УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ НАДЕЖНОСТИ КРЕПЛЕНИЙ ГРУЗА В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ВАГОНЕ
DEVICE FOR INSPECTION OF CARGO FIXTURES RELIABILITY IN RAILWAY CAR

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.
2
Сущность изобретения заключается в том, что в качестве приводного механизма используют два противоположно направленных пневмоцилиндра, обеспечивающих угловое ускорение фермы не менее 12,82 рад/с, 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.
2
ey
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 ε=12,82 рад/с. 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, воспринимаемые креплениями груза в вагоне:
ey
I=0,46G,
где G - вес груза, кН;
2
0,46 - доля ускорения свободного падения g=9,81 м/с
(Туранов Х.Т. Размещение и крепление грузов в вагонах: Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - С.210).
еу
еу
2
Допустимое значение поперечного переносного ускорения вагона с грузом а 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=0,46g=4,51 м/с (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).
ey
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 (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:
,
гр.
где l - 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
2
Угловое ускорение фермы ε (рад/с) определяют из выражения
Зная угловое ускорение фермы и время разгона фермы, определяют ее угловую скорость по формуле
p
ω=εt.
Так как разгон фермы должен быть кратковременным, например 0,1 с, то угловая скорость фермы должна быть не менее ω=12,82·0,1=1,82 рад/с.
2
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 ω=12,82 рад/с.
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.