СРЕДСТВА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ СЫПУЧЕГО ГРУЗА, А ИМЕННО: ГИБКОЕ ЭЛАСТИЧНОЕ УКРЫТИЕ, ПРИЖИМНОЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЕГО ФИКСАЦИИ, ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПОЛУВАГОН С ТАКИМ УКРЫТИЕМ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ СОСТАВ, СОДЕРЖАЩИЙ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДИН ТАКОЙ ПОЛУВАГОН

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Группа полезных моделей относится к способам увязки гибких укрытий в различных моделях открытых универсальных железнодорожных полувагонах при бестарной перевозке твердых сыпучих грузов. В частности, группа полезных моделей относится к средствам для увязки гибких укрытий гранулированной и комовой серы, перевозимой железнодорожным транспортом в открытых железнодорожных полувагонах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При транспортировке груза его укрывают таким образом, чтобы обеспечить в процессе перевозки сохранность самого груза и транспортного средства, а также безопасность движения транспортного средства.
Для крепления грузов в вагонах часто используют растяжки, обвязки, стяжки и увязки. Растяжку закрепляют одним концом за увязочное устройство на грузе, а другой конец растяжки - к увязочному устройству на кузове вагона. Обвязка охватывает груз и закрепляется обоими концами за увязочные устройства на кузове вагона. Стяжка - средство крепления, предназначенное для соединения между собой и натяжения других средств крепления, в том числе растяжек и обвязок.
Для крепления растяжек и обвязок, а также для крепления укрытий в полувагонах обычно используют нижние увязочные устройства в виде металлических косынок, средние увязочные устройства в виде металлических петель, находящихся на стойках боковых стен на высоте 1100-1200 мм от пола, верхние увязочные устройства в виде скоб внутри и снаружи верхней обвязки кузова (Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. -М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. -544 с).
Типичные увязочные устройства универсального полувагона (УПВ) с торцовыми дверями показаны на фиг.1. В таких УПВ перевозят комовую и гранулированную серу. Для предотвращения возгорания и пожаров комовой и гранулированной серы при ее транспортировке насыпью в открытых железнодорожных полувагонах от внешних источников зажигания используют защитные негорючие или трудногорючие укрытия поверхности серы в полувагоне. Защитные укрытия изготавливают из трудногорючих полимерных материалов (Щеглов П.П. и др. Пожарная опасность перевозочного процесса серы и возможные пути ее снижения. Вестник ВНИИЖТ, 2004, №1).
Для исключения случаев возгорания и пожаров комовой и гранулированной серы при ее транспортировке насыпью в открытых железнодорожных полувагонах от внешних источников зажигания требуются особые условия перевозки:
- не допускается наличие на поверхности груза незакрытых участков и разрывов полотна;
- вся поверхность груза серы должна быть укрыта полотном из трудногорючего материала с надежным закреплением его на внутренних стенках полувагона и перекрестной обвязкой прочной неметаллической лентой (шнуром, веревкой) по поверхности тента с целью исключения парусности.
Согласно указанным требованиям, необходимо укрывать всю поверхность груза серы тентом и фиксировать его перекрестной обвязкой по поверхности для исключения парусности. Для наглядности на фиг.2 показана одна из возможных схем крепления укрытия к стенкам вагона с помощью ленточных растяжек и схема диагональной обвязки укрытия с помощью ленточной обвязки, используемая в настоящее время (числами от 1 до 14 на фиг.2 обозначают номер среднего увязочного устройства на внутренних стенках вагона). На двух боковых стенках вагона находится 28 увязочных устройств, на двух торцевых стенках вагона находится 8 увязочных устройств. Общее количество средних увязочных устройств в вагоне равно 36. Количество люверсов на усиленных краях укрытия также равно 36. Расстояние между увязочными устройствами на стенках вагона равно 0,95÷1 м, за исключением угловых устройств на боковой и торцевой стенках вагона - расстояние между ними составляет 0,05÷0,10 м.
Крепление укрытия к стенкам вагона с помощью ленточных растяжек реализуется следующим образом. Ленточная растяжка (далее - лента), крепится двойным узлом к первому люверсу, а затем двойным узлом к первому увязочному устройству. Затем лента крепится двойным узлом ко второму люверсу, а затем - двойным узлом - ко второму увязочному устройству. После этого лента крепится двойным узлом к третьему люверсу, а затем - двойным узлом - к третьему увязочному устройству. И так далее по всему внутреннему периметру полувагона, до полного замыкания периметра. После выполнения указанной операции производится диагональная обвязка (шнуровка) укрытия с помощью ленточной обвязки.
Как показано на фиг.2, один конец ленты крепится двойным узлом к первому увязочному устройству, а другой конец ленты крепится двойным узлом к третьему увязочному устройству на противоположной стенке вагона. Затем конец ленты крепится двойным узлом ко второму увязочному устройству, а затем лента крепится двойным узлом к четвертому увязочному устройству на противоположной стенке вагона, и после этого лента крепится двойным узлом к шестому увязочному устройству, и так далее аналогичным образом.
Такая схема крепления укрытия к стенкам вагона с помощью ленточных растяжек и применение диагональной обвязки укрытия с помощью ленточной обвязки обеспечивают полное укрытие поверхности серы при отправке вагона по маршруту. Недостатки этого способа состоят в том, что при длительной транспортировке груза на транзитных маршрутах (например, при длине маршрута 1÷3 тысячи км) целостность укрытия серы нарушается вследствие повреждения ткани укрытия, разрыва ленточных растяжек, разрыва ленточной обвязки. Вследствие этого поверхность груза серы оголяется, возникает угроза пожара.
Известен тент кузова транспортного средства для перевозки сыпучих грузов, содержащий гибкое подвижное покрытие, подвижной кромкой связанное с жестким подвижным силовым элементом, установленным на кузове, механизм открывания и закрывания и распределитель-уплотнитель груза, укрепленный на подвижном силовом элементе, который выполнен в виде козырька, укрепленного выше уровня подвижного силового элемента (авторское свидетельство СССР №839748). Данный тент кузова транспортного средства содержит раму, прикрепляемую к верхней части кузова транспортного средства, подвижную часть тента и механизма открывания и закрывания. Подвижная часть тента состоит из эластичного материала, гибких звеньев (из тросов или тяговых цепей) с планками, силового элемента в виде жесткого бруса и разравнивателя-уплотнителя. Составной частью механизма открывания и закрывания является гидравлическая система, которая включает гидроцилиндр двухстороннего действия. При загрузке транспортного средства подвижная часть тента находится на правом боку кузова. После заполнения кузова сыпучим грузом шток гидроцилиндра выдвигается и груз сверху закрывается тентом.
