Расчет и проектирование каркаса содовой теплицы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Чувашской Республики «Канашский транспортно-энергетический техникум»

Министерства образования и молодёжной политики Чувашской Республики

Контрольная работа

по дисциплине: Сварочное производство

на тему: «Расчет и проектирование каркаса содовой теплицы»

Выполнил студент

4 курса, группы СП-01-16

Шакиров Рамзиль Радикович

Канаш 2019

Содержание

Введение

1. Описание конструкции

2. Проектирование конструкции

3. Выбор оборудования и способа сварки

4. Расчет режимов сварки

5. Определение расхода металла

6. Технология сборки и сварки металлоконструкции

7. Контроль качества металлоконструкции

8. Охрана труда и техника безопасности

Заключение

Введение

В данной работе целью является расчет и проектирование каркаса содовой теплицы.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить конструкцию каркас содовой теплицы.

2. Спроектировать чертеж данной конструкции.

3. Произвести расчеты материалов, необходимых для производства конструкции

4. Определить необходимое оборудование и инструменты, необходимые в процессе производства каркас.

5. Изучить технологию производства каркас.

6. Произвести расчеты режима сварки.

7. Выбрать метод контроля качества данной конструкции.

8. Изучить технику безопасности при производстве данной конструкции.

1. Описание конструкции

Общее устройство каркаса садовой теплицы можно понять из представленного чертежа. По сути, чтобы использование каркасной теплицы из профильной трубы было комфортным, а вся конструкция -- долговечной, необходимо внимательно отнестись к подбору материалов для каркаса и стен парника. Одним из наилучших вариантов для постройки тепличного каркаса является стальная профильная труба. Стальные конструкции сложно назвать самыми легкими и простыми в установке, зато им нет равных в вопросе устойчивости к короблению и деформации.

2. Проектирование конструкции

Выбор материала

Для выполнения данной конструкции мною была выбрана сталь марки Ст3, обладающая следующими характеристиками:

-В качестве заменителя стали Ст3 применяются сталь ВСт3сп.

-Твердость материала ст.3: НВ 10 -1 = 131 МПа

-Свариваемость ст 3: без ограничений

-Флокеночувствительность стали ст.3: не чувствительна

-Склонность у отпускной хрупкости: не склонна

Технологические свойства стали марки ст3

Сталь Ст3 не склонна к отпускной хрупкости, нефлокеночувствительна. свариваемость без ограничений.

Качество конструкционной стали определяется коррозионной стойкостью, механическими свойствами и свариваемостью. По своим механическим характеристикам стали делят на группы: сталь обычной, повышенной и высокой прочности.

Основные свойства стали непосредственно зависят от химического элементов, входящих в состав сплава и технологических особенностей производства.

Основой структуры стали является феррит. Он является малопрочным и пластичным, цементит напротив, хрупок и тверд, а перлит обладает промежуточными свойствами. Свойства феррита не позволяют применять его в строительных конструкциях в чистом виде. Для повышения прочности феррита сталь насыщают углеродом (стали обычной прочности, малоуглеродистые), легируют добавками хрома, никеля, кремния, марганца и других элементов (низколегированные стали с высоким коэффициентом прочности) и легируют с дополнительным термическим упрочнением (высокопрочные стали)

К вредным примесям относятся фосфор и сера. Фосфор образует раствор с ферритом, таким образом снижает пластичность металла при высоких температурах и повышает хрупкость при низких. Образование сернистого железа при избытке серы приводит к красноломкости металла. В составе стали Ст3 допускается не более 0,05% серы и 0,04 % фосфора.

При температурах, недостаточных для образования ферритной структуры возможно выделение углерода и его скопления между зернами и возле дефектов кристаллической решетки. Такие изменения в структуре стали понижают сопротивление хрупкому разрушению, повышают предел текучести и временного сопротивления. Это явление называют старением, в связи с длительностью процесса структурных изменений. Старение ускоряется при наличии колебаний температуры и механических воздействиях. Насыщенные газами и загрязненные стали подвержены старению в наибольшей степени.

Конструкционные стали производят мартеновским и конвертерным способами. Качество и механические свойства сталей кислородно-конвертерного и мартеновского производства практически не отличаются, но кислородно-конвертерный способ проще и дешевле.

