第12章 闊大貨物的加固

第12章闊大貨物的加固12.1運(yùn)行中作用于貨物上的力12.2貨物穩(wěn)定性計(jì)算

12.3加固材料及加固方法12.1運(yùn)行中作用于貨物上的力12.1.1車輛在運(yùn)行中振動(dòng)的主要形態(tài)1．沉浮振動(dòng)

車輛在運(yùn)行中，由于車體與走行部分之間彈簧的伸縮作用，使車體產(chǎn)生沿z軸(垂直軸)方向的上下振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為沉浮振動(dòng)，如圖12－1(a)所示,沉浮振動(dòng)將使車體及裝在車上的貨物各點(diǎn)獲得相同的垂直加速度。2．搖頭振動(dòng)車體圍繞z軸而回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，這種振動(dòng)稱為搖頭振動(dòng)，如圖12－1(b)所示。搖頭振動(dòng)使車體及車上所裝貨物各點(diǎn)具有不同的橫向水平加速度，其值大小視貨物在車輛縱方向的位置而定，離開車輛橫中心線距離越遠(yuǎn)則越大3．側(cè)擺振動(dòng)車輛通過(guò)曲線、道岔時(shí)，在橫向力的作用下，使車體產(chǎn)生沿y軸(橫向水平軸)方向的左右振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為側(cè)擺振動(dòng)，如圖12—1(c)所示。側(cè)擺振動(dòng)使車體及車上所裝的貨物各點(diǎn)具有相同的橫向水平加速度。4．點(diǎn)頭振動(dòng)由于線路不平、鋼軌接縫以及輪對(duì)的結(jié)構(gòu)缺陷，使車體圍繞y軸而回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，這種振動(dòng)稱為點(diǎn)頭振動(dòng)，如圖12—1(d)所示。點(diǎn)頭振動(dòng)使車體及車上所裝貨物各點(diǎn)具有不同的垂直加速度，其值大小視貨物在車輛縱方向的位置而定，離開車輛橫中心線距離越遠(yuǎn)則越大。5．伸縮振動(dòng)

列車在起動(dòng)、制動(dòng)、變速、上下坡道及調(diào)車作業(yè)時(shí)，在車輛之間產(chǎn)生牽引和壓縮沖擊力，并通過(guò)車鉤緩沖裝置作用于車輛底架，使車體產(chǎn)生沿z軸(縱向水平軸)方向的前后振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為伸縮振動(dòng)，如圖12－1(e)所示。伸縮振動(dòng)使車體及車上所裝貨物各點(diǎn)具有相同的縱向水平加速度。

6．側(cè)滾振動(dòng)車輛圍繞x軸而回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，這種振動(dòng)稱為側(cè)滾振動(dòng)，如圖12一l(f)所示。側(cè)滾振動(dòng)使車體及車上所裝貨物各點(diǎn)具有不同的橫向水平加速度和垂直振動(dòng)加速度，其值大小視車體及貨物各點(diǎn)離軌面的高度而定，離軌面越高其值越大。

12.1.2作用在貨物上的力的計(jì)算

1．縱向慣性力定義：在列車起動(dòng)以及在運(yùn)行中加速、制動(dòng)，機(jī)車連掛車組，或在調(diào)車作業(yè)中溜放的車輛與停留在線路上的車輛沖撞時(shí)所產(chǎn)生的作用在貨物上的力稱為縱向慣性力。方向：在直線區(qū)段，該力與線路中心線平行；在曲線區(qū)段，該力的作用方向?yàn)榍€線路中心線的切線方向。作用點(diǎn)：貨物重心處

圖12-2運(yùn)送中作用在貨物上的力

計(jì)算公式：式中——縱向慣性力，kN；

——貨物重量，t；

——單位重量貨物的縱向慣性力，

縱向慣性力是一種破壞力，從加固的角度確定貨物縱向慣性力值的大小，須考慮車輛在運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的最不利情況。研究和實(shí)驗(yàn)均表明：在運(yùn)輸過(guò)程中．當(dāng)進(jìn)行調(diào)車作業(yè)時(shí)，運(yùn)行的車輛與靜止的車輛相互撞擊，或者當(dāng)機(jī)車連掛停留的車輛時(shí)，貨物所受的縱向慣性力最大。（1）采用剛性加固剛性加固系指將貨物直接焊于車地板上，或者在車地板上加焊擋鐵的加固形式。采用剛性加固時(shí)，可以把貨物和車體視為一個(gè)整體。當(dāng)車輛受到?jīng)_擊時(shí)，貨物和車體具有幾乎相同的加速度

