автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Повышение безопасности перевозок на открытом подвижном составе на основе совершенствования методики расчёта креплений грузов цилиндрической формы

На правах рукописи

ии^

РЫКОВА ЛЮБОВЬ АНАТОЛЬЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕВОЗОК НА ОТКРЫТОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА КРЕПЛЕНИЙ ГРУЗОВ, ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 гт

[■ У и-

ЕКАТЕРИНБУРГ 2008

003463716

Работа выполнена на кафедре «Станции, узлы и грузовая работа» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Туранов Хабибулла Туранович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бачурин Николай Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Власова Наталья Васильевна

Ведущее предприятие: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС)

Защита диссертации состоится «20»___марта _ 2009 г. в 10-30 на

заседании диссертационного совета Д.218.013.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, ауд. 283. Гах: 8 (343) 358 55 91

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного университета путей сообщения.

Автореферат диссертации разослан «16 » февраля 2009 г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим направить в адрес учёного совета Университета.

Учёный секретарь диссертационного совета

Асадченко В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В эксплуатационной деятельности железных дорог важное место занимает грузовая работа, включающая в себя комплекс вопросов, связанных с разработкой и соблюдением Правил перевозок грузов, Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах (ТУ), основной задачей которых является обеспечение безопасности и сохранности перевозок грузов.

Сохранная и своевременная доставка грузов грузополучателям требует четкой и безопасной работы всех звеньев железнодорожного транспорта. Одной из основных причин, приводящих к сбоям в работе, являются коммерческие браки. Особенно неблагоприятно сказываются на работе железных дорог нарушения креплений и сдвиги грузов, перевозимых на открытом подвижном составе, приводящие к повреждениям грузов, подвижного состава, железнодорожного пути, перерывам в движении, увеличению сроков доставки.

Анализируя положение с обеспечением безопасности в сфере грузовых перевозок можно отметить, что количество вагонов с нарушением креплений груза на открытом подвижном составе в отдельные годы составляло от 25 до 55% от общего количества вагонов с коммерческими неисправностями. Одной из основных причин является несовершенство методики расчёта креплений грузов, вследствие того, что существующие методы, изложенные в Технических условиях (ТУ), не учитывают некоторые реальные факторы, оказывающие существенное влияние на крепление грузов при их транспортировке.

К числу грузов, создающих серьёзную угрозу безопасности перевозок в случае нарушения креплений, относятся грузы цилиндрической формы: трубы большого диаметра, котлы, резервуары, цилиндрические ёмкости. Имея круглое основание, значительные габариты и сложную конфигурацию такие грузы требуют разработки и обоснования технологии размещения и крепления на вагоне способами, которые не предусмотрены Техническими условиями (НТУ).

Исследования, выполненные в работе, показали, что расчёты устройств обеспечения безопасности транспортировки грузов цилиндрической формы по действующим Техническим условиям, производятся по неточным формулам. Анализ работ, посвященных изучению технологии размещения и крепления фузов, представленный в первой главе диссертации, даёт возможность утверждать, что не разработаны расчётные схемы и не построены математические модели крепления грузов цилиндрической формы, позволяющие получить аналитические выражения для определения величины сдвига груза и натяжений гибких упругих элементов креплений, ограничивающих его перемещение как вдоль, так и поперёк вагона.

Безопасная и сохранная перевозка грузов цилиндрической формы, своевременная их доставка грузополучателю может быть достигнута

разработкой и использованием усовершенствованной методики расчета креплений груза.

Исходя из этого, можно отметить, что совершенствование методики расчёта креплений грузов цилиндрической формы является актуальной прикладной задачей, имеющей важное значение для транспортной науки и отрасли железнодорожного транспорта.

Цель исследования. Целью исследования является совершенствование методики расчёта креплений грузов цилиндрической формы, обеспечивающих безопасность и сохранность их транспортировки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-исследовать методом математического моделирования перемещение поперёк и вдоль вагона груза цилиндрической формы, закреплённого гибкими упругими элементами;

-изучить влияние высоты выступа упорного бруска на перекатывание груза цилиндрической формы поперёк вагона;

-построить математическую модель крепления груза цилиндрической формы и получить аналитические выражения для определения величины сдвига груза и определения натяжений (усилий) в гибких упругих элементах креплений при действии продольных сил;

-провести вычислительные эксперименты по определению сдвига груза вдоль вагона и натяжений (усилий) в гибких элементах креплений грузов цилиндрической формы в вычислительной среде \-iathCAD.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются устройства обеспечения безопасности транспортировки грузов цилиндрической формы, перевозимых на открытом подвижном составе. Предметом исследования являются параметры упорного бруска, сдвиги груза и натяжения в креплениях.

Методика исследования. Аналитические исследования по определению сдвига и натяжений (усилий) в креплениях грузов цилиндрической формы выполнены с использованием классических положений теоретической механики и метода итерации, реализуемого в среде МаЛСАЕ».

Достоверность исследований подтверждается данными сравнительных расчётов величины сдвига груза и натяжений (усилий) гибких элементов креплений, полученными с применением методики, разработанной автором и другими исследователями.

Основные положения, выносимые на защиту:

-математические модели сдвига груза цилиндрической формы вдоль и поперёк вагона, закреплённого гибкими упругими элементами;

-зависимости влияния высоты выступа упорного бруска на перекатывание груза цилиндрической формы поперёк вагона;

-математическая модель нагруженности гибких упругих элементов креплений груза цилиндрической формы при воздействии продольных сил.

Научная новизна. Научная новизна заключается в том, что:

-составлены дифференциальные уравнения, описывающие вынужденные колебания груза, закреплённого гибкими упругими элементами. Качественные исследования полученных уравнений позволяют получить кинематические характеристики движения груза, принципы расчёта значений постоянных параметров, входящих в уравнения и описание процесса возможных перемещений груза;

-получены зависимости влияния высоты выступа упорного бруска на перекатывание груза цилиндрической формы поперёк вагона;

-построена математическая модель нагруженности гибких упругих элементов креплений груза цилиндрической формы при действии внешних нормативных сил, имитирующих движение поезда.

Практическая ценность. Практическую ценность представляют:

1) программы расчёта перемещений и натяжений гибких упругих элементов креплений груза, на которые получены 3 Свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (№ 2006612668 от 28.07.2006, №2006613665 от 20.10.2006, № 2007613926 от 13.09.2007). Программы в последующем могут быть использованы грузоотправителями при разработке непредусмотренного Техническими условиями (НТУ) способа размещения и крепления груза на вагоне;

2) рекомендации о внесении корректив в формулы для определения параметров упорных брусков и количества крепёжных деталей, предназначенных для закрепления груза цилиндрической формы от перекатывания (формулы 43, 44,45 по ТУ);

3) рекомендации о внесении корректив в пункт 10.5.8. главы 1 ТУ. Расчёт натяжений (усилий) в гибких упругих элементах креплений грузов цилиндрической формы рекомендуется выполнять с учётом возможного сдвига груза под действием внешних сил и возникающих при этом упругих деформаций.

Реализация результатов работы. Разработанные практические рекомендации приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Свердловской железной дороги филиала ОАО «Российские железные дороги» для проверки разработанных грузоотправителями схем размещения и крепления грузов на открытом подвижном составе способами непредусмотренными Техническими условиями.

Разработанная методика расчёта креплений грузов реализована в виде 3-х пакетов программ для ПК. Программы используются в научных исследованиях и учебном процессе кафедры «Станции, узлы и грузовая работа». Программы могут быть использованы при совершенствовании технологии перевозочного процесса созданием нормативно-правовой базы, относящейся к разработке новых технических условий размещения и крепления грузов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Седьмой научн. - практич. конф. «Безопасность движения поездов» (Москва: МИИТ, 2006 г.), на Междунар. научн - практич. конф. «Наука, инновация и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России)» (Екатеринбург: УрГУПС, 2006 г.), на Всероссийской научн. - техн. конф. «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития» (Екатеринбург: УрГУПС, 2008 г.) и на объединенном научном семинаре кафедр «Станции, узлы и грузовая работа», «Управление процессами перевозок» (Екатеринбург: УрГУПС, 2008 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 научных работах (из них 5 статей написаны в соавторстве) и материалах конференций регионального и международного уровней.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав с выводами в каждой из них, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 166 наименований, 114 страниц основного текста, 38 рисунков, 2 таблиц, 1 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика диссертации с обоснованием актуальности темы.

