Размещение и способы крепления грузов в кузове автотранспортного средства
В настоящее время в РФ отсутствуют нормативно-правовые документы, касающиеся вопросов безопасного размещения и крепления грузов при транспортировке.
В настоящее время в РФ отсутствуют нормативно-правовые документы, касающиеся вопросов безопасного размещения и крепления грузов при транспортировке. Действующие в Европе стандарты EN 12195:2010 "Крепление грузов на автотранспортных средствах. Безопасность", EN 12642 "Конструкция кузова коммерческого транспортного средства. Минимальные требования" могут использоваться у нас только в качестве справочного пособия, с целью обеспечения безопасности при перевозке различных грузов. При размещении груза в кузове автомобиля необходимо выполнять ряд требований, некоторые из них приводятся ниже:
- более крупные и тяжёлые грузы должны располагаться внизу кузова и ближе к продольной оси симметрии грузовой платформы или кузова автотранспортного средства, в середине его длины и как можно ниже над настилом платформы (кузова). Расположение центра тяжести (ЦТ) груза влияет и на устойчивость автомобиля, на его управляемость и на эффективность торможения. А конкретно, продольное расположение ЦТ груза влияет и на допустимую полезную нагрузку автомобиля. Существуют специальные диаграммы, показывающие величину грузоподъёмности автомобиля как функцию продольного положения ЦТ груза;
Пример схемы распределения груза в двухосном автомобиле
Пример схемы распределения груза в полуприцепе
Пример схемы распределения груза в трёхосном автомобиле
- однородные штучные грузы в кузове штабелируют с соблюдением одинакового количества ярусов по всей грузонесущей площади при обеспечении надёжного крепления верхнего яруса штабеля;
- грузы с меньшей объёмной массой следует укладывать на грузы с большей объёмной массой;
- при размещении на автотранспортных средствах длинномерных грузов ( трубы, стальной прокат, лесоматериалы и др.) разных размеров, разной длины и толщины следует подбирать их одинаковыми в каждом ряду, более длинные следует размещать в нижних рядах, а лесоматериалы кроме того в каждом ряду необходимо сочетать "комель-вершина".
Из курса физики средней школы известно, что на любое тело, двигающееся неравномерно прямо линейно или криволинейно (по радиусу) пусть даже и с постоянной скоростью , т.е равномерно действуют силы инерции, которые особенно проявляются при автотранспортных перевозках.
При резком торможении, наборе скорости, трогания с места, при движении на поворотах и закруглённых участках дороги, эти силы могут достигнуть величин, способных сместить, опрокинуть и даже выбросить груз за борт автомобиля. Значения этих сил определены теоретически и подтверждены практикой.
В Евростандарте EN 12195 :2010 max значения этих сил приняты следующими:
- силы, действующие в продольном направлении вперёд, равны 0,8G (где G-вес груза);
- силы, действующие в продольном направлении назад, равны 0,5G;
- силы, действующие в поперечном направлении влево, вправо равны 0,5G.
Силы инерции определяются по следующей формуле: Fm = Cxy · Fg , где
Fm - сила инерции
Cxy - соответствующий коэффициент ускорения инерционной силы, который равен 0,8; 0,5; 0,5 в продольном направлении вперёд, назад и в поперечном направлении соответственно.
Fg - вес груза ( Fg = m · g, где m- масса, умноженная на ускорение свободного падения g=9,81 м/сек²)
Изначально противостоят силам инерции только силы трения. Силы инерции и силы трения всегда противоположно направлены. Сила трения определяется по формуле: Fr = N · M, где
Fr - сила трения
N - сила нормального давления (сила реакции опоры) численно равна весу груза - Fg
M - коэффициент трения, зависит от материала контактирующих тел.
