Вы везёте груз в кузове автомобиля. Как правильно и надежно закрепить груз? Об этом мы поговорим в небольшом цикле статей.
Возможно, вы удивитесь, но крепление груза вполне можно рассчитать по формулам. Буквально на научной основе. На самом деле там нет ничего сложного, однако придется кое-что вспомнить из школьных курсов физики и геометрии.
Почему грузы смещаются, опрокидываются и даже вываливаются из транспортного средства? Потому что любой груз обладает массой, а значит, инерцией. Из первого закона Ньютона следует, что любое тело стремится сохранить скорость и направление движения под воздействием сил, называемых силами инерции.
Водитель резко нажал на тормоз, а груз по инерции продолжает движение вперёд. Возникает сила, которая стремится сместить груз. Поэтому принцип правильного крепления груза прост: нужно рассчитать силы инерции и закрепить груз средствами, способными этой силе противостоять.
О том, каким образом можно противодействовать силе инерции, мы поговорим в следующих статьях. А сейчас рассмотрим расчёт этой силы.
Есть несколько стандартов для такого расчёта. В Европе их два. Существуют свои правила и в Америке. Все они устанавливают методику расчёта сил инерции по-своему, но мы будем сравнивать их и брать на вооружение самые жёсткие требования. В России — с нашими-то дорогами — это будет самый разумный подход.
Вспоминаем школьную физику
Прежде чем разговаривать про силы, которые действуют на груз при транспортировке, нужно вспомнить несколько важных понятий из физики. Сначала очень простые:
- Масса m. Это мера инертности тела. Единица измерения — килограмм, кг.
- Скорость V. Измеряем в метрах в секунду, м/с.
- Ускорение а. Этот параметр показывает, как меняется скорость: увеличивается или уменьшается. Поэтому единица измерения — метр в секунду за секунду, или м/с2.
- Ускорение свободного падения g. Если уронить какой-то предмет, он начнёт падать с ускорением g. Оно равно 9,81 м/с2. Строго говоря, значение справедливо только для вакуума, но в наших расчётах этим можно пренебречь.
А вот дальше чуть сложнее:
- Сила F. Единица измерения — Ньютон, Н. Сила, которая действует на тело, равна произведению массы тела на его ускорение: F = m*a
- Вес Fg. Это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Единица измерения — Ньютон.
Здесь нужно пояснить разницу между массой и весом. Масса — это характеристика самого тела. Есть тело, есть его масса. А вес — это сила, и она совсем необязательно адекватна массе. Например, в состоянии невесомости вес равен нулю, но масса нулю отнюдь не равна.
В быту принято говорить «вес столько-то килограммов или тонн». Это неверно, хотя в быту вполне допустимо. Запомним: масса — мера инертности в килограммах. Вес — это сила в Ньютонах.
- Сила реакции опоры N. Это сила, с которой опора действует на тело. Измеряют её в Ньютонах.
Давайте поговорим о ней подробнее. Если груз неподвижно лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры просто равна весу груза:
N = Fg
Если же груз подвергнуть воздействию, например, прижать ремнями, вес груза остается прежним, а реакция опоры увеличивается за счёт дополнительного воздействия от ремней.
Ещё несколько сил, которыми мы будем оперировать в разговоре:
- Продольная сила инерции Fx. Действует вдоль кузова автомобиля. Единица измерения — деканьютон, даН или daN.
Почему не Ньютон, а деканьютон? Деканьютон — это 10 Ньютонов. И это сила, которая примерно эквивалентна одному килограмму. Возьмите в руку килограммовую гирю, чтобы почувствовать, что такое деканьютон. Измерять силу в деканьютонах гораздо проще для человеческого понимания.
- Поперечная сила инерции Fy, она же центробежная. Действует поперёк кузова автомобиля при поворотах. Измеряют ее тоже в деканьютонах.
Итак, продольная и поперечная силы инерции.
Теперь вспомним из курса физики, что такое трение. Это физическое явление при взаимодействии тел. Они могут быть неподвижны, тогда говорят о трении покоя. Одно тело может скользить по поверхности другого, это трение скольжения. И ещё есть трение качения, когда круглое тело катится по поверхности плоского, например, колесо по дороге.
Силу взаимодействия тел называют силой трения. А значит, говорят о силе трения покоя, силе трения скольжения и силе трения качения. Обозначают силу трения так: Fтр.
Мы будем пользоваться параметрами:
- Сила трения Fтр, единица измерения — деканьютон, даН.
- Коэффициент трения покоя µ. Безразмерная величина.
- Коэффициент трения скольжения µD. Безразмерная величина.
О трении качения поговорим чуть позже.
Силу трения Fтр вычисляют по формуле:
Fтр = µ*N,
где N — сила реакции опоры.
Теперь мы разобрались со всеми физическими величинами и понятиями, и можно начинать интересный разговор о креплении груза.
Силы, которые действуют на груз
Вы разместили в кузове груз. При перевозке на него действуют силы инерции: продольная Fx, поперечная Fy и вертикальная Fz. Эти силы приложены к точке, в которой уравновешиваются все силы тяжести, действующие на части груза. Её называют центром тяжести. Как будто вся масса груза собралась в одну точку в пространстве.
Автомобиль поехал. На груз теперь действуют сильные ускорения и вибрации. При этом величины ускорений в зависимости от направления таковы:
- Вперёд — 1,0 g. Это ускорение возникает при торможении.
- Назад — 0,5 g. Ускорение при разгоне.
- Вправо или влево — 0,5 g. А это ускорение появляется в поворотах.
Графически ускорения выглядят так:
Эти коэффициенты крайне важны, их нужно запомнить. Всё просто: назад и в стороны — коэффициент 0,5, вперёд — 1,0. Именно на них основан расчёт крепления груза. Например, масса груза 3 тонны, а вес приблизительно 3000 даН. Значит, сила инерции при торможении достигает тех же 3000 даН, сила смещения вправо-влево или назад будет равна 1500 даН. Мы уже начали делать наш первый расчёт!
А в следующей статье цикла мы поговорим о том, какие силы всё-таки заставляют груз находиться на одном месте и как выглядит формула безопасной перевозки.