В первой главе диссертации «Современное состояние методики расчёта крепления грузов на открытом подвижном составе» выполнен анализ положения с обеспечением безопасности движения в хозяйстве коммерческой работы в сфере грузовых перевозок, а также выполнен подробный литературный обзор по теме диссертации, сформулированы цель и задачи исследования.

Разработке технических условий размещения и крепления грузов на вагоне посвящено большое количество теоретических исследований и экспериментальных работ, значительная часть которых обобщена в ТУ. Однако существующие методы расчёта крепления грузов не учитывают некоторые реальные факторы, оказывающие существенное влияние на крепление грузов при их транспортировке, что приводит к расстройству элементов крепления. Поэтому возникает необходимость в разработке усовершенствованных методик расчёта креплений грузов, устраняющих выявленные недостатки и способствующих улучшению технологии крепления грузов, перевозимых на открытом подвижном составе, повышению безопасности движения поездов и сохранности перевозок.

Крепление грузов в вагоне с использованием действующей методики (ТУ) изучены в работах докторов технических наук А.Д. Малова, В.К. Бешкето, П.С. Анисимова, Львова A.A., кандидатов технических наук Г.П. Ефимова, В.И. Шинкаренко, В.А. Романова и других, а с использованием усовершенствованной методики расчёта креплений грузов изучены в работах докторов технических наук В.Б. Зылева и Х.Т. Туранова, проф. В.А.

Болотина, кандидатов технических наук Е.Д. Псеровской, Д.Ю. Королёвой, М.А. Зачешигрива, Е.К. Коровяковского, М.В. Корнеева, Н.В. Власовой, О.Ю. Чуйковой, E.H. Тимухиной, С.А. Ситникова, АЛ. Рыкова и других.

В сфере грузовых перевозок остается неизученной и мало исследованной прикладная задача по расчёту креплений грузов цилиндрической формы (например, труба большого диаметра).

Во второй главе диссертации «Аналитическое исследование движения груза цилиндрической формы вдоль и поперёк вагона» методом математического моделирования исследуется движение груза, закреплённого гибкими упругими элементами к его боковой поверхности, как поперёк, так и вдоль вагона.

В работе выполнены аналитические исследования движения груза цилиндрической формы, закреплённого гибкими упругими элементами, поперёк вагона под действием поперечной переносной силы инерции. Рассмотрен случай, когда точка М груза (грузовая петля), к которой прикреплён гибкий упругий элемент под углом И к горизонту, под

действием поперечной переносной силы инерции 1еу получит малое перемещение ММ0 = у в поперечном направлении (рис.1).

Данная схема может соответствовать креплению груза цилиндрической формы (трубы большого диаметра) в случае, если угол а = 0 и диаметр трубы равен ширине вагона, т. е. О - 2Ве (рис.2).

Рис.1. Схематическое представление креплений груза цилиндрической формы

Рис.2. Размещение и крепление груза цилиндрической формы (труба большого диаметра) на платформе

Принято, что связь между грузом и вагоном гладкая (без трения) поверхность, и что вследствие малого перемещения точки М на ММ0, равное у, на неё будет действовать упругая сила (натяжения), модуль которой определяется по формуле Гука.

На основе принципа Даламбера составлено условие равновесия (покоя) груза

Шг=в+М+Ё+11у, (1)

где 0-г - ускорение груза относительно пола вагона; С - вес груза; Л/ -

нормальная составляющая реакции связи; Е - упругая сила; 1еу -поперечная переносная сила инерции.

После математических преобразований получено дифференциальное уравнение вынужденных колебаний груза

У + к2{р + у)-к210—, Р + У =-аеу, (2)

где аеу - поперечное переносное ускорение груза, нормативное значение которого равно аеу = 0A6g; к - круговая частота свободных колебаний (или собственная частота) (рад./с); Р - длина отрезка от крепления нижнего основания гибкого элемента до груза.

Возникновение поперечного переносного ускорения аеу объясняется боковым относом, появляющимся при движении по прямым участкам пути из-за наличия зазоров между гребнями колёс и рельсами, между буксой и боковыми рамами, а также при вписывании в переходные и круговые кривые.

Таким образом, малое колебание по поперечной оси .Уточки груза, к которой прикреплён гибкий упругий элемент, расположенный перпендикулярно к продольной оси вагона, описывается неоднородным нелинейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами.

Получено дифференциальное уравнение, описывающее вынужденные колебания груза поперёк вагона, которое является нелинейным и крайне сложным для интегрирования, поэтому оно может решаться численными методами.

В диссертации составлено дифференциальное уравнение движения груза цилиндрической формы массы М по продольной оси х под действием

продольной переносной силы инерции (рис.3).

Груз закреплен двумя пружинами одинаковой жёсткости. При этом пружины 1 и 2 соответствуют парным гибким упругим элементам (растяжка и обвязка), прикреплённым к боковым увязочным устройствам вагона (платформы, полувагона).

Движение груза вследствие упругих свойств креплений имеет колебательный характер. Согласно принципу Даламбера составлено дифференциальное уравнение вынужденных колебаний груза

где аех ~ продольное переносное ускорение груза, нормативное значение которого равно аех = 0.3#; А - предварительное натяжение каждого упругого элемента, определяемое по закону Гука (м); С - коэффициент

а) 6) в)

Рис. 3. Схематическое представление креплений груза цилиндрической формы

(?)

жёсткости упругого элемента (НУм); К -длина нерастянутого упругого элемента (м).

Возникновение переносного ускорения вагона с грузом по продольной оси аех объясняется продольными колебаниями, возникающими при движении в процессе разгона и торможения поезда, при соударениях вагонов во время манёвров и роспуске с сортировочных горок.

После математических преобразовании уравнение (3) принимает вид

X

х + к2х-2ёк2 . - = -аа (4)

уЬ + х

где к - круговая частота свободных колебаний (рад./с); ё-Ь-А -разница между проекцией длины гибкого упругого элемента креплений на поперечную ось вагона и предварительным натяжением проволоки этого элемента (м); Ь-Ь1 - проекция длины гибкого упругого элемента крепления на поперечную ось вагона (м).

Таким образом, вынужденное колебание груза описано неоднородным нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами.

После математических преобразований, основанных на правилах дифференциального исчисления, получено дифференциальное уравнение вида:

* V + 4к2аах3 + (4(О2 + 2к2А0 -+ 4ааА0х + В0 = 0 (5) где А - выражения, имеющие размерность скорости в квадрате ((м/с)1)

Д, = А(1Ък2 — \>1 (здесь Со = - начальная скорость);

В0 - выражение, имеющее размерность скорости в четвёртой степени

((м/с)4): В0=(4с1к2)2Ь2+(А0)2.

Уравнение (5), описывающее вынужденное колебание груза вдоль вагона, является трансцендентным и может быть решено приближённым способом.

В частном случае уравнение, описывающее свободные колебания груза, может быть получено из уравнения (5) в виде

к4х4+2(к2А0-&(с!к2]У + В0 = 0. (6)

Уравнение (6) является биквадратным, корни которого имеют вид

к2 А, - 8 (¿й2)2 ± Ш2А, - 8 (йк2 У}- к*В0 ---• (7)

Таким образом, получено неоднородное нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка, описывающее движение груза, закреплённого гибкими упругими элементами, вдоль вагона под действием продольной переносной силы инерции.

Качественные исследования дифференциальных уравнений позволяют получить кинематические характеристики движения груза как поперёк, так и вдоль вагона, сформулировать принципы расчёта значений постоянных параметров, входящих в уравнения, описать процесс возможного смещения груза.

В третьей главе диссертации «Аналитическое и численное исследование креплений груза цилиндрической формы упорными брусками» приведены результаты вывода формул для расчёта креплений грузов цилиндрической формы упорными брусками, изложены результаты аналитических исследований влияния параметров груза цилиндрической формы на высоту упорного бруска, удерживающего груз от перекатывания поперёк вагона. Приведены численные примеры расчета креплений грузов цилиндрической формы в вычислительной среде Ма1ЬСАВ.

