ЭЛЕМЕНТ ЖЕСТКОСТИ СТЕЛЛАЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Данное техническое решение относится к средствам разъемного соединения элементов конструкций, преимущественно стеллажных конструкций, в которых используются элементы жесткости для соединений стоек с полками стеллажной конструкции. Техническое решение предназначено для его использования в двухкоординатных пространственных конструкциях, образованных отдельными элементами, простирающимися по координатам х, y. К таким конструкциям в частности относятся каркасы мебели, стеллажей, строительных конструкций, армирующие и несущие конструкции, а также соединяемые между собой по координатам х, y плоские панели и мебельные щиты. Представленное в данном описании техническое решение разработано преимущественно для его использования в конструкциях стеллажей разного назначения, а также в конструкциях мебели, содержащей каркасы или соединенные между собой мебельные панели.
Известны держатели, посредством которых полка стеллажа прикреплена к стойкам путем установки их в гнезда стоек, при этом полка удерживается держателями с возможностью изменения высоты стеллажей. Держатель имеет усеченную пирамидальную форму и по крайней мере одну грань, на которой выполнено углубление или выемка. Держатель имеет вертикальные прорези, которые позволяют сжать его и плотно закрепить в полке с целью соединения со стойкой. Система может быть адаптирована для квадратных и круглых стоек (US 4852501 А, А47В 57/26, 01.08.1989).
Известен стеллаж, включающий в себя множество полок. По меньшей мере один опорный элемент и несколько зацепляющих элементов соединены друг с другом для поддержки полки. По меньшей мере один опорный элемент имеет, по меньшей мере, один гребень, а вырезы определены в, по меньшей мере, одном гребне. Каждый из зацепляющих элементов представляет собой изогнутый трубчатый элемент. Опорный элемент проходит через зацепляющих элементов и элементов зацепления входят в зацепление с выемками, по меньшей мере, одного опорного элемента, при этом полки поддерживаются на зацепляющихся элементах (US 2016015175 A1, А47В 57/34, 01.21.2016).
Известно устройство для соединения стойки хранения, которое характеризуется наличием основания и канавок. Основная структура снабжена первой поверхностью, второй поверхностью, третьей поверхностью и диагональной плоскостью, причем первая поверхность, вторая поверхность и третья поверхность взаимно и вертикально пересекаются и дополнительно согласованы с диагональной плоскостью, чтобы обеспечить основную структуру для формирования прямоугольного треугольника. Три структуры канавок образованы, соответственно, на первой поверхности, второй поверхности и третьей поверхности в вогнутом режиме. Элементы стойки соединены с помощью трех структурных канавок каждого соединительного устройства. Преимущество соединительного устройства заключается в том, что основная конструкция представляет собой треугольник повышенной прочности сцепления (CN 204344590 U, F16B 5/00, 20.05.2015).
Известны штампованные уголки для соединения элементов конструкций, каждый из которых содержит расположенные под прямым углом стенки, между которыми расположены ребра жесткости, выполненные заодно со стенками (Яндекс, www.PANKYT.com. WWW.ugolki.kiew.ua, 2017). Ребра жесткости в местах их перехода в стенки уголка создают концентрации напряжений в этих местах вследствие неудовлетворительной формы мест перехода, которые, как правило, не имеют радиусных кривых. В случаях если места перехода имеют радиусные кривые, то они находятся в опасных зонах указанных концентраций с точки зрения перегиба металла в процессе штамповки. Из патентной документации известны узлы крепления элементов к стойкам с использованием промежуточных крепежных и соединительных элементов, выполненных в виде уголков (LU 47030А, 28.11.1964. RU 56138 U1, 10.09.2006. RU 30247U1, 27.06.2003. US 6202570А, 20.03.2001. US 5632389 А, 27.05.1997. RU 2376918 C1, 27.12.2009 и RU 178499 U1, 05.04.2018). Из известных, близким аналогом к представленному в данном описанию элементу жесткости является элемент жесткости, описанный в патенте RU 178499 U1, 05.04.2018.
Прототипом полезной модели является патент RU 68258 U1, 27.11.2007, в котором представлен узел крепления полки к вертикальным стойкам металлического стеллажа и который включает, по меньшей мере, одну угловую стойку с отверстиями перфорации, кронштейн и полку, закрепляемую на стойке посредством кронштейна и резьбовых крепежных элементов, отличающийся тем, что кронштейн выполнен из листовой заготовки технологической операцией гибки по оси симметрии, при этом кронштейн имеет парные отверстия симметрично расположенные относительно упомянутой оси, выполненных таким образом, что, по меньшей мере одна пара упомянутых, симметрично расположенных отверстий включает одно резьбовое и одно сквозное отверстия, а в остальных парах оба отверстия выполнены резьбовыми, в свою очередь полка и стойка имеют сквозные отверстия, совпадающие с отверстиями кронштейна при монтаже.