式中

——重車總重，t，當(dāng)>200t時(shí)，按200t計(jì)算。（2）采用柔性加固柔性加固系指采用抗拉剛度比較小的加固材料，如多股鍍鋅鐵線、盤條、鋼絲繩或鋼帶等，對(duì)貨物進(jìn)行拉牽或下壓式捆綁等的加固形式。由于柔性加固材料的緩沖性能較好，所以在柔性加固條件下，當(dāng)車輛受到了與剛性加固形式相同的沖擊力時(shí)，貨物的加速度比剛性加固時(shí)要小得多，這是采用柔性加固的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)

式中——重車總重，t，跨裝運(yùn)輸時(shí)，按兩負(fù)重車重車總重較小的計(jì)算；當(dāng)>150t時(shí)，按150t計(jì)算。2．橫向慣性力它是由三種力組合而成：車輛行經(jīng)曲線或者進(jìn)入側(cè)線道岔時(shí)產(chǎn)生的離心力；曲線外軌超高所產(chǎn)生的水平分力，該力與離心力的方向相反；車輛在運(yùn)行中搖頭振動(dòng)、側(cè)擺振動(dòng)和側(cè)滾振動(dòng)而產(chǎn)生的橫向慣性力。方向：垂直于列車運(yùn)行方向作用點(diǎn)：貨物重心處

——橫向力，kN；

——貨物重量，t；

——單位重量貨物的橫向慣性力，KN/t，其計(jì)算公式為：

——貨物重心偏離車輛橫中心線的距離，跨裝時(shí)為貨物轉(zhuǎn)向架中心銷偏離車輛橫中心線的距離，mm，

——負(fù)重車銷距，mm。3．垂直慣性力垂直慣性力是當(dāng)列車行經(jīng)鋼軌接縫處、線路下沉處以及車輛彈簧的沉浮運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的方向：與線路方向垂直，其作用方向依次向上或向下交替變化。作用點(diǎn)：貨物重心處使用敞車和普通平車裝載時(shí)

——垂向慣性力，kN；

——貨物重量，t；

——單位重量貨物的垂向慣性力，KN/t。

——車輛裝載總重，t；

——貨物重心偏離車輛橫中心線的距離，跨裝時(shí)為貨物轉(zhuǎn)向架中心銷偏離車輛橫中心線的距離，mm；

——車輛銷距，mm。使用長(zhǎng)大貨物車裝載時(shí)4．風(fēng)力方向：垂直于列車運(yùn)行方向，且與橫向力方向一致著力點(diǎn)：受風(fēng)面的幾何中心處

——側(cè)向計(jì)算風(fēng)壓，受風(fēng)面為平面時(shí)KN/m2，受風(fēng)面為球面或圓柱體側(cè)面時(shí)，0.245KN/m2；

——貨物側(cè)向迎風(fēng)面的投影面積，m2。5．摩擦力

方向：與作用在貨物上所有各種力的合力方向相反，著力點(diǎn)：貨物支重面和車地板(或墊木)之間的接觸面上縱向摩擦力橫向摩擦力

——摩擦系數(shù)，可按表12-1取值；

——貨物重量，t。在一般情況下，重車運(yùn)行時(shí)往往是幾種力同時(shí)作用于貨物上，但是不一定同時(shí)都達(dá)到最大值。在對(duì)貨物進(jìn)行加固時(shí)，為了保證行車和貨物安全，加固材料的強(qiáng)度必須與各種力的最大值相適應(yīng)。12.2貨物穩(wěn)定性計(jì)算12.2.1貨物傾覆的穩(wěn)定性破壞力：貨物在運(yùn)送過(guò)程中，作用于貨物上的縱向慣性力、橫向力、垂直慣性力和風(fēng)力，是使貨物產(chǎn)生縱、橫方向傾覆、滾動(dòng)或移動(dòng)的力。穩(wěn)定力：貨物本身的重力及其與車地板之間的摩擦力，可阻止貨物產(chǎn)生縱、橫方向的傾覆、滾動(dòng)和移動(dòng)。衡量貨物免于傾覆(滾動(dòng))的條件是穩(wěn)定系數(shù)。穩(wěn)定系數(shù)是貨物重力所形成的穩(wěn)定力矩與作用于貨物上的外力所形成的傾覆(滾動(dòng))力矩之比值。通常要求穩(wěn)定系數(shù)不低于1.25，此時(shí)貨物才不會(huì)發(fā)生傾覆(滾動(dòng))。在縱方向在橫方向圖12-3車輛運(yùn)行中貨物的傾覆

