铁路货物运输装载加固方案设计.docx
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铁路货物运输装载加固方案设计
铁路货物运输装载加固方案设计
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第一篇铁路货物运输装载加固方案设计任务书
一、铁路货物装载加固方案课程设计任务书
1货物规格：
钢制均重等断面圆柱体货物一件，如下图所示，重40t，请依据《铁路货物装载加固规则》，参照《铁路货物装载加固定型方案》，选择经济合理的装载加固方案。
2准用货车，不限
3加固材料与加固方法
参见《铁路货物装载加固规则》、《铁路货物常用装载加固材料与装置》、《铁路货物装载加固定型方案》。
二、设计要求
1分析货物的特点及运输要求
充分了解掌握制定方案时依据的有关货物的所有技术数据，如重量、结构特点、外形尺寸、重心位置、支重面尺寸、加固作用点位置等等。
2确定装车类型
选择合适的车辆，确定货物在车辆上的合理位置。
3确定装载方案
确定货物重心在车辆横向和纵向上的位置，并进行超限和集重检查，计算重车重心高度。
确定装载位置时，要满足装载方案原则，对可能的装载方案进行比较，应尽可能降低货物超限等级和重车重心高度，并注意避免集重装载。
4计算作用于货物上的力及需要加固装置承受的力
根据新的《加规》，
（1）刚性加固的单位纵向惯性力：
Q总——重车总重，t。
当Q总>130t时，按130t计算
Q——货物重量，t。
（2）柔性加固的单位纵向惯性力：
Q总——重车总重，t，跨装运输时，按跨装车组总重计算。
当130t150t时，t0＝5.88kN/t。
Q——货物重量，t。
（3）横向惯性力
式中，n0——每吨货物的横向惯性力，kN/t。
——货物重心偏离车辆横中心线的距离。
——车辆销距。
Q——货物重量，t。
（4）垂直惯性力
用普通货车装载时：
用长大货物车装载时：
——货物重心偏离车辆横中心线的距离。
——车辆销距。
Q——货物重量，t。
（5）风力
式中：
F—货物在车辆侧向迎风面投影面积；
q—计算风压。
受风面为平面时，
q=0.49kN/m2
受风面为圆柱体或球体的侧面时，
q=0.245kN/m2
（6）摩擦力
纵向摩擦力：
横向摩擦力：
μ—货物与车地板间滑动摩擦系数。
Q——货物重量，t。
5进行稳定性计算
6确定加固强度
确定加固材料或装置的需要数量及其规格或承受载荷的能力
7画出货物装载加固方案的示意图，并标注说明
三、装载加固材料规格
表1各类货物加固材料适用范围
货物种类
防止货物不稳定状态
可使用的加固材料
有平支承平面的货物
纵向或横向倾覆
拉牵铁线、绞棍、钢丝绳、紧固器、拉杆
纵向或横向位移
挡木，拉牵铁线，绞棍、钢丝绳、紧固器、钉子或扒锔钉
圆柱形货物
纵向或横向滚动
凹形垫木、掩木、三角挡、钉子或扒锔钉
顺装时纵向位移
拉牵铁线、钢丝绳、横腰箍、绞棍、紧固器
横装时横向位移
拉牵铁线、钢丝绳、绞棍、紧固器、挡木、钉子或扒锔钉
带轮货物
纵向或横向滚动
三角档、掩木、拉牵铁线、钢丝绳、绞棍、紧固器、钉子或扒锔钉、轮挡
纵向或横向位移
挡木、拉牵铁线、钢丝绳、绞棍、紧固器、钉子或扒锔钉
轻浮货物
倒塌
支柱（侧、端）、铁线、绳子、绳网、u形钉
1常用加固材料的规格
（1）镀锌铁线
1）镀锌铁线的质量应符合国家标准GB/T343《一般用途低碳钢丝》的要求。
2）镀锌铁线的破断拉力应以产品标签上的数据为准，需用拉力取其破断拉力的1/2。
常用镀锌铁线的破断拉力和需用拉力见面表2。
表2常用镀锌铁线的破断拉力和许用拉力
线号
6
7
8
9
10
11
12
直径（mm）
5.0
4.5
4.0
3.5
3.2
2.9
2.6
破断拉力（kN）
6.7
5.4
4.3
3.29
2.75
2.26
1.82
许用拉力（kN）
3.35
2.7
2.15
1.64
1.37
1.13
0.91
（2）盘条
1）盘条的质量应符合国家标准GB/T701《低碳钢热轧圆盘条》的要求。
2）常用盘条公称直径为：
5.5mm、6.0mm、6.5mm。
3）盘条的破断拉力应以产品标签上的数据为准，许用拉力取其破断拉力的1/2。
常用盘条的破断拉力和许用拉力表间表3。
表3常用盘条的破断拉力和许用拉力
直径（mm）
5.5
6
6.5
破断拉力（kN）
7.96
9.47
11.12
许用拉力（kN）
3.98
4.73
5.56
（3）钢丝绳
1）钢丝绳和钢丝绳夹的质量应分别符合国家标准GB/T20118《一般用途钢丝绳》和GB/T5976《钢丝绳夹》的要求。