Недостатком известного тента является то, что он не может быть применен для стандартных полувагонов. Во-первых, кузов вагона необходимо разделять как минимум на три части для нормальной работы тросов или тяговых цепей для натягивания гибкого тента на вагон, что недопустимо по причине невозможности погрузки и разгрузки такого полувагона серой - погрузка вагона осуществляется с помощью 20-ти футового контейнера с открывающимся днищем, а разгрузка серы осуществляется с помощью грейфера. Во-вторых, каждый вагон необходимо оборудовать гидроцилиндром двойного действия, а весь подвижной состав обеспечить гидросистемой.
Известен тент для грузового автомобильного транспортного средства (полезная модель Германии №DE 202006009851 U1). Данный тент имеет кромку с люверсами (или с застежками-липучками), а на каркасе кузова расположены соответственно петли для продевания прочного шнура и надежного скрепления конструкции. Это позволяет накрыть груз, расположенный в открытом сверху коробчатом кузове, с помощью одного большого тента. Другой вариант крепления - зажимы для фиксации тента или его кромки на каркасе прицепа. Для разблокировки зажимов в кабине водителя грузового автотранспортного средства может быть предусмотрена, например, установка выключателя замыкателя и размыкателя зажимов, действующего от магнита.
Недостатки известного тента следующие. В связи с тем, что железнодорожный полувагон имеет большие размеры (длину 13 м, ширину 3 м) установка одной горизонтальной поверхности тента сверху вагона не представляется возможным. Во время движения вагона со скоростью 80 км/час и наличии встречного или бокового ветра тент будет разрушаться аэродинамическими силами вследствие наличия парусности - расстояния Н между поверхностью груза и плоскостью укрытия.
Известно приспособление для фиксации включающее: полотнище, с помощью которого осуществляется фиксация груза и его защита от условий окружающей среды; ремень регулируемой длины, состоящий из первой концевой части определенной длины, средней части определенной длины, а также второй концевой части определенной длины, при этом концы первой и второй концевых частей удалены от средней части; первый держатель, прикрепленный к первой концевой части ремня и способный разъемно соединять первую концевую часть ремня и часть конструкции, не являющуюся полотнищем, для закрепления приспособления; второй держатель, прикрепленный ко второй концевой части ремня и способный разъемно соединять вторую концевую часть ремня и часть конструкции, не являющуюся полотнищем, для закрепления приспособления; зажим, с помощью которого производится крепление первой концевой части к полотнищу; при этом, когда груз накрыт полотнищем, а первый и второй держатели соединены с конструкцией для закрепления приспособления, первый держатель располагается между зажимом и средней частью ремня, в то время как зажим можно передвигать по всей длине первой концевой части от конца первой концевой части до средней части ремня груза (публикация американской заявки №2010/0219657 А1).
Особо следует отметить, что укрытие груза (полотнище) крепится с помощью держателей на части конструкции, не являющейся полотнищем (стена кузова, стена здания, грунт) с целью фиксации приспособления.
Недостатком указанного приспособления для фиксации груза является то, что оно является технически сложным в исполнении в качестве укрытия для сыпучего груза в железнодорожном полувагоне (периметр внутренних стенок полувагона 32 м), так как должно содержать: множество ремней регулируемой длины; множество держателей, способных разъемно соединять первую концевую часть ремня и часть конструкции; множество зажимов, неразъемно закрепленных на тенте (укрытии), с помощью которых производится крепление первой концевой части ремней к полотнищу.
Сложность конструкции может быть оправдана для укрытий с их повторным (многократным) использованием. На практике укрытия груза серы используются как одноразовые. Складирование укрытий у грузополучателя, их хранение и последующий возврат укрытий грузоотправителю не практикуется вследствие нерентабельности.
Известно укрытие для перевозки насыпных химических грузов в кузове транспортного средства, содержащее полотнище прямоугольной формы из гибкого ламинированного полипропиленового материала, по периметру которого закреплены круглые скобы, через которые пропущен гибкий элемент в виде полипропиленовой ленты для прикрепления полотнища к бортам кузова транспортного средства над уровнем расположения груза путем зацепления гибкого элемента в виде кусков обвязочной полипропиленовой ленты, которая петлеобразно выводится на наружную поверхность полувагона через сквозные отверстия, ранее просверленные в бортах полувагона для плотного натяжения полотнища к внутренним бортам кузова полувагона; при этом укрытие обвязано дополнительной полипропиленовой лентой зигзагообразно путем протаскивания этой ленты сверху укрытия от одной стенки полувагона поперек в направлении к другой стенке по всей длине укрытия (патент РФ на полезную модель №74879).
3
Недостатком указанного укрытия является то, что сквозные отверстия в вагоне для крепления ленты находятся на одном уровне. При изменении плотности серы от 1,1 до 1,4 т/м между поверхностью укрытия и поверхностью серы будет образовываться большой зазор, возникнет большая парусность Н, укрытие не будет прилегать к поверхности серы, что приведет к увеличению аэродинамических нагрузок и может привести к повреждению укрытия или обвязки. Другие недостатки известного укрытия подробно раскрываются ниже в сравнении с предлагаемым способом укрытия сыпучего груза.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Группа полезных моделей относится к железнодорожным перевозкам сыпучих грузов, и в частности, касается способов увязки гибких укрытий гранулированной и комовой серы, перевозимой железнодорожным транспортом в открытых железнодорожных полувагонах.
Известны случаи возгорания серы в полувагонах при попадании искр и других открытых источников огня на оголенную поверхность серы. Оголение поверхности серы, в свою очередь, образуется при воздействии аэродинамических сил на конструкцию укрытия груза при движении поезда.
Допустимая скорость движения вагонов с грузом серы 80 км/час, а при встречном ветре с порывами до 25 м/с на вагон действует поток воздуха со скоростью 169 км/час. Испытания на ветростойкость укрытий груза серы на полноразмерной модели полувагона в аэродинамической трубе показали, что нагрузка распределяется неравномерно по площади укрытия: в передней части модели полувагона укрытие, подвергаясь интенсивному воздействию набегающего потока воздуха, приподнимается и выпучивается, а в средней части укрытие, напротив, прижимается потоком вниз; в задней части вагона поведение укрытия неустойчиво по всей ширине модели. Наибольшие, разрушающие целостность укрытия, силы отмечены в передней части вагона (2-3 м от торца вагона), и они тем больше, чем выше скорость потока и чем больше парусность Н укрытия - расстояние между уровнем крепления укрытия к стенкам вагона и уровнем поверхности груза.