——穩(wěn)定系數(shù)；

——貨物重量，t；、——貨物重心所在橫向或縱向垂直平面至傾覆點(diǎn)之間的距離，mm；

——貨物的縱向慣性力，KN；

——貨物的重心自傾覆點(diǎn)所在水平面起算的高度，mm；

——貨物的橫向力，KN；

——作用于貨物上的風(fēng)力，KN；

——風(fēng)力合力著力點(diǎn)自傾覆點(diǎn)所在水平面起算的高度，mm。12.2.2貨物滾動(dòng)的穩(wěn)定性

圖12-4車輛運(yùn)行中貨物的滾動(dòng)圓柱形貨物、球形貨物以及帶輪貨物等，裝車后如不進(jìn)行加固，在運(yùn)送過(guò)程中受到各種力的作用就特別容易發(fā)生滾動(dòng)。所以，必須使用掩木、三角木或其他加固材料進(jìn)行加固。、——貨物重心所在橫向或縱向垂直平面至掩木(或三角術(shù))與貨物接觸點(diǎn)之間的距離，mm；

——貨物的直徑，mm；

——掩木或三角木的高度，mm。在縱方向在橫方向12.2.3貨物水平移動(dòng)的穩(wěn)定性在縱方向

在橫方向

從上述三個(gè)方面對(duì)貨物的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，如其結(jié)果表明不能滿足穩(wěn)定性條件，則應(yīng)進(jìn)行必要的加固，以保證貨物的運(yùn)行安全。在穩(wěn)定性檢查的基礎(chǔ)上，選擇加固方法和加固材料，并對(duì)加固材料進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。當(dāng)縱向慣性力大于縱向摩擦力時(shí)，貨物會(huì)產(chǎn)生縱向水平移動(dòng)；橫向力和風(fēng)力之和大于橫向摩擦力時(shí)，貨物會(huì)產(chǎn)生橫向水平移動(dòng)，因而必須進(jìn)行加固。加固材料所承受力為：12.3加固材料及加固方法

加固材料的分類1．鋼鐵制品型材，焊接加固；線材，拉牽或下壓捆綁；制品，釘子2．木材制品支柱，墊木，擋木，掩木，三角木等12.3.1加固材料

——加固材料所需的承壓(或承拉)面積，cm2。；

——加固材料所受的壓力(或拉力)，kN：

——加固材料的許用壓應(yīng)力(或拉應(yīng)力)，MPa。加固材料的強(qiáng)度

1．加固材料受到壓縮(或拉伸)時(shí)，根據(jù)材料的許用壓應(yīng)力(或拉應(yīng)力)，可求得所需的承壓(或承拉)面積。2．加固材料受到彎曲力時(shí)，應(yīng)根據(jù)計(jì)算所得的彎曲力矩和加固材料的抗彎截面系數(shù)，求算實(shí)際受到的彎曲應(yīng)力，它不能大于材料的許用彎曲應(yīng)力

——作用于加固材料的彎曲力矩，；

W——加固材料斷面的抗彎截面系數(shù)，cm3；

——實(shí)際彎曲應(yīng)力，MPa；

——加固材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa。3．加固材料承受剪切力時(shí)，根據(jù)材料的許用剪切應(yīng)力，可求得所需的剪切斷面面積。

