北京交通大学：《铁路货运技术》课程教学资源（阅读教材）第03章 铁路货物加固 第一节 运输过程中作用于货物上的力 第一讲 纵向惯性力

3.1运输过程中作用于货物上的力 3.1.1纵向惯性力 列车的纵向运动状态可分为稳态与非稳态两种。稳态运动系指列车在不变的 常力或变化极慢的缓变力作用下做等速或等加速运动。在这种条件下，货物会在 摩擦力作用下随车辆一起运动，因而其在车辆上的位置不会发生变化。非稳态运 动包括列车起动、加速、制动，牵引力骤变，以及调车时车辆之间的相互冲击。 当车辆受到的纵向作用力急剧变化时，也就是车钩受冲击时，车辆会产生较大的 纵向加速度，引起车辆运行速度急速增大或减小。如果未对车上所装货物进行加 固，保持货物稳定状态的纵向作用力只有摩擦力，通常摩擦力不足以使货物获得 与车辆相同的纵向加速度，因而货物会与所装车辆发生相对运动。如果对货物采 取了加固措施，只要满足加固强度，当车辆受到冲击时，货物与车地板间就不会 发生相对运动。 设车辆受到冲击时，货物获得的纵向加速度为α，货物的重量（即质量，以 下同)为Q,加固材料对货物施加的纵向水平力为下，货物与车地板间的摩擦力 为F摩，货物受力情况如图1一3一1所示。 g。出 图1一3一1货物受力情况示意图 在F与F摩共同作用下，货物相对于车辆应该是静止的。以车辆为参照系（非 惯性系)，必须在货物上虚加一个力T,才能在形式上运用牛顿第二定律，即： F+F-T=0 式中T一货物的纵向惯性力，其大小等于货物的质量m与货物在F和F摩作 用下产生的相对于地面的加速度α的乘积，方向与加速度的方向相 反，即 T=一ma珯珯 货物的纵向加速度在数值上相当于单位质量货物的纵向惯性力。当用Q表

3.1 运输过程中作用于货物上的力 3.1.1 纵向惯性力 列车的纵向运动状态可分为稳态与非稳态两种。稳态运动系指列车在不变的 常力或变化极慢的缓变力作用下做等速或等加速运动。在这种条件下，货物会在 摩擦力作用下随车辆一起运动，因而其在车辆上的位置不会发生变化。非稳态运 动包括列车起动、加速、制动，牵引力骤变，以及调车时车辆之间的相互冲击。 当车辆受到的纵向作用力急剧变化时，也就是车钩受冲击时，车辆会产生较大的 纵向加速度，引起车辆运行速度急速增大或减小。如果未对车上所装货物进行加 固，保持货物稳定状态的纵向作用力只有摩擦力，通常摩擦力不足以使货物获得 与车辆相同的纵向加速度，因而货物会与所装车辆发生相对运动。如果对货物采 取了加固措施，只要满足加固强度，当车辆受到冲击时，货物与车地板间就不会 发生相对运动。 设车辆受到冲击时，货物获得的纵向加速度为 a，货物的重量（即质量，以 下同)为 Q，加固材料对货物施加的纵向水平力为 F，货物与车地板间的摩擦力 为 摩 F纵 ，货物受力情况如图 1－3－1 所示。 图 1－3－1 货物受力情况示意图 在 F 与 摩 F纵 共同作用下，货物相对于车辆应该是静止的。以车辆为参照系（非 惯性系），必须在货物上虚加一个力 T，才能在形式上运用牛顿第二定律，即： F + 摩 F纵 −T＝0 式中 T——货物的纵向惯性力，其大小等于货物的质量 m 与货物在 F 和 摩 F纵 作 用下产生的相对于地面的加速度 a 的乘积，方向与加速度的方向相 反，即 T ＝－ma 货物的纵向加速度在数值上相当于单位质量货物的纵向惯性力。当用 Q 表 F 冲击 F 纵 摩 Q a T RA RB

示货物的重量，用o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： T=toQ (kN) (1-3-1) 式中Q一货物的重量，t 10一每吨货物的纵向惯性力，kNh。 车辆在不同条件下受到冲撞时，单位质量货物的纵向惯性力力值可以通过 研究不同条件下货物的加速度来确定， 研究与试验证明，列车在起动、加速、制动过程中，包括货物列车在最高 时速条件下紧急制动，或者在20~30kmh条件下紧急制动过程中，以及在调车 作业中车辆间以允许的连挂速度相冲撞时，货物或车辆的纵向加速度以调车冲撞 时为最大，所以单位质量货物的纵向惯性力应通过车辆冲击试验来确定。研究与 试验还表明，货物的纵向加速度与对货物采取的加固种类（刚性或柔性）关系很 大。 1.采用刚性加国时，货物的纵向惯性力 刚性加固系指用长大铁地板货车装载货物时，在货物四周加焊钢挡的加固。 在刚性加固条件下，车辆受到冲击时，货物与车体具有几乎相同的纵向加速度。 当一辆在线路上移动的车辆与停留在线路上的车辆相撞时，在车钩缓冲器未被压 死的阶段（弹性阶段），车钩受到的最大冲击力为： N..K M+Ma MM (1-3-2) 式中—冲击速度： K一两相互冲击车车钩缓冲器的串联刚度： M、山一分别为被冲击车和冲击车的质量（车辆自重与所装货物重量 之和)。 当货物装在停留在线路上的车辆（被冲击车）上时，被冲击车的加速度，亦即 货物的加速度为： (1-3-3) 上式表明，在刚性加固条件下，单位质量货物的纵向惯性力与冲击速度和两

