防雷門陣前撐布繩網(wǎng)對汽車棚布的試驗研究

防雷門陣前撐布繩網(wǎng)對汽車棚布的試驗研究

卡車防護織物是鐵路卡車的輔助設(shè)備，主要用于防止水分和橡膠貨物運輸。20世紀90年代以后,鐵路運輸中開始使用滌綸涂塑篷布(X型篷布)。X型篷布大小為9.1m×5.5m,一車苫蓋2張。近年來,為滿足客、貨運列車大面積提速的需要,鐵道部研制了采用新技術(shù)、新材料的D型篷布和篷布繩網(wǎng),D型篷布大小為15.0m×5.3m,一車苫蓋1張。為測試D型篷布和X型篷布的技術(shù)性能,分析繩網(wǎng)和彈力繩的使用效果,提出符合運輸安全要求的技術(shù)指標(biāo),完善大風(fēng)條件下鐵路行車組織辦法,鐵道部組織開展了大風(fēng)條件下的貨車篷布、篷布繩索和繩網(wǎng)試驗。1列車交通狀況貨車空氣動力學(xué)研究表明,車輛空氣動力效應(yīng)在3種條件下最為突出,即貨物列車在隧道內(nèi)高速運行及交會、通過大風(fēng)地區(qū)、與高速旅客列車交會,此時貨車篷布、篷布繩索及繩網(wǎng)的受力最為不利。對敞車而言,裝載的貨物種類繁多,裝載方式多樣(如是否超車幫)直接影響篷布、篷布繩索及繩網(wǎng)的受力狀態(tài),而且在列車高速運行過程中可能會因貨物沉降等原因?qū)е仑浳锏难b載狀態(tài)發(fā)生改變,從而影響篷布、篷布繩索及繩網(wǎng)的受力。因此,貨車篷布、篷布繩索和繩網(wǎng)的受力是一個隨列車運行狀態(tài)、貨物裝載狀態(tài)的變化而動態(tài)變化的過程。1.1試驗方案和試驗列車在新疆風(fēng)區(qū)中,阿拉山口和蘭新線三十里風(fēng)口的風(fēng)向與線路夾角較小,一般不會造成列車翻車事故,但卻存在列車溜逸、集裝箱或篷布等設(shè)備被刮落的危險;在南疆線前百公里風(fēng)區(qū)和蘭新線百里風(fēng)區(qū),列車主要受橫向風(fēng)影響,對鐵路運輸安全的威脅最大,幾乎所有的鐵路風(fēng)災(zāi)事故都發(fā)生在這一地區(qū)。試驗一共進行3次,試驗列車最高運行速度為80km/h,主要測試內(nèi)容是貨車篷布、篷布繩索和繩網(wǎng)受到的氣動力和篷布應(yīng)力,同時進行了運行狀態(tài)圖像監(jiān)控。第1次試驗在南疆線前百公里風(fēng)區(qū)進行1個往返測試,從吐魯番出發(fā)至望布,再從望布返回吐魯番,期間最大瞬時風(fēng)速為22.1m/s,最大平均風(fēng)速為21.9m/s。試驗列車編組如圖1所示。為檢驗防風(fēng)網(wǎng)效果,到達望布站后,在敞車2上加蓋了防風(fēng)網(wǎng)。試驗共布置210個篷布繩索和繩網(wǎng)拉力測點、32個篷布應(yīng)力測點。第2次試驗在南疆線前百公里風(fēng)區(qū)進行2個往返測試。第1個往返從吐魯番出發(fā)至望布,再從望布返回吐魯番,期間最大瞬時風(fēng)速為28.0m/s,最大平均風(fēng)速為27.4m/s;第2個往返從吐魯番出發(fā)至珍珠泉,再從珍珠泉返回吐魯番,期間最大瞬時風(fēng)速為37.1m/s,最大平均風(fēng)速為32.7m/s。試驗列車編組如圖2所示。試驗共布置203個篷布繩索和繩網(wǎng)拉力測點、24個篷布應(yīng)力測點。第3次試驗在蘭新線百里風(fēng)區(qū)進行2個往返試驗,從鄯善出發(fā)至紅層,再從紅層返回至鄯善。試驗期間最大瞬時風(fēng)速為40m/s(13級)、平均風(fēng)速35m/s(12級)。試驗列車編組如圖3所示。