Sterkte stalen kokerframe berekenen

[BartRpskam]

Hoi!
 
Voor het maken van mijn eigen ciderpers (voor het persen van appels om appelcider mee te maken) wil ik een stalen kokerframe gaan maken. Ik heb een boek waarin de formules om de sterkte te berekenen in voorkomen maar voor de buigsterkte kom ik er niet uit. De treksterkte en lassterkte heb ik wel berekend, deze berekeningen zal ik toevoegen om te kijken of deze kloppen. Op deze pagina: http://cjoliprsf.awardspace.biz/PresseAcier.htmzie je een voorbeeld van een dergelijke pers.
 
Ik zal een potkrik gebruiken met een kracht van 12 ton  = 117.720 n ~ 120 Kn
 
Treksterkte Staanders
Oppervlakte benodigd materiaal = (0.5 * kracht) / toegestane kracht (in MPa)
De aanname in het boek is dat een acceptabele toegestane kracht voor staal 125 MPa is.
 
Oppervlakte materiaal = 0.5 * 120.000 N / 125 MPa = 480 mm² 
 
Ik kijk nu naar stalen kokerprofielen van 80 * 50 millimeter met een dikte van 3 mm. De oppervlakte van de doorsnede hiervan is 744 mm², dus dat is meer dan voldoende.
 
Treksterkte Las
In het boek waar de ciderpers in staat beschreven wordt er vanuit gegaan dat een las 180 Newton per strekkende mm aankan.
 
Bij een profiel van 80 * 50 mm hebben we dus 80 + 80 + 50 + 50 = 260 mm las
 
De treksterkte per las is dan: 260 * 180 =  46.800 Kn. Dit is niet genoeg om de 120 Kn aan te kunnen. Ik zou dan naar een profiel van 120 * 60 moeten: 360 * 180 = 64.800 n per las = 129.600 n voor de twee lassen
 
Buigsterkte Balk
Voor het moment: M = P * L / 4
M = 120.000 n * 0.638 m / 4 = 47.022 Nm
 
Nu weet ik niet hoe ik moet berekenen of het profiel dat ik op het oog heb voldoende is en de krachten aankan. De profielen van 120 * 60mm zijn er in 3mm en 4mm. Op deze website https://www.mile17.nl/koker.php ishet traagheidsmoment I van kokerprofielen te berekenen.
 
Ik hoop dat een van jullie hierbij kan helpen.
 
Groeten!
Bart

[CoenCo]

Een koker 120x60x3 heeft een elastisch weerstandsmoment Wy van 31,5*10^3 mm^3. Zie ook www.staaltabellen.nl (onder buizen)
De spanning in de uiterste vezel van een ligger bereken je m.b.v: M/W.
Als moment nemen we aan 1/4 F*L = 1/4 * 120kN *638mm = 19140*10^3 Nmm
Dus de spanning is dan 19140/31,5 = 607 N/mm^2 en dat is teveel.
 
Reken we andersom, met een stalen koker in S355 die met veiligheidsfactor 1,5 de belasting aan moet kunnen:
Moment: 1,5*19140 * 10^3 Nmm
Toegestane spanning voor S355: 355 N/mm^2
Dus benodigde weerstandsmoment: 1,5*19140000 / 355 = 80,873*10^3mm^3 = 80,9 cm3
 
Dan kom je op bijvoorbeeld:
140x70x7 a 20,2 kg/m met Wyel: 83,8 cm3
160x80x5 a 17,5 kg/m met Wyel: 90,2 cm3
 
Je kan de ligger ook anders schematiseren, namelijk als zijnde ingeklemd op de uiteinden. Dan is het moment in de ligger kleiner, maar moeten de staanders (en vooral de lassen) fors zwaarder uitgevoerd worden.
 
De veiligheidsfactor 1,5 lijkt fors, maar besef je dat een krik die 12 ton gegarandeerd moet kunnen krikken, dus je met een beetje geweld vaak meer kan. Ik heb een keer een handtakeltje van 0,75Ton op een trekbank gehad, en voor ik het wist trok ik daarmee 2,2Ton.
 
Als jij rekent met 125 Mpa voor normaal S235 constructiestaal met een vloeigrens van 235 MPa, dan heb je een veiligheidsfactor  1,88 op je materiaal zitten.

[BartRpskam]

Beste Coen,
 
Allereerst bedankt voor je reactie! Ik heb meteen de juiste maten verwerkt in het Sketchup-model. Ik ga dan voor 160*80*5 (koudgewalst), want dan is er wat meer marge.
 
Ik heb daar een vraag over: Je zegt dat de liggers ook geschematiseerd kunnen worden als ingeklemd. Is dit niet al praktisch het geval door de las die wordt gelegd? Ik voeg hier (https://www.flickr.com/photos/bartroskam/28085230587/in/datetaken-public/) een Sketchup-rendering toe als model. Dit is met 160*80*5 als liggers en 80*50*3 als staanders. Hier zitten ook twee platen op van 200*200*10 voor de krik en de opvangbak voor het appelsap.
 
Groeten!
Bart

[Rola]

Als de ligger ingeklemd moet zijn in de staanders, dan moet de buigstijfheid van de staanders minimaal gelijk zijn aan de buigstijfheid van de liggers. Het eventuele verschil in lengte moet je ook verrekenen in de buigstijfheid.

Oftewel twee draadeinden als staander kunnen prima de trek opnemen, maar geen moment, daar zijn ze te buigslap voor.

[BartRpskam]

Ik wil de staanders zo licht mogelijk, vooral om het gewicht zo laag mogelijk te houden. Mijn vraag is dan of met het huidige ontwerp dit goed gaat met de berekening van hierboven. Of zou ik dan met draadeinden of iets dergelijks moeten werken om te zorgen dat de verbinden geen moment gaan (proberen) op te nemen?
 

Ciderframe 3849 keer bekeken

 

[CoenCo]

Die kokers zijn prima, Draadeind zou makkelijker *kunnen* zijn, omdat je dan met de moeren ook gelijk de hoogte kan verstellen ipv vulplaten. Maar dat is een keuze.
 
Belangrijk is wel dat ik in de berekening uit ben gegaan van de hartmaten van alle profielen. Als de kokers elk 50mm breed zijn, moet je voor de overspanning van de ligger aan beide kanten dus 25mm extra rekenen. En het sommetje even opnieuw doen.
 
Heb je wel iemand die dit *goed* voor je kan lassen?

[Rola]

Bij deze uitvoering kan je beter de staanders 90 mm breed maken, dan heb je geen last van de afrondingsstraal met het lassen, of je moet goed kunnen lassen met een vooropening. Je klemt de staanders volledig in, dus er ontstaat een moment in de staander, deze gaat rond staan.

Hoeveel is wel uit te rekenen middels cross of gaapvergelijkingen.