В работе проверен вывод формул, рекомендуемых ТУ для расчёта креплений груза цилиндрической формы упорными брусками от перекатывания вдоль и поперёк вагона. Полученная в работе формула для определения безразмерной величины в имеет вид

уу

1,25 (ап +-£-)

Формулы для определения количества крепёжных элементов для закрепления одного упорного бруска от перекатывания вдоль и поперёк вагона:

ппр>

бгрОпр - /к)

(9)

Ор

«г,

к+^Ь/кО^е)

(10)

где йПр. аи и ав _ соответственно удельная продольная, поперечная и вертикальная силы инерции на 1 тс веса груза (тс/1тс) (ТУ); 8 -

безразмерная величина; - ветровая нагрузка, (кН); - вес груза (кН);

- коэффициент трения скольжения между упорным бруском и

опорной поверхностью; п^, Пд - количество упорных брусков; допускаемое усилие на один гвоздь (тс).

Формулы (8), (9), (10) отличаются от формул, приведённых в ТУ для расчёта креплений груза цилиндрической формы упорными брусками от ■ перекатывания вдоль и поперёк вагона.

Результаты аналитических исследований позволяют сделать следующие выводы: 1) формула (43) ТУ для определения безразмерной величины Е требует исправления; 2) количество крепёжных элементов для закрепления одного упорного бруска от перекатывания следует определять по формулам (9), (10).

Недостатком существующей методики расчёта креплений груза цилиндрической формы упорными брусками от перекатывания вдоль и поперёк вагона, изложенной в ТУ, является то, что расчёты выполняются исходя из условия сохранения устойчивости груза и средств крепления к внешним воздействиям. Такой подход не в полной мере соответствует основным положениям теоретической механики, так как при составлении условия равновесия не учтено действие на груз реактивных сил.

Пусть груз в виде трубы большого диаметра размещён на гладкой (без трения) горизонтальной поверхности (платформа) (рис. 4 а).

Рис. 4. Размещение трубы большого диаметра на платформе (а) и её расчётная схема (б)

На трубу (груз) радиусом Я и весом С действует поперечная

сдвигающая сила Р , прижимающая его к упорному бруску В. Такая сила может появиться при движении поезда, как на прямом, так и в кривом участках пути из-за наличия зазоров между гребнями колёс и рельсовыми нитями, из-за перехода поезда на боковой путь по остряку стрелочного

перевода и др. Кроме того, сила Р, может представлять собой силу аэродинамического сопротивления, а также центробежную силу инерции при движении поезда по кривому участку пути.

Подлежит определению высота выступа упорного бруска при

которой не произойдет отрыв трубы от плоскости пола (рис. 4 б).

Согласно основным положениям классической механики, составлены условия равновесия трубы под действием активных и реактивных сил. После математических преобразований получено квадратное уравнение, в результате решения которого выведена формула для определения высоты выступа (или половины толщины) упорного бруска (м)

При соблюдении условия (11) не произойдет отрыв трубы от пола платформы и её поворот под действием активной силы вокруг точки контакта груза с упорным бруском.

В диссертации выполнены вычислительные эксперименты по исследованию влияния высоты выступа упорного бруска на удержание груза от перекатывания поперёк вагона в вычислительной среде МагЬСАО.

Анализ результатов вычислений позволяет сделать следующие выводы:

1. Изучено влияние веса груза цилиндрической формы и его радиуса на высоту упорного бруска. Высота упорного бруска, удерживающего груз цилиндрической формы от перекатывания поперёк вагона, зависит от его радиуса. Чем больше радиус закрепляемой трубы, тем выше должен быть упорный брусок, при этом вес груза не оказывает влияние на высоту последнего.

2. Получены зависимости реакции пола вагона (основной связи) и реакции бруска (дополнительной связи) от радиуса груза цилиндрической формы. Если реакция пола вагона ЫА < 0, то груз, либо находится в предельном равновесии, либо произойдёт его перекатывание относительно упорного бруска, что недопустимо по условиям обеспечения безопасности движения и сохранности перевозок. Увеличение радиуса трубы приводит к уменьшению реакции пола вагона, но к увеличению реакции бруска на трубу. Чем больше вес груза, тем больше реактивные силы (рис. 5, 6). Следует отметить, что реакция бруска на груз значительно превышает реакцию пола вагона.

3. Получены зависимости реакции пола вагона (основной связи) и реакции бруска (дополнительной связи) от внешней поперечной опрокидывающей силы. С увеличением внешней силы реакция пола вагона и реакция бруска на трубу изменяются разнонаправлено по линейному закону (рис.7 а,б). При этом, чем больше внешняя сила, тем меньше реакция пола вагона и тем больше реакция бруска на трубу. Радиус трубы оказывает влияние на значения реактивных сил.

/

(И)

Н»1(К) 180 ,0 7 но-

/1-0.4 К.<(К) ->-0.3

■М.1

а) б)

Рис. 5.а,б Изменение реакции пола вагона в зависимости от вариации радиуса трубы К при различных значениях высоты упорного бруска

а) б)

Рис. 6 а,б Изменение реакции упорного бруска в зависимости от вариации радиуса трубы К при различных значениях высоты упорного бруска

135 ¡30 150

а) б)

Рис.7 а,б Изменение реакции пола вагона и упорного бруска в зависимости от вариации поперечной силы Б при различных значениях

радиуса трубы Я

Полученные в работе зависимости позволяют утверждать, что груз цилиндрической формы от перекатывания поперёк вагона достаточно закреплять упорными брусками. Однако при транспортировке на груз действуют кроме поперечных нагрузок продольные и вертикальные внешние силы. Для закрепления груза цилиндрической формы Техническими условиями рекомендуется наряду с упорными брусками применение гибких упругих элементов крепления (обвязок или растяжек), ограничивающих его перемещение в продольной, поперечной и вертикальной плоскостях.

В четвёртой главе диссертации «Аналитическое и численное исследование креплений груза цилиндрической формы гибкими упругими элементами и подкладками» приведены формулы для расчёта креплений грузов цилиндрической формы гибкими упругими элементами (или стяжками) и подкладками при действии продольных сил. Приведены численные примеры расчёта креплений грузов цилиндрической формы гибкими упругими элементами или стяжками в вычислительной среде \lathCAD.

Рекомендуемые ТУ формулы для определения натяжений (усилий) в обвязке (растяжке) не учитывают, вытекающую из закона Гука геометрическую сторону задачи. По этой причине натяжения (усилия), полученные по этим формулам, имеют одно и тоже значение для гибких элементов креплений, имеющих различные топологии, геометрические параметры и усилия предварительных натяжений, что не соответствует действительности, Кроме того, для выполнения вычислений по формулам, рекомендуемым ТУ, требуется графическое построение схемы размещения и крепления груза цилиндрической формы на вагоне, выполненное в масштабе, для определения плеча приложения усилия в креплениях (растяжка, обвязка). Изменение схемы размещения и крепления груза требует вычерчивания нового чертежа, что значительно увеличивает затраты времени и не обеспечивает нужную точность расчётов.

Согласно закону Гука упругая сила равная натяжению (усилию) в гибком упругом элементе крепления возникает при удлинении этого элемента, что в свою очередь происходит тогда, когда происходит сдвиг груза под действием внешней силы (нет сдвига груза, нет натяжений (усилий) в гибких элементах креплений). Для определения величины сдвига груза и возникающих при этом натяжений (усилий) в гибких упругих элементах крепления при действии продольных сил в работе составлена физическая и динамическая модели размещения и крепления груза цилиндрической формы (трубы большого диаметра) на платформе (рис. 8, 9 а).

Рис.8. Размещение трубы большого диаметра на платформе

Механическая система «груз-крепление-вагон» состоит из трубы большого диаметра, гибких упругих элементов креплений, подкладки и платформы. На практике гибкие упругие элементы креплений, после обхвата ими груза и прикрепления обоих концов к увязочным устройствам платформы, устанавливают предварительным натяжением. При этом

создается предварительное давление и на подкладки, которое

будет способствовать удержанию груза от сдвига вдоль вагона из-за увеличения силы трения между контактирующими поверхностями груза и подкладок.