Листовая заготовка кронштейна в прототипе имеет т-образную форму. В качестве резьбовых крепежных элементов используются болты. Отверстия стойки выполнены с равным шагом по вертикали. Сквозное отверстие имеет форму прямоугольника со скругленными углами. Резьбовые отверстия выполнены путем нарезки резьбы в предварительно отбортованных сквозных отверстиях.
Предусмотрено, что в частном случае исполнения кронштейна его листовая заготовка имеет т-образную форму с парами отверстий, при этом одна пара отверстий имеет одно резьбовое отверстие и одно сквозное отверстие. Данный кронштейн предназначен для использования в стеллажах повышенной грузоподъемности.
Общими признаками, представленного в данном описании технического решения и прототипа являются такие признаки, что каждый элемент жесткости (кронштейн в прототипе) стеллажной конструкции характеризуется т-образной формой в проекции на фронтальную плоскость и г-образной формой в проекции на горизонтальную плоскость, выполненным из пластины, имеющим два верхних ответвления, простирающиеся в противоположные стороны от оси симметрии элемента, и одно нижнее г-образное в поперечном разрезе ответвление, простирающееся под прямым углом по отношению к верхним ответвлениям, при этом в каждом из указанных ответвлений выполнены отверстия с винтовыми нарезками под средства винтового соединения элемента жесткости со стойками и полками стеллажной конструкции.
В описании прототипа содержится информация, что для предотвращения в кронштейне во время сборки стеллажа срыва внутренней резьбы, резьбовое отверстие выполнено путем нарезки резьбы метчиком в предварительно отбортованном сквозном отверстии. Как это следует из описания прототипа такое выполнение обеспечивает нарезку большего количества витков резьбы, повышает надежность резьбового соединения, а также надежность всей конструкции в целом. В описании прототипа не раскрыта «нарезка резьбы в предварительно отбортованном сквозном отверстии», не раскрыто «предварительно отбортованное сквозное отверстия» или «отбортованное сквозное отверстие». По сути не раскрыто «отбортованное отверстие» и не указаны пределы чисел «большего количества витков резьбы». При этом в описании не раскрыто на какой стороне элемента жесткости расположены отбортовки отбортованного отверстия, и не дана ссылка на источник информации, из которого было бы известно «отбортованное отверстие», выполненное в элементе жесткости.
Нарезка резьбы «в сквозном отбортованном отверстии» и «большое количество» витков резьбы не относятся к признакам конструкции, поскольку указанные особенности являются неопределенными, не позволяющими однозначно понять, где нарезана резьба, чем обосновано «большое» количество витков нарезки. В прототипе представлено частично нереализуемое техническое решение, в нем нарезка резьбы «в сквозном отбортованном отверстии» с «большим количеством» витков резьбы не отвечает требованиям промышленной применимости.
Другим недостатком прототипа является то, что в зоне расположения резьбового отверстия (вокруг него) на стенках элемента жесткости создаются при затяжке винтов концентрации напряжений, которые деформируют стенки элемента жесткости вокруг отверстия, при этом уменьшается площадь контакта соединяемых поверхностей, а силы трения между соединениями поверхностями снижаются. В результате несущая способность такого винтового соединения снижается, а нагрузка от силы сдвига соединения многократно возрастает на ножке винта. При недостаточном усилии затяжки такое соединение разрушается, а при излишнем натяжении винтового соединения в процессе сборки стеллажа выявляется недостаточная несущая способность резьбового соединения вследствие недостатка числа витков резьбы.
В результате, конструкция элемента жесткости (кронштейна), представленная в прототипе, не отвечает требованиям применимости соединения, исключающего использование болтового соединения, и оно также не отвечает требованиям трудоемкости сборки стеллажа, удобству монтажных работ, поскольку она не исключает срывы резьбы винтового соединения и требует дополнительных средств для предотвращения срывов. Во-вторых, конструкция прототипа не отвечает требованиям по несущей способности элемента жесткости (кронштейна) вследствие того, что число витков резьбы в отверстии не позволяет осуществить заданную силу натяжения винтового соединения и обеспечить за счет сил трения надежность соединения элементов стеллажа, которая зависит также от плотности прилегания соединяемых поверхностей и от их сопротивляемости короблению при затяжке.
