Курсовая работа: Расчет и проектирование каркаса садовой теплицы

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:

Таблица для нахождения коэффициента:

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: