Математическое моделирование изгибающих моментов при решении задач перевозки лесных грузов Текст научной статьи по специальности «Математика»

10. Бородин, А. В. Повышение ресурса цилиндрических подшипников буксы грузового вагона: Монография [Текст] / А. В. Бородин, Ю. А. Иванова / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - 102 с.

УДК 656.212.6.073.22

Е. Д. Псеровская, О. Ю. Чуйкова, К. В. Желдак

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПЕРЕВОЗКИ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ

При перевозке короткоштабельных лесных грузов на специализированных платформах-«хлыстовозах» у грузоотправителей возникают проблемы с разработкой технической документации на размещение и крепление этих грузов, так как в нормативных документах отсутствуют данные о допускаемых изгибающих моментах в рамах таких платформ. В статье авторами предложен и обоснован метод расчета по распределению общей массы лесоматериалов по штабелям на платформе-«хлыстовозе», который может быть использован при перевозке других штабельных грузов.

В структуре грузовых железнодорожных перевозок России лесные грузы занимают почетное шестое место, составляя стабильную 5 %-ную долю в общем объеме погрузки по сети. За последние годы железнодорожные перевозки лесных грузов увеличились. Учитывая положительную динамику производственных показателей лесопромышленного комплекса страны, необходимо ясно представлять потребное количество и тип подвижного состава, который необходим для обеспечения функционирования лесной отрасли. Согласно «Правилам перевозок грузов железнодорожным транспортом» лесные грузы могут перевозиться в полувагонах или на платформах, включая специальные платформы-лесовозы.

Рассмотрим проблемы, связанные с перевозкой лесных грузов:

1) дефицит универсального подвижного состава, необходимого для перевозки таких грузов как уголь, руда, строительные материалы, черные металлы;

2) моральное и физическое старение значительной части вагонного парка;

3) технологические проблемы, связанные с погрузкой лесных грузов на универсальный подвижной состав:

универсальные платформы, находясь в нормальном техническом состоянии, не были востребованы в полной мере лесной отраслью из-за низкой технологичности и большой трудоемкости процесса погрузки на них лесоматериалов;

полувагоны плохо приспособлены для перевозки лесоматериалов: относительно небольшой погрузочный объем; большая трудоемкость погрузочно-разгрузочных работ и невозможность использования при этом современного высокопроизводительного оборудования; необходимость использования дополнительных крепежных и увязочных материалов; проблемы с очисткой. Все это обусловливает неэффективность полувагонов для перевозки круглого леса.

Кроме того, формирование «шапки» при загрузке полувагона или универсальной платформы является не только самой трудоемкой работой в погрузке, но и самой опасной для работников погрузочной бригады. Эта операция исключена при использовании специальных платформ, оснащенных съемным оборудованием по современным проектам, где укладка «шапок» не предполагается. Однако у грузоотправителей возникают определенные проблемы при разработке непредусмотренных технических условий (НТУ) и местных технических условий (МТУ) размещения штабелей лесоматериалов длиной 4 - 8 м на специальных платформах-лесовозах из-за отсутствия в ТУ [1] нормативных допускаемых изгибающих моментов в рамах платформ (трудности в распределении общей массы груза Qгро по штабелям). Особенно затруднительно распределить общую массу лесоматериалов длиной 4 - 8 м по штабелям при использовании платформ-«хлыстовозов».

110 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №.4(16)

В данной статье предлагается метод расчета по распределению общей массы QTp° лесоматериалов по штабелям на платформе-«хлыстовозе». При этом в качестве допускаемого изгибающего момента в раме платформы рекомендуется принять значение наибольшего изгибающего момента, возникающего при загрузке платформы древесиной в хлыстах до полной (трафаретной) грузоподъемности [Qrp°].

Для примера варианты погрузки леса круглого штабелями длиной 4 и 6 м на платформе-«хлыстовозе» модели 23-469 ( [Qrp°] = 56 т) представлены на рисунке 1.

Расчетные схемы системы «груз - платформа с хлыстами» представлены на рисунке 2.

Система симметричная - дважды статически неопределимая с двумя консолями неразрезная «балка» из хлыстов, передающих нагрузку от собственного веса [Q^] на раму платформы через три пары опорных стоек-подкладок.

Расчет неразрезной балки выполняют методом составления уравнений трех моментов [2], приняв условно сечения пакета хлыстов постоянными по всей длине (изгибная жесткость пакета хлыстов EJ = const).