На основе полученных экспериментальных данных и наблюдений был разработан способ, позволяющий продлить ресурс целостности укрытия без изменения конструкции вагона и при различной парусности укрытия. Эффективным способом сохранения целостности укрытия в передней и задней части вагона (направление движения вагона на маршруте может многократно изменяться) является уменьшение расстояния до достаточного значения между перекрестными обвязками укрытия (уменьшение шага обвязки укрытия).
Дополнительно, в качестве обвязки, предлагается использовать уже готовую сетку с неразъемными узлами, сплетенную из лент (шнуров, веревки, троса, каната) для защиты укрытия от ветровой нагрузки. Частоту ячеек сетки в передней и задней частях, которые примыкают к торцам вагона на длину до 3 м, увеличивают в несколько раз по сравнению со средней частью сетки. Это позволяет сократить не только трудоемкость работ по укрытию груза серы в вагоне, но и повысить уровень защиты укрытия от ветровой нагрузки за счет использования неразъемных узлов сетки.
Предложен железнодорожный полувагон для транспортировки сыпучих грузов, содержащий кузов, имеющий борта, снабженные такелажными анкерами (увязочными устройствами), выполненными с возможностью крепления такелажных элементов на разной высоте, гибкое эластичное укрытие с люверсами по всему периметру вблизи его краев для крепления к упомянутым такелажным анкерам, натяжные такелажные элементы (растяжки) для крепления люверсов к такелажным анкерам и прижимные такелажные элементы (обвязка) для фиксации поверхности укрытия в вертикальном направлении, в котором упомянутые прижимные такелажные элементы образуют на поверхности укрытия ячеистую сеть, а среднюю площадь ячейки изменяют антибатно величине подъемной аэродинамической силы, которая может воздействовать на поверхность укрытия в критических режимах эксплуатации.
Также предложен полувагон, в котором средняя площадь упомянутой ячейки в передней и в средней его (полувагона) части соотносятся, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16 и соответственно одновременно средний размер упомянутой ячейки в задней и в средней его (полувагона) части соотносятся, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16. При этом средняя площадь упомянутой ячейки в передней и задней его (полувагона) части должны быть равны.
Предложенные средства для укрытия груза зарекомендовали себя в течение более полугода при перевозке комовой и гранулированной серы на расстояниях до 3000 км. Применение упомянутого способа позволяет лучше сохранить целостность конструкции укрытия (включая ткань укрытия, растяжки, обвязки и люверсы) на всем протяжении маршрута и более чем в 5 раз уменьшить количество случаев загорания груза серы в вагонах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача настоящей группы полезных моделей состоит в повышении ветростойкости гибких эластичных укрытий сыпучего груза в железнодорожных полувагонах с обвязкой укрытия.
Технический результат заключается в повышении ветростойкости гибких эластичных укрытий сыпучего груза в железнодорожных полувагонах за счет уменьшения средней площади ячейки прижимной сетки в местах укрытия в местах, подвергающихся наиболее сильному воздействию подъемной силы.
Вышеуказанный технический результат достигается, в частности, при использовании железнодорожного полувагона для транспортировки сыпучих грузов, содержащем кузов, имеющий борта, снабженные такелажными анкерами (увязочными устройствами), выполненными с возможностью крепления такелажных элементовна разной высоте, гибкое эластичное укрытие с люверсами по всему периметру вблизи его краев для крепления к упомянутым такелажным анкерам, натяжные такелажные элементы (растяжки) для крепления люверсов к такелажным анкерам и прижимные такелажные элементы (обвязка) для фиксации поверхности укрытия в вертикальном направлении, в котором упомянутые прижимные такелажные элементы образуют на поверхности укрытия ячеистую сеть, а среднюю площадь ячейки изменяют антибатно величине подъемной силы, которая может действовать на поверхность укрытия в критических режимах эксплуатации.
Гибкое эластичное укрытие служит для предотвращения или снижения воздействия вредных факторов окружающей среды на сыпучий груз. Оно может быть выполнено цельнотканым, сшитым из отдельных полотнищ, цельнолистовым или состоящим из отдельных листов, неразъемно соединенных между собой. Укрытие может быть выполнено из трудногорючего, негорючего или огнестойкого материала, стеклоткани, стекловолокна, асбестоволокна или базальтового волокна или композитных материалов, армированных стеклотканью, стекловолокном, асбестоволокном или базальтовым волокном.
Прижимные такелажные элементы (обвязка) служат для ограничения подвижности укрытия в вертикальном направлении. В одной из частных форм прижимные такелажные элементы выполнены таким образом, чтобы средняя площадь упомянутой ячейки в передней и в средней его (полувагона) части соотносились, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16 и одновременно средний размер упомянутой ячейки в задней и в средней его (полувагона) части соотносились, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16. При этом средние площади упомянутых ячееек в передней и в задней его (полувагона) части должны быть равны. Прижимные элементы могут быть закреплены таким образом, чтобы между упомянутым укрытием и поверхностью упомянутого груза по существу не оставалось свободного пространства, по меньшей мере, в передней и/или задней его (полувагона) части. Прижимные элементы могут представлять собой поперечно-диагональную и/или поперечно-продольную обвязку с переменным шагом. В местах перекрещивания прижимные такелажные элементы могут быть дополнительно склеены и/или соединены между собой узлами и/или соединены между собой скрепками. Прижимные такелажные элементы могут быть выполнены упруго-эластичными. Прижимные элементы могут быть свободными или соединенными с упомянутым укрытием, предпочтительно, посредством клеевого соединения.
Натяжные такелажные элементы (растяжка) служат для фиксации краев укрытия в непосредственной близости от бортов кузова полувагона, обеспечивают укрытие всей поверхности груза в целом. В одной из форм выполнения укрытия полувагона натяжные такелажные элементы могут быть протянуты через люверс упомянутого укрытия, затем - по диагонали - через отверстие упомянутого такелажного анкера, затем - через соседний люверс упомянутого укрытия и так далее - по всему периметру упомянутого кузова и укрытия, или участки упомянутых натяжных такелажных элементов перехлестнуты и/или привязаны к дополнительному такелажномуэлементу, протянутому через отверстия в упомянутых анкерах по всему периметру упомянутого кузова.
Для усиленной фиксации краев укрытия люверсы могут быть привязаны к противолежащим такелажным анкерам дополнительными такелажными элементами.