Значения коэффициентов трения для некоторых материалов сведены в таблицу:
| Нагружаемая поверхность груза | Сухое сцепление материала | Мокрое сцепление материала | Масляное сцепление материала |
|---|---|---|---|
| Дерево/дерево | 0,20-0,50 | 0,20-0,25 | 0,05-0,15 |
| Металл/дерево | 0,20-0,50 | 0,20-0,25 | 0,02-0,10 |
| Металл/металл | 0,10-0,25 | 0,10-0,20 | 0,01-0,10 |
| Дерево/бетон | 0,30-0,60 | 0,30-0,50 | 0,10-0,20 |
| Противоскользящие маты | 0,60 | 0,60 | 0,60 |
Для того, чтобы груз остался неподвижным, необходимо выполнить следующие требования: сила трения должна быть больше или равна инерционной силе,
т. е. Fr ≥ Fm, NM ≥ Fg · Cxy
Для того, чтобы увеличить силу трения Fr есть два пути:
- Применить материалы с повышенным коэффициентом трения, например проложить между платформой и грузом противоскользящие маты.
2. Увеличить силу нормального давления N
(без увеличения веса груза Fg). Для этого необходимо дополнительное прижатие груза к платформе. Когда груз ничем не прижат, сила нормального давления N
равна весу груза Fg. Когда появляется дополнительная прижимающая сила Fv сила нормального давления равна сумме веса Fg
и дополнительной прижимающей силы Fv: N = Fg + Fv
Обеспечение достаточной прижимающей силы и есть основная задача крепления груза прижимом стяжными ремнями (способ увязки поверху). Необходимая прижимающая сила с учётом вертикального угла α
установки ремня определится по формуле:
Fv ≥ [(Cxy - M)/(M · sin α )] · Fg , где
α - вертикальный угол установки ремня рекомендуется в пределах 75º - 90º.
Число необходимых для крепления груза ремней определится по формуле (при наличии одного натяжного устройства):
| n = | (Cxy - M) · Fg |
| M · sin α · Stf · Kn |
где n - количество прижимных ремней ;
Stf - сила натяжения ремня, обеспечивается натяжным устройством;
Kn - "передаточный фактор", это коэффициент, который определяет потерю натяжения прижимного ремня из-за трения между ремнём и грузом. При наличии одного натяжного устройства Kn принимается равным 1,5.
3. Для увеличения силы трения наиболее рациональным является комбинированный способ: применение противоскользящих матов и прижимных ремней одновременно. Такой способ крепления груза позволяет значительно снизить (уменьшить) количество прижимных ремней.
КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗА С ПОМОЩЬЮ ПРИЖИМНЫХ РЕМНЕЙ (способ увязки поверху)
|
1.Груз 2.Прижимной ремень 3.Натяжное устройство 4.Точка крепления 5.Платформа |
Есть ещё два способа крепления груза в кузове автотранспортного средства, называемые: способ блокировки и способ увязки. Их общей характеристикой является то, что средства крепления напрямую воспринимают силы инерции, действующие на груз. Только в первом случае средства крепления работают на сжатие, а во втором на растяжение. При креплении груза блокировкой средствами крепления являются жёсткие элементы: распорные штанги, упоры, поддоны, планки блокировочные, колодки, бруски, брусья и т.д.
Применяются и нежёсткие средства крепления: воздушные пакеты для фиксации грузов, наполненные сжатым воздухом, эластичный прокладочный материал, например полиуретан, резина и др. В конечном счете, при блокировке силы инерции воздействуют напрямую или через крепёжные устройства на элементы конструкции кузова - борта, передний, задний и боковые. Прочность их является критерием надёжности крепления груза способом блокировки. Прочностные характеристики бортов кузова необходимо учитывать при расчёте сил крепления груза этим способом.
Для автомобилей, изготовленных с учётом требований Евростандарта EN12642 , прочность переднего борта кузова должна обеспечивать восприятие нагрузки, составляющей 40% грузоподъёмности автотранспортного средства, но не более 5 тонн, заднего борта -25 %, но не более 3,1 т., боковых бортов - 30% (борта-24%, тентованной части- 6%).
