Приложение А (обязательное). Расчет вагона на устойчивость от опрокидывания при разгрузке

Приложение А
(обязательное)

Расчет вагона на устойчивость от опрокидывания при разгрузке

А.1 При оценке устойчивости вагона от опрокидывания при разгрузке принимают следующие допущения:

- ось опрокидывания вагона принимают в плоскости головок рельсов на расстоянии от оси пути, равном половине ширины колеи. Плоскость головок рельсов считают горизонтальной (рисунки А.1 и А.2);

- кузов находится в своем конечном положении под максимальным углом наклона к нижней раме (обычно не менее 45°). Открытый боковой борт имеет перелом по отношению к плоскости пола кузова на конструктивный угол (для вагонов с двусторонней разгрузкой - рисунок А.1);

- деформации пути не учитывают;

- рассматривают случай разгрузки, когда груз движется единой массой с максимальной силой трения о пол и борта кузова. При этом принимают, что поперечное сечение призмы груза имеет форму треугольника с передней стороной (плоскостью сползания груза), составляющей с горизонталью угол  = 75°, а задней - перпендикулярной к плоскости пола (для вагонов с односторонней разгрузкой) или откинутого борта (для вагона с двусторонней разгрузкой). Коэффициент трения груза о кузов принимают равным f = 0,65.

А.2 Оценку поперечной устойчивости вагона от опрокидывания при разгрузке проводят по коэффициенту устойчивости, определяемому по формуле

,

(А.1)

где - суммарный восстанавливающий момент сил тяжестей элементов конструкции вагона (при суммировании учитывают знак момента), , определяют по формуле (А.2);

- опрокидывающий момент от ветровой нагрузки, , определяют по формуле (А.3);

- суммарный опрокидывающий момент, создаваемый грузом, , определяют по формуле (А.4);

- допустимое значение коэффициента поперечной устойчивости при разгрузке согласно таблице 9.

Q _хч - сила тяжести ходовых частей, Н;

Q _нр - сила тяжести нижней рамы, Н;

О _цр - сила тяжести цилиндров разгрузки, Н;

Q _об - сила тяжести механизма открывания бортов, Н;

Q _к - сила тяжести кузова, Н;

Q _тс - сила тяжести торцевых стен, Н;

Q _вб - сила тяжести верхнего борта, Н;

Q _нб - сила тяжести нижнего (открытого) борта, Н;

h _в - плечо равнодействующей ветровой нагрузки относительно оси опрокидывания вагона, м;

l _i - соответствующие плечи вышеперечисленных сил относительно оси опрокидывания вагона, м;

Р _в - расчетное удельное давление ветра, Па;

- угол наклона кузова, градусы;

- угол перелома открытого борта относительно пола кузова, градус;

- угол откоса груза, градус

Рисунок А.1 - Схема сил, действующих на вагон при разгрузке (вагон с двусторонней разгрузкой)

Q _хч - сила тяжести ходовых частей, Н;

Q _нр - сила тяжести нижней рамы, Н;

Q _цр - сила тяжести цилиндров разгрузки, Н;

Q _к - сила тяжести кузова, Н;

Q _тс - сила тяжести торцевых стен, Н;

Q _вб - сила тяжести верхнего борта, Н;

Q _кб - сила тяжести консоли борта, Н;

Q _б - сила тяжести борта, Н;

l _i - соответствующие плечи вышеперечисленных сил относительно оси опрокидывания вагона, м;

Р _в - расчетное удельное давление ветра, Па;

h _в - плечо равнодействующей ветровой нагрузки относительно оси опрокидывания вагона, м;

- угол откоса груза, градус

Рисунок А.2 - Схема сил, действующих на вагон при разгрузке (вагон с односторонней разгрузкой)

Суммарный восстанавливающий момент сил тяжестей элементов конструкции вагона , , определяют по формуле

,

(А.2)

где - сила тяжести отдельных конструкций вагона, Н, ходовых частей Q _хч, нижней рамы Q _нр, цилиндров разгрузки О _цр, механизма открывания бортов Q _об, кузова Q _к, торцевых стен Q _тс, верхнего и нижнего (открытого) бортов Q _вб и Q _нб (для вагона с односторонней разгрузкой вместо Q _вб и Q _нб следует учитывать боковую стенку Q _бс, борт Q _б и консоль борта Q _кб;

- соответствующие плечи перечисленных сил относительно оси опрокидывания вагона, м.

