина вантажу становить 23 м, тому вантаж будемо перевозити з опорою на один вагон.
Вантаж розміщується симетрично відносно поздовжньої та поперечної осей вагона, центр маси (ЦМ) вантажу при цьому розташуванні буде зміщено у поздовжньому напрямку від вертикальної площини, що проходить через поперечну вісь платформи на величину , м:
, (1.1)
де – довжина вантажу, м;
– розташування ЦМ вантажу по довжині, м.
Згідно таблиці 9 [2, с.14] максимальне для вантажу масою 34 т становить Оскільки 800<1469 то знаходиться в допустимих межах.
При виході вантажу за границі кінцевих балок рами вагона з обох сторін більше ніж на 400 мм використовують дві платформи прикриття. Вантаж з обох торців вагона виступає на , мм:
(1.2)
де – довжина вагона, м.
Оскільки вантаж має циліндричну форму, то він розташовується таким чином, щоб ЦМ вантажу знаходився у вертикальній площині, яка проходить через поздовжню вісь платформи.
Оскільки є , то візки платформи завантажені нерівномірно і має виконуватись умова: максимальне навантаження , кН, на візок не повинне перевищувати половини вантажопідйомності вагона:
, (1.4)
де – вантажопідйомність вагона, т,
– прискорення вільного падіння, м/с2, g = 9,82 м/с2.
, (1.5)
де – довжина бази вагона, м;
– вага вантажу, кН.
, (1.6)
де – маса вантажу, т;
Перевіряємо умову (1.7):
.
Різниця між завантаженнями візків 4-вісного вагона не повинна перевищувати 100кН:
. (1.8)
Перевіряємо, чи виконується умова (1.9):
У цьому випадку відстань між довгомірним вантажем, закріпленим на вантажонесучій платформі, і вантажем, розміщеним на платформі, і вантажем, розміщеним на платформі прикриття, має бути не менше 270 мм.
Вантаж розміщується на поперечних дерев’яних підкладках, поздовжня вісь кожної з яких проходить через вісь п’ятника візка. Довжина кожної підкладки дорівнює ширині вагона , а висота та ширина визначається за формулами:
(1.10)
де – відстань від можливої точки дотику вантажу з підлогою вагона до осі крайньої колісної пари вантажонесучого вагона, мм;
– кут між поздовжніми осями вантажу та вагона зчеплення, тангенс якого при навантаженні на один 4-вісний вагон рівний
– різниця в рівнях автозчіпок вантажонесучого вагона та суміжних з ним, допускається не більше 100 мм;
– пружний прогин вантажу, мм;
– запобіжний зазор, який дорівнює 25 мм.
(1.11)
де – відстань між осями коліс візка, м;
Висоту та ширину підкладки обираємо рівними 300 мм.
Вантаж розміщується на двох поперечних підкладках. Перетин підкладок дорівнює 300х300 мм при довжині 2700 мм. У кожній підкладці робиться виїмка за формою котла для рівномірної передачі навантаження. Глибина виїмки залежить від тиску на підкладку , кН. Розрахунок проводиться на максимальне навантаження з урахуванням вертикальної інерційної сили , кН:
. (1.12)
, (1.13)
де – питома вертикальна інерційна сила, Н/кн.
, (1.14)
де – коефіцієнт, при завантаженні з опорою на один вагон k = 5.
Проекція площі опору казана на підкладку визначається з урахуванням припустимого напруження на зминання =3,0 МПа:
. (1.15)
При ширині підкладки =30 см поперечник виїмки в підкладці для опору котла становить:
. (1.16)
Глибину виїмки , м, визначимо з виразу:
. (1.12)
Оскільки поздовжня вісь кожної з двох підкладок розташована у вертикальній площині, що проходить через центр візка (його п’ятник), то згинаючий момент .
Для перевірки габаритності вантажу потрібно знайти координати точок вантажу, що найбільше виступають за межі вагона:
по висоті над рівнем верха головки рейки:
(1.13)
по ширині від осі колії:
(1,14)
Отже, згідно з даними таблиці 1.3 [3] на прямій горизонтальній ділянці колії вантаж габаритний.