Расчёт крепления груза способом блокировки сводится к определению сил блокировки и сил трения с последующим сравнением их суммы с соответствующими горизонтальными инерционными силами. Это условие выразится неравенством:
Fb + Fr ≥ Fm, где
Fb - сила блокировки (определяется соответствующей прочностью бортов)
Fr - сила трения, равная Fg
· M (Fg - сила веса (сила нормального давления), M - коэффициент трения)
Fm - сила инерции, действующей на груз, равная Cxy · Fg (Cxy - коэффициент ускорения, в зависимости от направления составляет 0,8; 0,5; 0,5 - вперёд-назад, вбок - соответственно)
Поясним вышесказанное на примере: груз весом 5 тонн находится в кузове автомобиля грузоподъёмностью 7 тонн, сила инерции действует вперёд коэффициент трения между грузом и платформой = 0,2. Можно ли закрепить этот груз способом блокировки?
Определим силу инерции, действующую на груз
Fm = Fg · Cxy= 5 · 0,8 = 4 тонны
Определим сумму сил, стремящихся удержать груз :
Fb + Fr = p · 40/100 + Fg · M = 7 · 0,4 + 5 · 0,2 = 3,8 тонны,
т. е. 3,8 т. < 4 т, следовательно, этот груз закрепить только способом блокировки нельзя.
Аналогично проверяются возможность блокировки для заднего и боковых бортов.
КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗА СПОСОБОМ БЛОКИРОВКИ
Деревянными распорными устройствами
С помощью панелей
С помощью поддонов
С помощью колодок
С помощью надувных подушек
В направлении вбок
В направлении назад
Теперь рассмотрим крепление груза способами увязки, используя в качестве средств крепления тканые синтетические ремни. Как упоминалось ранее, средства крепления в этом случае напрямую воспринимают действующую на груз силу инерции и работают на растяжение, то есть воспринимают растягивающую нагрузку. Расчётным параметром ремня при креплении груза увязкой является максимальная величина прямого натяжения - αC, на которое рассчитывается тяжной ремень, чтобы поддерживать это натяжение при использовании. Условие неподвижности груза при креплении увязкой остаётся тем же, что и при блокировке, т.е. сумма сил, действующих на груз в каждом из указанных направлений должна быть равна нолю:
Fr + Fy - Fm = 0; Fr + Fy = Fm, где
Fr - сила трения между грузом и платформой, определяется: Fr
= Fg · M;
Fy - усилие увязки, равное Fy = Fm - Fr;
Fm - сила инерции, действующая на груз Fm = Cxy · Fg;
Усилие увязки определяется по формуле
Fy = Frem · n1 · n2 (M · sin α + cos α · cos β), где
Frem - величина расчётного натяжения, применяемого для крепления ремня;
n1 - количество применяемых ремней;
n2 - количество работающих ветвей ремня, n2 может быть 1 или 2, в зависимости от варианта увязки;
α - угол ремня по вертикали (угол между платформой и ремнём);
β - угол ремня по горизонтали;
Расчёт крепления груза способом увязки сводится к определению Frem по формуле:
| Frem = | Cxy · Fg - Fg · M |
| n1 · n2 ( M · sin α + cos α · cos β) |
По найденному значению Frem выбираем ремень с параметром αC не менее, чем Frem.
Например, найденное по формуле Frem составляет 2320 DAN, берём ремень с рабочей нагрузкой αC ≥ 2320 DAN.
