КРОНШТЕЙН МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕЛЛАЖА

Полезная модель (ПМ) относится к выставочному, торговому оборудованию, а именно к деталям металлических стеллажей, которые предназначены для поддержания полок металлических стеллажей (МС) с размещенными на них товарами или экспонатами.
Известны множество МС с кронштейнами различных конструкций и форм (например, по патентам РФ: №№189811, 192291, 2438550, 129781, 139104, 45244, 68258, 2406429, 46909, 56138, и иностранным патентам: WO 2011083214, WO 2011083214, WO 9529613, SU 4716841, SU 3765344). Известны кронштейны для МС коробчатого, П-образного, Г-образного и др. сечений, а также выполненные из листового материала в виде пластин различной формы. Известен сборно-разборный стеллаж (патент на ПМ №2380016), в котором каждый кронштейн оснащен специальным крепежным устройством в виде крючка и закреплен своей тыльной стороной па вертикальной стойке, крепежное устройство выполнено в виде Г-образного загнутого вниз элемента. Известен кронштейн-полкодержатель для МС «ЛЕОМЕБЕЛЬ» (Leomebel.tiu.ru) пластинчатой формы. Однако, все эти конструкции кронштейнов имеют существенные недостатки, а именно: обладают недостаточной жесткостью, невысокими грузоподъемностью и надежностью в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому и принятому в качестве аналога-прототипа является кронштейн металлического стеллажа (каталог завода «МИКРОН», г. Великие Луки, серии В3 модели В3.20.001, 002, 003, 004, 005, 006…), выполненный из металлической пластины фасонной формы, состоящий из корпусной и тыльной частей, оснащенной Г-образными зацепами для крепления в пазах вертикальных несущих стоек металлического стеллажа и выполненной в нижней своей части с расширением в сторону Г-образных зацепов, оснащенный в нижней части в области перехода корпусной части кронштейна в тыльную часть выштампованными ребрами жесткости в виде двухстороннего зигового рельефа, состоящего из двух участков, расположенных по углом друг к другу, причем один участок расположен в корпусной, а другой - в тыльной части кронштейна. Однако, и эта конструкция, несмотря на ребра жесткости зигового рельефа, обладает недостаточной жесткостью, грузоподъемностью, надежностью.
Цель предлагаемой полезной модели - повышение жесткости, грузоподъемности и надежности кронштейна. Указанная цель достигается тем, что кронштейн, выполненный из металлической пластины фасонной формы, состоящий из корпусной и тыльной частей, оснащенной Г-образными зацепами для крепления в пазах вертикальных несущих стоек металлического стеллажа и выполненной в нижней своей части с расширением в сторону Г-образных зацепов, оснащенный в нижней части в области перехода корпусной части кронштейна в тыльную часть выштампованными ребрами жесткости в виде двухстороннего «зигового рельефа», состоящего из двух участков, расположенных под углом друг к другу, причем один участок расположен в корпусной части, а другой - в тыльной части кронштейна, нижний контур тыльной части кронштейна выполнен в виде дугообразной линии с выпуклостью вниз, плавно по радиусу переходящей в нижнюю линию контура корпусной части кронштейна, причем дугообразная линия нижнего контура тыльной части кронштейна выполнена таким образом, что тыльная часть кронштейна представляет собой балку переменного сечения, равного сопротивления, часть ребер жесткости двухстороннего зигового рельефа, расположенных в тыльной части кронштейна, имеют дугообразную форму, аналогичную дугообразной форме выпуклой линии нижнего контура тыльной части, и располагается параллельно ей.
