第12章 阔大货物的加固

第12章阔大货物的加固12.1运行中作用于货物上的力12.2货物稳定性计算

12.3加固材料及加固方法12.1运行中作用于货物上的力12.1.1车辆在运行中振动的主要形态1．沉浮振动

车辆在运行中，由于车体与走行部分之间弹簧的伸缩作用，使车体产生沿z轴(垂直轴)方向的上下振动，这种振动称为沉浮振动，如图12－1(a)所示,沉浮振动将使车体及装在车上的货物各点获得相同的垂直加速度。2．摇头振动车体围绕z轴而回转摆动，这种振动称为摇头振动，如图12－1(b)所示。摇头振动使车体及车上所装货物各点具有不同的横向水平加速度，其值大小视货物在车辆纵方向的位置而定，离开车辆横中心线距离越远则越大3．侧摆振动车辆通过曲线、道岔时，在横向力的作用下，使车体产生沿y轴(横向水平轴)方向的左右振动，这种振动称为侧摆振动，如图12—1(c)所示。侧摆振动使车体及车上所装的货物各点具有相同的横向水平加速度。4．点头振动由于线路不平、钢轨接缝以及轮对的结构缺陷，使车体围绕y轴而回转摆动，这种振动称为点头振动，如图12—1(d)所示。点头振动使车体及车上所装货物各点具有不同的垂直加速度，其值大小视货物在车辆纵方向的位置而定，离开车辆横中心线距离越远则越大。5．伸缩振动

列车在起动、制动、变速、上下坡道及调车作业时，在车辆之间产生牵引和压缩冲击力，并通过车钩缓冲装置作用于车辆底架，使车体产生沿z轴(纵向水平轴)方向的前后振动，这种振动称为伸缩振动，如图12－1(e)所示。伸缩振动使车体及车上所装货物各点具有相同的纵向水平加速度。

6．侧滚振动车辆围绕x轴而回转摆动，这种振动称为侧滚振动，如图12一l(f)所示。侧滚振动使车体及车上所装货物各点具有不同的横向水平加速度和垂直振动加速度，其值大小视车体及货物各点离轨面的高度而定，离轨面越高其值越大。

12.1.2作用在货物上的力的计算

1．纵向惯性力定义：在列车起动以及在运行中加速、制动，机车连挂车组，或在调车作业中溜放的车辆与停留在线路上的车辆冲撞时所产生的作用在货物上的力称为纵向惯性力。方向：在直线区段，该力与线路中心线平行；在曲线区段，该力的作用方向为曲线线路中心线的切线方向。作用点：货物重心处

图12-2运送中作用在货物上的力

计算公式：式中——纵向惯性力，kN；

——货物重量，t；

——单位重量货物的纵向惯性力，

纵向惯性力是一种破坏力，从加固的角度确定货物纵向惯性力值的大小，须考虑车辆在运行过程中可能发生的最不利情况。研究和实验均表明：在运输过程中．当进行调车作业时，运行的车辆与静止的车辆相互撞击，或者当机车连挂停留的车辆时，货物所受的纵向惯性力最大。（1）采用刚性加固刚性加固系指将货物直接焊于车地板上，或者在车地板上加焊挡铁的加固形式。采用刚性加固时，可以把货物和车体视为一个整体。当车辆受到冲击时，货物和车体具有几乎相同的加速度

式中

——重车总重，t，当>200t时，按200t计算。（2）采用柔性加固柔性加固系指采用抗拉刚度比较小的加固材料，如多股镀锌铁线、盘条、钢丝绳或钢带等，对货物进行拉牵或下压式捆绑等的加固形式。由于柔性加固材料的缓冲性能较好，所以在柔性加固条件下，当车辆受到了与刚性加固形式相同的冲击力时，货物的加速度比刚性加固时要小得多，这是采用柔性加固的一个主要优点

式中——重车总重，t，跨装运输时，按两负重车重车总重较小的计算；当>150t时，按150t计算。2．横向惯性力它是由三种力组合而成：车辆行经曲线或者进入侧线道岔时产生的离心力；曲线外轨超高所产生的水平分力，该力与离心力的方向相反；车辆在运行中摇头振动、侧摆振动和侧滚振动而产生的横向惯性力。方向：垂直于列车运行方向作用点：货物重心处

