Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет

Кафедра ИТОД

Курсовая работа по дисциплине: «Технология клееных деревянных конструкций»

На тему: «Технология строительных конструкций на основе древесины»



Оглавление

Введение

1. Общая характеристика, назначение и эксплуатационные свойства заданного изделия

2. Расчет параметров и определение эксплуатационной надежности объекта по совокупности физико-механических характеристик

3. Расчет сырья и материалов на заданный объем выпуска продукции

4. Структурная схема технологического процесса и ее описание

5. Выбор основного технологического оборудования и определение потребности в нем

Заключение

Список литературы



Введение

Современная деревообрабатывающая промышленность в значительной мере определяет состояние потребительского рынка строительных материалов, конструкций и изделий. Ассортимент продукции предприятий лесного комплекса чрезвычайно широк -- от древесного сырья до предметов социально -- бытового назначения. Одним из важнейших направление деятельности лесопромышленных предприятий является производство продукции, используемой в строительстве домов и хозяйственных объектов. Популярность деревянного домостроения оказывает влияние на развитие рынка изделий из древесины, которые используются в строительстве домов и сооружений. Все стремятся производить продукцию, которая бы пользовалась спросом в России и за рубежом. Уровень технико-технологической подготовки производства, правильность выбора изделия, оптимальные технологии, рациональность конструкции и качество определяют прибыльность этого производства.

В работе необходимо дать общую характеристику, назначение и эксплуатационные свойства клееной балки таврового сечения предназначенную для чердачного перекрытия жилых домов, рассчитать ее параметры и определить эксплуатационную надежность по совокупности физико-механических характеристик. А также привести расчет сырья и материалов на заданный объем выпуска, указать структурную схему технологического процесса и ее описание, выбрать основное оборудование и определить потребность в нем. Необходимо начертить план размещения оборудования и стационарных переместительно - передающих средств в цехе.



1. Общая характеристика, назначение и эксплуатационные свойства заданного изделия

Основу любого строения составляет специальные конструкции, которые обеспечивают требуемые функциональные возможности объекта, эксплуатационные характеристики по долговечности, механической прочности и тепловой защищенности, архитектурно-планировочные параметры и т. п.

Строительные балки - это основа большинства деревянных строительных конструкций, выполняемые из строганных досок, фанеры и древесных плит. Эти балки могут быть самостоятельными несущими элементами строений или входить в состав специальных сборочных конструкций (панель для стен, межэтажных перекрытий и т.д.). Балки имеют разные сечения (прямоугольные, двутавровое, швеллерное и т.д.) и применяют для изготовления стоек, колонн, опорных элементов стропильной системы, каркасов панелей.

Многослойные балки получают склеиванием сухих строганных досок по пласти. Простейшими являются конструкции с постоянным по форме и размерам сечением, но во многих случаях предпочтение отдают двускатным и криволинейным балкам. Их используют в основном для перекрытия пролетов сложных и крупногабаритных строений. Эффективны несущие конструкции такого типа и для малоэтажных деревянных строений, в частности больших усадебных домов, коттеджей и административно - хозяйственных зданий.

Балка таврового сечения для чердачных перекрытий жилых домов. Размерами 200х200х6000 мм. Для изготовления используются лиственничные доски высокого качества с отсутствием пороков в наружных слоях древесины. Особое требование к подбору и сушке заготовок, качеству сращивания чистых отрезков по длине на зубчатый шип. Необходимо использовать клей высокой прочности. Возможно армирование балки для увеличения прочности.

2. Расчет параметров и определение эксплуатационной надежности объекта по совокупности физико-механических характеристик

Исходные данные:

Район строительства: город Екатеринбург, расположенный в III снеговом районе РФ согласно СНиП 2.01.07-85. Расчетное значение снеговой нагрузки S-₀= 1,8 кПа, коэффициент м перехода от веса снегового покрова земли к покрытию принимаем в соответствии с п. 1 обязательного приложения 3 СНиП 2.01.07-85 равным 1,0.

Согласно СНиП нормативное значение снеговой нагрузки равно:

,

Балка таврового сечения. Пролет балки L=6м. Отношение h/H=3/5; b/B=3/5. Расстояние между осями балок - 3м. Материал - лиственница.

Параметры балки:

B= 200 мм

b= 120 мм

H= 200 мм

h= 120 мм

д= 80 мм

Общая масса одного погонного метра балки при плотности лиственницы с=670 кг/м³

,

Собственная масса конструкции () межэтажного перекрытия определяется из расчета суммарной массы составляющих его элементов на площади в 1 :

,

где - толщина элемента конструкции перекрытия, м;

сi - плотность материала элемента конструкции, кг/.