Груз находится под воздействием горизонтальной продольной силы, стремящейся сдвинуть его вдоль вагона. Такая сила может возникать при соударениях вагонов в сортировочном парке, при экстренном торможении поезда, при прохождении колес вагона через рельсовый стык и при движении поезда под уклон, когда применяют служебное торможение, а затем отпуск.

Труба находится в равновесии под действием сил: активных - веса и внешних - продольная 1ех, и вертикальная 1ег переносные силы инерции, а также реактивных - нормальной N и касательной Р-а = Ртрх составляющих реакций основной связи Я (пол вагона), а также реакции гибких упругих элементов креплений и (дополнительные связи).

В диссертации составлено условие равновесия трубы в виде

4 - ¿(Л*+Д<и -+ Д0;- ^ = о. (12)

Ы /=1

¿(^+^>-¿(^+^> = 0. (13)

1=1 ¡=1

дг - (с - 4) - ¿(7?,,+Я0,ь +Ща:) = (14)

1=1 /=1

где ^о - количество парных гибких упругих элементов креплений одного направления (шт.);

^¿х, ^¡ах, •■■• Да? ~~ проекции натяжений (усилий) гибких упругих элементов креплений на координатные оси X, У, 7 (кН);

Ж)^ /?0;гк: ... Л0|а, - проекции натяжений предварительных скруток проволоки креплений на координатные оси X, У, г (задаваемые величины) (кН);

Присоединив к полученным уравнениям равновесия (12) - (14) формулу Кулона, и математически преобразовав их, получили выражение для

определения продольных сил (АРГ = воспринимаемых средствами

креплений

^^/„-/(G-ZJ-J^C/sin^+cos^cos^)-

1=1

- £#°i0(/sinaia + cosa,.a cos ДД i=i

Учитывая, что удлинение в гибком упругом элементе крепления произойдёт лишь тогда, когда произойдет сдвиг груза вдоль вагона на

величину Ах , зависимость между удлинением крепления и сдвигом груза вдоль вагона может быть записана в виде

Alj = Ах cos a, cos (3,. (i6)

После промежуточных математических преобразований, согласно закону Гука, связывающего удлинение (перемещение) и упругую силу, получили формулу для определения величины сдвига груза вдоль вагона

А?-

Дх =-

7,854

П— (/ sin at + cos ai cos Д) cos ai cos Д +

h

+ уЧ/ sina,.e + cosa,acos#a)cosafacosД,

(17)

где и Щ - задаваемые значения диаметра (мм) и количества нитей (шт.) проволоки креплений.

По найденному значению сдвига груза вдоль вагона (Лх) по формуле (18) определяется натяжение (усилие) в 1-м гибком упругом элементе креплений (кН)

/?упр;. = 7354#\х£%оз<х,со8р;. < М '-1 Ь

где ] - допустимое значение натяжения в креплении, определяемое по табл.

20 ТУ в зависимости от количества нитей и диаметра проволоки .

В диссертации рассмотрен частный случай, когда крепление груза цилиндрической формы от сдвига вдоль вагона можно обеспечить стяжками, а поперек вагона - подкладками (обычно используют две деревянные подкладки) (рис. 10). Данный случай является дальнейшим развитием задачи крепления труб большого диаметра. Механическая система «груз-крепление-вагон» состоит из трубы большого диаметра

размещенной на шероховатой (с трением) горизонтальной поверхности (подкладка) симметрично относительно продольной и поперечной осей симметрии вагона.

Рис. 10. Размещение трубы большого диаметра на платформе (а) и её расчётная схема (б): 1 - труба, 2- стяжки, 3 - подкладки

Поскольку силы, действующие на трубу, являются пространственной системой непересекающихся сил, то составлено три уравнения равновесия:

4-^=0; 09)

1=1

(20)

Ы ¡=1

В диссертации получена формула для определения натяжения (усилия)

в 2 -й стяжке (кН)

я>

где

2/вт2£ 2 Вв{г + (3-к))

(22)

(23)

~ Вв2+(г + (3-}г))2

где - радиус трубы (м); о - толщина подкладки

(м); А - глубина

вырубки (м).

Анализ результатов вычислений позволяет сделать следующие выводы: 1. Результаты вычислений определяемых параметров при вариации продольной силы Г в пределах от 0 до 100 кН, показали, что увеличение продольной силы F приводит к увеличению натяжений (усилий) в стяжках

по линейному закону, причем при Р < 72 кН груз удерживается без закрепления стяжками.

2. Результаты вычислений рассчитываемых параметров при вариации радиуса трубы в переделах от 1 до 1, 5 м с шагом 0,05 м показали, что увеличение радиуса трубы до значения 1,35 м, приводит к уменьшению натяжений (усилий) в стяжках по нелинейному закону, а затем к их увеличению (рис. 11).

26.5

И

25.5

И 82(11)

1 26.264

1.05 25.976

1.1 25.752

1.15 25.584

1.2 25.46В

1.25 25.391

1.3 25.356

1.35 25.356

1.4 25.387

1.45 25 447

1.5 25.532

1.2 к.

Радиус трубы, м

Рис. 11. Натяжения в стяжках в зависимости от изменения радиуса трубы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ работ, посвящённых изучению проблем размещения и крепления грузов, а также выполненные исследования показали, что расчёты креплений грузов цилиндрической формы упорными брусками по действующим Техническим условиям производятся по неточным формулам, кроме того, при составлении условия равновесия системы «груз-крепление-вагон» не учитывалось действие реактивных сил, а при расчёте натяжений гибких упругих элементов креплений - сдвиг груза под действием внешних сил.

2. Получены дифференциальные уравнения, описывающие вынужденные колебания груза вдоль и поперёк вагона, качественные исследования которых позволяют получить кинематические характеристики движения груза под действием внешних сил, принципы расчёта значений постоянных параметров, входящих в уравнения, описать процесс возможных смещений груза вдоль и поперёк вагона.

3. Разработанный с использованием основных положений классической механики подход к составлению условия равновесия системы «груз-крепление-вагон» позволил составить математическую модель крепления

груза цилиндрической формы от перекатывания поперёк вагона упорными брусками. Составленная математическая модель даёт возможность оценить правильность определения высоты упорного бруска и необходимость закрепления груза от перекатывания гибкими упругими элементами.

4. Выполнены вычислительные эксперименты по исследованию влияния высоты выступа упорного бруска на удержание груза от перекатывания поперёк вагона в вычислительной среде МаЛСАГ), позволившие получить зависимости высоты упорного бруска от величины активной силы, радиуса трубы, а также реакции пола вагона и упорного бруска от высоты последнего.

5. Построена математическая модель нагруженности гибких упругих элементов креплений груза цилиндрической формы при действии внешних нормативных сил, имитирующих движение поезда. Составленная математическая модель позволила получить аналитические выражения для определения величины сдвига груза цилиндрической формы под действием продольных сдвигающих сил и определения возникающих при этом натяжений в гибких упругих элементах креплений.

6. Результаты вычислений позволяют отметить, что при симметричном размещении общего центра масс относительно продольной и поперечной осей симметрии вагона при действии на систему «груз-крепление-вагон» продольных сдвигающих сил:

- увеличение продольной силы (Т7) приводит к увеличению натяжений в стяжках по линейному закону. Результаты вычислений определяемых

параметров при вариации ^ до 100 кН, показали, что её увеличение приводит к увеличению усилий в стяжках, причём при Р < 72 кН груз удерживается без закрепления стяжками;

- увеличение радиуса трубы приводит к изменению натяжений в стяжках по нелинейному закону. Результаты вычислений рассчитываемых параметров при вариации радиуса трубы в переделах от 1 до 1, 5 м с шагом 0,05 м показали, что его увеличение до значения 1,35 м, приводит к уменьшению усилий в стяжках, а затем к их увеличению.

7. Полученные результаты исследований являются вкладом в теорию размещения и крепления грузов в вагонах и имеют практическую направленность, поскольку позволяют составить программу расчёта креплений груза цилиндрической формы в вагоне с использованием возможностей вычислительных сред.

Таким образом, в диссертации содержится новое решение актуальной прикладной задачи по усовершенствованию методики расчёта креплений грузов цилиндрической формы, направленной на обеспечения безопасности движения поездов и сохранной перевозки грузов в пути следования.

Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в следующих научных работах:

1. Туранов Х.Т., Чуев Н.П., Тимухина Е.Н., Рыкова Л. А. Аналитическое исследование движения груза цилиндрической формы вдоль вагона / Транспорт: Наука, техника и управление, 2007, № 11. - С. 19-21.

2. Рыкова Л.А. Крепление грузов цилиндрической формы и грузов на колесном ходу / Крепления грузов в вагонах: учебн, пособие для вузов железнодорожного транспорта / Под ред. д.т.н., профессора Х.Т. Туранова.

- Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2006. - 286 с. - С. 201-233.

3. Рыкова Л.А. Определение натяжений в стяжках грузов цилиндрической формы // Материалы Междунар. научн. - практич. конф. «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России». - Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С. 356-357.

4. Туранов Х.Т., Рыкова Л.А. Моделирование натяжений в стяжках при смещении грузов цилиндрической формы поперек вагона // Материалы Междунар. научн. - практич. конф. «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России». -Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С. 374-375.

5. Рыкова Л.А. Математическая модель натяжения элементов креплений грузов цилиндрической формы в полувагоне // Труды Седьмой научн. -практич. конф. «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2006, - С. VI - 20-22.

6. Рыкова Л.А. Аналитическое исследование креплений груза цилиндрической формы // Материалы Всероссийской научн. -техн. конф. «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития». -Екатеринбург: УрГУПС, 2008. - С.112.

7. Рыкова Л.А. Равновесие груза цилиндрической формы. Связь в виде гладкой (без трения) поверхности / Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебн. пособие для вузов железнодорожного транспорта.

- Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2007. - 365 с. - С. 30-37.

8. Рыкова Л.А. Задание на определение реакции связей в относительном движении груза цилиндрической формы / Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебн. пособие для вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2007. - 365 с. - С. 315-322.

9. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л., Рыкова Л.А. Программа для ЭВМ «Расчёт натяжений в гибких элементах креплений негабаритного груза при смещении общего центра тяжести поперёк вагона при движении поезда по кривому участку пути на спуск». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612668 от 28.07.2006 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006611780 от 31.05.2006.

10. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков А.Л., Рыкова Л.А. Программа для ЭВМ «Расчёт параметров креплений негабаритного груза, размещённого согласно Техническим условиям размещения и крепления

грузов в вагонах и контейнерах». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613665 от 20.10.2006 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006611869 от 07.06.2006 г.

11. Туранов Х.Т., Тимухина E.H., Рыкова JI.A. Программа для ЭВМ «Расчёт усилий в креплениях груза цилиндрической формы, размещённого на платформе». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007613926 от 13.09.2007 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке № 2007612958 от 17.07.2007.

РЫКОВА ЛЮБОВЬ АНАТОЛЬЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕВОЗОК НА ОТКРЫТОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА КРЕПЛЕНИЙ ГРУЗОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

620034, Екатеринбург, ул; Колмогорова, 66 Издательство УрГУПС_

Бумага писчая №1 Подписано в печать 9.02.2009 г. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 120 экз_Формат 60X84 1/16_Заказ № 20

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КРЕПЛЕНИЯ ГРУЗОВ НА ОТКРЫТОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ.

1.1. Анализ положения с обеспечением безопасности движения в хозяйстве коммерческой работы в сфере грузовых перевозок.

1.2. Обзор литературных источников по расчёту креплений груза в вагоне с использованием действующей методики (ТУ).

1.3. Анализ усовершенствованных методик расчетов креплений груза.

1.4. Цели и задачи исследований.

Выводы по разделу.

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ГРУЗА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ВДОЛЬ И ПОПЕРЁК

ВАГОНА.

2.1. Аналитические исследования движения груза цилиндрической формы вдоль вагона.

2.2. Аналитические исследования движения груза цилиндрической формы поперёк вагона.

Выводы по разделу.

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КРЕПЛЕ НИЙ ГРУЗОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ УПОРНЫМИ БРУСКАМИ.

3.1. Вывод формул для расчёта креплений грузов цилиндрической формы от перекатывания деревянными упорными брусками.

3.2. Вывод формулы для определения высоты выступа упорного бруска, предназначенного для удержания груза цилиндрической формы от перекатывания поперёк вагона.

3.2.1. Вычислительные эксперименты по исследованию влияния параметров груза на высоту упорного бруска.

Выводы по разделу.

4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

КРЕПЛЕ НИЙ ГРУЗОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ГИБКИМИ УПРУГИ МИ ЭЛЕМЕНТАМИ И ПОДКЛАДКАМИ.

4.1. Общие положения.

4.2. Решение задачи в случае крепления груза гибкими упругими элементами креплений.

4.3. Решение задачи в случае крепления груза стяжками.

4.4. Результаты вычислительных экспериментов по определению натяжений в креплениях груза цилиндрической формы.

Выводы по разделу.

Актуальность работы. В эксплуатационной деятельности железных дорог важное место занимает грузовая работа, включающая в себя комплекс вопросов, связанных с разработкой и соблюдением Правил перевозок грузов, Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах (ТУ), основной задачей которых является обеспечение безопасности и сохранности перевозок грузов.

Сохранная и своевременная доставка грузов грузополучателям требует четкой и безопасной работы всех звеньев железнодорожного транспорта. Одной из основных причин, приводящих к сбоям в работе, являются коммерческие браки. Особенно неблагоприятно сказываются на работе железных до7 рог нарушения креплений и сдвиги грузов, перевозимых на открытом подвижном составе, приводящие к повреждениям грузов, подвижного состава, железнодорожного пути, перерывам в движении, увеличению сроков доставки.

Анализируя положение с обеспечением безопасности в сфере грузовых перевозок можно отметить, что количество вагонов с нарушением креплений груза на открытом подвижном составе в отдельные годы составляло от 25 до 55% от общего количества вагонов с коммерческими неисправностями. Одной из основных причин является несовершенство методики расчёта креплений грузов, вследствие того, что существующие методы расчёта, изложенные в Технических условиях (ТУ), не учитывают некоторые реальные факторы, оказывающие существенное влияние на крепление грузов при их транспортировке.

К числу грузов, создающих серьёзную угрозу безопасности перевозок в случае нарушения креплений, относятся грузы цилиндрической формы: котлы, резервуары, цилиндрические ёмкости, трубы. Имея круглое основание, значительные габариты и сложную конфигурацию такие грузы требуют разработки и расчёта схем размещения и крепления на вагоне способами, которые не предусмотрены Техническими условиями (НТУ).

Исследования, выполненные в работе, показали, что расчёты устройств обеспечения безопасности транспортировки грузов цилиндрической формы по действующим ТУ, производятся по неточным формулам. Анализ работ, посвящённых изучению технологии размещения и крепления грузов, позволяет утверждать, что не разработаны расчётные схемы и не построены математические модели крепления грузов цилиндрической формы, позволяющие получить аналитические выражения для определения величины сдвига груза и натяжений гибких элементов креплений, ограничивающих его перемещение как вдоль, так и поперёк вагона.

Безопасная и сохранная перевозка грузов цилиндрической формы, своевременная их доставка грузополучателю может быть достигнута разработкой и использованием усовершенствованной методики расчета креплений груза.

Таким образом, в сфере грузовых перевозок остается мало исследованной прикладная задача по расчёту креплений грузов цилиндрической формы.

Цель исследования. Целью исследования является совершенствование методики расчёта креплений грузов цилиндрической формы, обеспечивающих безопасность и сохранность их перевозок.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-исследовать методом математического моделирования перемещение вдоль и поперёк вагона груза цилиндрической формы, закреплённого гибкими упругими элементами;

-изучить влияние высоты выступа упорного бруска на перекатывание груза цилиндрической формы поперёк вагона;

-построить математическую модель крепления груза цилиндрической формы и получить аналитические выражения для определения величины сдвига груза и определения натяжений (усилий) в гибких упругих элементах креплений при действии продольных сил;

-провести вычислительные эксперименты по определению сдвига груза вдоль вагона и натяжений (усилий) в гибких элементах креплений грузов цилиндрической формы в вычислительной среде МаШСАО.

Объект исследования. Объектом исследования являются устройства обеспечения безопасности транспортировки грузов цилиндрической формы, перевозимых на открытом подвижном составе.