2）实际使用时，钢丝绳的破断拉力应以产品标签上的数据为准，许用拉力去其破断拉力的1/2。
3）钢丝绳的型号规格较多，为便于现场掌握和操作，本规则以上述标准中公称抗拉强度1670N/mm2的6×19（b）（1+6+12）型钢丝绳为例，列出常用钢丝绳直径及其相应的最小破断拉力和许用拉力，具体见表4。
表4公称抗拉强度1670N/mm2规格6×19（b）钢丝绳的最小破断拉力和许用拉力
钢丝绳直径（mm）
6
7
7.7
8
9
9.3
10
11
12
12.5
13
最小破断拉力（kN）
18.5
25.1
31.7
32.8
41.6
45.6
51.3
62
73.8
81.04
86.6
许用拉力（kN）
9.25
12.55
15.85
16.4
20.8
22.8
25.65
31
36.9
40.52
43.3
钢丝绳直径（mm）
14
15.5
16
17
18
18.5
20
22
24
26
28
最小破断拉力（kN）
100
126.6
131
153.27
166
182.37
205
248
295
346
402
许用拉力（kN）
50
63.3
65.5
76.63
83
91.18
102.5
124
147.5
173
201
（4）铁路货物常用摩擦系数表
表5铁路货物常用摩擦系数表
物体名称
磨擦系数
木与木
0.45
木与钢板
0.40
木与铸铁
0.60
钢板与钢板
0.30
履带走行机械与车辆木地板
0.70
橡胶轮胎与车辆木地板
0.63
橡胶垫与木
0.60
橡胶垫与钢板
0.50
稻草绳把与钢板
0.50
稻草绳把与铸钢
0.55
稻草垫与钢板
0.44
草支垫与钢板
0.42
第二篇铁路货物运输装载加固方案设计说明书
第一章分析货物的特点及运输要求
一、货物特点
本次装载加固的货物为钢制均重等断面圆柱体货物一件，其重量为40t，长15.9m。
由半径不同的两个圆柱体构成，大半径一端长12.9m，直径为3.38m；小半径一端长3m,直径为2.5m。
货物支重面长度为：
7.8+5.1=12.9（m），货物的重心距离大半径一端为7.8m。
货物的具体外形尺寸如下图所示：
二、运输要求
本货物为圆柱形货物，在列车运行中或调车过程中容易发生滚动。
所以必须使用掩木、三角木或其他加固材料进行加固。
本设计采用在货物底部放置鞍座，鞍座凹口底部高度为40mm，凹口深度为280mm，货物与鞍座间垫有橡胶垫其厚度为5mm。
此外必要时使用掩木和横垫木，同时采用腰箍加固的方式，腰箍两端拉直部分与纵向垂直平面之间夹角
。
为防止货物发生移动，横腰箍可以用扁钢带或钢丝绳以紧固部件做成，利用其拉力，增加货物对车地板的压力，以增大货物的摩擦力。
本设计中采用扁钢带。
由于货物本身长度较大，还应注意游车的选用及区间速度和过岔速度的限制。
第二章确定装车类型
本课程设计中其准用货车不限，但选择的装车类型必须考虑经济合理。
首先排除长大货物列车，其使用起来不划算。
通过对货物特点的综合分析，本设计中选用N17型I56Q平车，车体材质为木地板。
车底板面高1209mm，自重19.1t，载重60t，固定轴距1750mm，销距l=9000mm，车底板长度L=13000mm，车底板宽度2980mm，空车重心高723mm。
具体尺寸见下表：
车型
自重（t）
载重（t）
车底架
长
宽
（mm）
固定
轴距
（mm）
转向架中心距（mm）
地板面至轨面高度（mm）
重心高度（mm）
19.1
60
1750
9000
1209
723
第三章确定装载方案
一、阔大货物装载必须遵守的基本技术条件
1）一般情况下，货物装车后其重心或总重心（一车装几件货物时）应能垂直投影到车地板纵、横中心线的交叉点上（简称“落在车辆中央”）。
2）特殊情况下必须偏离车辆中央时，横向偏离（即离开车地板纵中心线）不得超过100mm，超过时必须采取配重措施；纵向偏离（即离开车地板横中心线）要保证车辆转向架承受的货物重量不超过货车标记载重的1/2，同时要保证车辆两转向架负重之差不大于10t，另有规定者除外。
3）一车装载两件或多件货物时，应避免对角线装载。
4）重车重心高度从轨面起，一般不得超过2000mm，超过时可采取配重措施降低重车重心高度或限制该重车的运行速度。
二、装载方案比选
经过分析，该货物的装载方案有以下几种，下面分别对此进行分析
方案一：
货物重心落到车辆中央
货物重心落在平车车底板中心位置，如图1所示（单位：
mm）。
大半径端突出1300mm，小半径端突出1600mm（红色标注）由于突出部分均大于300mm，故需要加挂两辆游车。
图1
1）货物重心纵向偏离量：