——横向力，kN；

——货物重量，t；

——单位重量货物的横向惯性力，KN/t，其计算公式为：

——货物重心偏离车辆横中心线的距离，跨装时为货物转向架中心销偏离车辆横中心线的距离，mm，

——负重车销距，mm。3．垂直惯性力垂直惯性力是当列车行经钢轨接缝处、线路下沉处以及车辆弹簧的沉浮运动所产生的方向：与线路方向垂直，其作用方向依次向上或向下交替变化。作用点：货物重心处使用敞车和普通平车装载时

——垂向惯性力，kN；

——货物重量，t；

——单位重量货物的垂向惯性力，KN/t。

——车辆装载总重，t；

——货物重心偏离车辆横中心线的距离，跨装时为货物转向架中心销偏离车辆横中心线的距离，mm；

——车辆销距，mm。使用长大货物车装载时4．风力方向：垂直于列车运行方向，且与横向力方向一致着力点：受风面的几何中心处

——侧向计算风压，受风面为平面时KN/m2，受风面为球面或圆柱体侧面时，0.245KN/m2；

——货物侧向迎风面的投影面积，m2。5．摩擦力

方向：与作用在货物上所有各种力的合力方向相反，着力点：货物支重面和车地板(或垫木)之间的接触面上纵向摩擦力横向摩擦力

——摩擦系数，可按表12-1取值；

——货物重量，t。在一般情况下，重车运行时往往是几种力同时作用于货物上，但是不一定同时都达到最大值。在对货物进行加固时，为了保证行车和货物安全，加固材料的强度必须与各种力的最大值相适应。12.2货物稳定性计算12.2.1货物倾覆的稳定性破坏力：货物在运送过程中，作用于货物上的纵向惯性力、横向力、垂直惯性力和风力，是使货物产生纵、横方向倾覆、滚动或移动的力。稳定力：货物本身的重力及其与车地板之间的摩擦力，可阻止货物产生纵、横方向的倾覆、滚动和移动。衡量货物免于倾覆(滚动)的条件是稳定系数。稳定系数是货物重力所形成的稳定力矩与作用于货物上的外力所形成的倾覆(滚动)力矩之比值。通常要求稳定系数不低于1.25，此时货物才不会发生倾覆(滚动)。在纵方向在横方向图12-3车辆运行中货物的倾覆

——稳定系数；

——货物重量，t；、——货物重心所在横向或纵向垂直平面至倾覆点之间的距离，mm；

——货物的纵向惯性力，KN；

——货物的重心自倾覆点所在水平面起算的高度，mm；

——货物的横向力，KN；

——作用于货物上的风力，KN；

——风力合力着力点自倾覆点所在水平面起算的高度，mm。12.2.2货物滚动的稳定性

图12-4车辆运行中货物的滚动圆柱形货物、球形货物以及带轮货物等，装车后如不进行加固，在运送过程中受到各种力的作用就特别容易发生滚动。所以，必须使用掩木、三角木或其他加固材料进行加固。、——货物重心所在横向或纵向垂直平面至掩木(或三角术)与货物接触点之间的距离，mm；

——货物的直径，mm；

——掩木或三角木的高度，mm。在纵方向在横方向12.2.3货物水平移动的稳定性在纵方向

在横方向

从上述三个方面对货物的稳定性进行检查，如其结果表明不能满足稳定性条件，则应进行必要的加固，以保证货物的运行安全。在稳定性检查的基础上，选择加固方法和加固材料，并对加固材料进行强度验算。当纵向惯性力大于纵向摩擦力时，货物会产生纵向水平移动；横向力和风力之和大于横向摩擦力时，货物会产生横向水平移动，因而必须进行加固。加固材料所承受力为：12.3加固材料及加固方法

加固材料的分类1．钢铁制品型材，焊接加固；线材，拉牵或下压捆绑；制品，钉子2．木材制品支柱，垫木，挡木，掩木，三角木等12.3.1加固材料

——加固材料所需的承压(或承拉)面积，cm2。；

——加固材料所受的压力(或拉力)，kN：

——加固材料的许用压应力(或拉应力)，MPa。加固材料的强度

1．加固材料受到压缩(或拉伸)时，根据材料的许用压应力(或拉应力)，可求得所需的承压(或承拉)面积。2．加固材料受到弯曲力时，应根据计算所得的弯曲力矩和加固材料的抗弯截面系数，求算实际受到的弯曲应力，它不能大于材料的许用弯曲应力

