Расчет и проектирование каркаса садовой 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 молодежной политики Чувашской Республики

Курсовая работа

По дисциплине: 22.02.06 Сварочное производство

Расчет и проектирование каркаса садовой теплицы

Выполнил студент

4 курса, группы СП-01-16

Шакиров Рамзиль Радикович

Научный руководитель

Баринов М.А.

преподаватель

Канаш 2019



Введение

В данной курсовой работе целью является расчет и проектирование каркас садовой теплицы.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить конструкцию каркас садовой теплицы.

2. Спроектировать чертеж данной конструкции.

3. Произвести расчеты материалов, необходимых для производства конструкции.

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

5. Изучить технологию производства каркаса.

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

2.1 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.

2.2 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 20х40х1,5 мм -- это одна 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

4.1 Расчет силы сварочного тока

Чтобы определить силу сварочного тока потребуется найти коэффициент и диаметр электрода. Диаметр электрода определяется по этой таблице:

Толщина листа, мм	1 … 2	3	4 … 5	6 … 10	10 … 15	15<
Диаметр электрода, мм	1,6 … 2	2 … 3	3 … 4	4 … 5	5	5<

Таблица для нахождения коэффициента:

Диаметр электрода, мм	1 … 2	3 … 4	5 … 6
Коэффициент, А/мм	25 … 30	30 … 45	45 … 60

Формула для определения силы сварочного тока:

Данная сила сварочного тока будет использоваться на всех этапах производства.

4.2 Расчет скорости сварки

Чтобы найти скорость сварки нужно найти коэффициент наплавки, силу сварочного тока, площадь поперечного сечения шва, плотность металла. Формула для нахождения:

Профильная труба 40x40, 40x20



Профильная труба 20x20

Профильная труба 40x40, 40x20

Профильная труба 20x20

Профильная труба 40x40, 40x20

Профильная труба 20x20

Коэффициент наплавки определяется по таблице:



Тип электрода	Марка электрода	Коэффициент наплавки, ч*А/ч	Разбрызгивание	Расход электродов на 1 кг
Э42	ОМА	10 … 11	Умеренное	1,45
Э42А	УОНИ 18/45	8,5	- || -	1,60
Э46	АНО-3	8,5	Малое	1,60
Э46	МР-3	7,8	Умеренное	1,70
Э46	ОЗС-3	10,5	Малое	1,60
Э50А	АНО-9	10	Умеренное	1,70
Э50А	УОНИ13155	8,5 … 9,0	Умеренное	1,70

При изготовлении контейнера используются односторонние стыковые соединения без скоса кромок , одностороннее угловое соединение без скоса кромок, одностороннее тавровое соединение без скоса кромок.

Для нахождения площади поперечного сечения шва одностороннего стыкового соединения без скоса кромок нужно найти толщину металла, ширину зазора, ширину шва, высоту шва. Формула для нахождения:

Профильная труба 40x40, 40x20

Профильная труба 20x20

Для нахождения площади поперечного сечения шва одностороннего углового соединения без скоса кромок нужно найти толщину металла, ширину зазора, зазор и катет шва. Формула для нахождения:

Профильная труба 40x40, 40x20

Для нахождения площади поперечного сечения шва одностороннего таврового соединения без скоса кромок нужно найти катет шва. Формула для нахождения:

Профильная труба 40x40, 40x20

Профильная труба 20x20

4.3 Расчет массы наплавленного металла

Этап - 1: Изготовление каркаса передней и задней стенки.

Чтобы рассчитать массу наплавленного металла нужно найти площадь поперечного сечения шва, длину шва и плотность металла (для стали p=7,8г/). Формула для нахождения:

Профильная труба 40x40, 40x20

Профильная труба 20x20



Этап - 2: Соединение передней и задней стенки вместе.

Профильная труба 40x40

Этап - 3: Приварка вертикальных стоек.

Профильная труба 40x20

Этап - 4: Приварка ребер жесткости.

Профильная труба - 20x20:



4.4 Расчет времени горения дуги и полное время сварки

Чтобы определить время горения дуги нужно найти массу наплавленного металла, силу сварочного тока и коэффициент наплавки. Формула для нахождения:

Этап - 1: Изготовление каркаса передней и задней стенки.

Этап - 2: Соединение передней и задней стенки вместе.

Этап - 3: Приварка вертикальных стоек.

Этап - 4: Приварка ребер жесткости.

Чтобы определить полное время сварки (T) нужно найти время горения дуги и коэффициент использования сварочного поста . Формула для нахождения:

Этап - 1: Изготовление каркаса передней и задней стенки.



Этап - 2: Соединение передней и задней стенки вместе.

Этап - 3: Приварка вертикальных стоек.

Этап - 4: Приварка ребер жесткости.

4.5 Расчет расхода сварочного материала

Чтобы определить расход сварочного материала нужно найти массу наплавленного металла и коэффициент потерь металла (??=0,1…0,15). Формула для нахождения:

Этап - 1: Изготовление каркаса передней и задней стенки.

Этап - 2: Соединение передней и задней стенки вместе.



Этап - 3: Приварка вертикальных стоек.

Этап - 4: Приварка ребер жесткости.

4.6 Расчет расхода электроэнергии

Чтобы определить расход электроэнергии (A) нужно найти напряжение дуги (), силу сварочного тока , коэффициент полезного действия источника питания дуги, время горения дуги, мощность источника питания на постоянном токе и полное время сварки (T). Формула для нахождения:

Этап - 1: Изготовление каркаса передней и задней стенки.

Этап - 2: Соединение передней и задней стенки вместе.



Этап - 3: Приварка вертикальных стоек.

Этап - 4: Приварка ребер жесткости.



