Исследования на прочность и на изменение массы балки ручного козлового крана с вырезами.

Идею этой статьи предложил клиент, которому требовалось максимально снизить вес  ручного крана, в частности вес балки, для того чтобы было легко разбирать и собирать устройство,  для перемещения  устройства  на новый объект. Заказчик предложил сделать вырезы в вертикальной полке двутавровой балки, по его словам такие вырезы позволяют экономить до 1/3 веса балки. Было проведено компьютерное моделирование с целью исследования на прочность и на изменение массы балки мобильного крана.

Исходные данные исследования:

  1. Для исследования взята двутавровая балка номер 18 материал конструкционная сталь Ст3.
  2. Пролет(длина балки) 4 метра.
  3. Статическая нагрузка по центру, усилием 2000 кг.
  4. Сравнивались три варианта балки: без вырезов, с треугольными вырезами, с круглыми вырезами.
  5. Дополнительно сравнивались два варианта двутавра меньшего сечения №16 из конструкционной стали Ст3 и из низколегированной стали С345.
  6. Исследовались следующие параметры запас прочности балки, масса , прогиб двутавровой балки под нагрузкой.

Результаты тестирования балки двутавра мини козловлго крана:

В галерее ниже представлены эпюры распределения запаса прочности для различных вариантов балок мини козлового  крана,  отображены масса и величина прогиба балки под нагрузкой.

В таблице ниже представлены результаты тестирования. Снижение массы показывает уменьшения массы балки мини козлового крана  относительно исходной балки номер 18, снижение минимального запаса прочности (МЗП) показывает снижение запаса прочности балки с вырезами относительно исходной балки номер 18. Также в таблице представлены результаты тестирования двух балок №16 меньшего сечения без вырезов, одна из стандартной конструкционной стали Ст3 другая низколегированной стали С345

Балка №, марка стали, тип вырезов.масса, кгснижение массы, %мин. запас прочности МЗПСнижение МЗП, %прогиб, мм
№18, Ст377.501.806
№18, Ст3, круглые вырезы6713.51.422.27.3
№18, Ст3, треугольные вырезы66.713.91.0342.77.3
№16, Ст362.818.91.2729.49.3
№16, низко легированная, С34562.818.91.8209.3

Выводы.

  •  Создание вырезов различной формы в вертикальной полке двутавровой балки не позволяет получить снижение массы на 30%, максимально возможное снижение массы составило 14 процентов, но при этом минимальный коэффициент запаса прочности снизился на 22-40% . Вырезы вертикальной полки двутавровой балки не приемлемы для снижения массы мобильного козлового крана. 
  • Лучший результат может быть получен применением балки меньшего сечения №16, при снижении коэффициента запаса прочности как у 18 балки с круглыми вырезами, получаем большее снижения массы на 19%. Кроме того такой вариант будет дешевле, так как как не нужно платить за лишний металлу и за работы по созданию вырезов.
  • Оптимальным вариантом будет применение балки  ручного козлового крана из низколегированной стали. В этом случае  получаем снижение массы на 19%, вес балки ручного крана составит 63 кг, без снижения коэффициента запаса прочности. Минус то что такая балка будет несколько дороже чем двутавр выполненный из конструкционной стали Ст3.

Закрыть меню