Такелажные элементы служат для крепления и фиксации укрытия и, как правило, представляют собой гибкие эластичные протяженные элементы разной формы, выполненные из одного или нескольких материалов. В качестве такелажных элементов, в том числе, в качестве натяжных такелажных элементов и в качестве прижимных такелажных элементов могут быть использованы тросы, канаты, чалки, цепи, ремни, текстильные, канатные и/или цепные стропы. Эти элементы могут быть соединены между собой посредством такелажной арматуры, талрепов, коушей, крюков, канатных зажимов и/или такелажных скоб.
В одной из форм выполнения полувагона, для уменьшения вспучивания ткани укрытия под действием аэродинамических сил при движении вагона натяжные элементы могут быть прикреплены к упомянутым анкерам на уровне или немного ниже поверхности сыпучего груза.
Такелажные анкеры служат для крепления такелажных элементов к бортам кузова полувагона, в том числе, для крепления натяжных такелажных элементов, прижимных такелажных элементов, дополнительных и других такелажных элементов. Такелажные анкеры могут быть выполнены в форме вертикально расположенных металлических элементов, приваренных к внутренней поверхности бортов упомянутого кузова по всему периметру, при этом каждый металлический элемент снабжен группой отверстий на разном уровне по горизонтали или представляют собой группы размещенных на разном уровне U-образных крюков, группы, размещенных на разном уровне С-образных петель, звенья цепей, отрезки металлического профиля с отверстиями, выполненными на разном уровне.
Вышеупомянутый технический результат также достигается при использовании прижимного такелажного элемента для фиксации гибкого эластичного укрытия железнодорожного полувагона в вертикальном направлении, выполненного в виде ячеистой сети, в которой средняя площадь ячейки в продольном направлении изменяется антибатно величине подъемной силы, которая может действовать на поверхность упомянутого укрытия в критических режимах эксплуатации.
В одной из частных форм выполнения, средняя площадь упомянутой ячейки сети в ее передней и средней зоне соотносятся, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16 и соответственно одновременно средний размер упомянутой ячейки сети в ее задней и в средней части соотносятся, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16. При этом средние площади упомянутых ячеек в передней и в задней его (полувагона) части должны быть равны.
В еще одной частной форме, упомянутая сеть выполнена из поперечно-продольных и/или поперечно-диагональных элементов с переменным шагом.
В другой частной форме выполнения, упомянутые прижимные элементы склеены и/или соединены между собой узламии/или скрепками в местах перекрещивания.
Вышеупомянутый технический результат также достигается при осуществлении способа укрытия сыпучего груза для перевозки в железнодорожном полувагоне, в котором используют вышеупомянутые такелажные элементы, вышеупомянутое укрытие и вышеупомянутый полувагон без укрытия и такелажных элементов, при этом, внутрь упомянутого полувагона засыпают груз, укладывают упомянутое укрытие на поверхность указанного груза, крепят края упомянутого укрытия к упомянутым такелажным анкерам посредством упомянутых натяжных элементов за люверсы, и фиксируют поверхность упомянутого укрытия в вертикальном направлении, посредством формирования из упомянутых прижимных такелажных элементов ячеистой сети на поверхности упомянутого укрытия, таким образом, чтобы средняя площадь ячейки изменялась антибатно величине подъемной силы, которая может действовать на поверхность упомянутого укрытия в критических режимах эксплуатации упомянутого полувагона.
Вышеупомянутый технический результат также достигается при использовании гибкого эластичного укрытия сыпучего груза в железнодорожном полувагоне, характеризующегося тем, что оно снабжено люверсами по всему периметру вблизи краев для крепления к такелажным анкерам и содержит вышеописанный прижимной такелажный элемент, соединенный с ним (укрытием), предпочтительно, посредством клеевого соединения.
Вышеупомянутый технический результат также достигается при использовании комплекта для укрытия сыпучего груза в железнодорожном полувагоне, содержащий вышеупомянутое гибкое эластичное укрытие и вышеупомянутые прижимные такелажные элементы.
Указанный комплект может применяться для укрытия сыпучего груза в открытом кузове транспортного средства.
Вышеупомянутый технический результат также достигается при использовании железнодорожного состава для перевозки сыпучих грузов, который содержит, по меньшей мере, один из вышеописанных железнодорожных полувагонов.
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР
На фиг.1 показаны увязочные устройства универсального полувагона (УПВ) с торцовыми дверями.
На фиг.2 показана схема крепления укрытия к стенкам вагона с помощью ленточных растяжек и схема диагональной обвязки укрытия с помощью ленточной обвязки, используемая в настоящее время.
На фиг.3 показана схема дополнительного крепления полотнища полипропиленовой лентой к стенкам полувагона путем перекрестной обвязки (шнуровки) по патенту РФ на полезную модель №74879 U1.
На фиг.4 показана схема укрытия груза серы в полувагоне с использованием дополнительного крепления укрытия серы путем перекрестной обвязки (шнуровки).
На фиг.5 показана фотография полувагона с разрывом укрытия груза серы при использовании дополнительного крепления укрытия серы путем перекрестной обвязки (шнуровки).
На фиг.6 виден угол вагона с гранулированной серой после пожара, который был ликвидирован с помощью пенной атаки пожарного поезда.
На фиг.7 показана фотография модели железнодорожного полувагона снаружи в аэродинамической трубе.
На фиг.8 показана фотография модели железнодорожного полувагона изнутри.
На фиг.9 схематично показана конфигурация укрытия в продольном и поперечном направлении при Н=430 мм, β=0°, V=45 м/с. На схеме видно, что в первой зоне укрытия, расположенной за торцевой стенкой полувагона со стороны набегающего потока, укрытие может выпучиваться вверх на высоту выше уровня крепления, подвергаясь сильным ветровым нагрузкам.
На фиг.10 показана фотография, где виден отрыв люверсов от укрытия и частичный разрыв обвязки при испытаниях укрытия №3 при Н=230 мм, угол β=15°.
На фиг.11 показана фотография, где виден разрыв шва укрытия №5, соединяющего два полотна стеклоткани, на длину более 1 м. Парусность Н=230 мм, β=0°; сверху представлен вид на все укрытие в целом, снизу - крупный план.
На фиг.12 показана фотография, где виден срыв укрытия №2 при Н=230 мм, угол β=0°; сверху показан макет полувагона изнутри, снизу - изображен макет полувагона снаружи, на бортах полувагона слева и справа свисают части ткани оторванного укрытия и обвязки (шнуровочных лент).
