货物运输中的力作用-货物运输组织实验教程

车辆在运行或调车作业中，所载货物受到各种外力的作用，这些外力主要包括纵向惯性力、横向力、垂直惯性力、风力以及货物支重面与车底板或横垫木之间的摩擦力，如图3-2-1所示。

图3-2-1　货物运输过程中作业在货物上的力

T—纵向惯性力；N—横向力；Q垂—垂直惯性力；W—风力；F纵摩—纵向摩擦力；F横摩—横向摩擦力；Q—货物本身重力。

1.纵向惯性力

在列车启动以及在运行中加速、制动，机车连挂车组，或在调车作业中溜放的车辆与停留线在线路上的车辆冲撞时所产生的作用在货物上的力被称为纵向惯性力。在直线区段，该力与线路中心线平行；在曲线区段，该力的作用方向为曲线线路中心的切线方向。

当用Q表示货物的重量，用0t表示单位质量货物的纵向惯性力时，作用于货物上的纵向惯性力T，可用下式表示：

式中 Q——货物的重量，t；

t0——每吨货物的纵向惯性力，kN/t。

货物的纵向惯性力与对货物的加固种类关系极为密切。

（1）采用刚性加固时，货物的纵向惯性力。

用满载的60 t级货车作冲击车，被冲击车用不同总重的重车（同一货车分别装载不同重量的货物），根据冲击速度为5 km/h的冲击试验研究结果，单位质量货物的纵向惯性力（用t0表示）可用下式计算：

式中 Q总——重车总重，t，当Q总＞130 t时，按130 t计算。

（2）采用柔性加固时，货物的纵向惯性力。

柔性加固系指用抗拉刚度比较小的加固材料，如钢丝绳、链条、多股盘条或镀锌铁线等对货物进行拉牵加固或下压式捆绑加固。

用同一货车分别装载不同重量的货物，采取柔性加固后作为被冲击车，用满载的60 t级货车以5 km/h的速度相撞，根据试验研究结果，单位质量货物的纵向惯性力可用下式计算：

式中 Q总——重车总重，t，跨装运输时，按跨装车组总重计算。

当130 t＜Q总≤150 t 时，t0按6.78 kN/t取值；当　Q总＞150 t 时，t0按5.88 kN/t取值。

2.横向惯性力

作用于货物上的横向惯性力主要是由于摇头振动、侧摆振动和侧滚振动引起的。它与线路状态、列车运行速度以及货物重心在车辆上的位置有关。根据运行试验结果，货物的横向惯性力可按下式计算：

式中 n0——每吨货物的横向惯性力，kN/t，其计算公式为：

其中 a——货物重心偏离车辆横中心线的距离，跨装时为货物转向架中心销偏离车辆横中心线的距离，mm；

l——负重车转向架中心距（具有多层转向架群的货车为底架心盘中心距），mm；

Q——货物重量，t。(www.xing528.com)

3.垂直惯性力

货物的垂直惯性力主要是由于车辆的沉浮振动、点头振动和侧滚振动引起的。垂直惯性力的大小取决于线路状态、列车运行速度、货物重心在车辆长度方向的位置以及车辆的动力性能。根据运行试验结果，货物的垂直惯性力可按下式计算：

式中 q垂——每吨货物的垂直惯性力，kN/t；

Q——货物重量，t。

使用敞车和普通平车装载时：

式中 a——货物重心偏离车辆横中心线的距离，跨装时为货物转向架中心销偏离车辆横中心线的距离，mm；

l——负重车转向架中心距，mm。

使用长大货物车装载时：

4.风 力

侧向风力有可能引起货物在车辆上横移，特别是当风力与货物横向惯性力方向一致，且货物重量又较小，而迎风面积又比较大时，风力对货物在车辆上的稳定性威胁较大。因而在加固计算时需要考虑风力。

货物所受风力的大小，与货物形状、受风作用面积及风压大小直接相关，因此可按下式计算：

式中 q——侧向计算风压，受风面为平面时q=0.49 kN/m2，受风面为圆柱体或圆球体的侧面时q=0.245 kN/m2；

F——货物侧向迎风面的投影面积，m2。

5.摩擦力

货物与车地板间的摩擦力起到阻止货物移动的作用，是一个稳定因素。货物的摩擦力可按下式计算：

式中 Q——货物重量，t；

Q垂——货物的垂直惯性力，kN；

μ——摩擦系数。

铁路货物常用摩擦系数见表3-2-1，当货物与车地板间加有垫木或衬垫时，应取货物与垫木或衬垫间及垫木或衬垫与车地板间摩擦系数较小者计算。

表3-2-1　铁路货物常用摩擦系数表

作用于货物上的上述诸力中，纵向、横向和垂直惯性力均作用在货物重心；风力合力的作用点在货物受风面积的几何中心；摩擦力则作用在货物的支重面上。

一般情况下，车辆在运行中往往是几种力同时作用在货物上的，因此不可能同时都达到最大数值。在对货物进行加固时，为了保证行车安全和货物完整，加固强度必须与各种力的最大值相适应。