устройство для проверки надежности креплений груза в железнодорожном вагоне

Формула изобретения

Устройство для проверки надежности креплений груза в железнодорожном вагоне, включающее металлическую ферму с рельсовым путем в верхней части, концами опирающуюся на колеса, прокатывающиеся по круговому рельсовому пути, снабженную приводным механизмом для поворота ее вокруг вертикальной оси, отличающееся тем, что в качестве приводного механизма используют два противоположно направленных пневмоцилиндра, обеспечивающих угловое ускорение фермы не менее 12,82 рад/с², на круговом рельсовом пути устанавливают упоры, выполненные в виде подпятников, снабженных пружинами, предварительно сжатыми болтовыми соединениями, а колеса, прокатывающиеся по круговому рельсовому пути, оборудованы тормозными устройствами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожным транспортным средствам, приспособленным для грузовых перевозок, а именно к креплению грузов на транспортных средствах, например на открытом железнодорожном подвижном составе (платформы и полувагоны).

При движении транспортного средства, например, железнодорожного состава на крепления груза, размещенного в вагоне, действуют продольные и поперечные переносные силы инерции (Размещение и крепление грузов в вагонах: Справочник. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1980. - С.52-53; Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н. Теоретическая механика в задачах погрузки-выгрузки и перевозки грузов в вагонах: Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта / Под ред. д. т.н., профессора Х.Т.Туранова. - Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С.355, 373; Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - С.202, 209-210). Устойчивость грузов в вагоне зависит от способа и надежности их креплений.

Существует методика проведения экспериментальной проверки способа размещения и крепления грузов, состоящая из 3 этапов: испытания на соударения (продольный сдвиг), поездные испытания (сдвиг поперек вагона) и опытные поездки.

Известна методика проверки крепления груза способом соударения (Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. - С.86-88), позволяющая определить надежность крепления груза при продольном сдвиге груза.

Испытания на соударения проводят для одиночных вагонов или сцепов на прямом участке пути. Соударения испытываемых вагонов производят с группой неподвижно стоящих на пути загруженных до полной грузоподъемности инертным (песок, щебень) грузом не менее трех полувагонов - «стенкой», в сцепленном состоянии, заторможенных пневматическим тормозом и тормозными башмаками. Контрольный участок представляет собой прямоугольный горизонтальный отрезок пути длиной 10 м. Проводят 12 соударений со скоростью движения от 4 до 9 км/ч. После каждого соударения проверяют вагон, груз и все элементы крепления, фиксируют изменения положения груза - продольный сдвиг, состояние всех элементов крепления.

Известна методика проверки крепления грузов при движении испытуемых вагонов на кривых участках пути - поперечный сдвиг груза (Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. - С.88), так называемые поездные испытания. Поездные испытания проводят в светлое время суток отдельным поездом, состоящим из локомотива и испытуемых вагонов. Они включают в себя несколько поездок со скоростями 90 км/ч и 110 км/ч. Дальность поездки со скоростью 90 км/ч должна составлять не менее 100 км, со скоростью 110 км/ч - не менее 60 км. На участке пути должно быть несколько кривых участков пути с радиусом 350 м и отсутствовать ограничение скорости движения для грузовых поездов. По пути следования на станциях и, при необходимости, на перегонах производят осмотр положения груза - поперечный сдвиг и состояния его креплений.

Недостатком данной методики является то, что испытания проходят на действующих железнодорожных путях, обязательно имеющих несколько кривых участков пути с радиусом кривизны 350 м, с использованием локомотива, могут повторяться несколько раз кряду, что требует больших материальных и временных затрат. Иногда на данной железной дороге могут отсутствовать участки пути, имеющие несколько кривых участков пути с радиусом кривизны 350 м. Поэтому такие испытания проводятся крайне редко, что не позволяет постоянно контролировать сдвиг груза поперек вагона.

Опытные поездки проводят с целью проверки надежности размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах в реальных условиях перевозок (Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. - С.88-90). Опытные вагоны включают в грузовые поезда на общих основаниях, опытные поездки могут быть однократные или многократные, а общий пробег вагонов должен составлять не менее 1500 км.

Во время опытных перевозок производят несколько осмотров и записывают результаты осмотра в журнал опытной поездки. При обнаружении повреждения элементов оценивают возможность дальнейшего следования вагона. Перед выгрузкой груза из опытных вагонов производится окончательная оценка состояния грузов и креплений.

Таким образом, самой сложной и затратной частью испытаний надежности креплений грузов в вагонах является этап испытаний на сдвиг груза поперек вагона. Поэтому разработка нового способа для данного испытания и устройства для его осуществления является актуальной прикладной задачей.