5. Определения расхода материала

Для создания данной конструкции потребуется

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

Цена: 115 руб./м.

Общая цена: 690х8=5520 руб.

- профильная труба 20х40 мм, с толщиной стенки 1,2 мм длиной 2000 мм в количестве 16 штуки;

Цена: 115 руб./м.

Общая цена: 230х16=3689 руб.

- профильная труба 20х40 мм, с толщиной стенки 1,2мм длиной 4000 мм в количестве 4 штуки;

Цена: 115 руб./м

Общая цена: 460х4=1840 руб.

- профильная труба 20х40 мм, с толщиной стенки 1,2 мм длиной 1800 мм в количестве 20 штуки;

Цена: 115 руб./м

Общая цена:4600 руб.

- профильная труба 20х40 мм, с толщиной стенки 1,2 мм длиной 1000 мм в количестве 2 штуки;

Цена: 115 руб./м

Общая цена: 115х2=230 руб.

- профильная труба 20х40 мм, с толщиной стенки 1,2 мм длиной 500 мм в количестве 8 штуки;

Цена: 115 руб./м

Общая цена: 57,5х4=230 руб.

-листы поликарбоната и термошайбы для их крепления.

Цена: 1475 руб.(толщина 4 мм)

4 штуки= 5900 руб.

Суммарно выходит: 21779 руб.



6. Технология сборки и сварки металлоконструкции

При сборке и сварке конструкции требуется использовать сварочный стол с ровным покрытием, это создаст более комфортные условия для точной разметки. И магнитные угольники, чтобы шкаф получился ровным, и не было никаких серьезных отклонений.

Изготовление теплицы начинается со сборки передней и задней стенки. На сварочном столе размещаем детали для данной сборочной единицы. Собираем и свариваем раму стенок из профильной трубы сечением 40x40, толщиной 2 мм. Смотря на чертеж, отмеряем 990 мм от края профильной трубы длиной 2997 мм и ставим метки при помощи рулетки и чертилки для вертикальных стоек. Для вертикальных стоек используется профильная труба сечением 40x20, толщиной 2 мм. На профильной трубе длиной 1350 мм отмеряем 614 мм и на вертикальной стойке 1560 мм для ребер жесткости. Для ребер жесткости используется профильная труба сечением 20x20, толщиной 1,5 мм.

Следующим этапом будем соединение передней и задней стенки вместе при помощи профильной трубы длиной 4200 мм с сечением 40x40, толщиной 2 мм.

Далее свариваются вертикальные стойки для боковых стенок. Отмеряем на профильной трубе 1048 мм и ставим метки, как показано на чертеже.

Конечным этапом будет сварка ребер жесткости. Для боковых стенок отмеряем на вертикальных стойках 614 мм и ставим метки. Для крыши на вертикальных стойках отмеряем 790 мм и ставим метки.



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 10 мм.

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

Нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ нередко приводит к самым печальным последствиям - пожарам, взрывам и, как след-ствие, травмам, а то и гибели людей.

Также при сварке возможны следующие травмы: поражение электрическим то-ком, ожоги от шлака и капель металла, травмы механического характера.

Для предотвращения всех этих положений важно неукоснительно соблюдать следующие меры предосторожности.

Надежная изоляция всех, проводов, связанных с питанием источника тока и сварочной дуги, наличие геометрически закрытых включающих устройств, заземление корпусов сварочных аппаратов.

Заземлению подлежат: корпуса источников питания, аппаратного ящика, вспомогательное электрическое оборудование. Сечение заземляющих проводов должно быть не менее 25 мм2. Подключением, отключением и ремонтом сварочного оборудования занимается только дежурный электромонтер. Сварщикам запрещается производить эти работы.

Применение в источниках питания автоматических выключателей высокого напряжения, которые в момент холостого хода разрывают сварочную цепь и подают на держатель напряжение 12 В.

Надежное устройство электрододержателя с хорошей изоляцией, которая гарантирует, что не будет случайного контакта токоведущих частей электрододержателя со свариваемым изделием или руками сварщика (ГОСТ 14651-69). Электрододержатель должен иметь высокую механическую прочность и выдерживать не менее 8000 циклов зажима электродов.

Работа в исправной сухой спецодежде и рукавицах. При работе в тесных отсеках и замкнутых пространствах обязательно использование резиновых галош и ковриков, источников освещения с напряжением не свыше 6-12 В.

Заключение

Тепличные сооружения часто подвергаются достаточно тяжелым внешним испытаниям и нагрузкам, но улучшение таких конструкций особенно актуально в регионах со сложными климатическими условиями. 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. Таким образом, сварка каркаса садовой теплицы самый надежный вариант.



Список литературы

каркас теплица сталь металл

1. Дмитриев В.Г., Иванов С.Д., Гузенков П.Г. Детали машин. - М.: МГОУ, 2011. - 304 с.

2. Кузнецов Ю.Н. Станки с ЧПУ. - К.: Высшая школа, 2011. - 278 с.: ил.

3. Решетов Д.Н. Детали и механизмы металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 2012. - Т. 1 - 664 с.; Т. 2. - 520 с.

4. Козьяков А.Ф., Морозова Л.Л. «Охрана труда в машиностроении» - М: Машиностроение, 2010 г.

5. Куркин А.С. «Сварочные конструкции» - М: Машиностроение, 2011 г.

6. Виноградов В.С. Электродуговая сварка: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ В.С. Виноградов. - 8-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2015. - 320 с.

7. Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ Б.Г. Маслов, А.П. Выборнов. - 7-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2015. - 288 с.

8. Овчинников В.В. Оборудование, механизация и автоматизация сварочных процессов: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ В.В. Овчинников. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2015. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru

...