Для расчетов по данному примеру принимаем величину = 13,4 кг, что соответствует нагрузке на конструкцию в 134 Н.

В соответствии со СНиП полезная нагрузка чердачного перекрытия составляет = 750 Н/ = 75 кг/ Следовательно, нагрузка, приходящаяся на один погонный метр балки (g) определится по формуле:

,

где - величина пролета между двумя балками, м;

Нормативная полезная нагрузка на один погонный метр рассчитывается по формуле:

,

Полная расчетная нагрузка с учетом принятого среднего коэффициента перегрузки К_з = 1,4 составит:

.

Проверка прочности балки на изгиб по нормальным напряжениям

а) площадь сечения

,

б) момент инерции относительно нейтральной оси Х -Х

,

в) момент сопротивления сечения относительно оси Х -Х

,

г) расчетный изгибающий момент

,

д) расчетное напряжение при изгибе балки

,

Условием надежности работы балки по пределу прочности при статическом изгибе является обеспечение соотношения < ,

где - коэффициент условий работы элемента на изгиб, принимаемый для досок, брусков и брусьев с учетом влияния абсолютных размеров сечений по ;

- расчетное сопротивление древесины изгибу принимаю=13 МПа.

Предельно допустимое значение

[ у ] = =0,81300=1040 Н/

Из неравенства уизг ?[ у ] следует, что тавровая клееная балка с принятыми конструкционными параметрами не обеспечивает необходимой прочности при нагрузке в 400 кг/м (4 кН/м)

Проверка прочности балки на прогиб

Упругий прогиб вызывается действием изгибающего момента и определяется по формуле

,

где Е= 10⁵ кг/см² - модуль упругости древесины

Относительный прогиб составит

,

где - предельное значение допускаемого прогиба несущих конструкций чердачных перекрытий

Так как не выполняется, то данная балка не обладает требуемой жесткостью.

Проверка прочности на изделия на скалывание

В местах соединения полки со стенкой

Перерезывающая сила на опоре:

,

Статический момент сечения полки, сдвигаемой по клеевому слою относительно нейтральной оси Х - Х, определяется по формуле:

,

Расчетное напряжение скалывания определится из выражения

,

Нормативное значение [Rскл] = 1,6 МПа.

С учетом коэффициента условий работы К= 0,75

,

Так как ф , то прочность на скалывание в местах соединения полки со стенкой не обеспечивается.

При скалывании по нейтральному слою

Статический момент половины площади сечения относительно нейтральной оси Х - Х определяется:

,

Прочность древесины при скалывании по нейтральному слою Х - Х

,

Предельно допустимое значение [фmax] = m_ск[R_скл] = 1,0·1,6 = 1,6 МПа;

Фmax [фmax]. Прочность не обеспечена с К =1,55.

Проверка прочности клеевого соединения на отрыв нижней полки от стенки

Подсчет масс между двумя балками и двумя планками наката

,

где gщ - расчетная собственная масса 1 м² перекрытия, создающая давление на полки балки через опорные планки;

S - расстояние между опорными планками, принимаю S=0,5 м.

Давление на полки тавровой балки создается поперечными внутренними балками с прикрепленным к ним дощатым полотном подшивки, паро- и теплоизоляционными материалами. В расчетах принимаем gщ = 190 кгс (1900 Н)

Площадь приклеивания нижней полки к стенке, оказывающая сопротивление отрыву, составляет:

,

где C=10см - ширина опорной планки наката.

Предел прочности при отрыве по клеевому слою (фотр) определяется по формуле:

.

Так как фотр [фотр ] или 0,228 < 0,3, то клеевое соединение обеспечивает надежность конструкции по данному параметру.

3. Расчет сырья и материалов на заданный объем выпуска продукции

По заданию объем выпуска продукции составляет 15 тыс. м³/год. В этом разделе необходимо рассчитать необходимый объем сырья и материалов на заданную программу. Для этого необходимо определиться с используемыми материалами и качеством сырья.

Для изготовления балок таврового сечения будем использовать лиственные доски 125х25 мм и 225х25 длинной 6 м (сорт II-III). Для склеивания используем клей фенолрезорциновый на основе смол ФРФ-50К.

Расчет объема древесного сырья, которое необходимо для обеспечения заданной программы ведется в последовательности операций, которые составляют структурную схему технологического процесса.