无，重心在车底板横中心线上。
2）货物重心横向偏离量：
无，重心在车底板纵中心线上。
3）横垫木需要高度：
货物所需横垫木的高度
按通过驼峰的要求考虑，可得：
式中：
a—货物突出端至负重车最近轮对轴心所在垂直平面的距离（mm）；
—游车地板与负重车地板高度差，游车高时取正，反之取负；
f—突出货物挠度，设计中均取为0
80—负重车地板空重高度差（30mm）与安全距离（50mm）之和。
上式中：
（mm）
——车底板长度；
——车辆销距；
——转向架固定轴距；
——货物突出车端外方长度
由于两边均有突出，因此分别计算如下：
大半径端:
；
H垫=0.031×2425+0+0+80=155.18（mm）
由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所需横垫木高度为：
155.18-40-5=110.175取120mm。
小半径端：
同理，由上式公式得a=2725（mm）,
=0.031×2725+0+0+80-（1690-1250）=-275.525（mm），所以不需垫高。
综上，该方案需要的横垫木高度为120mm。
4）计算重车重心高度：
货物装车后货物重心自轨面高为：
重车重心据轨面的高度：
重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。
但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。
5）超限等级确定：
因为货物为均重等断面圆柱体，在大半径货物端部时至车辆横中心线距离x=7.8m，小半径货物货端至车辆横中心线距离x=8.1m。
则2x/l均大于1.4，所以检定断面为端部。
选定三个计算点A、B、C，如图2（蓝色部分）所示，并对其进行分析：
图2
A点其高度最高，但其实测半宽为0，因此不可能超限。
B、C点其高度相同但B点的实测半宽大于C，C点的偏差量大于B。
因此对B、C两点进行比较：
B点：
该点至车辆横中心线的距离：
x=7.8m，2x=15.6m距轨面高为：
3380/2+1209+120+45=3064mm。
C外=
=（15.62-92）÷2400×1000=67.65（mm）
K=
=75×（15.6÷9-1.4）=25（mm）
X外=B+C外+K-36=1690+67.65+25-36=1746.65（mm）
查《超规》知，通过查表在高度为3064时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。
所以属于中部一级超限。
C点：
该点至车辆横中心线的距离：
x=8.1m，2x=16.2m。
距轨面高为：
3064mm。
C外=
=（16.2×16.2-9×9）÷2400×1000=75.60（mm）
K=
=75×（16.2÷9-1.4）=30（mm）
X外=B+C外+K-36=1250+75.60+30-36=1319.6（mm）
查《超规》可知，该点未超限。
综上所述，采用该装载方案时，货物为中部一级超限。
6）装载方案集重检查：
通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于
型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。
对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，而且本设计还将货物放在鞍座上且有横垫木因此不会产生集重现象。
两横垫木中心线间最小距离为1500mm。
方案二：
大半径端货物偏离车辆横中心线最大容许偏离量
=60t,Q=40t,
-Q=20t>10t，所以
a容=
=5×9÷40×1000=1125（mm）
大半径端货物重心偏离平车车底板中心最大容许量，如图3所示（单位：
mm）。
大半径端突出175mm，小半径端突出2725mm（红色标注）由于小半径端突出部分大于300,需要加挂一辆游车。
图3
1）货物重心纵向偏离量：
无，重心在车底板横中心线上。
2）货物重心横向偏离量：
1125mm。
3）横垫木需要高度：
货物所需横垫木的高度
按通过驼峰的要求考虑，可得：
大半径端:
；
H垫=0.031×1300+0+0+80=40.3（mm）
由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所以鞍座即可满足要求，不需横垫木。
小半径端：
同理，由上式公式得a=3850（mm）,
=0.031×3850+0+0+80-（1690-1250）=-240.65（mm），所以不需垫高。
