Сравниваем конструкции стеллажных балок

Денис Никифоров, генеральный директор компании "Стеллажные системы".

Статья предоставлена автором после публикации в журнале "Склад и техника" №4 апрель 2012 года.

В последнее время на отечественном рынке появились стеллажи, элементы которых, как утверждает их производитель (для удобства далее будем называть его компанией П), выполнены с использованием новой технологии производства из цельного листа металла и имеют усиленную конструкцию сверху и снизу, что повышает ее несущую способность по сравнению с продукцией других компаний, в частности нашей. Посмотрим, соответствует ли это утверждение действительности с позиции такой научной дисциплины, как сопротивление материалов.

Обращаю Ваше внимание на то, что технология, по которой выполнена балка производства ПМ, якобы инновационная, в Европе применяется только в тех конструкциях где используется ручная обработка грузов (полочные стеллажи, мезонины), во избежание ниже приведенных примеров. Данная технология подразумевает, что балка будет произведена из цельного листа, что не дает возможности выполнить отбортовки в углах профиля балки.

Для чего это нужно: Во-первых, в углах балки сосредоточена концентрация напряжения: постоянная ( образовавшаяся в результате гиба) и переменная - от статической нагрузки (вес паллеты). Несущая способность балки определяется высотой и шириной самого профиля балки, толщиной металла, в большей степени верхней и нижней полками профиля балки. Ребра жесткости на боковых сторонах балки сделаны только для того, чтобы балку при той длине, которая используется для складирования паллет, не «повело винтом», т.е для предотвращения скручивания балки. Говорить, что за счет этого увеличивается несущая способность балки, не верно. Максимум, что дают ребра жесткости по сравнению с гладкой стенкой балки – это увеличение до 5% несущей способности, за счет увеличения площади сечения от гибов ( т.е. момента инерции I_x и момента сопротивления W_x относительно горизонтальной оси балки), что доказывает формула по сопромату: σ _max = M _max / W_x ≤ [σ].

Поэтому всю основную работу по выдерживанию заданной нагрузки берут на себя, как уже было сказано выше верхняя и нижняя стороны балки.

Рассмотрим, как это работает. Приложим распределенную заданную нагрузку к балке и будем наблюдать такую картину: верхняя часть балки сожмется относительно центральной оси Х, в которой металл остается неизменным (в том же состоянии, что и без нагрузки), в частности верхняя сторона будет иметь прогиб (Рис 2), а нижняя часть балки растянется также относительно центральной оси х.

При этом нижняя сторона будет иметь выгиб. А теперь рассмотрим более детально: верхняя сторона у балки ПМ имеет толщину в 3 раза больше чем боковые стороны и в момент передачи нагрузки от верхней к боковым сторонам, в месте перехода возникает опасная концентрация напряжения, т.к. нагрузка со стороны толщиной в 3,6 мм в углу балки переходит на сторону, толщиной 1,2 мм, а учитывая тот факт, что в балке в месте гиба уже есть напряжение, то при нестандартной ситуации (зацепили балку углом паллета при снятии, зацепили вилами погрузчика) может произойти обрушение. Еще одна ситуация: оператор погрузчика в момент постановки паллеты на стеллаж резко опустил вилы. Появилась динамическая нагрузка, в результате броска паллеты на стеллаж. При этом коэффициент, который добавляется к нагрузке равен -1,4, т.е. паллета весом в 500 кг в момент приземления на балку будет весить уже 700 кг . Посмотрим, что при этом происходит с балкой.

Это мы рассмотрели верхнюю часть балки, а теперь давайте обратим внимание на нижнюю часть балки.

Замок на нижней стороне балки, который соединяет балку в единый контур проходит только в центральной ее части. Нагрузка, которая воздействует на балку, создает одинаковое напряжение, что в верхней части балки (напряжение сжатия), что в ее нижней части (напряжение растяжения), а вот толщина-то не везде одинаковая! В нижней части замок, имеющий толщину 3,6 мм занимает не всю площадь, а ее только центральную часть, таким образом, мы видим, что образовываются очень опасные зоны в нижней части балки. Рис. 6, где профиль имеет всего-навсего толщину 1,2 мм и испытывает колоссальное воздействие напряжения от нагрузки. Обратим внимание, что в верхней части на эту нагрузку используется толщина 3,6 мм по всей площади верхней стенки балки. Это грозит тем, что в нагруженном состоянии при небольшом дополнительном воздействии на эту зону (удар паллетом при ее снятии с нижней полки; задели вилами) балка скорее всего потеряет устойчивость и сломается в отличие от балки выполненной по технологии соединения двух профилей (Рис. 9), т.к. данная технология дает возможность иметь одинаковую толщину сверху и снизу балки и исключает образование зон повышенной концентрации напряжения в углах балки, т.к по технологии производства в углах балки предусмотрены отбортовки для передачи возникающего напряжения с угла на стенку балки.

Хочу отметить, что технология изготовления балки ПМ не может гарантировать соблюдения ГОСТа 16140-77 и ГОСТ 28766-90 по прогибу балки. Согласно этим ГОСТам, при приложении распределенной нагрузки на пару балок с учетом того, что нагрузка на 25% больше заявленной, балка будет иметь допустимый прогиб не более 1/200 ее длины, т.е если паллета весит 1000 кг, то на пару балок длинной 2700 мм мы нагружаем 3750 кг и прогиб должен составить величину не более 13,5 мм.

Коэффициент запаса прочности балки, т.е. нагрузку которую нужно приложить к балке, чтобы она сломалась, у нас -1,95, у ПМ -1,34, а коэффициент запаса по прогибу по ГОСТу у всех должен быть 1,25, вот и задумайтесь насколько и у кого какие запасы и вследствие чего обеспечиваются эксплуатационные свойства стеллажной конструкции.