По степени раскисления различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали. Кипящие стали - нераскисленные. При разливке в изложницы они кипят и насыщаются газами. Для повышения качества малоуглеродистых сталей используют раскислители - добавки кремния (0,12 - 0,3%) или алюминия (до 0,1 %). Раскислители связывают свободный кислород, а образующиеся при этом алюминаты и силикаты увеличивают количество очагов кристаллизации, способствуя образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали называют спокойными, т.к. они не кипят при разливке. Спокойные стали более однородны, менее хрупкие, лучше свариваются и хорошо противостоят динамическим нагрузкам. Их применяют при изготовлении ответственных конструкций. Ограничивает применение спокойной стали высокая стоимость и по технико-экономическим соображениям наиболее распространенным конструкционным материалом является полуспокойная сталь. Для раскисления полуспокойной стали используется меньшее количество раскислителя, преимущественно кремния. По качеству и цене полуспокойные стали занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Из группы малоуглеродистых сталей обычной мощности (ГОСТ 380-71, с изм.) для строительных конструкций применяют сталь марок Ст3 и Ст3Гпс. Сталь Ст3 производится спокойной, полуспокойной и кипящей.

В зависимости от эксплуатационных требований и вида конструкций, сталь должна отвечать требованиям ГОСТ 380-71. Углеродистая сталь подразделяется на 6 категорий. При поставке стали марок ВСт3Гпс и ВСт3 всех категорий требуется гарантированный химический состав, относительное удлинение, предел текучести, временное сопротивление, изгиб в холодном состоянии.

Требования ударной вязкости различаются по категориям.

Особенности стали Сс3сп и электрошлаковая сварка: углеродистые стали - самый распространенный конструкционный материал. По объему применения стали этого класса превосходят все остальные. К углеродистым относятся стали с содержанием 0,1-0,7% С, при содержании остальных элементов не более: 0,8% Мn, 0,4% Si, 0,05% Р, 0,05% S, 0,5% Си, 0,3% Сг, 0,3% Ni. В табл. 9.1 приведен химический состав и механические свойства сталей, нашедших применение при изготовлении сварных конструкций с использованием электрошлаковой сварки.

По способу производства различают мартеновскую и конвертерную стали, по степени раскисления (в порядке возрастания) кипящую, полуспокойную и спокойную.

Спокойные углеродистые стали поступают в промышленность в виде отливок и поковок по ГОСТ 977-75, в виде горячекатаной стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71, качественных конструкционных горячекатаных сортовых сталей по ГОСТ 1050-74. Главным отличительным признаком этих сталей является содержание в них углерода.

Прочностные характеристики углеродистых сталей повышаются с увеличением содержания углерода, при этом их свариваемость ухудшается, так как возрастает опасность образования горячих трещин в шве. При содержании свыше 0,5% С стали практически не свариваются электрошлаковой сваркой без специальных приемов.

Чувствительность к горячим трещинам в шве возрастает с увеличением жесткости свариваемых конструкций. Предварительный и сопутствующий подогрев могут существенно снизить опасность появления трещин даже при сварке жестких стыков (например, на участке замыкания кольцевого шва). Одним из радикальных средств по предотвращению горячих трещин служит снижение скорости подачи электродной проволоки.

Углеродистые стали в настоящее время сваривают проволочными электродами, электродами большого сечения или плавящимися мундштуками. Наиболее широко применяют проволочные электроды и плавящиеся мундштуки.

Наиболее целесообразный путь повышения прочности металла шва заключается в увеличении содержания марганца, поскольку это не сопровождается снижением технологической прочности металла шва. Марганец увеличивает склонность металла к закалке и упрочняет феррит. Так, при легировании металла шва 1,5% Мn (0,12-0,14% С) достигаются те же прочностные характеристики, что и при 0,22-0,24% С (0,5-0,7% Мn). Металл шва в первом случае обладает большей стойкостью против кристаллизационных трещин и против перехода в хрупкое состояние. Положительное влияние на прочность оказывают также небольшие добавки в металл шва никеля, хрома и других легирующих элементов.

Для электрошлаковой сварки углеродистых сталей чаще всего используют флюс АН-8 и сварочные проволоки марок Св-08, Св-08А, Св-08 ГА, Св-08Г2С, Св-10Г2 (ГОСТ 2246-70). Так, при сварке сталей 15, 15Л, Ст2 равнопрочные соединения могут быть получены при использовании проволок Св-08 и Св-08А. При сварке низкоуглеродистой стали СтЗ применяют проволоку Св-08ГС.

Выбор сечения и толщины материала

Одним из наилучших вариантов для постройки тепличного к содового каркаса является стальная профильная труба. Стальные конструкции сложно назвать самыми легкими и простыми в установке, зато им нет равных в вопросе устойчивости к короблению и деформации.