综上，该方案不需要横垫木。
4）计算重车重心高度：
货物装车后货物重心自轨面高为：
重车重心据轨面的高度：
重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。
但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。
5）超限等级确定：
因为货物为均重等断面圆柱体，在大半径货物端部时至车辆横中心线距离x=6.675m，小半径货物货端至车辆横中心线距离x=9.225m。
则2x/l均大于1.4，所以检定断面为端部。
选定三个计算点A、B、C，如图3（蓝色部分）所示，同理经分析只需比较B、C两点。
B点：
该点至车辆横中心线的距离：
x=6.675m，2x=13.35m距轨面高为：
3380/2+1209+45=2944mm。
C外=
=（178.2225-81）÷2400×1000=40.5（mm）
K=
=75×（13.35÷9-1.4）=6.25（mm）
X外=B+C外+K-36=1690+40.5+6.25-36=1700.75（mm）
查《超规》知，通过查表在高度为2944时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。
所以属于中部一级超限。
C点：
该点至车辆横中心线的距离：
x=9.225m，2x=18.45m。
距轨面高为：
2944mm。
C外=
=（340.4025-81）÷2400×1000=108.08（mm）
K=
=75×（18.45÷9-1.4）=48.75（mm）
X外=B+C外+K-36=1250+108.08+48.75-36=1370.83（mm）
查《超规》可知，该点未超限。
综上所述，采用该装载方案时，货物为中部一级超限。
6）装载方案集重检查：
通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于
型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。
对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，因此不会产生集重现象。
方案三：
小半径端货物偏离车辆横中心线最大容许偏离量
小半径端货物重心偏离平车车底板中心最大容许量，如图4所示（单位：
mm）。
大半径端突出2425mm，小半径端突出475mm（红色标注）由于突出部分均大于300,需要加挂两辆游车。
图4
1）货物重心纵向偏离量：
无，重心在车底板横中心线上。
2）货物重心横向偏离量：
1125mm。
3）横垫木需要高度：
货物所需横垫木的高度
按通过驼峰的要求考虑，可得：
大半径端:
；
H垫=0.031×3550+0+0+80=190.05（mm）
由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所以横垫木高度为145.05，取150mm。
小半径端：
同理，由上式公式得a=1600（mm）,
=0.031×1600+0+0+80-（1690-1250）=-310.4（mm），所以不需垫高。
综上，该方案需要横垫木高为150mm。
4）计算重车重心高度：
货物装车后货物重心自轨面高为：
重车重心据轨面的高度：
重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。
但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。
5）超限等级确定：
因为货物为均重等断面圆柱体，在大半径货物端部时至车辆横中心线距离x=8.925m，小半径货物货端至车辆横中心线距离x=6.975m。
则2x/l均大于1.4，所以检定断面为端部。
选定三个计算点A、B、C，如图4（蓝色部分）所示，此时B处其实测宽度和偏差量都最大，因此只需确定B处超限等级即可。
B点：
该点至车辆横中心线的距离：
x=8.925m，2x=17.85m距轨面高为：
3380/2+1209+45+150=3094mm。
C外=
=（318.6225-81）÷2400×1000=99.0（mm）
K=
=75×（17.85÷9-1.4）=43.75（mm）
X外=B+C外+K-36=1690+99.0+43.75-36=1796.76（mm）
查《超规》知，通过查表在高度为3094mm时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。