Опорные реакции в «разрезанных» частях балки от действительных внешних нагрузок (рисунок 2, в):

от Р0 = q х /j - вес (сила тяжести) части пакета хлыстов от торца до опоры А, тс, -

АРо = Р; ВРо = ВопРо = сро = соп = о;

(1)

от М0 = q х /\ /2, тс-м, -

ам = М

Ао =

/

• g М _ _М ° . Q М _ qM _ QM _ Q .

2

(2)

от распределенной нагрузки q, тс,

л q — pq — q х /2 . щ _ nq — q х /з

А0 = Вол = „ ; Воп = Сол = „

fq _

^оп

q х /4

(3)

б

Рисунок 1 - Варианты размещения лесоматериалов на платформе-«хлыстовозе» в три штабеля:

длиной 6,0 м (а) и длиной 4,0 и 6,0 м (б)

№ 4(16) 2013

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

/

2

2

Суммарные «действительные» реакции:

Ао = АР° + АМ + л:;

В0Л = вРло + ВМ + вол; В0п = вРо + вмп + В,; Во = Вол+Воп;

с = СР + СМ + С9 • С = СР + СМ + С4 • С = С + С

Сол Сол ^ Сол ^ Сол ; Соп Соп ^ Соп ^ Соп ; ^о ^ол^^оп .

(4)

(5)

(6)

Рисунок 2 - Расчетные схемы системы «груз - платформа с хлыстами»: а - основная схема; б - приведенная расчетная схема; в - схема для определения опорных реакций в «разрезанных» частях балок-хлыстов от «действительных» нагрузок; г, д - схемы для определения опорных реакций в «разрезанных» частях балок-хлыстов

от фиктивных нагрузок

в

д

112 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(16) 2013

= _

Фиктивные нагрузки - распределенные нагрузки в виде эпюр изгибающих моментов, построенных на растянутых волокнах «разрезанных» частей балок от действительных внешних нагрузок.

Опорные реакции в «разрезанных» частях балки от фиктивных нагрузок (см. рисунок 2, г, д): от распределенной нагрузки q [2], тс/м, -

а* =В1 ; в1 = С1 ; а =■

фл

24

24

"^фп

* х /43 24 ;

от Мо согласно работе [2]:

М _ Мо х ¡2

Аф = з

р м

Вфл =-

Мо х ¡2 6

р М _ (^М _ М _ Вфп = Сфл = Сфп = 0 .

Суммарные фиктивные реакции:

А = АМ + А4 •

Вфл = ВОф + ВОф • Вфп =Вфп • Вф =Вфл + Вфп •

С =С1 • С =С* • С =С + С

Сфл Сфл; Сфп Сфп ; Сф Сфл + Сфп .

Уравнения трех моментов согласно работе [2] имеют вид:

Ма х /2 + 2 х Мв х (/2 + /3) + М х /3 = -6 х Вф;

Мв х /3 + 2 х Мс х (/3 + /4 ) + Мс х /4 = -6 х С.

Решив систему уравнений (12), (13), получим значения Мв и Мс. Опорные реакции согласно работе [2] рассчитывают по формулам:

*а = А + Мв ;

ч Мк М + М„

Ъ =(Вол + Воп) - В ' с В'

/

/

Ъ = (С + С ) + МВ - МС + МС — МС

ТС V ол оп /

/

I

'3 м

Изгибающие моменты в раме платформы (рисунок 3) таковы:

МХ=(Я — ЯА ) х /2;

М2=(Я - Ъ ) х (/2 + /3) - Ъ х /3.

(7)

(8)

(9) (10) (11)

(12) (13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

Анализируя полученные результаты, в качестве допускаемого следует выбрать из формул (17), (18) максимальное значение изгибающего момента.

Для рассматриваемых схем погрузки согласно рисунку 1 по формулам (12) ^ (16) при q= ^гро) /Ьгр = 56,0/24,0 = 2,33 тс / м получим значения: МВ= -1,91 тс-м, МС = -6,72 тс-м, = = 10,88 тс, Яв = 4,66 тс и Яс = 12,46 тс.

В соответствии с рисунком 3 по формулам (17), (18) получим значения: М1 = 32,53 тс-м, М2 = 98,57 тс-м.