А.3 Момент, создаваемый давлением ветра, , , вычисляют по формуле

,

(А.3)

где - расчетное удельное давление ветра, принимают Р _в = 360 Н/м ²;

- площадь проекции вагона с наклонным кузовом на вертикальную к плоскости головок рельсов плоскость, м ²;

- плечо равнодействующей ветровой нагрузки относительно оси опрокидывания вагона, м.

Рекомендуется определять опрокидывающие моменты от давления ветра отдельно для тележек и кузова с нижней рамой.

А.4 Опрокидывающий момент, , , создаваемый движущимся грузом, определяют по формуле (рисунки А.3 и А.4)

,

(А.4)

где N - равнодействующая давления груза на пол и откинутый борт (откинутый борт для вагонов с двусторонней разгрузкой), Н, определяют по формуле (А.5);

а, b, с - плечи соответствующих усилий N, F _n и F _б, м;

- равнодействующая сил трения груза о пол и откинутый борт, Н, определяют по формуле (А.6);

- равнодействующая сил трения груза о торцевые стены, Н, принимают по А.5.

Q - сила тяжести груза, Н;

h, х - размеры сечения груза, м;

N - равнодействующая давления груза на пол и откинутый борт, Н;

F _n - равнодействующая сил трения груза о пол и откинутый борт, Н;

F _б - равнодействующая сил трения груза о борт и торцевые стены, Н;

а, b, с - плечи усилий, приведенных выше, м;

- угол наклона кузова, градус;

- угол перелома открытого борта относительно пола кузова, градус;

- угол откоса груза, градус

Рисунок А.3 - Схема сил, действующих на кузов вагона от груза (вагон с двусторонней разгрузкой)

Q - сила тяжести груза, Н;

h, х - размеры сечения груза, м;

N - равнодействующая давления груза на пол и откинутый борт, Н;

F _n - равнодействующая сил трения груза о пол и откинутый борт, Н;

F _б - равнодействующая сил трения груза о борт и торцевые стены, Н;

а, b, с - плечи усилий, приведенных выше, м;

- угол наклона кузова, градус;

- угол откоса груза, градус

Рисунок А.4 - Схема сил, действующих на кузов вагона от груза (вагон с односторонней разгрузкой)

Усилия определяют по формулам:

,

(А.5)

,

(А.6)

где - расчетная насыпная плотность груза, кг/м ³;

g - ускорение свободного падения, м/с ²;

- внутренняя длина кузова, м;

h, х - размеры сечения груза, м;

f - коэффициент трения груза о пол, стенки и борта кузова;

- угол наклона кузова, градус;

- угол перелома открытого борта относительно пола кузова, градус. Для вагонов с односторонней разгрузкой в формуле (А.5) принимают  = 0.

А.5 Усилие F _б принимают в размере 10 % от усилия F _n, а линию его действия - на расстоянии от пола или откинутого борта, равном 1/3 высоты груза (для упрощения расчетной устойчивости вагона с двусторонней разгрузкой часть груза с заштрихованным сечением (рисунок А.3) не учитывают.

А.6 Минимальную величину коэффициента устойчивости K _ур, характеризующую устойчивость вагона от опрокидывания, определяют максимальной величиной момента , поскольку моменты и имеют постоянную величину (определена конструкцией вагона).

Для определения положения движущегося груза, при котором максимален, следует исследовать на максимум выражение (А.4), использовав в качестве текущей координаты ширину X призмы движущегося груза. При этом переменная высота призмы груза будет равна

,

(А.7)

а плечи усилий

,

(А.8)

где

,

(А.9)

- координата конца борта (пола) относительно оси опрокидывания вагона 0 (рисунки А.1 и А.2).

Размер , также b определены конструкцией вагона

.

(А.10)

После подстановки в (А.4) значений усилий и плеч и дифференцирования

,

(А.11)

где

,

(А.12)

.

(А.13)

Для вагона с односторонней разгрузкой  = 0.

По найденному значению X проводят оценку устойчивости вагона по вышеприведенной методике.