Основные силы, действующие на груз при перевозке
Габариты погрузки
Погруженный на подвижной состав груз с учетом упаковки и крепления должен находиться в пределах установленного габарита погрузки при условии нахождения вагона на прямом горизонтальном участке пути. Техническими условиями размещения и крепления грузов в вагонах (далее ТУ) установлены следующие габариты погрузки: основной, льготный и зональный.
А.3. Какие силы действуют на элементы креплений груза при перевозке?
Основные силы, действующие на груз при перевозке.
При определении способов размещения и крепления груза должны наряду с его массой учитываться следующие силы и нагрузки:
– продольная инерционная сила, возникающая при движении в процессе разгона и торможения поезда, при соударении вагонов во время маневров и роспуске с сортировочных горок;
– поперечная инерционная сила, возникающая при движении вагона и при вписывании его в кривые и переходные участки пути;
– вертикальная инерционная сила, вызывающаяся ускорением при колебаниях движущегося вагона;
– ветровая нагрузка;
– сила трения.
Точкой приложения инерционных сил является центр тяжести груза, а силы ветра – центр наветренной поверхности груза.
Продольная инерционная сила определяется по формуле
,
где 
– удельная продольная инерционная сила на 1 т массы груза.
Значения удельной продольной инерционной силы определяются по формулам:
,
где 
– общая масса груза в вагоне, т; 
– общая масса груза на сцепе, т; а22, а94, а44, а144 – удельная продольная инерционная сила
Поперечная инерционная сила с учетом действия центробежной силы определяется по формуле
, тс,
где 
– удельная поперечная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
Вертикальная инерционная сила определяется по формуле
,
где 
– удельная вертикальная инерционная сила на 1 т массы груза, тс/т.
Ветровая нагрузка определяется по формуле
,
где 
– площадь проекции поверхности груза, подверженной воздействию ветра, на вертикальную плоскость, проходящую через продольную ось вагона, м2
Величины сил трения определяются по формулам:
,
,
где 
– коэффициент трения груза по полу вагона, подкладкам (принимается для дерева или металла по дереву – 0,4, для железобетона по дереву – 0,55, для металла по металлу – 0,3).
Продольные инерционные силы.Эти силы возникают при переходных режимах движения поезда, во время маневров и роспуска с горок, а также при колебаниях подергивания движущегося вагона в поезде. В этих случаях скорость движения вагона изменяется и на груз действует инерционная сила, вызываемая ускорением (замедлением).
Инерционные силы, действующие на подвижной состав и грузы, могут быть ударного воздействия, передаваемого через автосцепку при соударении вагонов, подходе локомотива к составу, трогании и осаживании поезда, неустановившемся режиме торможения поезда, маневрах, роспуске вагонов с горки, и безударного воздействия, возникающего во время установившегося режима торможения поезда, торможения вагонов башмаками и горочными замедлителями.
Продольное ускорение груза, возникающее при соударении вагонов, зависит в основном от масс т1 и т2 соударяющихся вагонов, жесткости поглощающих аппаратов автосцепок, жесткости крепления грузов, скорости набегающего вагона перед соударением (скорости соударения вагонов).
Рисунок – Схема положения вагонов при соударении
Наиболее неблагоприятные воздействия грузы испытывают при соударении вагонов. Продольные воздействия в поездах, а также при обработке на станциях могут передаваться вагону то с одной, то с другой стороны. Вагоны испытывают также воздействия повторных ударов, которые следуют один за другим в одном направлении, и груз стремится сдвинуться в одну сторону. Установлено, что вагоны в поезде испытывают неодинаковые воздействия как по их числу, так и по интенсивности. Наименьшее число их испытывают вагоны в головной части состава (примерно до 10 вагонов). Вагоны в хвостовой части поезда получают в несколько раз больше продольных воздействий, чем в головной. Продольные ускорения грузов в вагонах в головной части поезда также меньше, чем в хвостовой. В расчете на 1000 км пробега число изменений режимов движения, при которых грузы могли сдвинуться относительно вагона, при испытаниях составило для случаев расположения вагонов в голове поезда 33, в середине— 132, в последней трети — 334. Интенсивность воздействия на груз и его крепление в хвостовой части поезда больше, чем в головной.