Методика исследования. Аналитические исследования по определению сдвига и натяжений (усилий) в креплениях грузов цилиндрической формы выполнены с использованием основных положений теоретической механики с использованием метода итерации, реализуемого в инструментальной среде МаШСАБ.

Достоверность исследований подтверждается данными сравнительных расчётов величины сдвига груза и натяжений (усилий) гибких элементов креплений, полученными с применением методики, разработанной автором и другими исследователями.

Основные положения, выносимые на защиту:

-математические модели перемещения вдоль и поперёк вагона груза цилиндрической формы, закреплённого гибкими упругими элементами;

-зависимости влияния высоты выступа упорного бруска на перекатывание груза цилиндрической формы поперёк вагона;

-математическая модель нагруженности гибких упругих элементов креплений груза цилиндрической формы при воздействии продольных сил. Научная новизна. Научная новизна заключается в том, что: - составлены дифференциальные уравнения, описывающие вынужденные колебания груза, закреплённого гибкими упругими элементами, качественные исследования которых позволяют получить кинематические характеристики движения груза, принципы расчёта значений постоянных параметров, входящих в уравнения, описание процесса возможных смещений груза;

- получены зависимости влияния высоты выступа упорного бруска на перекатывание груза цилиндрической формы поперёк вагона;

- построена математическая модель нагруженности гибких упругих элементов креплений груза цилиндрической формы при действии внешних нормативных сил, имитирующих движение поезда.

Практическая ценность. Практическую ценность представляют:

1) программы расчёта перемещений и натяжений гибких упругих элементов креплений груза, на которые получены 3 Свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (№ 2006612668 от 28.07.2006, №2006613665 от 20.10.2006, № 2007613926 от 13.09.2007). Программы в последующем могут быть использованы грузоотправителями при разработке непредусмотренного техническими условиями (НТУ) способа размещения и крепления груза на вагоне;

2) рекомендации о внесении корректив в формулы для определения параметров упорных брусков и количества крепёжных деталей, предназначенных для закрепления груза цилиндрической формы от перекатывания (формулы 43, 44,45 по ТУ);

3) рекомендации о внесении корректив в пункт 10.5.8. главы 1 ТУ. Расчёт натяжений (усилий) в гибких упругих элементах креплений грузов цилиндрической формы рекомендуется выполнять с учётом возможного сдвига груза под действием внешних сил и возникающих при этом упругих деформаций.

Реализация результатов работы. Разработанные практические рекомендации приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Свердловской железной дороги филиала ОАО «Российские железные дороги» для проверки разработанных грузоотправителями схем размещения и крепления грузов на открытом подвижном составе способами, не предусмотренными Техническими условиями (НТУ).

Разработанная методика расчёта креплений грузов реализована в виде 3-х пакетов программ для ПК. Программы используются в научных исследованиях и учебном процессе кафедры «Станции, узлы и грузовая работа». Программы могут быть использованы при совершенствовании технологии перевозочного процесса созданием нормативно-правовой базы, относящейся к разработке новых технических условий размещения и крепления груза.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Седьмой научн. - практич. конф. «Безопасность движения поездов» (Москва: МИИТ, 2006 г.), на Междунар. научн- практич. конф. «Наука, инновация и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России)» (Екатеринбург: УрГУПС, 2006 г.), на Всероссийской научн. - техн. конф. «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития» (Екатеринбург: УрГУПС, 2008 г.) и на объединенном научном семинаре кафедр «Станции, узлы и грузовая работа», «Управление процессами перевозок» (Екатеринбург: УрГУПС, 2008 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 научных работах (из них 5 статей написаны в соавторстве) и материалах конференций регионального и международного уровней.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав с выводами в каждой из них, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка, включающего 166 наименований, 114 страниц основного текста, 38 рисунков, 2 таблиц, 1 приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ работ, посвящённых изучению проблем размещения и крепления грузов, а также выполненные исследования показали, что расчёты креплений грузов цилиндрической формы упорными брусками по действующим ТУ производятся по неточным формулам, кроме того, при составлении условия равновесия системы «груз-крепление-вагон» не учитывалось действие реактивных сил, а при расчёте натяжений гибких упругих элементов креплений - сдвиг груза под действием внешних сил.

2. Получены дифференциальные уравнения, описывающие вынужденные колебания груза вдоль и поперёк вагона, качественные исследования которых позволяют получить ряд важных физико-технических свойств движения груза под действием внешних сил; принципы расчёта значений постоянных параметров, входящих в уравнения; описать процесс возможных смещений груза вдоль и поперёк вагона.

3. Разработанный с использованием основных положений классической механики подход к составлению условий равновесия системы «груз-крепление-вагон» позволил составить математическую модель крепления груза цилиндрической формы от перекатывания поперёк вагона упорными брусками. Составленная математическая модель даёт возможность оценить правильность определения высоты упорного брусками и необходимость закрепления груза от перекатывания гибкими упругими элементами.

4. Выполнены вычислительные эксперименты по исследованию влияния высоты выступа упорного бруска на удержание груза от перекатывания поперёк вагона в вычислительной среде МаШСАХ), позволившие получить зависимости высоты упорного бруска от величины активной силы, радиуса трубы, а также реакции пола вагона и упорного бруска от высоты последнего. Полученные зависимости развивают далее теорию расчёта креплений груза для более сложных, но всё более часто встречающихся в современных условиях эксплуатации случаев.

5. Построена математическая модель нагруженности гибких упругих элементов креплений груза цилиндрической формы при действии внешних нормативных сил, имитирующих движение поезда. Составленная математическая модель позволила получить аналитические выражения для определения величины сдвига груза цилиндрической формы под действием продольных сдвигающих сил и определения возникающих при этом натяжений в гибких упругих элементах креплений.

6. Результаты вычислений позволяют отметить, что при симметричном размещении общего центра масс относительно продольной и поперечной осей симметрии вагона при действии на систему «груз-крепление-вагон» продольных сдвигающих сил:

- увеличение продольной силы (Р ) приводит к увеличению натяжений в стяжках по линейному закону. Результаты вычислений определяемых параметров при вариации .Р до 100 кН, показали, что её увеличение приводит к увеличению усилий в стяжках, причём при Р < 72 кН груз удерживается без закрепления стяжками;

- увеличение радиуса трубы приводит к изменению натяжений в стяжках по нелинейному закону. Результаты вычислений рассчитываемых параметров при вариации радиуса трубы в переделах от 1 до 1, 5 м с шагом 0,05 м показали, что его увеличение до значения 1,35 м, приводит к уменьшению усилий в стяжках, а затем к их увеличению.

7. Полученные результаты исследований являются вкладом в теорию размещения и крепления грузов в вагонах и имеют практическую направленность, поскольку позволяют составить программу расчёта креплений груза цилиндрической формы в вагоне с использованием возможностей вычислительных сред.

Таким образом, в диссертации содержится новое решение актуальной прикладной задачи по усовершенствованию методики расчёта креплений грузов цилиндрической формы, направленной на обеспечения безопасности движения поездов и сохранной перевозки грузов в пути следования.

Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в следующих научных работах:

1. Туранов Х.Т., Чуев Н.П., Тимухина E.H., Рыкова JI. А. Аналитическое исследование движения груза цилиндрической формы вдоль вагона / Транспорт: Наука, техника и управление, 2007, № 11. - С. 19-21.

2. Рыкова JI.A. Крепление грузов цилиндрической формы и грузов на колесном ходу / Крепления грузов в вагонах: учебн. пособие для вузов железнодорожного транспорта / Под ред. д.т.н., профессора Х.Т. Туранова. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2006. - 286 с. - С. 201-233.

3. Рыкова Л.А. Определение натяжений в стяжках грузов цилиндрической формы // Материалы Междунар. научн. - практич. конф. «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России». - Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С. 356-357.

4. Туранов Х.Т., Рыкова JT.A. Моделирование натяжений в стяжках при смещении грузов цилиндрической формы поперек вагона // Материалы Междунар. научн. - практич. конф. «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России». - Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - С. 374-375.

5. Рыкова Л.А. Математическая модель натяжения элементов креплений грузов цилиндрической формы в полувагоне // Труды Седьмой научн. - практич. конф. «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2006. - С. VI - 20-22.