Згідно з [3, с.5], для довгомірних вантажів, відношення довжини яких до бази вагона складає більше 1,41, необхідно визначати розрахункову негабаритність – геометричні виноси вантажу в кривих (для даного вантажу ).
Допустиму ширину довгомірних вантажів, навантажених на вагон за умови входження в габарит навантаження на кривих ділянках колії, можна визначити за формулами:
для частин вантажу, які знаходяться в межах бази вагона і зміщуються всередині кривої:
(1.15)
для частин вантажу, які знаходяться за межами бази вагона і зміщуються назовні кривої:
(1.16)
де – ширина габариту навантаження на даній висоті над РГР, мм, обирається з таблиці 1.3 [3, додаток 1];
– обмеження ширини вантажу із врахуванням його зміщення відповідно у внутрішню та зовнішню частини кривої, мм.
(1.17)
(1.18)
де 500 – коефіцієнт;
105 – збільшення габариту наближення споруд у розрахунковій кривій;
– радіус розрахункової кривої, м, = 350 м;
К – додаткове зміщення, мм, кінців вантажу внаслідок перекосу вагона в колії з урахуванням норм утримання колії та вагонів:
(1.20)
Для вантажів, що мають однакові поперечні розміри по всій довжині:
Оскільки вантаж розміщений з опорою на один вагон, то Тоді:
Оскільки 2766 > 2700, 3218 > 2700, то вантаж у кривих не виходить за межі розрахункового габариту навантаження.
Оскільки всі необхідні умови виконуються, можна зробити висновок, що вантаж на вагоні розташовано правильно і вагон витримає його вагу, а саме:
Поперечна стійкість навантаженого вагона перевіряється, якщо ЦМ вагона з вантажем знаходиться на висоті більше 2300 мм над РГР чи навітряна поверхня 4-вісного вагона з циліндричним вантажем більше 50 м2.
(2.1)
Загальна висота ЦМ вагона з вантажем визначається за формулою (1.18):
(2.2)
де – висота ЦМ вагона над РГР, м;
– висота ЦМ вантажу над РГР, м;
– вага тари вагона, кН.
, (2.3)
де – маса тари вагона, т.
. (2.4)
Площа підданої впливу вітру поверхні визначається за формулою:
, (2.5)
де – площа поверхні вагона, піддана впливу вітру, м2;
– площа бічної поверхні вантажу, м.
(2.6)
де – радіус вантажу, м.
Умова (2.7) виконується, вагон стійкий до дії на нього та вантаж поперечних сил.
Для підтвердження поперечної стійкості вагона перевіримо, чи виконується нерівність (1.23):
(2.8)
де – додаткове вертикальне навантаження на колесо від дії відцентрових сил і вітрового навантаження, кНм, визначається за формулою (1.24);
– статичне навантаження від колеса на рейку, кНм, визначається за формулою (1.27).
(2.9)
де – половина відстані між колами катання колісної пари, м, ;
– кількість коліс вагона;
– рівнодіюча сила вітру, що діє на вантаж, кН, визначається за формулою (1.25);
– висота прикладання рівнодіючої сили вітру над РГР, м, визначається за формулою (1.26);
– момент, що враховує вітрове навантаження на кузов та візок вагона і поперечне зміщення загального ЦМ вантажу за рахунок деформації ресор, кНм, для 4-вісних платформ р = 33,4 кНм.
, (2.10)
де – коефіцієнт опору повітря, для вантажів циліндричної форми .
(2.11)
, (2.12)
де – кількість коліс у візку вагона.
.
Оскільки умова (1.23) виконується, то поперечну стійкість вагона з вантажем підтверджено.
На вантаж при перевезенні діють поздовжні, поперечні та вертикальні інерційні сили, сили тиску вітру і сили тертя, які досягають максимальних значень не одночасно. Поздовжні інерційні сили зароджуються в момент зіткнення вагонів при маневрах та в поїздах. Поперечні та вертикальні сили в цей час невеликі. Тому сили, що діють на вантаж при перевезенні, враховуються при розрахунках розміщення та кріплення у двох поєднаннях:
І Поздовжня інерційна – тертя.
