1. Выбор типа подвижного состава

Исходя из параметров цистерн, для перевозки может быть использована четырёхосная платформа грузоподъёмностью 63 т, имеющая тележки ЦНИИ-Х3.
Длина базы 9.72 м, тара [pic]т, ширина [pic]м, длина [pic]м, высота ЦМ порожней платформы от уровня головок рельсов [pic] м, высота пола [pic] м, площадь боковой поверхности [pic] м2.

2. Определение места нахождения ЦМ груза

Место нахождения общего центра масс груза по длине, ширине и высоте и величину его смещения определим по следующим формулам: а) в продольном направлении:

[pic], где [pic]– внутренняя длина вагона, мм; [pic]– расстояние от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм;

[pic],
[pic],[pic]– расстояния от торцевого борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм; [pic],[pic]– масса соответствующего грузового места, т;
[pic] мм; [pic]; б) в поперечном направлении:

[pic], где [pic]– внутренняя ширина вагона, мм; [pic]– расстояние от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм;

[pic],
[pic],[pic]– расстояния от продольного борта вагона до вертикальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм;
[pic] мм; [pic]; в) в вертикальном направлении:

[pic], где [pic]– расстояние от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится общий ЦМ грузов, мм; [pic],[pic]– расстояния от пола вагона до горизонтальной плоскости, в которой находится ЦМ каждого грузового места, мм;
[pic] мм.

3. Определение загрузки тележек

Максимальная нагрузка на тележку вагона при наличии смещения ЦМ в случае размещения груза одним штабелем по длине вагона определяется по формуле:

[pic], где [pic]– общая масса груза в вагоне, т; [pic]– база вагона, мм; так как
[pic], то
[pic] т.

4. Определение устойчивости вагона относительно головки рельса

Вагон с грузом является устойчивым, если выполняются два условия:
1) высота общего ЦМ груза и вагона [pic]м;
2) общая наветренная поверхность вагона с грузом [pic]м2.

Общая высота ЦМ груза и вагона определяется по формуле:

[pic], где [pic]– общая масса груза в вагоне, т; [pic]– масса тары вагона; [pic]– высота над уровнем головки рельса ЦМ порожнего вагона;
[pic] мм; [pic] – условие выполняется.

Общая наветренная поверхность определяется по формуле:

[pic], где [pic]– площадь боковой поверхности платформы, при закрытых бортах
[pic]м2; [pic]– площадь наветренной поверхности груза, м2;

[pic], где [pic] и [pic]– соответственно длина и высота единицы груза, м; [pic]– высота бортов платформы, [pic] м;
[pic] м2; [pic] м2; [pic] м2;
[pic] – условие выполняется.

Вывод: вагон с грузом относительно головки рельса является устойчивым.

5. Определение сил, действующих на груз

На груз действует 2 группы сил: сдвигающие и удерживающие. Точкой приложения всех сил будем считать ЦМ груза. Точкой приложения ветровой нагрузки примем геометрический центр наветренной поверхности груза.

Продольную инерционную силу [pic] определим по следующей формуле:

[pic], где [pic]– удельная величина продольной инерционной силы, тс/т;

[pic], где [pic],[pic]– удельные величины продольной инерционной силы при массе брутто 22 т и 94 т, [pic]тс/т, [pic]тс/т;
[pic] тс/т; [pic] тс/т;
[pic] тс/т; [pic] тс/т.

Поперечная инерционная сила [pic] определяется по следующей формуле:

[pic], где [pic]– удельная величина поперечной инерционной силы, тс/т;

[pic], где [pic]– расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;
[pic] тс/т; [pic] тс/т;
[pic] тс; [pic] тс.

Вертикальная инерционная сила [pic] определяется по следующей формуле:

[pic], где [pic]– удельная величина вертикальной инерционной силы, тс/т;

[pic], где при опоре груза на один вагон [pic]; [pic]– расстояние от ЦМ груза до вертикальной плоскости, проходящей через поперечную ось вагона, м;
[pic]тс/т;
[pic]тс/т;[pic]тс/т.

Ветровая нагрузка W определяется по следующей формуле:

[pic];
[pic] тс; [pic] тс.

Сила трения [pic], действующая на груз в продольном направлении, определяется по формуле (подкладки прибиты к полу):

[pic], где [pic]– коэффициент трения стали по дереву, [pic];
[pic] тс.

Сила трения [pic], действующая на груз в поперечном направлении, определяется по формуле:

[pic], где [pic]– коэффициент, принимаемый [pic];
[pic]тс;
[pic] тс.

6. Определение устойчивости груза от сдвига

Груз считается устойчивым от сдвига вдоль вагона, если выполняется условие:

[pic]

[pic] – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила [pic], которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

[pic];

[pic] тс.