СПОСОБЫ УВЯЗКИ ГРУЗА :
1. УВЯЗКА ПРЯМАЯ (УВЯЗКА РАСТЯЖКАМИ)
Такая увязка применяется только при оснащении груза увязочным устройством (серьги, петли, скобы, кольца и пр.). В этом случае ремень крепится одним концом за это увязочное устройство, другим за точку крепления на платформе автотранспортного средства. Для надёжного крепления груза одновременно в продольном и поперечном направлении необходимо использовать не менее двух пар ремней. Способ крепления прямой увязкой чаще используется при перевозке тяжёлых грузов: грузовой техники, технологического оборудования, металлоконструкций. Расчёт крепления груза производится по вышеприведённой формуле для способа увязки, в котором значения коэффициентов таковы: n1 = 2, n2 = 1
КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗА ПРЯМОЙ УВЯЗКОЙ (РАСТЯЖКАМИ)
|
1.Груз 2.Средство крепления 3.Увязочное устройство на грузе 4.Точка крепления на платформе |
2. УВЯЗКА ПЕТЛЁЙ
Это вид крепления груза (в данном случае при помощи тканых синтетических ремней) к одной стороне кузова транспортного средства, позволяющей предотвратить смещение груза в обратную сторону. Для обеспечения двойного действия крепления петлевую увязку необходимо использовать попарно. Для того чтобы предотвратить перекашивание груза в продольном направлении нужны две пары петлевой увязки. Минимальное количество петель для крепления груза - три (две в одном направлении и одна в противоположном). Чаще всего применяют петлевую увязку для крепления груза в поперечном направлении (для компенсации силы инерции, равной 0,5 Fg). Необходимо помнить, что способность петлевой увязки выдерживать требуемое растягивающее усилие зависит не только от прочности ремня, но и от прочности точек крепления, так как оба конца ремня заведены на одну точку крепления. При этом каждая точка крепления, расположенная на платформе испытывает нагрузку, равную геометрической сумме натяжения ветвей ремня.
КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗА ПЕТЛЕВОЙ УВЯЗКОЙ (РАСТЯЖКАМИ)
|
1.Груз 2.Средство крепления 3. Точка крепления 4.Платформа |
Расчёт крепления груза способом петлевой увязки заключается в:
1. Определении силы - Fm, действующей на точку крепления обеих ветвей ремня и сравнение этой силы с допускаемой нагрузкой - Q на точку крепления. Должно быть выполнено условие: Fm ≤ Q (в противном случае крепить этот груз только петлевой увязкой нельзя)
2. Определении усилия Fn натяжения ветвей ремня и выборе ремня по величине параметра αC (рабочая нагрузка), исходя из условия: Fn ≤ αC
Значения сил: Fm - силы, действующей на точку крепления и Fn - силы натяжения ветвей ремня определяются по формулам:
| Fm = | (Cxy - M) · Fg · (1 - tg α /2M) |
| n · cos α / 2 |
где n - количество точек крепления ветвей ремня с одной стороны груза, в данном случае n = 2 (на рисунке это точки позиции 3);
α - угол между ветвями ремня.
| Fn = | Fm | = | (Cxy - M) · Fg · (1- tg α/2M ) |
| 2 cos α /2 | 2 · n(cos α /2)2 |
3. УВЯЗКА ШПРИНГОМ (РЕССОРНАЯ УВЯЗКА)
Увязка шпрингом используется для предотвращения перемещения груза в направлении движения или в обратном направлении. У этого способа крепления есть существенный недостаток - при ослаблении ремня может происходить его смещение от своего первоначального установочного положения. Для обеспечения неизменности этого положения и предотвращения падения ремня применяют различные способы для его закрепления: закрепление петлёй, закрепление уголками, закрепление европоддонами, закрепление дополнительной верёвкой, пропущенной поверх груза. Ещё есть вариант крепления груза шпрингом, когда применяют сразу два одинаковых ремня для удержания груза в одном направлении. Можно назвать такое крепление-двойной шпринг. Ремень в этом случае не требует дополнительного удержания от падения. Блокировочная сила при этом составляет учетверённую рабочую нагрузку αC ремня, (равная значению 4 · αC)
КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗА СПОСОБОМ УВЯЗКИ ШПРИНГОМ
Закрепление ремня «петлей»
Закрепление ремня «уголками»
Закрепление ремня «европоддоном»
Закрепление двойным шпрингом
Достоинства шпринга:
- Используется двойная рабочая нагрузка αC. При этом угол установки ремня к грузовой платформе α не рекомендуется более 45 º;
- Нет необходимости максимально обжимать ленту натяжным механизмом . Достаточно натяжение рукой для выбора слабины. Шпринг начинает работать только при начале смещения груза. Исчезает опасность повреждения груза от давления натяжного устройства.
- Увеличение длины ленты в процессе транспортировки (вибрации , перепад температур ) не приводит к потере силы крепления.
