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.