6. Рыкова Л.А. Равновесие груза цилиндрической формы. Связь в виде гладкой (без трения) поверхности / Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебн. пособие для вузов железнодорожного транспорта. — Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2007. - 365 с. - С. 30-37.

7. Рыкова JI.A. Задание на определение реакции связей в относительном движении груза цилиндрической формы / Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебн. пособие для вузов железнодорожного транспорта. 8-Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2007. - 365 с. - С. 315-322.

8. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков A.JL, Рыкова JI.A. Программа для ЭВМ «Расчёт натяжений в гибких элементах креплений негабаритного груза при смещении общего центра тяжести поперёк вагона при движении поезда по кривому участку пути на спуск». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612668 от 28.07.2006 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006611780 от 31.05.2006.

9. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков A.JL, Рыкова JI.A. Программа для ЭВМ «Расчёт параметров креплений негабаритного груза, размещённого согласно Техническим условиям размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613665 от 20.10.2006 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке №2006611869 от 07.06.2006 г.

10. Туранов Х.Т., Тимухина E.H., Рыкова JI.A. Программа для ЭВМ «Расчёт усилий в креплениях груза цилиндрической формы, размещённого на платформе». Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007613926 от 13.09.2007 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам по заявке № 2007612958 от 17.07.2007.

1. Шанайц П.С. По пути совершенствования безопасности перевозок / Ж. д. трансп., 2004, №9. С.7-12.

2. Большая энциклопедия транспорта: В 8 т. Т. 4. Железнодорожный транспорт / Главный редактор Н.С. Конорев. М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. 1039 с.

3. Совершенствование способов размещения и крепления грузов в вагонах / Под ред. А. Д. Малова. Труды ВНИИЖТ. Вып.421. М.: Транспорт, 1970.- 136 с.

4. Малов А.Д. Исследование ускорений и перемещений грузов в вагонах // Вестник ВНИИЖТ. 1979. № 4. С. 50-55.

5. Малов А.Д. Обеспечение продольной устойчивости грузов в вагонах // Ж.-д. трансп. 1979. № 2. С. 18-22.

6. Малов А. Д. Крепление грузов на открытом подвижном составе для перевозки при высоких скоростях движения / Труды ВНИИЖТ. Вып.294. -М.: Транспорт, 1965. 167 с.

7. Малов А.Д. Методика определения норм крепления грузов // Вестник ВНИИЖТ. 1978. №3. С. 49 53.

8. Малов А.Д., Результаты испытаний способов крепления грузов на транспортерах площадочного типа // Совершенствование способов размещения и крепления грузов в вагонах. М.: Транспорт, 1970. С. 90 - 102.

9. Малов А.Д. Крепление грузов в условиях повышенных скоростей движения поездов // Бюллетень организации сотрудничества железных дорог. 1979. №6. С. 13-17.

10. Размещение и крепление грузов в вагонах. Справочник / А. Д. Малов, О. И. Михайлов, Г. М. Штейнфер, Г. П. Ефимов. М.: Транспорт, 1980. 328 с.

11. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. М.: Юртранс, 2003. - 544 с.

12. Львов A.A., Грачева Л.О. Современные методы исследований динамики вагонов. // Труды ЦНИИ МПС. М.: Транспорт, 1972, вып. 457. -160 с.

13. Анисимов П.С., Грачева Л.О. Условия перевозки крупногабаритных и негабаритных грузов на четырехосных платформах. М.: Транспорт, 1977. -40 с.

14. Анисимов П.С. Колебания в горизонтальной плоскости четырехосной платформы с несимметрично расположенным тяжеловесным грузом / Вестник ВНИИЖТ, 1988, №7. С.35-40.

15. Анисимов П.С., Чан Фу Тхуан. Влияние несимметричного размещения подрессоренного тяжеловесного груза на вертикальные колебания 4-хосного грузового вагона / Вестник ВНИИЖТ, 1994, №1. С.30-34.

16. Анисимов П.С. Оценка устойчивости колеса на рельсе при поперечном смещении центра массы тяжеловесного груза // Тез. докл. третьей на-учн.-практич. конф. "Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте". М.: МИИТ, 2001. С. IV-5.

17. Анисимов П.С. Безопасность движения открытого подвижного состава при несимметричном размещении тяжеловесных и крупногабаритных грузов. Дисс. на соиск. уч. степени докт. техн. наук. М.: МИИТ, 1988. - 608 с.

18. Основные принципы и требования по креплению укрупненных грузовых единиц (НРБ) // ЭИ/ ЦНИИТЭИ МПС железнодорожный транспорт за рубежом. Серия: I. М: 1984. Вып. 2 С.13-17., Вып. 5 С.6-10.

19. Tumielewiez М. Ladowa nie zabezpieczanie przesyiek miedzynarodowych. Eksplontacija Kiei, 1983. № 10p.276-282. (Польск.).

20. Bebadetechnik and Ldung Sicherund / Munzert R.// Deine Bahn. -1998. - 26, №6. - C. 345-348. - Нем.

21. Richting verladen in Güterwagen/ Dickjobst H. // Deine Bahn. 1995. — 23. №5. - C. 274-277. - Нем.

22. Zurrmittel zum Verzuren von Lastenl Dolerych V // DNF: Int. Fachzeitschr. Forger, — Lager and Transporttechn. DHF: Dtsch/ Hebe — and Forgertechn. - 1998. - 44, №5 C. 50-60. - Нем.

23. Псеровская Е.Д. Совершенствование способов перевозки и методов расчета крепления грузов с плоским основанием на открытом подвижном составе. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Новосибирск: 2000. - 17 с.

24. Королева Д.Ю. Совершенствование метода расчета крепления грузов при соударениях вагонов. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Новосибирск: 2001. - 23 с.

25. Зачешигрива М.А. Совершенствование метода расчета элементов крепления перевозимого груза при симметричном его размещении на вагоне от действия поперечных сил. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Новосибирск: 2003. - 19 с.

26. Коровяковский Е.К. Методические основы размещения и крпеления грузов с плоской опорой на подвижном составе железных дорог. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Санкт-Петербург, СПбГУПС, 2003. - 24 с.

27. Власова HB. Анализ нагруженности и выбор параметров элементов крепления грузов на открытом железнодорожном подвижном составе. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Екатеринбург: УрГУПС, 2005. - 24 с.

28. Чуйкова О.Ю. Совершенствование методики расчета крепления грузов при движении поезда по перегону на спуске при пневматическом торможении. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Новосибирск: 2006. - 24 с.

29. Тимухина E.H. Совершенствование методики расчета гибких элементов креплений груза на открытом железнодорожном подвижном составе. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Екатеринбург: Ур-ГУПС, 2006. - 24 с.

30. Ситников С.А. Совершенствование методики расчета натяжений в креплениях негабаритного груза при смещении общего центра тяжести поперек вагона. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - 24 с.

31. Зылев В.Б. Вычислительные методы в нелинейной механике конструкций. М.: НЩ «Инженер», 1999. - 145 с.

32. Туранов Х.Т., Псеровская Е.Д., Туранова Г.А., Королева Д.Ю. Моделирование движений закреплённых на вагоне грузов при трении скольжения при их перевозке на открытом подвижном составе // Вестник СГУПС, Выпуск №3.2000. С. 119-131.

33. Туранов Х.Т., Псеровская Е.Д., Туранова Г.А. Метод расчета крепления грузов / Ж.-д. трансп., 2001, №1. С.56-57.

34. Туранов Х.Т., Псеровская Е.Д., Королева Д.Ю. Расчет крепления грузов при соударениях вагонов / Ж.-д. трансп., 2002, №3. С.43-44.

35. Псеровская Е.Д., Королева Д.Ю., Зачешигрива М.А. Моделирование обобщенной жесткости крепления грузов // Тез. докл. научн.-практич. конф.

36. Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». М.: МИИТ, 2000. - С.22.

37. Псеровская Е.Д., Зачешигрива М.А. Моделирование усилий в креплении грузов при действии на них поперечных сил // Вестник СГУПС. Сборник трудов молодых ученых СГУПСа. Выпуск 2. управление, техника и технология. Новосибирск 2001г. - С.64-76.