示货物的重量，用 t0 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： T＝t0Q （kN） （1－3－1） 式中 Q——货物的重量，t； t0——每吨货物的纵向惯性力，kN/t。 车辆在不同条件下受到冲撞时，单位质量货物的纵向惯性力力值可以通过 研究不同条件下货物的加速度来确定。 研究与试验证明，列车在起动、加速、制动过程中，包括货物列车在最高 时速条件下紧急制动，或者在 20～30km/h 条件下紧急制动过程中，以及在调车 作业中车辆间以允许的连挂速度相冲撞时，货物或车辆的纵向加速度以调车冲撞 时为最大，所以单位质量货物的纵向惯性力应通过车辆冲击试验来确定。研究与 试验还表明，货物的纵向加速度与对货物采取的加固种类（刚性或柔性）关系很 大。 1. 采用刚性加固时，货物的纵向惯性力 刚性加固系指用长大铁地板货车装载货物时，在货物四周加焊钢挡的加固。 在刚性加固条件下，车辆受到冲击时，货物与车体具有几乎相同的纵向加速度。 当一辆在线路上移动的车辆与停留在线路上的车辆相撞时，在车钩缓冲器未被压 死的阶段(弹性阶段)，车钩受到的最大冲击力为： 1 2 1 2 max M M M M N v K   （1－3－2） 式中 v——冲击速度； K——两相互冲击车车钩缓冲器的串联刚度； M1、M2 —— 分别为被冲击车和冲击车的质量（车辆自重与所装货物重量 之和）。 当货物装在停留在线路上的车辆(被冲击车)上时，被冲击车的加速度，亦即 货物的加速度为： 1 2 1 2 1 M M M M K M v a   （1－3－3） 上式表明，在刚性加固条件下，单位质量货物的纵向惯性力与冲击速度和两

冲击车车钩缓冲器串联刚度的平方根成正比。如果车钩缓冲器被压死，货物的纵 向惯性力会急剧增大。 用满载的60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5kh的冲击试验研究结果，单位质量 货物的纵向惯性力（用表示）可用下式计算： 10=26.69.0.130g (1-3-4) 式中Q。一重车总重，：当Q。>130t时，按130t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。 车辆受到冲击时，在柔性加固条件下，货物的加速度随货物所在车的重车总 重提高而减小，随冲击车的总重和冲击速度提高而增大。当冲击速度、冲击车总 重和货物所在车辆的总重一定时，货物加速度，亦即单位质量货物的纵向惯性力， 主要取决于加固材料的抗拉（压）刚度。加固材料的抗拉刚度越小，其缓冲性能 越好，货物的纵向加速度也越小。由于柔性加固材料的抗拉（压）刚度远小于刚 性加固，所以柔性加固条件下，货物的纵向加速度比在刚性加固条件下小得多。 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60t级货车以5kmh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： t6=0.0012Q-0.32Q。+29.85(kNt) (1-3-5)》 式中Q。一重车总重，【。跨装运输时，按跨装车组总重计算。 当130t150t时， o按5.88kNh取值

冲击车车钩缓冲器串联刚度的平方根成正比。如果车钩缓冲器被压死，货物的纵 向惯性力会急剧增大。 用满载的 60t 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 5km/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： t0 = 26.69 - 0.13 Q总 （1－3－4） 式中 Q总 ——重车总重，t；当 Q总 > 130t 时，按 130t 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。 车辆受到冲击时，在柔性加固条件下，货物的加速度随货物所在车的重车总 重提高而减小，随冲击车的总重和冲击速度提高而增大。当冲击速度、冲击车总 重和货物所在车辆的总重一定时，货物加速度，亦即单位质量货物的纵向惯性力， 主要取决于加固材料的抗拉（压）刚度。加固材料的抗拉刚度越小，其缓冲性能 越好，货物的纵向加速度也越小。由于柔性加固材料的抗拉（压）刚度远小于刚 性加固，所以柔性加固条件下，货物的纵向加速度比在刚性加固条件下小得多。 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 60t 级货车以 5km/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： 0.0012 0.32 29.85 2 t 0  Q总  Q总  （kN/t） （1－3－5） 式中 Q总 ——重车总重，t。跨装运输时，按跨装车组总重计算。 当 130t 150t 时， t0 按 5.88kN/t 取值