ІІ Поперечна інерційна – тертя – вертикальна інерційна – вітрова.
Точкою прикладення поздовжніх, поперечних та вертикальних інерційних сил є ЦМ, точкою прикладення рівнодіючої сили вітру – геометричний центр площини навітряної поверхні.
Поздовжні інерційні сили , кН, визначаються за формулою (3.1):
(3.1)
де – питома поздовжня інерційна сила в Н на 1 кН сили тяжіння (ваги) вантажу, визначається для різних типів кріплення в залежності від ваги брутто вагонів:
, (3.2)
де , – питома поздовжня інерційна сила для вагонів з масою брутто 22 т та 94 т відповідно.
Поперечна горизонтальна інерційна сила з’являється внаслідок коливального переміщення кузова вагона з вантажем під час руху при взаємодії колії та рухомого складу. До таких переміщень належать: бічна качка, поперечний зсув, виляння. При проходженні вагона в кривих на вантаж діє відцентрова сила, яка залежить від швидкості руху і радіусу кривої.
Величина поперечної інерційної сили кН, розраховується в залежності від швидкості руху, типу ресорного підвішування вагонів, місця розташування вантажу на вагоні, стану та плану залізничної колії і визначається за формулою:
(3.3)
де – питома поперечна інерційна сила, Н/кН, визначається в залежності від взаємного розташування ЦМ вантажу на вагоні:
(3.4)
де , – питома поперечна інерційна сила, Н/кН, якщо ЦМ вантажу розміщений у вертикальній площині, що проходить через середину вагона та шкворневу балку відповідно.
Вертикальна інерційна сила з’являється внаслідок коливальних переміщень вагона: галопування, підстрибування та бокової качки. Розмір вертикальних інерційних сил залежить від швидкості руху поїзда, стану колії тощо. Значення розраховувалось раніше у формулі (1.8),
Сила тертя перешкоджає поступовому переміщенню вантажу по поверхні підлоги вагона чи інших вантажів. Розмір сили тертя залежить від стану, розмірів та температури поверхонь, що торкаються, швидкості переміщення та ваги вантажу.
Розмір сили тертя , кН, що перешкоджає переміщенню вантажу в поздовжньому напрямку, розраховується за формулою (3.5):
(3.5)
де – коефіцієнт тертя вантажу по підлозі, підкладках, інших вантажах чи по опорній поверхні турнікету, для сталі по дереву .
Величина сили тертя , кН, що перешкоджає переміщенню вантажу в поперечному напрямку, розраховується за формулою (3.6):
(3.6)
У цьому розділі розрахунково-графічної роботи були розраховані сили, що діють на вантаж під час перевезення – це поздовжні, поперечні, вертикальні інерційні сили, а також сили тертя, що перешкоджають переміщенню вантажу у поздовжньому та поперечному напрямках.
Внаслідок дії інерційних сил та сили вітру можливе поздовжнє та поперечне зміщення вантажу, поздовжнє та поперечне перекидання, перекочування вантажів циліндричної форми.
Умови стійкості вантажу від поступальних переміщень залежно від напрямку переміщення мають вигляд:
у поздовжньому напрямку:
(4.1)
у поперечному напрямку:
(4.2)
Умови (4.1), (4.2) не виконуються, тому виникає необхідність кріплення вантажу. Стійкість вантажу від перекидання уздовж та впоперек вагона забезпечується в тому разі, коли відновлювальний момент перевищує момент перекидання на величину коефіцієнта запасу стійкості.
Коефіцієнт запасу стійкості вантажу від перекидання визначається за формулами:
уздовж вагона:
(4.3)
уздовж вагона:
(4.4)
де – найкоротша відстань від проекції ЦМ на горизонтальну площину до ребра перекидання відповідно уздовж та впоперек вагона, м;
– висота упора, м;
– висота центра проекції бічної поверхні вантажу від підлоги вагонів чи площини підкладок, м.
