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

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

車輛在運行中，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，這種振動稱為沉浮振動，如圖12－1(a)所示,沉浮振動將使車體及裝在車上的貨物各點獲得相同的垂直加速度。2．搖頭振動車體圍繞z軸而回轉(zhuǎn)擺動，這種振動稱為搖頭振動，如圖12－1(b)所示。搖頭振動使車體及車上所裝貨物各點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則越大3．側(cè)擺振動車輛通過曲線、道岔時，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，這種振動稱為側(cè)擺振動，如圖12—1(c)所示。側(cè)擺振動使車體及車上所裝的貨物各點具有相同的橫向水平加速度。4．點頭振動由于線路不平、鋼軌接縫以及輪對的結(jié)構(gòu)缺陷，使車體圍繞y軸而回轉(zhuǎn)擺動，這種振動稱為點頭振動，如圖12—1(d)所示。點頭振動使車體及車上所裝貨物各點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則越大。5．伸縮振動

列車在起動、制動、變速、上下坡道及調(diào)車作業(yè)時，在車輛之間產(chǎn)生牽引和壓縮沖擊力，并通過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，這種振動稱為伸縮振動，如圖12－1(e)所示。伸縮振動使車體及車上所裝貨物各點具有相同的縱向水平加速度。

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

12.1.2作用在貨物上的力的計算

1．縱向慣性力定義：在列車起動以及在運行中加速、制動，機車連掛車組，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，該力的作用方向為曲線線路中心線的切線方向。作用點：貨物重心處

圖12-2運送中作用在貨物上的力

計算公式：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，須考慮車輛在運行過程中可能發(fā)生的最不利情況。研究和實驗均表明：在運輸過程中．當進行調(diào)車作業(yè)時，運行的車輛與靜止的車輛相互撞擊，或者當機車連掛停留的車輛時，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，可以把貨物和車體視為一個整體。當車輛受到?jīng)_擊時，貨物和車體具有幾乎相同的加速度

式中

——重車總重，t，當>200t時，按200t計算。（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，對貨物進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，當車輛受到了與剛性加固形式相同的沖擊力時，貨物的加速度比剛性加固時要小得多，這是采用柔性加固的一個主要優(yōu)點

式中——重車總重，t，跨裝運輸時，按兩負重車重車總重較小的計算；當>150t時，按150t計算。2．橫向慣性力它是由三種力組合而成：車輛行經(jīng)曲線或者進入側(cè)線道岔時產(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；車輛在運行中搖頭振動、側(cè)擺振動和側(cè)滾振動而產(chǎn)生的橫向慣性力。方向：垂直于列車運行方向作用點：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，其計算公式為：

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

——負重車銷距，mm。3．垂直慣性力垂直慣性力是當列車行經(jīng)鋼軌接縫處、線路下沉處以及車輛彈簧的沉浮運動所產(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：貨物重心處使用敞車和普通平車裝載時

——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。使用長大貨物車裝載時4．風力方向：垂直于列車運行方向，且與橫向力方向一致著力點：受風面的幾何中心處

——側(cè)向計算風壓，受風面為平面時KN/m2，受風面為球面或圓柱體側(cè)面時，0.245KN/m2；

——貨物側(cè)向迎風面的投影面積，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：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，重車運行時往往是幾種力同時作用于貨物上，但是不一定同時都達到最大值。在對貨物進行加固時，為了保證行車和貨物安全，加固材料的強度必須與各種力的最大值相適應(yīng)。12.2貨物穩(wěn)定性計算12.2.1貨物傾覆的穩(wěn)定性破壞力：貨物在運送過程中，作用于貨物上的縱向慣性力、橫向力、垂直慣性力和風力，是使貨物產(chǎn)生縱、橫方向傾覆、滾動或移動的力。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、滾動和移動。衡量貨物免于傾覆(滾動)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)力矩之比值。通常要求穩(wěn)定系數(shù)不低于1.25，此時貨物才不會發(fā)生傾覆(滾動)。在縱方向在橫方向圖12-3車輛運行中貨物的傾覆

——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之間的距離，mm；

——貨物的縱向慣性力，KN；

——貨物的重心自傾覆點所在水平面起算的高度，mm；

——貨物的橫向力，KN；

——作用于貨物上的風力，KN；

——風力合力著力點自傾覆點所在水平面起算的高度，mm。12.2.2貨物滾動的穩(wěn)定性

圖12-4車輛運行中貨物的滾動圓柱形貨物、球形貨物以及帶輪貨物等，裝車后如不進行加固，在運送過程中受到各種力的作用就特別容易發(fā)生滾動。所以，必須使用掩木、三角木或其他加固材料進行加固。、——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貨物水平移動的穩(wěn)定性在縱方向

在橫方向

從上述三個方面對貨物的穩(wěn)定性進行檢查，如其結(jié)果表明不能滿足穩(wěn)定性條件，則應(yīng)進行必要的加固，以保證貨物的運行安全。在穩(wěn)定性檢查的基礎(chǔ)上，選擇加固方法和加固材料，并對加固材料進行強度驗算。當縱向慣性力大于縱向摩擦力時，貨物會產(chǎn)生縱向水平移動；橫向力和風力之和大于橫向摩擦力時，貨物會產(chǎn)生橫向水平移動，因而必須進行加固。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。加固材料的強度

1．加固材料受到壓縮(或拉伸)時，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，應(yīng)根據(jù)計算所得的彎曲力矩和加固材料的抗彎截面系數(shù)，求算實際受到的彎曲應(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，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。使用時兩根相對的支柱之間，用鐵線進行橫向捆綁來攔護加固貨物。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，鋪墊在層間用于防止貨物滑動的加固材料3擋木、掩木、三角木、凹木和凹型座架擋木多用來加固平底貨物，防止貨件在縱向和橫向的移動，對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貨物進行加固。12.3.2用加固材料的強度計算與使用要求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時，防止貨物橫向移動時，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，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，

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時，防止貨物橫向滾動時，

用鋼絲繩作腰箍時，鋼絲繩的許用拉力不得小于P，用扁鋼帶作腰箍時，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時，防止貨物橫向移動時，

——同一端(或側(cè))的擋木數(shù)，

——每個釘子的許用負載，kN，（2）鐵地板特種平車，在貨物兩端或兩側(cè)焊接型鋼，靠焊接強度阻止貨物移動。防止貨物縱向移動時防止貨物橫向移動時

——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圖12－6掩木和三角木使用方法防止貨物縱向滾動時，防止貨物橫向滾動時

凹木用橫墊木和掩木配合制作，掩木多固定在墊木上，每個掩木通常用兩個螺栓固定，螺栓直徑D的計算：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14.8m，貨物本身帶有長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，另一端與車端對齊裝載是可行的。（2）驗算橫墊木需要高度：裝車后貨物突出端至負重車上最近車軸軸心所在橫向垂直平面的距離為橫墊