Каркас теплицы из профильной трубы изготовлена из профиля с ребрами 20х40 мм, толщина стенки 1,5 мм.

Профильная труба 20х40х1,5мм -- этоодна из самых востребованных типов размеров квадратных труб. Материалом для изготовления горячекатаной трубы послужила сталь марок 1-3пс (сп). Ее физические свойства обеспечивают необходимую прочность и надежность труб.

3. Выбор оборудования и способа сварки

- УШМ с мощностью, достаточной для резки и шлифовки металлического каркаса. Металлические компоненты каркаса следует вырезать при помощи болгарки, с кругом диаметром 230мм;

- Круги для болгарки с жесткой металлической щеткой;

- Сварочный аппарат EWM Pico 162.

Это немецкая модель уверенно занимает свое место в рейтинге самых надежных и удобных сварочных аппаратов профессионального класса. Она применяется для сварки самых разнообразных марок стали методами ММА или TIG. Этот универсальный аппарат спокойно переносит колебания напряжения в сети питания 220 вольт, потребляет 5,5 кВт мощности и с высокой точностью подает на электрод ток в интервале от 10 до 160 ампер. Передняя панель имеет удобную ручку настройки и четкую индикацию состояния.

Агрегат весит менее 5 кг и легко переносится с помощью заплечного ремня. Толщина применяемых электродов не более 4 мм.

Инвертор создает устойчивою дугу и может варить даже по краске и ржавчине. Устройство не перегревается благодаря эффективному обдуву вентилятору, имеющим электронные управления. Сварщики ценят аппараты этой марки за надежность и стабильность работы.

- Электроды УОНИ 13/55 диаметром 3мм;

- Угол;

- Рулетка;

- Уровень;

- Мел или другой инструмент для нанесения отметок;

- Шурповерт;

Способ сварки - ручная дуговая сварка плавящимся покрытым электродом. Данный способ наиболее доступный и экономичный.

4. Расчет режимов сварки

Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.

Сила сварочного тока, А. Силу сварочного тока определяют по формуле

I_св=K*d_э

Где K- коэффициент равный 25 - 60A/мм; d_э - диаметр электрода, мм.

Коэффициент K в зависимости от диаметра электрода d принимается в соответствии с табл.1

Табл.1 Зависимость K от диаметра электрода

dэ,mm	1 - 2	3 - 4	5 - 6
K, A/mm	25 -30	30 - 45	45 - 60

I_св=35*3=105A

Напряжения дуги, В. Для большинства марок электродов, используемых напряжение дуги U_а=22-28В, в данном случае 24В

Скорость сварки, м/ч. Расчет скорости сварки производится по формуле:

V_св= б_н*I_св/100*F_шв*с

Где б_н - коэффициент наплавки_{, г/А*ч;} F_шв - площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке, см²; p- плотность металла электрода, г/см² (для стали - 7,8 г/см²).

Для сварного соединения Т3

V_св=9*105/100*0,24*7,8=5м/ч

Для сварного соединения типа Т6

V_св=9*105/100*0,43*7,8=2,8м/ч

Для сварного соединения типа У5

V_св=9*105/100*0,18*7,8=6,75м/ч

Для сварного соединения типа Н1

V_св=9*105/100*0,12*7,8=10м/ч

Масса наплавленного металла, кг. Масса наплавленного металла, кг, для ручной дуговой сварки рассчитывается по следующей формуле:

G_H=F_ШВ*I*p,

Где F_ШВ - площадь поперечного сечения шва, см²; I - длина шва, см

Масса наплавленного металла для сварного соединения типа У5

G_н=0,18*20*7,8=28г

Все швы данного типа имеют массу: 28*8=224г

Масса наплавленного металла для сварного соединения типа Т3

G_н=0,24*20*7,8=37г

Все швы данного типа имеют массу: 37 * 12=444г

Масса наплавленного металла для сварного соединения типа Т6

G_н=0,43*22*7,8=73г

Все швы данного типа имеют массу: 73*16=1168г

Масса наплавленного металла для сварного соединения типа Н1

G_н=0,12*7,5*7,8=7г

Все швы данного типа имеют массу: 7*8=56г

Общая масса наплавленного металла, кг.