, (4.5)
Умови (4.3) і (4.4) виконуються, але вантаж може зсуватись вздовж вагона, а впоперек вагона (через циліндричну форму) – перекочуватись.
Вантаж кріпиться від поздовжніх зсувів чотирма металевими обв’язками, а від перекочування – упірними брусками у сполученні з обв’язками. Упірні бруски прибивають цвяхами до поперечної підкладки.
По конструкції обв’язка складається з металевої смуги і стержня з різьбленням, сполучених зварюванням. Борти платформи в місці установки обв’язок відчиняють і закріплюють установленим порядком. Стержень із різьбою встановлюють в отвір скоби і відповідним чином закріплюють, одночасно натягуючи смугу гайками до щільного прилягання її до поверхні вантажу.
Розрахунок кріплення від переміщень вантажу уздовж вагона проводиться з урахуванням поздовжньої інерційної сили і поздовжньої сили тертя:
(5.1)
Зусилля в кожній обв’язці , кН, визначається за формулою:
(5.2)
де – кількість обв’язок;
– кут нахилу обв’язки до підлоги вагона.
Кут визначимо з рисунка 1.2.
(5.3)
(5.4)
(5.5)
Рисунок 1.2 – Параметри, необхідні для розрахунку зусилля в обв’язці у поздовжньому напрямку
(5.6)
де – ширина вагона, м.
Приймаємо обв’язку із смугової сталі з припустимою напругою , тоді перетин обв’язки , см2, буде дорівнювати:
(5.7)
За розміром цього перетину підбираємо відповідні розміри смуги: ширина 75 мм, товщина 5 мм.
Мінімальний перетин стержня , см2, по внутрішньому діаметру різьби при допустимому розтягу для болтів складе:
(5.8)
Звідси внутрішній діаметр болта , см, повинен бути не менше:
(5.9)
Приймаємо стержень із внутрішнім діаметром різьби = 24 мм.
Довжину зварювального шва , м, для кріплення стержня до смугової обв’язки визначаємо за формулою:
(5.10)
При розрахунку довжини зварювального шва приймаємо товщину катета , .
Від перекочування у поперечному напрямку вантаж утримується упірними брусками, що укладаються впритул до вантажу по обидва боки, й обв’язками. Для кріплення упірних брусків до підкладки розраховується необхідне число цвяхів , шт., діаметром = 6 мм за формулою:
(5.11)
Рисунок 1.3 – Кріплення вантажу упірними брусками від перкочування
(5.12)
(5.13)
(5.14)
приймаємо 30 шт.
Зусилля в обв’язках , кН,, що виникають від дії поперечних сил, визначається за формулою:
(5.15)
(5.16)
Рисунок 1.4 – Параметри, необхідні для розрахунку зусилля в обв’язці поперечному напрямку
(5.17)
(5.18)
(5.19)
(5.20)
Знак «мінус» говорить про те, що від поперечних сил додаткові зусилля в обв’язках не виникають, отже, не потрібне і додаткове кріплення.
У розрахунково-графічній роботі було обрано оптимальний спосіб розміщення та кріплення довгомірного вантажу циліндричної форми (маса 34 т, довжина 23 м, діаметр 2.3 м) на платформі. Вантаж на платформі розміщується симетрично відносно поздовжньої та поперечної осей вагона, таким чином: платформа витримає вагу вантажу; вагон з вантажем стійкий до дії на нього поперечних сил; вантаж закріплюється від поздовжніх зсувів чотирма металевими обв’язками (кожна шириною 75 мм і товщиною 5 мм, з кожного краю зварним швом з’єднується із стержнем діаметром 24 мм), а від перекочування – упірними брусками (висотою 150 ммі шириною 200 мм), які кріпляться до підлоги вагона 30 цвяхами діаметром 6 мм та довжиною 200 мм у сполученні з обв’язками. Вантаж розташований у мажах габариту як на прямих ділянках, так і в кривих радіусом 350 м.