На фиг.13 показано поведение укрытия №4 в аэродинамической трубе при скоростях потока V=18 (сверху); 28 (в центре) и 45 м/с (внизу); парусность Н=430 мм, угол β=0° град; направление воздушного потока - слева направо.
На фиг.14 показано дополнительное крепление укрытия в полувагоне путем перекрестной обвязки (шнуровки) с различной частотой.
На фиг.15 показана схема перекрестной обвязки (шнуровки) укрытия с различным шагом возле торцевых стенок вагона и в средней части вагона (видно, что путь растяжки проходит через позиции 1, 15, 19, 33, 36, 1 с увязкой двойным узлом на каждом люверсе укрытия).
На фиг.16 показана сетка для защиты укрытия от ветровой нагрузки.
На представленных фигурах приняты приняты следующие обозначения:
102 - нижнее увязочное устройство;
104 - среднее увязочное устройство;
106 - верхнее увязочное устройство (внутреннее);
108 - верхнее увязочное устройство (наружное);
110 - верхняя обвязка;
112 - нижняя обвязка;
114 - лесная скоба;
201 - АВСД - площадь S элементарной ячейки укрытия при использовании конструкции укрытия по патенту РФ на полезную модель №74879;
202 - при уменьшении расстояния между параллельными обвязочными лентами в 2 раза по сравнению с позицией 201 площадь элементарной ячейки укрытия уменьшается в 4 раза;
203 - при уменьшении расстояния между параллельными обвязочными лентами в 3 раза по сравнению с позицией 201 площадь элементарной ячейки укрытия уменьшается в 9 раза;
204 - при уменьшении расстояния между параллельными обвязочными лентами в 4 раза по сравнению с позициями 201 площадь элементарной ячейки укрытия уменьшается в 16 раз;
301 - стенка полувагона;
302 - увязочное устройство на внутренней стенке вагона;
303 - сетка для защиты укрытия от ветровой нагрузки;
304 - неразъемный узел сетки;
305 - стяжка для крепления сетки к увязочному устройству;
θ - расстояние между параллельными обвязочными лентами (шаг обвязки).
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Известное из патента РФ на полезную модель №74879 укрытие, содержит полотнище из ламинированной полипропиленовой ткани, по периметру которого закреплены круглые скобы, через которые пропущена лента полипропиленовая, с последующим натяжением обвязочной ленты кусками такой же ленты длиной 500 мм, которая протаскивается через сквозные отверстия (кол-во 32 шт.) в бортах транспортного средства, а на наружной части полувагона завязывается узлом. Укрытие могут крепить и другим способом. В этом случае ответными элементами на наружной поверхности бортов кузова транспортного средства являются куски обвязочной полипропиленовой ленты длиной 500 мм, которые петлеобразно выведены наружу за борт полувагона для плотного примыкания полотнища укрытия к внутренней поверхности полувагона путем натяжения гибкого элемента полипропиленовой ленты по всему периметру укрытия, после чего куски обвязочной ленты завязываются узлом на наружной поверхности бортов транспортного средства. Как показано на фиг.3 и фотографии 4 для предотвращения парусности укрытие сверху обвязывают дополнительной полипропиленовой лентой зигзагообразно путем протаскивания этой ленты сверху укрытия от одной стенки полувагона поперек в направлении к другой стенке по всей длине укрытия.
Для крепления укрытия к внутренним стенкам полувагона в бортах полувагона по всему периметру сверлят множество отверстий (32 шт). Обвязочную ленту протаскивают через сквозные отверстия в бортах полувагона, и затем завязывают узлом снаружи полувагона так, чтобы узел не проваливался через отверстие вовнутрь. Все отверстия в бортах полувагона просверлены на одной высоте, поскольку сверлить несколько рядов отверстий (на различной высоте от пола вагона) по всему периметру вагона недопустимо: при использовании вагона для транспортировки рыхлой гранулированной серы, она будет высыпаться через отверстия, выполненные на высоте, которая соответствует засыпке плотной комовой серы той же массы.
Тем не менее, несмотря на предпринимаемые меры, перекрестная обвязка укрытия прочной лентой не предотвращает нарушения целостности укрытия, и груз серы часто оголяется при дальних перевозках (фиг.5). На фиг.6 виден угол вагона с гранулированной серой после пожара, который был ликвидирован с помощью пенной атаки пожарного поезда.
Только на Донецкой железной дороге в 2009 и 2010 гг. ежегодно было зарегистрировано около 100 пожаров серы в полувагонах, проходящих транзитом, при этом основная причина пожаров заключалась в оголении поверхности серы в результате разрыва лент перекрестной обвязки укрытий, разрыва лент увязки укрытия к стенкам вагона и повреждения ткани укрытия.
Вероятность оголения серы повышается с увеличением длины маршрута, которая может достигать 3000 км и более. На промежуточных пунктах, где производится досмотр грузов, полувагоны с оголенной серой снимают с маршрута и заново укрывают новым тентом.
В целом многолетний опыт перевозки серы в открытых полувагонах показывает, что вероятность оголения поверхности серы, а значит, и вероятность возникновения пожара груза серы в полувагоне, возрастает с увеличением парусности укрытия.
Целостность укрытия можно обеспечить путем уменьшения парусности укрытия до минимального значения. Это можно достичь за счет применения увязочных устройств (такелажных анкеров) для крепления укрытия груза, расположенных рядами на различном уровне по всему периметру вагона. Однако, как показывает практика, в этом случае возникают такие проблемы как повышенная стоимость переоборудования парка полувагонов для перевозки серы, сложность крепления рядов такелажных анкеров на различных уровнях по всему периметру вагона вследствии деформации стенок вагонов при их длительной эксплуатации, многочисленных следов ремонтов и усиления конструкции вагона.
Необходимо было найти способы обеспечения целостности укрытия на всем протяжении маршрута при различной парусности, в том числе и при максимально возможной величине парусности; и при этом не изменять существующую конструкцию увязочных устройств (такелажных анкеров) Решение указанной проблемы и было целью данной работы. Для достижения этой цели также было необходимо установить причины, вызывающие разрушение конструкции укрытия как единого целого - включая полотно укрытия (ткань укрытия, швы укрытия, люверсы), а также растяжки и обвязки (шнуровочные ленты).