G_{H общ}=224+444+1168+56=1892=1,9кг

Время горения дуги, ч. Время горения дуги, ч, рассчитывается по следующей формуле:

t₀=G_H/I_св*а_н=1892/105*9=2ч

Полное время сварки, ч. Полное время сварки рассчитывается по следующей формуле:

T=t₀/K_n=2/0,5=4ч

Где t₀ - время горения дуги(основное),ч; K_n - коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной дуговой сварки равным 0,5 - 0,55.

Расход электродов, кг. Расход электродов рассчитывается по следующей формуле:

G_M=G_H*K_Э=1892*1,6=3,027г=3кг,

Где K_Э - коэффициент, учитывающий расход электродов на 1кг наплавленного металла; 4.8.Расход электроэнергии, кВт*ч. Расход электроэнергии рассчитывается по следующей формуле:

А=(U_A*I_СВ/ з*1000)*t₀+W₀

(T-t₀)= (24*105/0,88*1000*2+3(4-2)=11,7кВт*ч

Где з - кпд источника питания; W₀ - мощность, расходуемая источником питания при холостом ходе, кВт;

5. Определения расхода материала

Для создания данной конструкции потребуется

-металлопрофиль сечения 20х40мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 6000мм в количестве 8 штуки;

-металлопрофиль сечения 20х40мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 2000мм в количестве 16 штуки;

-металлопрофиль сечения 20х40мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 4000мм в количестве 4 штуки;

-металлопрофиль сечения 20х40мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 1800мм в количестве 20 штуки;

-металлопрофиль сечения 20х40мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 1000мм в количестве 2 штуки;

-металлопрофиль сечения 20х40мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 500мм в количестве 8 штуки;

-листы поликарбоната и термошайбы для их крепления.

6. Технология сборки и сварки металлоконструкции

При необходимости купленные металлопрофили заготовки разрезают на нужные для данной конструкции размеры.

Столбы устанавливаются в подготовленные, пробуренные отверствия.

7. Контроль качества металлоконструкции

Для контроля данной конструкции используется визуально - измерительный контроль, т.к. степень ответственности данной конструкции не требует чрезмерной точности выявления дефектов.

Сварные швы проверяют внешним осмотром, выявления все неровности по высоте и ширине, неполномерность, непровар корня шва, сварные швы должны удовлетворять следующим требованиям:

-иметь гладкую или мелкочешуйчатую поверхность (без наплывов, прожогов, сужений и перерывов) и плавный переход к основному металлу;

-наплавленный металл должен быть плотным по всей длине шва, без трещин, скоплений и цепочек поверхностных пор (отдельно расположенные поверхностные поры допускаются);

-подрезы основного металла допускаются глубиной не более 0,5 мм при толщине стали 10мм и не более 1мм при толщине стали свыше 10мм.

Допускаемые отклонения в размерах сечений сварных швов и дефекты сварки металлических конструкции не должны превышать величин, указанных в соответствующих стандартах, а также в строительных нормах и правилах. Дефекты сварных швах устраняют следующими способами: -перерывы швов и кратеры заваривают; -швы с трещинами, а также с непроварами и другими дефектами, превышающими допускаемые, удаляют на длину дефектного места плюс 10 мм с каждой стороны и заваривают вновь;

-подрезы основного металла, превышающие допускаемые, зачищают и заваривают с последующей зачисткой, обеспечивающей плавный переход от наплавленного металла к основному.

8. Охрана труда и техника безопасности

Материалы, на деревянных лесах, вблизи легко воспламеняющихся материалов и т. п. Все указанные варианты сварки не должны допускаться.

металлоконструкция сталь каркас сварка

Заключение

В данной работе я описал принцип работы, устройство и особенности оборудований для перемещение и установки сварочных аппаратов. В подробностях я рассмотрел такие оборудования, как тележки и колоны, так как они приобрели большее распространение.

В дополнении рассмотрел еще несколько оборудований.

Для чего они служат на производстве и в чем их практическая роль. Они являются незаменимым оборудованием при крупногабаритных сварочных работах. Кроме того, они позволяют крепко удерживать сварочные аппараты, а так же с легкостью перемещать их в рабочем помещении, что благоприятно способствует для работника.

Важной задачей является повышение качества сварных конструкций, решение ее заложено во всех стадиях их создания: при проектировании, при разработке технологического процесса изготовления, транспортировке к месту установки, во время осуществления монтажных работ, включая испытания, а также при эксплуатации.

Вывод: оборудования для установки и перемещения сварочных аппаратов являются достаточно важными оборудованиями на производств, особенно на массовом производстве. Они облегчают рабочий процесс для сварщика.

Размещено на Allbest.ru

...