В поездах вагоны и грузы в них испытывают воздействия в результате троганий, торможений, осаживаний, рывков при увеличении скорости движения поезда и толчков при уменьшении его скорости. В поездах значительные ударные воздействия на вагон не всегда оказывают неблагоприятное влияние на устойчивость груза, чаще всего такие удары появляются в середине состава при прохождении ударной волны через вагон. Анализом опытных данных установлено, что в поездах чаще возникают соударения вагонов от троганий и рывков, вызывающих смещение груза в вагоне в сторону хвостовой части поезда, чем от торможений и осаживаний.
На сортировочных станциях значительные продольные воздействия вагоны испытывают не только во время соударений при роспуске с горок, но и при формировании поездов, особенно при перестановке составов из подгорочных парков в парки отправления. Сопоставляя усилия в автосцепке и продольные ускорения, зафиксированные в поездах, а также при испытаниях на соударение вагонов (далее «ударных испытаниях») можно сделать вывод, что в поездах при обычных эксплуатационных условиях могут возникать такие же воздействия, как при соударениях вагонов со скоростями до 4—5 км/ч.
Поперечные и вертикальные инерционные силы.Кузов вагона с грузом во время движения совершает сложные колебательные перемещения вследствие взаимодействия пути и подвижного состава. Главными видами колебаний вагона являются подпрыгивание, галопирование или продольная качка, боковое параллельное колебание или поперечный относ, боковая качка и виляние. Кузов вагона совершает и другие виды колебаний, но они не оказывают существенного влияния на устойчивость грузов.
Вертикальные инерционные силы, действующие на груз, зависят от скорости движения, состояния пути и других факторов. Поперечная горизонтальная инерционная сила зависит в основном от скорости движения, типа рессорного подвешивания вагонов, ме 
стоположения груза на раме вагона, состояния и плана железнодорожного пути.
При движении вагона по кривым наряду с поперечной горизонтальной инерционной силой на груз действует также центробежная сила, зависящая от скорости движения поезда и радиуса кривой. В то же время из-за возвышения наружного рельса в кривых появляется горизонтальная составляющая силы тяжести, направленная внутрь кривой и в значительной степени погашающая действие центробежной силы.
Рисунок – Схема приложения сил к грузу при проходе вагоном кривого участка пути
Возвышение наружного рельса hp зависит от радиуса кривой и допустимой скорости движения поезда. Исследованиями по оценке поперечной устойчивости различных грузов при скоростях 80—110 км/ч установлено, что сдвиги грузов поперек вагона возможны как в кривых, так и в прямых участках пути. Грузы, у которых отношение высоты центра массы (ЦМ) над опорной поверхностью к кратчайшему расстоянию от проекции его на эту поверхность и ребром опрокидывания больше единицы, подвержены боковым колебаниям. Поперечные горизонтальные и вертикальные инерционные силы могут действовать одновременно на груз, расположенный в вагоне.
Силы трения и ветровая нагрузка.Поступательному перемещению груза по поверхности вагона или других грузов препятствует сила трения, которая зависит от многих факторов, в том числе от состояния, размеров и температуры соприкасающихся поверхностей, давления, скорости перемещения. Сопротивление, возникающее при перемещении груза по полу вагона, зависит не только от материалов соприкасающихся поверхностей груза и вагона, но и в значительной степени от их состояния: загрязненности, покрытия смазкой и др. Загрязнение соприкасающихся поверхностей смазочными маслами, жирами, мазутом, а также их увлажнение и обледенение резко понижают силу трения. Посыпка поверхностей песком, шлаком, наоборот, увеличивает силу трения. В связи с этим следует тщательно очищать поверхности груза и пол вагона от грязи, смазки и посыпать их песком, металлическими опилками, дробленым шлаком, а также использовать другие средства — шлифовальные шкурки, металлические пластины с шипами, увеличивающие трение между грузом и полом вагона.
Ветровая нагрузка, испытываемая грузом, зависит от скоростного напора воздуха, размеров поверхности груза и ее состояния. В расчетах крепления груза действие ветра учитывается только в направлении поперек пути. При этом ветровая нагрузка принимается нормальной к поверхности груза и определяется из расчета давления ветра 500 Н/м2.
А.4. Перечислить основные причины сдвига груза относительно пола вагона при перевозке.
А.5. Перечислить основные правила построения динамической модели гибких элементов креплений груза.
А.9. По каким формулам определяются натяжения в креплениях при воздействии продольных и вертикальных сил, поперечных и вертикальных сил?