試驗共布置40個篷布繩索拉力測點、28個繩網(wǎng)拉力測點和12個防風(fēng)網(wǎng)拉力測點。1.2虛擬儀器設(shè)計試驗氣動力測試系統(tǒng)組成及原理如圖4所示。該系統(tǒng)以計算機為中心,在軟件的支持下集成多種虛擬儀器功能,能對多點、多種隨時間變化的參量(篷布空氣壓力和篷布繩索、繩網(wǎng)拉力等)進行動態(tài)的實時測量,有效排除噪聲干擾、消除偶然誤差、修正系統(tǒng)誤差,從而實現(xiàn)測量結(jié)果的高準確度和對被測信號的高分辨能力。2實驗數(shù)據(jù)分析2.1車橋天河機關(guān)族中族人工林的力學(xué)性能通過3次試驗得知,大風(fēng)環(huán)境下D型篷布和X型篷布最大繩索拉力分別為2238N和2420N,篷布繩網(wǎng)受到的最大拉力為720N。第1次試驗測得的篷布最大應(yīng)力為13.28MPa,第2次試驗測得的篷布最大應(yīng)力為21.03MPa。根據(jù)《貨車D型篷布技術(shù)條件》,篷布的破斷拉力取3500N/50mm,可計算其極限應(yīng)力:參考《鐵路車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》(TB1335—78),安全系數(shù)取為1.5,可得到篷布許用應(yīng)力:按照技術(shù)條件規(guī)定,篷布繩索破斷拉力不小于8400N,繩網(wǎng)繩索破斷拉力不小于1500N。試驗中篷布繩索、繩網(wǎng)最大拉力和篷布最大應(yīng)力均小于許用值。分析第1次試驗數(shù)據(jù)可知,篷布繩索拉力隨著風(fēng)速增加迅速增大,篷布繩索拉力約與風(fēng)速的1.8次方成正比,兩者的關(guān)系為:式中:y為篷布繩索拉力;x為風(fēng)速。貨車篷布繩索拉力隨風(fēng)速變化曲線如圖5所示。2.2d型囊菌的破損和拉脫在無擋風(fēng)墻區(qū)段,最大平均風(fēng)速達到31.5m/s以上時,貨車篷布、篷布繩索、繩網(wǎng)均出現(xiàn)不同程度的損壞,具體情況如下。(1)X型篷布撕裂較為嚴重,篷布搭接處明顯兜風(fēng)。D型篷布因摩擦和應(yīng)力集中出現(xiàn)局部破損和撕裂現(xiàn)象,其眼圈處有被拉脫的現(xiàn)象。(2)D型篷布繩索出現(xiàn)損壞,且因摩擦出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象。每張D型篷布有7根彈力繩,第3次試驗中,有2輛車的篷布非彈力繩有磨斷的情況;使用了彈力繩的6輛車中,5輛車10根彈力繩的系繩有拔脫的情況,2輛車2根彈力繩的橡膠棒有斷開的情況,只有1輛車的彈力繩沒有損壞。(3)篷布繩網(wǎng)出現(xiàn)了較為嚴重的斷裂。第3次試驗中,9輛車中共有8輛車的篷布繩網(wǎng)有磨斷的情況,但磨斷的部位較少,磨斷處一般都在車廂上凸出的部位。列車通過有擋風(fēng)墻區(qū)段(最大平均風(fēng)速34.8m/s)時,貨車篷布、篷布繩索和繩網(wǎng)磨損程度明顯減輕,只有少量篷布繩索和繩網(wǎng)被磨斷。2.3減少染料下室下土壤條件下的氣動力表1—表3為3次試驗中測得的不同裝載方案下貨車篷布繩索拉力平均值。(1)在有繩網(wǎng)或無繩網(wǎng)情況下,無論是D型篷布還是X型篷布,貨物不超出車幫時,由于敞車內(nèi)部用篷布支架架空,兜風(fēng)現(xiàn)象嚴重,所以篷布繩索受到的氣動力比貨物超出車幫但小于1m時大10%～20%。