Таким образом, за допускаемый изгибающий момент рамы платформы-«хлыстовоза» модели 23-469 следует принять [Ми] < М2 «98тс-м.

№ 4(16) ЛЛИ О ИЗВЕСТИЯ Транссиба 113

=2013 ■

Рисунок 3 - Эпюра изгибающих моментов в раме платформы от действия на нее погруженной древесины в хлыстах

Для предлагаемых схем по рисунку 1 при симметричном размещении штабелей относительно опор-стоек платформы

Яа=Яв и 2(2Ял + Я) = ОФ = 56,0 тс

(19)

откуда Яс = О -4Ял)/2 = 28-2Ял и М2 = (£/2-RA)(ll +12)-ЯА12 <[М ] (О>/2-Яа)(/ + /2)-ЯА12 = (28-ЯА)(1,9 + 5,3)-ЯА х5,3 = 201,6-12,5Яа <[98].

или

Тогда Я г 201'6-98 .8,3 тс.

л 12,5

Следовательно, при загрузке платформы модели 23 -469 тремя пакетами (штабелями) лесоматериалов до трафаретной грузоподъемности 56,0 т необходимо, чтобы каждый крайний штабель был весом (рисунок 4)

а средний штабель -

О* ^ 2 х Яа ; 2хЯ = 2х8,3 = 16,6 тс,

О0ср < (56,0 - 2 х 16,6) = 22,8 тс.

(20)

Рисунок 4 - Взаимосвязь масс среднего и крайних штабелей лесоматериалов в зависимости от изгибающего момента рамы платформы модели 23-469 при использовании полной ее грузоподъемности 56 т

114 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 4(16) 2013

=

Таким образом, массу каждого крайнего штабеля можно изменять в интервале от 16,6 до 28,0 т, при этом масса среднего штабеля будет изменяться от 22,8 до 0 т.

Список литературы

1. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах (ТУ № ЦМ-943) [Текст]. М.: Юртранс, 2003. - 544 с.

2. Рудицин, М. Н. Справочное пособие по сопротивлению материалов [Текст] / М. Н. Ру-дицин, П. Я. Артёмов, М. И. Любошиц. - Минск: Вышейша школа, 1970. - 630 с.

УДК 658.5

В. А. Аксенов, П. Н. Потапов, А. М. Завьялов

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫМИ РИСКАМИ КАК ЭЛЕМЕНТ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ТРАНСПОРТЕ

Статья рассматривает возможность модернизации существующей системы управления охраны труда во взаимосвязи с используемой на сети железных дорог методологией управления ресурсами и рисками на всех этапах жизненного цикла объектов и техники на основе анализа надежности («УРРАН»). На практических примерах показана возможность использования системы управления профессиональными рисками в решении задач повышения безопасности производственных процессов на транспорте.

Задача формирования системы управления профессиональными рисками, которая решается в настоящее время в ОАО «РЖД», должна быть гармонизирована с действующей системой управления охраной труда. Результаты реализуемых пилотных проектов на Горьков-ской, Октябрьской железной дороге и в Центральной дирекции по ремонту пути [1] позволяют определить основные подходы к решению этой задачи.

Ряд уже разработанных нормативно-методических документов [2, 3] позволяют частично решать данную задачу в тесной взаимосвязи с внедряемой в настоящее время на сети железных дорог методологией управления ресурсами и рисками на всех этапах жизненного цикла объектов и техники на основе анализа надежности («УРРАН») [4, 5], которая является базовым элементом управления эксплуатационной работой компании. Одной из задач внедряемой методологии является управление рисками объектов и техники железнодорожной инфраструктуры, решение которой позволит значительно эффективнее предупреждать наступление нежелательных событий.

Анализ результатов реализации пилотных проектов показывает существенные различия в подходах к оценке профессиональных рисков на уровне структурных подразделений. Как показывает в том числе и анализ зарубежной методологии, основой оценки профессиональных рисков применительно к рабочим местам являются в большей степени экспертные методы.

Последнее ставит задачу увязки методологических подходов, реализуемых «УРРАН», с результатами мировой практики и наработок, используемых в рамках реализации пилотных проектов.

Методология «УРРАН» в оценке рисков предполагает определение показателей надежности для оцениваемого объекта на основе имеющихся статистических данных о произошедших нежелательных событиях [2].

В случае оценки профессионального риска интенсивность возникновения несчастного случая будет определяться по формуле:

№4(16) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 115