Прежде всего, необходимо было выявить слабые места в конструкции всего укрытия, где нарушается целостность самого укрытия (разрыв ткани, разрыв швов, отрыв люверсов), а также нарушается целостность растяжек и обвязок. Очевидно, что слабые места находятся в зоне действия больших аэродинамических сил, воздействующих на укрытие, при больших скоростях движения поезда. Было высказано предположение, что по длине вагона и по ширине вагона величина аэродинамических сил, действующих на поверхность укрытия, может зависеть от продольной и поперечной координаты и угла ориентации вектора скорости набегающего воздушного потока.
Для проверки предположения проводили испытания полноразмерных укрытий груза серы (в открытых полувагонах) на ветростойкость в аэродинамической трубе с визуализацией поведения конструкции укрытия путем проведения фото- и видеосъемки.
Для проведения экспериментов применяли полноразмерную модель железнодорожного полувагона длиной 12,35 м, шириной 3 м, с высотой бортов 1,18 м (расстояние от нижней части полувагона, т.е. от условной поверхности груза серы, и до верхней кромки бортов вагона).
Модель железнодорожного полувагона содержала металлический каркас из профилированных стоек прямоугольного сечения, обшитых по бортам стальным листом. Пол модели покрыт листами фанеры 1,5×1,5 м толщиной 10 мм. По всему внутреннему периметру модели железнодорожного полувагона с шагом 950 мм приварены 32 такелажных анкера, представляющих собой вертикальные равнополочные уголковые гребенки длиной 450 мм. Упомянутые уголковые гребенки имеют отверстия диаметром 20 мм для крепления укрытий, отверстия расположены попарно с шагом 70 мм. На каждой полке уголковой гребенки имеются 7 отверстий, общее количество отверстий на двух полках гребенки 14. Полноразмерная модель железнодорожного полувагона была разборной и имела скрепляемые между собой три секции корпуса вагона, а также конусные стойки с шарами диаметром 80 мм и шарнирный узел типа вилки для крепления к передней и задней телескопической стойкам верхнего строения весов; на стенках вагона по всему периметру крепились 32 вертикальные уголковые гребенки с отверстиями. Фото модели железнодорожного полувагона снаружи представлено на фиг.7, а фото изнутри - на фиг.8. Модель полувагона устанавливают в аэродинамической трубе на стойках верхнего строения весов аэродинамической трубы под нулевым углом атаки и различными углами скольжения и расчаливают съемными тросами к крыше кабины управления для исключения колебаний. При весовых замерах тросы демонтируют.
Модель испытывают в дозвуковой аэродинамической трубе непрерывного действия, замкнутого типа с двумя обратными каналами и открытой рабочей частью (Прикладная аэродинамика. Мартынов А.К., М., «Машиностроение», 1972, стр.488). Аэродинамическая труба содержит сопло, два вентилятора, открытую рабочую часть, форкамеру, обратные каналы, кабину управления с шестикомпонентными весами, диффузор, стойки верхнего строения с подкосами.
Поток воздуха в аэродинамической трубе создают двумя вентиляторами. В открытой рабочей части аэродинамической трубы на поворотном круге выставляют кабину с весами под необходимым углом скольжения β. Над кабиной расположены стойки верхнего строения с подкосами. Характеристики аэродинамической трубы указаны в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1
Характеристики аэродинамической трубы
Скорость потока
до 50 м/с
Сечение сопла (эллипс)
24×14 м
Длина рабочей части
24 м
Мощность
30000 кВт
Аэродинамическая труба оборудована электромеханическими весами и системой дистанционного управления объектом испытания. Регистрацию, сбор и обработку результатов испытаний осуществляют посредством измерительно-вычислительного комплекса.
Модель полувагона размещают в открытой части аэродинамической трубы под необходимым углом скольжения β. Угол скольжения β определяют из формулы:
бв
дв
β=arctg V/V,
где:
бв
V - скорость бокового ветра, м/с,
дв
V - скорость движения вагона, м/с
Испытуемые укрытия содержали несколько полотнищ из стекловолокна, сшитых между собой. Длина и ширина укрытия была немного больше, чем длина и ширина полувагона. Края укрытия по всему периметру упрочняют (заворачивают в два слоя и прошивают). Укрытия крепят за люверсы к такелажным анкерам (уголковым гребенкам) на стенках модели железнодорожного полувагона. Упомянутые анкеры выполняют с возможностью крепить укрытие на различной высоте от пола модели (имитирующего поверхность груза). Высоту крепления варьируют в диапазоне от 20 до 440 мм. Люверсы крепят к упомянутым гребенкам посредством крепящих лент. Кроме того, укрытие прижимают к полу модели посредством шнуровочных лент, протянутых по диагонали между противоположными сторонами модели. Количество диагоналей - 7 штук в одном направлении и 7 штук в другом направлении.
На каждое испытуемое укрытие наклеивают светоотражательные маркеры (ретрорефлекторы размером 15×15 мм и 50×50 мм) в трех сечениях в продольной плоскости симметрии полувагона; при этом на каждое укрытие наносят контрастные круги диаметром 150 и 300 мм черного цвета для повышения избирательности отраженного ретрорефлекторами светового потока; над соплом и диффузором в продольных плоскостях устанавливают фото- и видеокамеры; устанавливают прожектора соосно с фото- и видеокамерами; между стенками полувагона и люверсами укрытия устанавливают градуированные тензодатчики для определения усилий натяжения в лентах крепления (первый тензодатчик устанавливали вблизи стойки №12, второй - у левой по потоку стойки заднего борта); на верхнюю часть бортов наносят реперные точки для парирования смещения полувагона в кадре из-за колебаний его в потоке; днище полувагона расчаливают к кабине весов тросами диаметром 6 мм с тандерами для увеличения жесткости.
При проведении экспериментов варьируют скорость потока, время воздействия воздушного потока, высоту крепления укрытия над уровнем пола (парусность), угол β - угол между вектором скорости набегающего потока и продольной осью полувагона. Свойства укрытий оценивают при сравнимых значениях указанных параметров, при использовании крепящих и шнуровочных лент из одного и того же материала и при одинаковой схеме увязки.
Изучают длительное воздействие воздушного потока при трех скоростях - 18, 28 и 45 м/с, что соответствует скорости движения железнодорожного состава 65, 101 и 162 км/час. Изучают воздействие бокового ветра на укрытие при угле между вектором скорости набегающего потока и продольной осью полувагона β=15° (при таком угле скорость бокового ветра примерно в 4 раза меньше, чем скорость набегающего потока). Амплитуду и частоту колебаний отдельных участков укрытий с ретрорефлекторами определяют посредством фото и видеосъемки, одновременно регистрируют усилия натяжения в лентах крепления посредством тензодатчиков. После каждого пуска аэродинамической трубы укрытие и его элементы осматривают, фиксируют повреждения (разрывы ткани, расхождение швов, отрыв люверсов, разрывы крепежных лент, разрывы шнуровочных лент по всей площади полувагона).