Поперечный раскрой пиломатериалов с вырезкой дефектов.

На операции поперечного раскроя выявляются потери древесины, возникающие вследствие выпиловки дефектных зон получаемых при этом опилок. Припуск по длине не учитывается, так как отрезки в дальнейшем сращиваются по длине.

Средневзвешенный выход заготовок из досок толщиной 40 мм рассчитывается по формуле

,

где a₁ -- выход заготовок, которые соответствуют установленным требованиям к качеству, %;

b₁; b₂; b₃ - доля заготовок I, II и III категории качества по принятому для конструкции распределению, %;

q₁; q₂; q₃ - нормативный выход заготовок I, II и III категорий качества из пиломатериалов определенного сорта.

,

Средневзвешенный выход составляет a₁=80,4%, следовательно коэффициент выхода К₁=0,804.

Сращивание отрезков по длине на зубчатые шипы.

Сращивание заготовок производится на автоматизированной линии. Обработка и подготовка самих деталей к соединению между собой заключается в обрезке их торцовой части и фрезеровании зубчатых шипов с обеих сторон. Параметры шипов принимают в зависимости от размеров сечения заготовок и назначения получаемого материала.

Для выполнения расчетов приняты следующие исходные данные:

*Средняя длина соединяемых отрезков l₀=600 мм;

*Высота зубчатых шипов h=12 мм;

*Величина обрезаемой торцовой зоны c=12 мм.

Выход чистого продукта (досок, состоящих из соединенных между собой на зубчатые шипы отрезков) составит:

,

Коэффициент выхода К₂=0,98.

Продольный раскрой.

На операции продольного раскроя заготовки раскраивают на нужный размер с учетом припусков по ширине на дальнейшую обработку.

,

Коэффициент выхода К₃=0,91.

Калибрование и фрезерование заготовок.

Перед сборкой двускатной балки проведем калибрование заготовок путем строгания или шлифования их поверхностей (пласти). В результате получаю ровную плоскость и стабильную толщину, что в значительной мере гарантируют прочное послойное склеивание балки.

Выход заготовок после калибрования рассчитывается по формуле:

,

Коэффициент выхода К₄=0,80.

Выход заготовок после фрезерования кромок рассчитывается по формуле:

,

Коэффициент выхода К₅=0,96.

,

Коэффициент выхода К₅=0,975.

Общий выход клееных балок рассчитывается по формуле:

,

,

,

Выход готовой продукции составляет 60,5% и 55,9% от объема переработанного сырья (обрезных лиственничных досок).

Расчетная норма потребления пиломатериалов заданного качества на производство 1 м³ клееных балок составляет:

,

,

,

Общее потребление пиломатериалов на принятую программу выпуска балок составит:

,

Потребление клееных материалов.

Расход жидких фенольных клеев при изготовлении строительных несущих конструкций (балок, ферм и т.п.) и использовании древесины хвойных пород составляет от 220 до 340 г/м³ склеиваемой площади.

Общая площадь поверхности клеевых прослоек.

,

Расход клея на одно изделие:

,

Где: М_н - нормативный расход клея, г/м² ( М_н принимаем равным М_н=280 г/м²)

Технологический расход клея на 1 м³ продукции (расчетный объем балки - 0,129 м³) составляет

,

Годовое потребление клея

,



4. Структурная схема технологического процесса и ее описание

На операции поперечного раскроя происходит выпиливание дефектов древесины. Припуск по длине не учитывается, т.к. отрезки в дальнейшем сращиваются по длине. Операция выпиливания дефектов производится на линии оптимизации Р40-450.

Сращивание заготовок по длине на зубчатые шипы производится на автоматизированной линии LSP-700M. Обработка и подготовка деталей к соединению между собой заключается в обрезке торцовой части и фрезеровании шипов с обеих сторон. Линия благодаря наличию подрезных пил на шипорезных станках позволяет осуществить торцовку с высокой точностью и без сколов.

После сращивания по длине производится продольный раскрой на многопильном станке ЦДК5-4.

Для получения прочной конструкции необходимо обеспечить требуемую точность размеров и высокое качество поверхности под склеивание. Поэтому перед сборкой балки необходимо провести калибрование заготовок путем строгания или шлифования поверхностей склеивания. Эта операция производится на четырехстороннем продольно-фрезерном станке PROFIMAT 18S, производится профильная и плоскостная обработка за один проход.