38. Псеровская Е.Д., Туранова Г.А., Королева Д.Ю. Моделирование усилий в креплении грузов при действии на них продольных сил // Вестник

39. СГУПС. Сборник трудов молодых ученых СГУПСа. Выпуск 2. Управление, техника и технология. — Новосибирск; СГУПС, 2001. — С.51-63.

40. Бондаренко А.Н., Туранов Х.Т., Псеровская Е.Д. Общая формулировка и решение статически неопределимых задач при определении усилий в креплении грузов // Актуальные проблемы транспорта азиатской части России.- Новосибирск 2001. С.135-141.

41. Терзи В.И., Королева Д.Ю. Моделирование продольной качки вагона с грузом // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. — Новосибирск.: СГУПС, 2002. С.46-53.

42. Королева Д.Ю. Определение вертикальной силы инерции груза при прохождении поезда по стыкам пути // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Новосибирск: СГУПС, 2002. — С.53-58.

43. Терзи В.И., Королева Д.Ю., Аптыманов О.Ю., Чуйкова О.Ю. Определение жёсткостных характеристик крепления грузов по продольной и вертикальной осям вагона // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Новосибирск: СГУПС, 2002. - С.59-71.

44. Бондаренко А.Н., Туранов Х.Т., Псеровская Е.Д., Крытцева О.В., Мурашко К.В. Моделирование взаимных продольных перемещений ярусов штабельных грузов с учетом сил трения / Материалы докл. Междунар. Конгр.

45. Механика и трибология транспортных систем 2003", т.1. - Ростов-на-Дону: РГУПС, 2003. - С. 126. 130.

46. Корнеев М.В., H.B. Власова, Мурашко К.В., Корень О.В., Метель

47. Туранов Х.Т., Власова Н.В. Моделирование силы, действующей со стороны груза на упорный брусок по поперечной оси вагона // Вестник СГУПСа, № 6. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2003. - С. 53 - 66.

48. Туранов Х.Т., Власова Н.В., Метель Н.М. Совершенствование метода расчета упорного бруска, удерживающего груз от сдвига по поперечной оси вагона // Вестник СГУПСа, № 6. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2003. - С. 67 - 82.

49. Власова Н.В. Моделирование упорного бруска, как элемента крепления груза от сдвига по поперечной оси вагона // Сб. науч. трудов "Транспортные проблемы Сибирского региона", Иркутск: ИрГУПС, 2003. - Часть1. 166 с, С. 87.99.

50. Туранов Х.Т., Даусеитов Е.Б., Метель Н.М. Расчет усилий в гибких элементах крепления груза при маневровых соударениях вагонов с использованием программы COSMOS/M // Вестник Восточноукр. нац. ун-та им. В Даля. Луганск, 2004. №7. С. 128. 134.

51. Туранов Х.Т., Даусеитов Е.Б., Метель Н.М. Расчет деформированного состояния груза и подкладок при маневровых соударениях вагонов с использованием программы COSMOS/M // Вестник Восточноукр. нац. ун-та им. В Даля. Луганск, 2004. №7. С. 135. 141.

52. Рыков A.JL, Белкина Н.С., Власова Н.В. О влиянии уклона пути на нагруженность креплений груза при движении поезда по кривому участку пути // Материалы Шестой научн. практич. конф. "Безопасность движения поездов". - М.: МИИТ, 2005. - С. 1-32,33.

53. Ситников С.А. О влиянии профиля кривого участка пути на нагрузочную способность креплений груза // Матер-лы шестой научн. практич. конф. "Безопасность движения поездов". - М.: МИИТ, 2005. - С. I - 35,36.

54. Ситников С.А. О креплениях размещенных со смещением поперек вагона груза при движении поезда по кривому участку пути // Матер-лы шестой научн. практич. конф. "Безопасность движения поездов". - М.: МИИТ, 2005.-С. 1-36,37.

55. Рыков A.JI., Белкина Н.С., Корнеев М.В. Исследование нагруженно-сти креплений груза при движении поезда по кривым участкам пути // Материалы Шестой научн. практич. конф. "Безопасность движения поездов". — М.: МИИТ, 2005. - С. 1-38,39.

56. Мясникова H.A., Власова Н.В., Становова Н.В. О влиянии вертикальных сил инерции на усилия в гибких элементах креплений грузов // Материалы шестой научн.-практич. конф. "Безопасность движения поездов". М.: МИИТ, 2005. Т.З. С. VII-19.

57. Становова Н.В. О продольном смещении верхнего яруса штабельного груза с учетом сил трения на кромках груза // Материалы шестой научн.-практич. конф. "Безопасность движения поездов". М.: МИИТ, 2005. - С. XII-34.35.

58. Тимухина E.H. О методике расчета крепления грузов с учетом, особенности профиля прямого участка пути // Материалы шестой научн.-практич. конф. "Безопасность движения поездов". М.: МИИТ, 2005. - С. XII - 35.36.

59. Белкина Н.С. О методике определения усилий в гибких элементах креплений грузов с плоским основанием // Материалы шестой научн.-практич. конф. "Безопасность движения поездов". М.: МИИТ, 2005. - С. XII-5.

60. Белкина Н.С. Изучение влияние поперечных сил на усилия в креплениях груза при движении поезда по кривому участку пути под уклон // Сб. научн. тр. конф. "Молодые ученые транспорту". Екатеринбург: УрГУПС, 2005.-С. 399-405.

61. Ситников С.А. Исследование влияние смещения общего центра тяжести негабаритного груза на натяжения элементов креплений // Материалы VII междунар. научн. конф. "Кибернетика и технологии XXI века". - Воронеж: ВГТУ, 2006. Т.1.- С. 181-190.

62. Комаров K.JL, Яшин А.Ф. Теоретическая механика в задачах железнодорожного транспорта. Новосибирск: Наука, 2004. - 296 с.

63. Кудрявцев Е.М. MathCAD 2000 Pro. М.: Пресс, 2001. - 576 с.

64. Дьяконов В.П. MathCAD 2001: учебный курс. СПб.: Питер, -2001.-624 с.

65. Гурский Д.А. Вычисление MathCAD. Мн.: Новое знание, 2003. -814 с.

66. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. — М: Высш. шк., 1998. 416 с.

67. Пановко Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. — Л.: Политехника, 1990. 272 с.

68. Вертинский C.B., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. — М.: Транспорт, 1991. 360 с.

69. Карпущенко Н.И., Котова И.А. Боковой износ рельсов и безопасность движения / Путь и путевое хозяйство. №5, 2005. С. 9-11.

70. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. М.: Транспорт, 1986. - 559 с. - С. 191

71. Лысюк B.C. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблема износа колес и рельсов. М.: Транспорт, 1997. - 188 с.

72. Яблонский A.A., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. Ч. I. Статика. Кинематика. М: Высш. шк., 1977. - 368 с.

73. Фаборин М.В. Моменты инерции тел. Справочник. М.: Машиностроение, 1977. - 511 с.

74. Юденич В.В. Лабораторные работы по теории механизмов и машин. -М.: Высш. шк., 1962. 287 с.

75. Туранов Х.Т., Бондаренко А.Н., Власова Н.В. Крепление грузов в вагонах. Екатеринбург: УрГУПС, 2006. - 286 с.

76. Аккерман Г.Л. Кривые участки пути как подсистема инфрастуктуры железной дороги // Транспорт Урала. 2004. №2. С. 14-19.

77. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1987. - 479 с.

78. Туранов Х.Т., Ситников С.А., Рыков A.JI. Моделирование натяжений в гибких элементах креплений негабаритного груза при движении поезда по кривому участку пути / Наука и техника транспорта, 2007, №1. С. 97104.

79. Рыкова JI.A. Математическая модель натяжения элементов креплений грузов цилиндрической формы в полувагоне // Труды Седьмой научн. -практич. конф. «Безопасность движения поездов». — М.: МИИТ, 2006. — С. VI 20-22.

80. Туранов Х.Т., Чуев Н.П., Тимухина E.H., Рыкова JI. А. Аналитическое исследование движения груза цилиндрической формы вдоль вагона / Транспорт: Наука, техника и управление, 2007, № 11. С. 19-21.

81. Туранов Х.Т., Чуев Н.П., Рыкова Л. А. Моделирование движения груза цилиндрической формы поперёк вагона / Транспорт Урала, 2007, № 2. С. 19-24.