В серии из 15 экспериментов 9 типов гибких укрытий из стеклоткани испытывали в аэродинамической трубе при различных скоростях воздушного потока, времени воздействия воздушного потока, в том числе при наличии бокового ветра, при различной высоте крепления укрытия над полом модели полувагона (т.е. над условной поверхностью груза). При этом получают результаты фото и видеосъемки поведения всей поверхности укрытия, определяют амплитуды и частоты колебаний укрытия в различных частях модели полувагона. Посредством тензодатчиков определяют силы, действующие на люверсы укрытия, испытывают разные по прочности и по качеству крепящие ленты и шнуровочные ленты.
Режимы испытаний гибких укрытий, закрепленных в модели полувагона, в аэродинамической трубе приведены в таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
Режимы испытаний гибких укрытий, закрепленных в модели полувагона, в аэродинамической трубе
№ п./п.
Скорость воздушного потока, м/с и время выдержки, мин
Парусность Н, мм
Угол β, град
Номер укрытия
Цель пуска
1
18 м/с - 1 мин;28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
20
0
№1
Исследование зависимости целостности укрытия и целостности крепящих и шнуровочных лент от высоты Н (парусность укрытия) и направления воздушного потока
2
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
230
0
№1
3
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№1
4
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
15
№1
5
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин;
230
0
№5
Исследование зависимости целостности укрытия и
№ п./п.
Скорость воздушного потока, м/с и время выдержки, мин
Парусность Н, мм
Угол β, град
Номер укрытия
Цель пуска
45 м/с - 1 мин;
целостности крепящих и шнуровочных лент от высоты Н (парусность укрытия) и направления воздушного потока
6
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
20
0
№5
7
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
230
0
№2
8
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
230
15
№3
9
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№2
10
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№3
Сравнение различных по конструкции укрытий по устойчивости к воздействию воздушного потока
11
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№4
12
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№6
13
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№7
№ п./п.
Скорость воздушного потока, м/с и время выдержки, мин
Парусность Н, мм
Угол β, град
Номер укрытия
Цель пуска
14
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№8
15
18 м/с - 1 мин; 28 м/с - 1 мин; 45 м/с - 1 мин;
430
0
№9
Каждый эксперимент проводили по следующей схеме:
- выключают верхнее освещение в рабочей части аэродинамической трубы;
- включают 2 прожектора для направленного освещения маркеров укрытия;
- последовательно проводят набор заданных по программе испытаний скоростей потока 18 м/с, 28 м/с и 45 м/с;
- при достижении каждой из заданных скорости потока V включают сигнальные лампы: одну при V=18 м/с, две - при V=28 м/с, три - при V=45 м/с;
- при каждой фиксированной скорости потока проводят скоростную видеосъемку поведения укрытия со стороны сопла и диффузора;
- непрерывно регистрируют параметры потока в аэродинамической трубе и сигналы с тензодатчиков.
Отраженный ретрорефлекторами узконаправленный световой поток от прожекторов регистрируют посредством скоростных видеокамер, результаты обрабатывают и определяют вертикальную и поперечную амплитуду колебаний маркированных (ретрорефлекторами) точек каждого укрытия. Одновременно посредством тензодатчиков определяют нагрузку в такелажных элементах укрытий и частоту колебаний нагрузки, а с помощью электромеханических весов - аэродинамическую нагрузку на модель полувагона (силу сопротивления, подъемную и боковую силу).
По окончании эксперимента укрытие осматривают и фотографируют повреждения.
Выявляют следующие закономерности: при испытаниях в аэродинамической трубе нагрузка распределяется неравномерно по площади укрытия. Как показано на фиг.9 при Н=430 мм, β=0°, V=45 м/с в передней и задней (по потоку) частях модели полувагона укрытие приподнимается, подвергаясь сильному воздействию набегающего потока воздуха, а в средней части укрытие, напротив, прижимается к поверхности пола модели железнодорожного полувагона.
Поверхность передней зоны в плане имеет ячеистую структуру, обусловленную наличием диагональных лент верхней обвязки, ограничивающих деформацию. В случае разрушения диагональных лент конфигурация укрытия принимает куполообразную форму. Протяженность этой зоны зависит от материала укрытия и может составлять 2÷3 метра (0,15÷0,23 длины вагона). Поведение укрытия в конце первой зоны отличается значительной неустойчивостью, что приводит к возникновению нестационарных нагрузок на материал укрытия. Максимальные амплитуды колебаний по измерениям отмечают в конце первой зоны.
В средней зоне 2 укрытие вдоль осевой линии полувагона на ширине полувагона примерно 1,5 метра (ширина всего полувагона 3 метра) прижато к полу модели полувагона. Вблизи боковых стенок модели поведение укрытия характеризуется наличием значительной амплитуды колебаний, что вызывает возникновение знакопеременных нагрузок в такелажных элементах. Такая особенность поведения укрытия в пристенной области наблюдается практически по всему периметру модели полувагона. Протяженность средней зоны 2 достаточно велика и составляет 6÷7 метров (0,46-0,53 длины вагона)..
Зона 3, расположенная за зоной 2, примыкает к задней торцевой стенке модели полувагона. В этой зоне поведение укрытия неустойчиво по всей ширине модели. Протяженность зоны 3 составляет 1÷2 метра и зависит от механических свойств полотна укрытия - плотности, проницаемости, жесткости.
Таким образом, было установлено, что участками повышенных нестационарных нагрузок являются зоны 1 и 3, расположенные у торцевых стенок, и пристеночные зоны по всему периметру модели полувагона.
Максимальные амплитуды колебаний укрытий отмечают в передней и задней части модели полувагона. При этом с увеличением высоты крепления укрытия от 20 до 230 мм вертикальные и поперечные амплитуды колебаний, как правило, увеличиваются. Например, при скорости потока V=45 м/с, β=0° амплитуды колебаний увеличиваются от значений 138÷575 мм до 247÷981 мм.
При наличии боковой составляющей скорости потока (β=15°) и при той же скорости потока в аэродинамической трубе амплитуды вертикальных и поперечных колебаний возрастают, особенно увеличиваются амплитуды вертикальных колебаний в задней секции модели полувагона. Основная гармоника частоты колебаний при увеличении скорости потока от 18 м/с до 45 м/с увеличивается от 5 до 20 Гц.