Общим недостатком прототипа является не удовлетворительная несущая способность элемента жесткости (кронштейна в прототипе).
Техническим результатом представленного в данном описании элемента жесткости стеллажной конструкции является повышение несущей способности элемента жесткости.
Технический результат получен элементом жесткости стеллажной конструкции, характеризующийся т-образной формой в проекции на фронтальную плоскость и г-образной формой в проекции на горизонтальную плоскость, выполненным из пластины, имеющим два верхних ответвления, простирающиеся в противоположные стороны от оси симметрии элемента, и одно нижнее г-образное в поперечном разрезе ответвление, простирающееся под прямым углом по отношению к верхним ответвлениям, при этом в каждом из указанных ответвлений выполнены отверстия с винтовыми нарезками под средства винтового соединения элемента жесткости со стойками и полками стеллажной конструкции, причем вокруг отверстий выполнены направленные внутрь элемента жесткости ребра жесткости, каждое из которых имеет форму кольцевого воротничка, расположенного под прямым углом к плоскости соответствующего ответвления, при этом каждое отверстие расположено внутри воротничка, на внутренней поверхности которого выполнена винтообразная нарезка, а в угловой зоне элемента жесткости, образованной примыкающими друг к другу стенками ответвлений, выполнено угловое ребро жесткости, расположенное в зоне схождения стенок нижнего г-образного ответвления.
Винтообразная нарезка внутри воротничка выполнена в виде резьбы, высота h каждого гребня которой выбрана в пределах h=(0,5-0,7)t, где t - толщина стенки воротничка.
На фиг. 1 показан элемент жесткости в аксонометрии, вид с внутренней стороны элемента.
На фиг. 2 - фронтальная проекция на элемент жесткости с внутренней стороны элемента.
На фиг. 3 - сечение В-В на фиг. 2.
На фиг. 4 - сечение Г-Г на фиг. 2.
На фиг. 5 - ребра жесткости элемента жесткости, расположенные внутри элемента, место А на фиг. 3.
На фиг. 6 - место Б на фиг. 4.
На фиг. 7 - элемент жесткости в рабочем положении, соединенный со стойкой и полкой стеллажной конструкции.
На фиг. 8 - разрез Е-Е на фиг. 7.
Элемент жесткости стеллажной конструкции представляет собой цельный элемент из прочного материала, обладающего заданной прочностью и жесткостью. Элемент характеризуется т-образной формой на виде сзади, с наружной стороны элемента жесткости, в проекции на фронтальную плоскость (фиг. 1) и г-образной формой на виде сверху в проекции на горизонтальную плоскость (фиг. 3). Элемент жесткости преимущественно отштампован из металлической пластины, имеет два верхних ответвления 1 и 2, простирающиеся в противоположные стороны от оси 3 симметрии элемента, и одно нижнее г-образное в поперечном разрезе ответвление 4, простирающееся под прямым углом по отношению к верхним ответвлениям.
В каждом из указанных ответвлений выполнены отверстия 5 с винтовыми нарезками под средства винтового соединения элемента жесткости со стойками и полками стеллажной конструкции.
Вокруг каждого отверстия 5 (фиг. 6) выполнено ребро жесткости в виде кольцевого воротничка 6 (фиг. 5), направленного во внутреннюю сторону элемента жесткости, при этом отверстие 5 расположено внутри воротничка 6 симметрично по отношению к центру воротничка 6. На каждой образующей отверстие 5 поверхности 7 воротничка 6 выполнена винтообразная нарезка 8 (фиг. 6), имеющая длину 9, достаточную для осуществления заданной силы натяжения при завинчивании в винтовую нарезку винта.
Под винтовой нарезкой в данном описании понимается любая нарезка канавок и гребней на образующей поверхности отверстия, причем канавки и образованные между ними гребни расположены по винтовой линии (винтовая нарезка канавок под специальные винты, саморезы или крепежные элементы со стандартной мелкой резьбой). Резьба 8 внутри воротничка 6 нарезана предпочтительно так, что высота h каждого гребня резьбы выбрана в пределах: h=(0,5-0,7)t, где t - толщина стенки воротничка 6.