Известно устройство для разворота единицы подвижного состава под названием «поворотный круг» (Железнодорожный транспорт. Энциклопедия. М.: Науч. издательство «Большая Российская энциклопедия», 1994. - С.305), включающее металлическую ферму с рельсовым путем в верхней части, установленную центральной частью на шаровую опору, концами опирающуюся на колеса, прокатывающиеся по круговому рельсовому пути, снабженную приводным механизмом для поворота ее вокруг вертикальной оси - прототип.

Задача изобретения - постоянно контролировать, ускорить, упростить и удешевить процесс испытания надежности креплений груза в вагоне при сдвиге груза поперек вагона.

Задачу решают искусственным созданием поперечных переносных сил инерции, реально воздействующих на крепления груза в вагоне, посредством вращающейся фермы, на которую помещают вагон с размещенным и закрепленным в нем грузом.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве приводного механизма используют два противоположно направленных пневмоцилиндра, обеспечивающих угловое ускорение фермы не менее 12,82 рад/с², на круговом рельсовом пути устанавливают упоры, выполненные в виде подпятников, снабженных пружинами, предварительно сжатыми болтовыми соединениями, а колеса, прокатывающиеся по круговому рельсовому пути, оборудованы тормозными устройствами.

На фиг.1 и 2 приведена схема устройства для проверки надежности креплений груза в железнодорожном вагоне, включающего ферму 1, имеющую рельсовый путь 10, в верхней части с установленным на нем заторможенным вагоном 2 и закрепленным в нем грузом 9. Ферма 1 опирается на колеса 6 с тормозами 11, которые прокатываются по круговому рельсовому пути 8, оборудована приводом в виде двух противоположно направленных пневмоцилиндров 3. После разгона ферма 1 соударяется с упорами 4, снабженными пружинами 5 и болтовыми соединениями 7.

Устройство работает следующим образом.

Вагон 2 с закрепленным в нем грузом 9 закатывают на рельсовый путь 10 фермы 1 и затормаживают на нем. В противоположно направленные пневмоцилиндры 3 нагнетается воздух до определенного давления. По достижении этого давления тормоза 11 колес 6 фермы 1 растормаживаются и ферма 1 вместе с вагоном 2 разгоняется по круговому рельсовому пути 8 до углового ускорения =12,82 рад/с². При достижении упора 4 происходит соударение фермы 1 с упором 4, жесткость которого регулируют за счет предварительного сжатия пружин 5 за счет затяжки болтовых соединений 7. В результате соударения возникают поперечные переносные силы инерции I_ey, воспринимаемые креплениями груза в вагоне:

I_ey=0,46G,

где G - вес груза, кН;

0,46 - доля ускорения свободного падения g=9,81 м/с²

(Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - С.210).

Допустимое значение поперечного переносного ускорения вагона с грузом а_еу при движении грузового поезда по кривым участкам пути со скоростью 100 км/ч (что незначительно отличается от максимальной реальной скорости поездных испытаний 110 км/ч) установлено экспериментально и нормировано: a_еу =0,46g=4,51 м/с² (Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - ГосНИИВ. - М.: ВНИИЖТ, 1996. - С.92; Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - С.210).

При вращении фермы 1 полное ускорение любой ее точки равно геометрической сумме касательного и нормального ускорений. Нормальная составляющая полного ускорения не влияет на крепления груза, так как направлена к центру фермы, а касательная составляющая вызывает переносную поперечную силу инерции I_ey (Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н. Теоретическая механика в задачах погрузки-выгрузки и перевозки грузов в вагонах: Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С.256).

Максимальное значение касательной составляющей поперечного переносного ускорения, возникающего в монтажной петле груза, определяют по соотношению:

,

где l_гр. - половина длины груза, равная половине полезной длины вагона, и составляет 6,7 м;

R - радиус круга катания, равный половине базы вагона и составляет 4,86 м, отсюда

Угловое ускорение фермы (рад/с²) определяют из выражения

Зная угловое ускорение фермы и время разгона фермы, определяют ее угловую скорость по формуле

= t_p.

Так как разгон фермы должен быть кратковременным, например 0,1 с, то угловая скорость фермы должна быть не менее =12,82·0,1=1,82 рад/с.

Исходя из максимальной реальной скорости поездных испытаний 110 км/ч, при постоянном радиусе фермы, определяемым стандартными габаритами грузовых вагонов, устанавливаемых на ней, угловое ускорение фермы должно быть постоянным, в данном случае не менее =12,82 рад/с².

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет проводить испытания надежности креплений груза в вагоне при сдвиге груза поперек вагона на стационарной установке, многократно повторять их, не выбирать на железной дороге специальные участки пути, имеющие несколько кривых участков с радиусом кривизны 350 м; не занимать перегоны реального железнодорожного пути, сократить материальные, временные и энергетические затраты.