Определены усилия в узле крепления укрытия к стойке модели полувагона. При увеличении скорости набегающего потока от 18 до 45 м/с при Н=430 мм усилия возрастают от 3,9÷11,8 Н до 19,3÷56,9 Н.
В ходе экспериментов наблюдали различные повреждения укрытий: повреждение ткани укрытия, повреждения швов укрытия, отделение люверсов от укрытия, отрыв крепящих лент от стенок полувагона, разрыв шнуровочных лент, отрыв части укрытия от полувагона. Получены данные по частоте и амплитуде колебаний укрытий в ходе экспериментов. Особенно ценными оказались результаты видеосъемки и фотосъемки, а также результаты измерений сил, действующих на люверсы укрытия.
Как показывает анализ повреждений укрытия (см. фиг.10-12) и поведения укрытия при различных скоростях потока (см. фиг.13), возле передней торцевой стенки вагона над поверхностью укрытия существует область разрежения, и ткань укрытия за счет сил, возникающих в результате перепада давления над укрытием и под укрытием, поднимается вверх. Поведение укрытия в районе передней торцевой стенки вагона характеризуется также нестабильностью и максимальными амплитудами колебаний в результате периодического срыва вихрей воздушного потока над поверхностью ткани укрытия. Таким образом, на укрытие в целом действует статическая и динамическая нагрузка. Поскольку величина аэродинамических сил, действующих на тело, пропорциональна квадрату скорости воздушного потока, по мере возрастания скорости потока ветровая нагрузка на укрытие растет, и при скорости 45 м/с происходит разрушение сначала обвязочных лент, а затем и растяжки (крепящих лент) в передней части вагона, при этом в передней части наблюдается начало отрыва укрытия от вагона.
Установлено, что слабое место укрытия находится в районе передней торцевой части вагона, где воздействие суммарных аэродинамические сил на укрытие максимально. И поэтому необходимо предпринимать дополнительные меры для усиления укрытия в передней части вагона. Для этого целесообразно увеличивать прочность растяжек до определенной величины, дальнейшее увеличение прочности нецелесообразно - отрыв укрытия будет происходить по люверсам. Поэтому, эффективным способом сохранения целостности укрытия в передней и задней части вагона является уменьшение расстояния между перекрестными обвязками (диагональная шнуровка укрытия).
2
Минимальное расстояние между параллельными обвязочными лентами обозначим через θ, и обозначим величину θ шагом обвязки. Тогда при уменьшении шага обвязки θ в N раза площадь S элементарной ячейки уменьшится в N (см. фиг.14). Как показано на фиг.14, при уменьшении θ в 2 раза (202 по отношению к 201) площадь элементарной ячейки укрытия уменьшается в 4 раза; при уменьшении θ в 3 раза (203 по отношению к 201) площадь элементарной ячейки укрытия уменьшается в 9 раз; при уменьшении θ в 4 раза (204 по отношению к.201) площадь элементарной ячейки укрытия уменьшается в 16 раз.
Для увеличения прочности конструкции укрытия в целом в районе передней стенки вагона, на участке длиной 2÷3 метра, где укрытие подвергается воздействию максимальных аэродинамических сил, предлагается уменьшить шаг обвязки θ не менее чем в 2 раза. В связи с тем, что направление движения поезда может изменяться на всем протяжении маршрута на 180°, предлагается уменьшить шаг обвязки θ не менее чем в 2 раза возле каждой торцевой стенки вагона. В средней части вагона, где укрытие прижимается воздушным потоком к поверхности груза, шаг обвязки можно не изменять (фиг.15). Предлагаемый способ укрытия в полувагоне путем перекрестной обвязки (шнуровки) с различным шагом возле торцевых стенок вагона и в средней части вагона. Путь растяжки проходит через поз. 1-15-19-33-36-1 с увязкой двойным узлом на каждом люверсе укрытия.
Для повышения ветростойкости укрытия и его ресурса, а также для исключения перетирания перекрестных лент обвязки в местах их контакта друг с другом при колебаниях в потоке ленты скрепляют попарно в месте их пересечения путем
а) завязывания узлов с помощью дополнительных отрезков ленты;
в) наложением соединительных скрепок из металла;
c) наложением соединительных скрепок из пластмассы или иного жесткого материала;
d) склеиванием специальным клеем.
Предлагаемые выше способы скрепления перекрестных лент обвязки (а; в; с; d) являются или трудоемкими, или неприемлемыми вследствие применения неприемлемых (по причине пожарной безопасности) для серы клея, металла или пластмассы - в грузе серы не допускаются инородные включения).
В связи с этим дополнительно предлагается использовать уже готовую сетку с неразъемными узлами, сплетенную из лент (шнуров, веревки, троса, каната) для защиты укрытия от ветровой нагрузки (см. фиг.16). Это позволит сократить не только трудоемкость работ по укрытию груза серы в вагоне, но и повысить уровень защиты укрытия от ветровой нагрузки за счет использования неразъемных узлов сетки.
Необходимо также отметить следующий важный момент. Чем больше парусность укрытия, тем чаще должна быть сетка для предотвращения повреждения укрытия в целом. Другими словами, чем больше парусность укрытия, тем меньше должна быть величина θ - то есть шаг обвязки.
Необходимую величину θ, то есть шаг обвязки, для конкретного укрытия (с конкретными прочностными характеристиками лент, используемых для растяжек и обвязки) и определенного значения парусности укрытия необходимо определять или при испытаниях полноразмерного макета вагона в аэродинамической трубе, или при многочисленных испытаниях полувагона с укрытием серы на маршрутах большой протяженности. Определение необходимой величины θ на полноразмерном макете вагона в аэродинамической трубе является наиболее информативным и экономичным методом определения, с возможностью визуализации процесса, и поэтому является наиболее предпочтительным.
Эти сведения, а также экспериментальные данные, свидетельствуют о том, что статическая и динамическая нагрузка на укрытие может быть снижена за счет уменьшения шага увязочных (шнуровочных) лент в местах прилегания укрытия к торцевым стенкам вагона, в то же самое время шаг между увязочными элементами в центральной части вагона может быть увеличен без ущерба для ветростойкости и надежности конструкции.
Способ увязки, аналогичный указанному на фиг.15 зарекомендовал себя при перевозке на дальние расстояния (до 3000 км и более) комовой и гранулированной серы. Применение упомянутого способа позволило сохранить целостность (включая ткань укрытия, растяжки, обвязки и люверсы) на всем протяжении маршрута и более чем в 5 раз уменьшить количество случаев загорания груза серы в вагонах.