На фиг. 1 представлен кронштейн, общий вид, на фиг. 2 - разрез А-А на рис. 1, на фиг. 3 - сравнительные схемы тыльных частей кронштейна аналога-прототипа и заявляемого кронштейна по полезной модели в виде плоских балок переменного сечения с ребрами жесткости «зигового рельефа», на фиг. 4 - сравнительные теоретические схемы ребер жесткости «зигового рельефа» аналога-прототипа и по полезной модели в виде условных балок консольного защемления с эпюрами нагрузок (а - по полезной модели, б - по прототипу), схемы прогибов условных балок (а - по полезной модели, б - по прототипу), схема нагружения условной балка ребра жесткости по полезной модели при вертикальном изгибе. Кронштейн осуществляет свою функцию по поддержанию полок металлического стеллажа следующим образом: кронштейн, состоящий из корпусной 1 и тыльной 2 частей, оборудованный Г-образными зацепами 3, ребрами жесткости 4 фасонной формы в виде выштамповок зигового рельефа, имеющий опорную поверхность 5 для установки на нее полок при помощи Г-образных зацепов 3, крепится в пазах вертикальной стойки металлического стеллажа (не показана) и занимает консольное положение перпендикулярно несущей стойки стеллажа. При этом торец тыльной части кронштейна прилегает к стойке стеллажа. После того, как все кронштейны установлены, на опорную поверхность 5 кронштейна укладывается полка (не показана). На полку помещается товар, или другие предметы, или экспонаты. И кронштейн воспринимает на себя посредством опорной поверхности 5 вертикально действующую нагрузку - распределенную или сосредоточенную. Эта нагрузка вызывает в материале, из которого выполнен кронштейн, напряжения и деформации, величина и направление действия которых зависит и от формы кронштейна, и от элементов его усиления. Предложенная форма тыльной части кронштейна в виде балки переменного сечения равного сопротивления с дугообразной линией нижнего контура позволяет обеспечить одинаковые внутренние напряжения в этой части кронштейна по всей ее длине. Оснащение тыльной части ребрами жесткости, в качестве усиления, выполненными выштамповкой типа зигового рельефа дугообразной формы, аналогичной дугообразной линии нижнего контура тыльной части кронштейна и размещенными параллельно ей, позволяет существенно повысить жесткость этой части и всей конструкции кронштейна.
1
2
Из теории «Сопротивления материалов» известно, что балки переменного сечения, также, как и любые балки с консольным закреплением имеют максимальные напряжения в месте закрепления. Однако эти напряжения существенно зависят и от установки консоли (под углом или перпендикулярно к месту закрепления), и от направления действия нагрузки, и от конструктивных элементов усиления на балке (в данном случае элементы усиления в виде «зигового рельефа»). Сравнительный теоретический анализ нагружения и возникновения при этом напряжений внутри кронштейна аналога-прототипа и предлагаемой конструкции иллюстрируется известными формулами теории «Сопротивления материалов» и предлагаемыми схемами и фигурами. Вертикальная сосредоточенная сила Р (и распределенную нагрузку можно привести к сосредоточенной) от действия веса размещенного на полке товара создает в месте консольного закрепления кронштейна (в месте крепления Г-образных зацепов кронштейна в пазах вертикальных стоек стеллажа) максимальные напряжения изгиба от изгибающего момента М=P⋅L, где М - момент изгибающий максимальный «в заделке», L - расстояние до места закрепления кронштейна на стойке стеллажа. Преимущества предлагаемого технического решения перед прототипом становятся очевидными при анализе системы нагружения от силы Р и возникающих при этом напряжений в материале тыльного участка кронштейна. Для сравнительного анализа удобно принять одинаковые длины L тыльных участков кронштейнов (фиг. 3, а - по полезной модели, б - прототип). При этом, максимальные изгибающие моменты, действующие в «заделке» при одинаковой L одинаковы в обоих вариантах и равны М. Применение в предлагаемой полезной модели фасонной формы тыльной части кронштейна позволяет перераспределить напряжения внутри этой части кронштейна и уменьшить их значение в опасном, самом нагруженном месте - в консольной «заделке» на вертикальной стойке металлического стеллажа. Это вытекает из сравнительного анализа эпюр сил, действующих в тыльной части кронштейна прототипа и заявляемой полезной модели. Для наглядности анализа «вырежем» из тыльной части кронштейнов их «ребра жесткости» (выштамповки в форме зигового рельефа) и представим их отдельными элементами этих частей кронштейнов в виде условных консольно-закрепленных стержневых балок. Одна - по полезной модели - (а) в форме дуги, вторая-прототип - (б) в форме, наклоненной под углом прямой аналогично их ориентации на реальных тыльных участках консолей. На концах обеих балок приложим силу Р и разложим се на составляющие по правилам технической механики: на поперечную силу Q и силу, действующую вдоль стержней балок N. Эти силы оказывают различное воздействие на консоли. На «ребро жесткости», по полезной модели, сила N в любой его точке действует по касательной к нему (к балке) и в «заделке» равна нулю в соответствии с формой расположения «ребра жесткости» на реальной тыльной части кронштейна. У прототипа сила N, действуя вдоль осевой линии стержня и в «заделке» сохраняет свою величину N. Поперечные силы Q действуют в обоих стержнях одинаково поперек волокон материала стержней на всей их длине и в «заделке» не меняют своего значения. На эпюрах фиг. 4 представлены закономерности изменения действия сил вдоль стержней. Из анализа этих закономерностей очевидно, что опасное сечение (т.2 на фиг.4) в техническом решении по полезной модели менее нагружено, чем в прототипе и как следствие, внутренние напряжения в техническом решении по полезной модели меньше, чем в прототипе. В консольной «заделке» по полезной модели действует сила Q и момент, изгибающий М, а у прототипа действуют сила N, сила Q и изгибающий момент М. Эти силы вызывают нормальные напряжения сжатия σ от силы N, напряжения среза τ от силы Q и нормальные напряжения σ от действия изгибающего момента М. Записав уравнения прочности с учетом принципа независимости действия сил для обоих вариантов и учитывая допущение, что А в обоих случаях одинаковы, а величины Q равны по условию, вытекающему из принятой одинаковой силы Р нагружения, видим, что нормальные напряжения в опасном сечении по полезной модели меньше, чем у прототипа:
Для прототипа: ,
Для полезной модели:
где W - момент сопротивления материала в опасном сечении (в заделке), А - площадь поперечного сечения «ребра жесткости» (балки), [σ] - допускаемое напряжение. Таким образом, получаем, что σ''<σ'. Это соотношение показывает, что применение предлагаемого технического решения по полезной модели позволяет снизить нагрузку на тыльную часть кронштейна, а значит, увеличить надежность его конструкции. Выполнение тыльной части кронштейна фасонной формы, как балки переменного сечения равного сопротивления, в которой, нижний контур выполнен в виде дугообразной линии с выпуклостью вниз, позволяет обеспечить экономию материала, выполнить «ребра жесткости» «зигового рельефа» тоже дугообразной формы, обеспечивающих, как было показано выше, снижение напряжения в «заделке», что способствует увеличению надежности и грузоподъемности кронштейна. Кроме того, выполнение «ребер жесткости» «зигового рельефа» дугообразной формы в тыльной части кронштейна позволяет увеличить его жесткость при вертикальном изгибе и, как следствие, уменьшить прогиб  самого «ребра жесткости» зигового рельефа, так и всего кронштейна под действием изгибающей нагрузки Р. Этому способствуют и внутренние напряжения, препятствующие «разжиманию» дугообразной формы «ребра жесткости» зигового рельефа от действия силы Р. И кроме этого, выполнение плавного по радиусу перехода (поз. 6 на фиг. 1) дугообразной линии нижнего контура тыльной части кронштейна в нижний контур корпусной части кронштейна снижает концентрацию напряжений в этом узле, что также способствует повышению надежности кронштейна и увеличению его грузоподъемности. Также рациональное распределение нагрузки по всей площади тыльной части кронштейна за счет вышепоказанных новаций увеличения жесткости позволяет обеспечить уменьшение габаритов тыльной части без снижения надежности и грузоподъемности кронштейна.
Предлагаемая конструкция кронштейна металлического стеллажа торгового оборудования является инновационной и позволяет увеличить грузоподъемность, надежность и габаритные размеры кронштейна при рациональном использовании материала.
Использованная литература:
1) «Справочник по сопротивлению материалов» / Винокуров М.К. и др. - М. «Наука и техника», 1988 г.
2) Н.М. Беляев «Сопротивление материалов», М, «Наука», 1978 г.
3) «Справочник машиностроителя» в 6-ти томах. Под ред. проф. Н.С. Ачеркана, т.3. Изд. ГНТИ МЛ, 1962 г.