Применение вырезов для снижения веса балки МПУ
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:
- Для исследования взята двутавровая балка номер 18 материал конструкционная сталь Ст3.
- Пролет(длина балки) 4 метра.
- Статическая нагрузка по центру, усилием 2000 кг.
- Сравнивались три варианта балки: без вырезов, с треугольными вырезами, с круглыми вырезами.
- Дополнительно сравнивались два варианта двутавра меньшего сечения №16 из конструкционной стали Ст3 и из низколегированной стали С345.
- 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, КГ | СНИЖЕНИЕ МАССЫ, % | МИН. ЗАПАС ПРОЧНОСТИ МЗП | СНИЖЕНИЕ МЗП, % | ПРОГИБ, ММ |
|---|---|---|---|---|---|
| №18, Ст3 | 77.5 | 0 | 1.8 | 0 | 6 |
| №18, Ст3, круглые вырезы | 67 | 13.5 | 1.4 | 22.2 | 7.3 |
| №18, Ст3, треугольные вырезы | 66.7 | 13.9 | 1.03 | 42.7 | 7.3 |
| №16, Ст3 | 62.8 | 18.9 | 1.27 | 29.4 | 9.3 |
| №16, низко легированная, С345 | 62.8 | 18.9 | 1.82 | 0 | 9.3 |
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 вариантомбудет 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.