Способ закрепления ремня петлёй не всегда означает, что нужно использовать специальный ремень, можно использовать простую верёвку, установленную поверх груза, которая будет удерживать шпринг от падения. Способ закрепления уголками применяется редко, так как требует установки специализированных уголков с петлями для проводки ремня шпринга. Уголки необходимо надёжно закрепить на таре. Способ закрепления шпринга "петлёй" и "уголками" хорош ещё и тем, что рабочая нагрузка раскладывается на дополнительный прижим груза к платформе автотранспортного средства, обеспечивая дополнительную силу трения. Способ крепления европоддоном не обладает такой способностью дополнительного прижима груза к платформе, так как прижимает вниз только сам поддон. При креплении поддоном формируется передвижная стенка которая закрепляет всю сторону грузовой единицы, особенно если грузовая единица недостаточно прочная, склонная к деформациям (пакеты на деревянных поддонах).
Расчёт крепления груза способом увязки шпрингом сводится к определению усилия натяжения ремня, возникающего под действием сил инерции. При закреплении ремня от смещения и падения способом "петлёй" или "уголками" расчётная формула имеет вид:
| Frem = | (Cx - M) · Fg | (при условии применения одного ремня) |
| 2(M · sin α + cos α · cos β) |
При закреплении ремня "европоддоном"
| Frem = | (Cx - M) · Fg | (при условии применения одного ремня) |
| 2cos α · cos β |
При креплении груза двойным шпрингом :
| Frem = | (Cx - M) · Fg |
| 4(M · sin α +cos α · cos β) |
Условные обозначения в формулах:
Frem - величина натяжения в ветви ремня возникающая при действии силы инерции;
Cx - коэффициент горизонтального ускорения, составляет вперёд - 0,8 ; назад равный -0,5 ;
M - коэффициент трения между между грузом и платформой ;
Fg - вес груза;
α
- угол ремня по вертикали;
β - угол ремня по горизонтали;
По найденному значению Frem выбираем ремень с параметром αC большим или равным Frem, т.е. αC ≥ Frem.
Выше рассмотрены способы крепления груза в кузове автотранспортного средства. Под действием сил инерции груз может не только сместиться от своего первоначального положения в плоскости кузова, но и потеряв устойчивость, опрокинуться. Для предотвращения этого грузы проверяют на устойчивость. Особенно грузы со значительной высотой и небольшой площадью опоры и грузы с высоким расположением центра тяжести.
Кроме применения основных способов крепления по отдельности, например только увязка поверху или блокировка или увязка растяжками можно все способы комбинировать между собой, т.е. применять совместно, например блокировку с увязкой поверху, блокировку с увязкой петлёй, и/или шпрингом, увязку поверху с увязкой шпрингом, применение противоскользящих матов с блокировкой или увязкой поверху и т.д. Способы крепления могут дополнять друг друга, работать в одном направлении или работать в разных направлениях.
Например, при блокировке в направлении вперёд, когда усилие крепления ограничено прочностью бортов дополнительная увязка поверху позволит надёжно закрепить груз, не перегружая передний борт кузова. А сочетание способов: блокировка в продольном направлении с увязкой петлёй в поперечном направлении позволит закрепить груз от смещения во всех направлениях. Способ увязки поверху предохраняет груз от смещения сразу во всех направлениях. Остальные способы увязки (петлёй, растяжками, шпрингом) могут работать (предотвращать смещение груза) только в одном направлении (например только вперёд), если требуется предотвратить смещение груза в 2-х, 3-х и 4-х направлениях, то количество средств крепления должно быть увеличено в 2, 3, 4 раза соответственно.
Все рассмотренные здесь способы крепления груза показаны на схеме "СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ (ФИКСАЦИИ) груза в кузове автомобиля" Схема позволяет быстрее определить средства и способы крепления груза. При выборе способа и средств, крепления необходимо учитывать следующее: массу и габариты груза, расположение центра тяжести груза, форму и тип груза, коэффициент трения, грузоподъёмность автомобиля, количество и расположение точек крепления на грузовой платформе и предельные их нагрузки, прочность бортов.
- Комментарии