(2)篷布繩網(wǎng)在降低篷布繩索氣動力中發(fā)揮了重要作用,大部分工況下無繩網(wǎng)時篷布繩索受到的氣動力比有繩網(wǎng)時大30%～40%。(3)第1次試驗時,工況6和工況2發(fā)生在同一地點,工況6的平均風(fēng)速為19.3m/s,工況2的平均風(fēng)速為21.9m/s。其中,在有繩網(wǎng)X型篷布的裝載方式下,工況6加蓋了防風(fēng)網(wǎng),工況2沒有加蓋防風(fēng)網(wǎng),工況6的篷布繩索拉力比工況2小約46%;在其他5種裝載方式下,工況6和工況2均沒有加蓋防風(fēng)網(wǎng),工況6的篷布繩索拉力比工況2小約11%。由此可見,防風(fēng)網(wǎng)能使篷布繩索拉力減小30%～40%。2.4將彈簧繩作為張拉器使用使用彈力繩的目的是防止貨車在經(jīng)過一段時間運行后,內(nèi)裝貨物沉降導(dǎo)致的篷布松懈。在第3次試驗中,對彈力繩的使用效果進行了跟蹤測量,試驗區(qū)段為烏西—鄯善—紅層,運行里程約900km,運行時間約3天,風(fēng)力平均9級。試驗中共有6輛貨車使用了彈力繩。經(jīng)統(tǒng)計分析,始發(fā)站貨物裝車后彈力部分平均拉伸量為132mm,終到站貨物卸車前彈力部分平均縮短量為76mm,其變化范圍如表4所示。由此可見,彈力繩起到了很好的加固作用。《篷布使用作業(yè)技術(shù)條件》規(guī)定彈力繩在現(xiàn)場捆綁時應(yīng)伸長300mm,但從實際測試來看,伸長量在100～150mm較為合適。2.5擋風(fēng)墻時最大的路塹工況在第2次試驗中,貨車篷布繩索拉力在路堤上且無擋風(fēng)墻時(工況6)最大,在路塹中(工況7)最小。經(jīng)分析試驗中的其他數(shù)據(jù),篷布繩索在擋風(fēng)墻區(qū)域受到的氣動力僅為無擋風(fēng)墻區(qū)域的45%～70%。2.6u3000云型線條云型納入的原因為監(jiān)視貨車篷布在大風(fēng)條件下的狀態(tài),3次試驗均布置了攝像頭,監(jiān)控結(jié)果如下:背風(fēng)面篷布晃動程度大于迎風(fēng)面;篷布晃動的劇烈程度取決于環(huán)境風(fēng)速,隨著試驗風(fēng)速的增大,篷布兜風(fēng)與晃動情況越發(fā)顯著;貨車速度對篷布晃動的劇烈程度影響較小;無繩網(wǎng)X型篷布晃動劇烈,搭接口很容易吹開;有繩網(wǎng)篷布的晃動幅度明顯小于無繩網(wǎng)篷布;篷布兜風(fēng)與晃動情況與擋風(fēng)墻類型無顯著聯(lián)系;整個實驗過程中,篷布繩索和繩網(wǎng)無明顯松動,無繩扣松脫。3大風(fēng)試驗效果分析(1)D型篷布主要技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于X型篷布,應(yīng)淘汰X型篷布,大力發(fā)展D型篷布,這樣既能保證運輸安全,又能顯著節(jié)省篷布購置資金和苫蓋成本。(2)在最大瞬時風(fēng)速40m/s(13級)、平均風(fēng)速35m/s(12級)的條件下,篷布繩索、繩網(wǎng)最大拉力和篷布最大應(yīng)力均小于許用值,說明篷布的強度指標(biāo)能夠滿足列車運行安全要求。(3)在大風(fēng)地區(qū)試驗中,擋風(fēng)墻和防風(fēng)網(wǎng)可以有效降低貨車篷布繩索受到的氣動力,在大風(fēng)劇烈地區(qū),為保證運輸安全,修建擋風(fēng)墻、苫蓋防風(fēng)網(wǎng)是必要的。(4)最大平均風(fēng)速達到31.5m/s以上時,無論