——作用于加固材料的弯曲力矩，；

W——加固材料断面的抗弯截面系数，cm3；

——实际弯曲应力，MPa；

——加固材料的许用弯曲应力，MPa。3．加固材料承受剪切力时，根据材料的许用剪切应力，可求得所需的剪切断面面积。

——加固材料所需的剪切断面面积，cm2：

——加固材料所受的剪切力，kN：

——加固材料的许用剪切应力，MPa。常用加固材料的使用规定1支柱拦护货物的加固材料，一般用于加固原木、木材制品及轻浮货物。使用时两根相对的支柱之间，用铁线进行横向捆绑来拦护加固货物。根据制作材料分为：木支柱、钢管支柱、竹支柱。2垫木和隔木垫木用于支承货物并将其重量合理分布在车地板上，分为纵垫木和横垫木。隔木是货物分层装载时，铺垫在层间用于防止货物滑动的加固材料3挡木、掩木、三角木、凹木和凹型座架挡木多用来加固平底货物，防止货件在纵向和横向的移动，对防止货物倾覆也有一定的作用。掩木、三角木、凹木和凹型座架是加固轮式走行机械和圆柱形货物。4铁钉、扒锔钉和螺栓利用其与车地板之间的剪切应力和与木材之间的握裹力对货物进行加固。12.3.2用加固材料的强度计算与使用要求1．采用铁线、盘条和钢丝绳拉牵加固拉牵加固可以防止货物产生移动或倾覆，常采用八字形、倒八字形或交叉拉牵。图12－5八字形拉牵加固示意图防止货物纵向移动时，防止货物横向移动时，防止货物纵向倾覆，

防止货物横向倾覆，

要求加固后既能防止货物纵、横向移动，又能防止货物纵、横向倾覆，因而每根拉牵铁线应承受的力为如采用镀锌铁线拉牵时，

2．横腰箍下压式捆绑加固

（1）顺装圆柱形货物防止货物移动时，防止货物横向滚动时，

用钢丝绳作腰箍时，钢丝绳的许用拉力不得小于P，用扁钢带作腰箍时，扁钢带的截面积（2）箱装货物用横腰箍加固3．挡木钉固或型钢焊接阻挡加固

（1）挡木用铁钉或扒锔钉钉固防止货物纵向移动时，防止货物横向移动时，

——同一端(或侧)的挡木数，

——每个钉子的许用负载，kN，（2）铁地板特种平车，在货物两端或两侧焊接型钢，靠焊接强度阻止货物移动。防止货物纵向移动时防止货物横向移动时

——焊缝高度，cm；

——焊缝许用剪切应力，Mpa。4．掩木和三角木

主要用以防止圆柱形货物和带轮货物的滚动图12－6掩木和三角木使用方法防止货物纵向滚动时，防止货物横向滚动时

凹木用横垫木和掩木配合制作，掩木多固定在垫木上，每个掩木通常用两个螺栓固定，螺栓直径D的计算：图12－7掩木与横垫木固定方法

、——分别为需要掩木承受的纵向惯性力、横向力，kN；

——同一方向的掩木数，

——螺栓的许用剪切应力，MPa，

【例12-1】圆柱形货物一件，重42t，直径3m，长14.8m，货物本身带有长3m、宽0.2m、高0.22m的横垫木，横垫本凹形切口深度为0.05m。确定装载加固方案。

【解】1．确定货物的装载方案（1）装载方案设使用N9型60t平车一辆（自重22t，空车重心高0.9m，销距9.72m。转向架固定轴距1.8m，车地板距轨面高1.26m，车地板长13.4m）一端突出装载，加挂N14型平车一辆作游车。需要使货物重心偏离车辆横中心线距离为：货物重心在车辆纵向最大偏移量为

因，使货物一端突出，另一端与车端对齐装载是可行的。（2）验算横垫木需要高度：装车后货物突出端至负重车上最近车轴轴心所在横向垂直平面的距离为横垫