所以采用该方案时属于中部一级超限。
6）装载方案集重检查：
通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于
型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。
对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，而且本设计还将货物放在鞍座上且有横垫木因此不会产生集重现象。
两横垫木中心线间最小距离为1500mm。
方案四：
两端均突出车端且突出距离相等
两端均突出车端且突出距离相等，如图5所示（单位：
mm）。
大半径端突出1450mm，小半径端突出1450mm（红色标注）由于突出部分均大于300,需要加挂两辆游车。
图5
1）货物重心纵向偏离量：
无，重心在车底板横中心线上。
2）货物重心横向偏离量：
150mm。
3）横垫木需要高度：
货物所需横垫木的高度
按通过驼峰的要求考虑，可得：
大半径端:
；
H垫=0.031×2575+0+0+80=159.825（mm）
由于鞍座高度为40mm，外加5mm的厚橡胶垫，所以横垫木高度为114.825，取120mm。
小半径端：
同理，由上式公式得a=2575（mm）,
=0.031×1600+0+0+80-（1690-1250）=-280.175（mm），所以不需垫高。
综上，该方案需要横垫木高为120mm。
4）计算重车重心高度：
货物装车后货物重心自轨面高为：
重车重心据轨面的高度：
重心超过了2000mm，因此若能满足配重技术条件可进行配重。
但是考虑到货物尺寸较大不易配重，此时重车重心高度在2000～2400mm之间，查表得区间限速50km/h，通过侧向道岔时限速15km/h。
5）超限等级确定：
因为货物为均重等断面圆柱体，x=7.95m。
2x/l大于1.4，所以检定断面为端部。
选定三个计算点A、B、C，如图5（蓝色部分）所示，此时B处其实测宽度和偏差量都最大，因此只需确定B处超限等级即可。
B点：
该点至车辆横中心线的距离：
x=7.95m，2x=15.9m距轨面高为：
3380/2+1209+45+120=3064mm。
C外=
=（252.81-81）÷2400×1000=71.59（mm）
K=
=75×（15.9÷9-1.4）=27.5（mm）
X外=B+C外+K-36=1690+71.59+27.5-36=1753.09（mm）
查《超规》知，通过查表在高度为3064mm时，超过了机车车辆限界1700未超过一级限界1900。
所以采用该方案时属于中部一级超限。
6）装载方案集重检查：
通过查《普通平车局部地板面承受均布载荷或对称集中载荷时容许载重量表》可得，对于
型平车，当Q=40t时，车地板的负重面长度为3000mm，可避免集中。
对于本货物，若将其直接置于车地板上，车地板负重面长度为12900mm，远大于3000mm，而且本设计还将货物放在鞍座上且有横垫木因此不会产生集重现象。
两横垫木中心线间最小距离为1500mm。
方案5：
货物大头端与车端平齐
此时货物重心偏离车辆横中心线距离为7800-6500=1300mm>1125mm，所以该方案不可行。
方案6：
货物小头端与车端平齐
此时货物重心偏离车辆横中心线距离为3000+5100-6500=1600mm>1125mm，所以该方案不可行。
比较以上6种方案，方案二货物重心偏离车辆横、纵中心线距离在允许偏离距离内，且只使用一辆游车，重车重心高度较低，不需要垫横垫木。
遵循降低重车重心高度和少用车的原则，故选择方案二作为最终方案。
第四章作用于货物上的力及需加固装置承受的力
一、作用于货物上的力
本装载加固方案用扁钢带加固，且车体材质为木地板，故属于柔性加固。
1）纵向惯性力（T）
柔性加固的单位纵向惯性力为：
=0.0012×（19.1+40）2-0.32×59.1+29.85=15.129（KN/t）
纵向惯性力为：
=15.129×40=605.2（KN）
式中：
Q总——重车总重；Q——货物重量。
2）横向惯性力（N）
每吨货物的横向惯性力为：
=2.82+2.2×1125/9000=3.095（KN/t）
横向惯性力为：
=40×3.095=123.8（KN）
式中：
——货物重心偏离车辆横中心线的距离；
——车辆销距；
Q——货物重量。
3）垂直惯性力
用普通货车装载时：
用长大货物车装载时：
——货物
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