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.
Каталог мобильных перегрузочных устройств, ручных козловых кранов, а также МПУ-УСВ, описание предлагаемых дополнительных опций. МПУ изготавливаются в двух основных вариантах: с регулируемой и фиксированной высотой, различных комплектаций.
Довольно часто производственные помещения имеют недостаточную высоту для размещения кран балки с необходимой высотой подъёма крюка. Для решения этой проблемы применяют тали с уменьшенной строительной высотой, которые позволяют выиграть 10-20 см.