В угловой зоне 10 элемента жесткости (фиг. 5), образованной примыкающими друг к другу под прямым углом стенками 11 и 12 нижнего г-образного ответвления 4, выполнено ребро жесткости 13 в виде угловой выдавки, направленной внутрь элемента жесткости. Ребро жесткости 13 расположено в зоне схождения стенок 11 и 12 нижнего г-образного ответвления 4. Угловое ребро жесткости 13, а также ребра жесткости 6 в виде воротничков расположены между ответвлениями элемента жесткости с его внутренней стороны. Их назначением является повышение несущей способности элемента жесткости и сопротивляемости деформациям ответвлений в процессе их стяжки винтами во время сборки стеллажной конструкции. Сборка такой конструкции осуществляется путем соединения элементов жесткости со стойками 14 и полками 16 стеллажной конструкции так, как это показано на фиг. 7, на которой показаны один элемент жесткости, одна стойка и одна полка. В процессе сборки соединение полок со стойками осуществляют путем защемления отбортовок 15 полки 16 между стенками стойки 14 и стенками 11 и 12 ответвлений 1 и 2 элемента жесткости. Стенки стойки 14, отбортовки 15 полки и стенки 11 и 12 элемента жесткости притягивают друг к другу в процессе указанного соединения средствами 17 винтового соединения (винтами), располагаемыми в отверстиях 18 стойки 14 и в отверстиях 5 элемента жесткости, имеющих винтовую нарезку.
Работает элемент жесткости следующим образом. В рабочем положении элемент жесткости соединен со стойкой 14 (фиг. 7, 8) и полкой 16 стеллажа расположенными винтовыми средствами 17 соединения в отверстиях 18 стойки 14 и отверстиях 5 элемента жесткости, имеющими винтовую нарезку. В указанном рабочем положении элемент жесткости воспринимает статические и динамические нагрузки, причем статические нагрузки он воспринимает от располагаемого на полках 16 груза, а динамические нагрузки он воспринимает в процессе загрузки на стеллажную конструкцию груза и его выгрузки. Элемент жесткости работает вместе со стойкой 14 и полкой 16 стеллажной конструкции, при этом стенки ответвлений 1 и 2 (фиг. 7) и стенки 11 и 12 нижнего г-образного ответвления 4 элемента жесткости испытывают изгибающие знакопеременные нагрузки, которые связаны с динамическими колебаниями стеллажной конструкции в процессе ее эксплуатации. При таких колебаниях ответвления 1 и 2, а также стенки 11 и 12 оказывают благодаря ребрам 6 жесткости и угловому ребру 13 жесткости повышенное сопротивление нагрузкам, что в заданном диапазоне нагрузок исключает перекосы стеллажной конструкции. В процессе работы элемента жесткости ребро 13 жесткости препятствуют сближению и разведению в стороны стенок 11 и 12 элемента жесткости, что в результате позволяет сохранять проектное взаимное расположение стоек и полок стеллажной конструкции и препятствует ее перекосу в диагональных направлениях. Ребра 6 жесткости в процессе работы стеллажной конструкции оказывают сопротивление изгибу стенок элемента жесткости в зонах их прижатия к стойке и полке стеллажа.
В процессе работы элемент жесткости обеспечивает прямой угол стеллажной конструкции, при этом угловое ребро 13 жесткости и ребра 6 жесткости повышают сопротивляемость элемента жесткости и уменьшают его деформации в опасных зонах - в углу элемента жесткости, а также в местах притягивания элемента жесткости к отбортовкам 15 полки 16 и к стенкам 19 стойки 14. Уменьшение деформации ответвлений элемента жесткости позволяет сохранять в заданных пределах усилия трения между соединенными поверхностями и несущую способность элемента жесткости.
Повышение несущей способности элемента жесткости позволило уменьшить смещения элемента жесткости от его проектного положения и, соответственно, стабильность проектного расположения полок стеллажа на стойках стеллажа, что в итоге позволило повысить устойчивость стеллажной конструкции и ее безопасность.
Путем повышения сопротивляемости ответвлений элемента жесткости исключены в заданных пределах коробления ответвлений элемента жесткости при затяжке винтов, обеспечены расчетные усилия притяжения друг к другу стыкуемых поверхностей и расчетные силы трения между ними, благодаря которым повышена прочность соединения элементов жесткости со стойками и полками стеллажа.
?
Поскольку элемент жесткости имеет повышенную несущую способность, то устойчивость стеллажной конструкции, являющейся конструкцией повышенной опасности, существенно повышена. Технический результат (повышение несущей способности элемента жесткости стеллажной конструкции) достигнут совокупностью изложенных в формуле признаков. При этом существенно снижены металлоемкость узлов соединения стеллажной конструкции путем исключения из соединений гаек и шайб и трудоемкость сборки стеллажной конструкции.