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:

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

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.