Груз считается устойчивым от сдвига поперёк вагона, если выполняется условие:

[pic], где n – коэффициент местных ТУ, для Зап.-Сиб. ж.д. n=1.25;

Для первой цистерны: [pic] – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила [pic], которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

[pic];

[pic] тс.

Для второй цистерны: [pic] – условие не выполняется, груз необходимо закрепить от сдвига вдоль вагона. Сила [pic], которая воздействует на крепление, определяется по формуле:

[pic];

[pic] тс.

7. Определение размеров подкладок

Сечение подкладок принимаем равным 100*200 мм, длину, равную внутренней ширине платформы, – 2870 мм. Определим площадь соприкосновения подкладки с цистернами.

Суммарная расчётная нагрузка на подкладку составит:

[pic];
[pic]; [pic].

Проекция необходимой площади опирания цистерны на подкладку:

[pic], где [pic] МПа – допускаемое напряжение смятия для ели и сосны;
[pic]м2; [pic]м2.

Поперечник выемки [pic] по продольной оси подкладок определим по формуле:

[pic], где [pic]м – принятая ширина подкладки.

Глубина выемки [pic] равна:

[pic], где [pic]– радиус цистерны, м; [pic]– расстояние от подкладки до горизонтальной плоскости, проходящей через ЦМ груза.

[pic], [pic].
[pic]м, [pic]м;
[pic], [pic],
[pic], [pic];
[pic]м, [pic]м.

8. Выбор типа крепления

В соответствии с п. 1 главы 6 Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах закрепим данный груз следующим образом.

Для предотвращения сдвига в продольном направлении цистерны закрепим с торцовых сторон двумя упорными и двумя распорными брусками сечением 200*200 мм. Суммарное число гвоздей для крепления упорных и распорных брусков определим по формуле:

[pic], где [pic]– коэффициент трения между упорным бруском и полом вагона; [pic]– количество брусков, одновременно работающих в одном направлении; [pic]– допускаемое усилие на один гвоздь, для гвоздей диаметром 8 мм и длиной 250 мм [pic] тс.
[pic] гв.; [pic] гв.
Число гвоздей крепления распределяется по количеству используемых брусков равномерно.

Грузы цилиндрической формы подвержены перекатыванию. Их закрепляют от перекатывания совместно упорными брусками и обвязками. На каждую подкладку вплотную к грузу с обеих сторон уложим упорные бруски шириной 200 мм, длиной до конца подкладки и высотой 80 мм. Упорные бруски и подкладки крепим к полу платформы восемью гвоздями длиной 250 мм. Первую цистерну закрепим пятью обвязками, вторую цистерну закрепим двумя обвязками.

Продольные и поперечные усилия в обвязках рассчитаем по следующим формулам:

[pic], [pic], где D – диаметр цистерны, мм; [pic]– кратчайшее расстояние от ребра опрокидывания до проекции ЦТ на горизонтальную плоскость, мм; [pic]– перпендикуляр от ребра опрокидывания на обвязку или растяжку, мм; [pic]– количество обвязок; [pic]– расстояние от пола вагона или плоскости подкладок до точки приложения ветровой нагрузки, мм; [pic]– высота упора от пола вагона или плоскости подкладок, мм;
[pic] тс;
[pic] тс;
[pic] тс;
[pic] тс.

Отрицательный знак в полученном результате говорит о том, что от поперечных сил дополнительных усилий в обвязках не возникает.
Следовательно, дополнительного крепления не требуется.

Площадь сечения полосовых обвязок определим по формуле:

[pic], где R – нагрузка на обвязку, кгс; [pic] – допускаемое напряжение при растяжении, для Стали 30 [pic] кгс/см2.
[pic] см2; [pic] см2.

Исходя из полученного результата, выберем следующий тип обвязок: для первой цистерны - полосовые обвязки сечением 4*30 мм; для второй цистерны – полосовые обвязки сечением 6*40 мм.

9. Определение расчётной степени негабаритности

1. Определим высоты наиболее выступающей в бок точки груза относительно уровня головки рельса:

[pic], где [pic]– высота пола над УГР, мм; [pic]– высота подкладки, мм; [pic]– высота наиболее выступающей в бок точки груза над уровнем подкладок, мм.
[pic] мм; [pic] мм.

2. Определим ширину габарита погрузки [pic] на высоте [pic]:
[pic] мм; [pic] мм.

3. Сравним ширину груза [pic] и ширину габарита погрузки [pic]:

[pic]
Для первой цистерны: [pic]
Для второй цистерны: [pic] – оба груза вписываются в габарит погрузки на прямом горизонтальном участке пути.

4. Определим отношение длины груза к базе вагона:

[pic];
[pic] – груз недлиномерный и вписывается в габарит погрузки на кривых участках пути.