——加固材料所需的剪切斷面面積，cm2：

——加固材料所受的剪切力，kN：

——加固材料的許用剪切應(yīng)力，MPa。常用加固材料的使用規(guī)定1支柱攔護(hù)貨物的加固材料，一般用于加固原木、木材制品及輕浮貨物。使用時(shí)兩根相對(duì)的支柱之間，用鐵線進(jìn)行橫向捆綁來(lái)攔護(hù)加固貨物。根據(jù)制作材料分為：木支柱、鋼管支柱、竹支柱。2墊木和隔木墊木用于支承貨物并將其重量合理分布在車地板上，分為縱墊木和橫墊木。隔木是貨物分層裝載時(shí)，鋪墊在層間用于防止貨物滑動(dòng)的加固材料3擋木、掩木、三角木、凹木和凹型座架擋木多用來(lái)加固平底貨物，防止貨件在縱向和橫向的移動(dòng)，對(duì)防止貨物傾覆也有一定的作用。掩木、三角木、凹木和凹型座架是加固輪式走行機(jī)械和圓柱形貨物。4鐵釘、扒鋦釘和螺栓利用其與車地板之間的剪切應(yīng)力和與木材之間的握裹力對(duì)貨物進(jìn)行加固。12.3.2用加固材料的強(qiáng)度計(jì)算與使用要求1．采用鐵線、盤條和鋼絲繩拉牽加固拉牽加固可以防止貨物產(chǎn)生移動(dòng)或傾覆，常采用八字形、倒八字形或交叉拉牽。圖12－5八字形拉牽加固示意圖防止貨物縱向移動(dòng)時(shí)，防止貨物橫向移動(dòng)時(shí)，防止貨物縱向傾覆，

防止貨物橫向傾覆，

要求加固后既能防止貨物縱、橫向移動(dòng)，又能防止貨物縱、橫向傾覆，因而每根拉牽鐵線應(yīng)承受的力為如采用鍍鋅鐵線拉牽時(shí)，

2．橫腰箍下壓式捆綁加固

（1）順裝圓柱形貨物防止貨物移動(dòng)時(shí)，防止貨物橫向滾動(dòng)時(shí)，

用鋼絲繩作腰箍時(shí)，鋼絲繩的許用拉力不得小于P，用扁鋼帶作腰箍時(shí)，扁鋼帶的截面積（2）箱裝貨物用橫腰箍加固3．擋木釘固或型鋼焊接阻擋加固

（1）擋木用鐵釘或扒鋦釘釘固防止貨物縱向移動(dòng)時(shí)，防止貨物橫向移動(dòng)時(shí)，

——同一端(或側(cè))的擋木數(shù)，

——每個(gè)釘子的許用負(fù)載，kN，（2）鐵地板特種平車，在貨物兩端或兩側(cè)焊接型鋼，靠焊接強(qiáng)度阻止貨物移動(dòng)。防止貨物縱向移動(dòng)時(shí)防止貨物橫向移動(dòng)時(shí)

——焊縫高度，cm；

——焊縫許用剪切應(yīng)力，Mpa。4．掩木和三角木

主要用以防止圓柱形貨物和帶輪貨物的滾動(dòng)圖12－6掩木和三角木使用方法防止貨物縱向滾動(dòng)時(shí)，防止貨物橫向滾動(dòng)時(shí)

凹木用橫墊木和掩木配合制作，掩木多固定在墊木上，每個(gè)掩木通常用兩個(gè)螺栓固定，螺栓直徑D的計(jì)算：圖12－7掩木與橫墊木固定方法

、——分別為需要掩木承受的縱向慣性力、橫向力，kN；

——同一方向的掩木數(shù)，

——螺栓的許用剪切應(yīng)力，MPa，

【例12-1】圓柱形貨物一件，重42t，直徑3m，長(zhǎng)14.8m，貨物本身帶有長(zhǎng)3m、寬0.2m、高0.22m的橫墊木，橫墊本凹形切口深度為0.05m。確定裝載加固方案。

【解】1．確定貨物的裝載方案（1）裝載方案設(shè)使用N9型60t平車一輛（自重22t，空車重心高0.9m，銷距9.72m。轉(zhuǎn)向架固定軸距1.8m，車地板距軌面高1.26m，車地板長(zhǎng)13.4m）一端突出裝載，加掛N14型平車一輛作游車。需要使貨物重心偏離車輛橫中心線距離為：貨物重心在車輛縱向最大偏移量為

因，使貨物一端突出，另一端與車端對(duì)齊裝載是可行的。（2）驗(yàn)算橫墊木需要高度：裝車后貨物突出端至負(fù)重車上最近車軸軸心所在橫向垂直平面的距離為橫墊