Предварительно распределенные по категориям качества заготовки передаются на участок сборки и запрессовки. На необходимые поверхности наносится клей с помощью клеенаносящих вальцов КВ-20.

По завершению цикла склеивания балки, её извлекают из вертикального пресса ВПБ-6 и направляют на технологическую выдержку, продолжительность которой может составлять от нескольких часов до пяти суток. За это время происходит нарастание прочности клеевых соединений и уменьшение внутренних напряжений в них.

На плане цеха показано размещение станков, механизированных устройств автоматизированных линий и транспортирующих средств. Размеры цеха приняты такими, чтобы обеспечить удобное и безопасное размещение оборудования, была соблюдена оптимальная схема технологического маршрута сырья, материалов, полуфабрикатов, заготовок и изделий.

5. Выбор основного технологического оборудования и определение потребности в нем

Для поперечного раскроя пиломатериалов с вырезкой дефектов используется линия оптимизации модели Р40-450. Режущим инструментом является пила. Размеры получаемых заготовок зависит от количества вырезаемых дефектов, при этом ширина и толщина пиломатериалов остается прежней(толщина 25, ширина 125 и толщина 25, ширина 225 мм). Длина заготовок будет в среднем 600 мм.

Производительность станков данного типа определяется по формуле:

,

где =480 - время смены, мин;

=0,9 - коэффициент рабочего времени;

- скорость подачи,;

- объем доски, ;

- длина доски, м.

Часовой объем работ:

,

где - объем работ, приходящийся на этот станок, ;

- эффективный фонд рабочего времени оборудования (=2000 ч при односменном графике работы).

Число станков: строительный пиломатериал балка

,

Принимаю 1 линию оптимизации.

Сращивание производится на линии сращивания по длине модели LSP-700M. Инструментом у станка по нарезке шипов является фрезеровальный узел. Размеры получаемых заготовок после сращивания; L=6000мм; B=125 мм; B=225; S=25 мм. Склеивание осуществляется на клей фенолрезорциновый на основе смолы ФРФ-50К.

Производительность операции = 3,62 .

Объем работ, приходящихся на этот станок:

,

Часовой объем работ:

,

Число станков:

.

Принимаю 2 линии сращивания.

Продольный раскрой производится на круглопильном станке ЦДК5-4. Инструмент - круглые пилы. Размеры получаемых заготовок: L= 6000 мм, B=205 мм, S= 25 мм.

Производительность определяется по формуле:

,

,

Часовой объем работ:

,

Число станков:

,

Принимаю 1 круглопильный станок для продольного раскроя.

Калибрование и фрезерование заготовок производится на четырехстороннем станке марки PROFIMAT 18S. Инструмент - шпиндель. Размеры получаемых заготовок: L=6000мм; B=120 мм; B=200 мм; S=20 мм.

Производительность определяется по формуле:

,

где = ;

=12 - скорость подачи;

=1 шт - число одновременно обрабатываемых заготовок;

=6 м - длина заготовок;

=1 - число проходов чрез станок.

Объем работ, приходящихся на этот станок:

,

Часовой объем работ:

,

Число станков:

,

Принимаю 1 четырех сторонний станок.

Для нанесения клея используется станок с клеенаносящими вальцами КВ-20. Производительность рассчитывается по формуле:

,

где = ;

=12 - скорость подачи;

=1 шт - число одновременно обрабатываемых заготовок;

=6 м - длина заготовок;

=1 шт - число проходов чрез станок.

=2 шт - количество намазываемых сторон.

Объем работ, приходящихся на этот станок:

,

Часовой объем работ :

,

Число станков:

,

Принимаю 1 клеенаносящие вальцы.

Для склеивания тавровой балки выбираем вертикальный пресс ВПБ-6. Склеивание осуществляется на клей фенолрезорциновый на основе смолы ФРФ-50К.

Производительность рассчитывается по формуле:

,

,

где = ;

- размеры склеиваемой балки, м;

- число балок в одной запрессовке, шт;

=15 мин - время цикла одной запрессовки.

Объем работ, приходящихся на этот станок:

,

Часовой объем работ :

,

Число станков:

,

Принимаю 1 вертикальный пресс.

Оборудование	Количество
Р40-450	1
LSP-700M	2
ЦДК5-4	1
PROFIMAT 18S	1
КВ-20	1
ВПБ-6	1

Заключение

Исходя из задания, была спроектирована и рассчитана клееная балка таврового сечения для чердачного перекрытия из досок лиственницы объемом 15000 м³ год. Была дана общая характеристика, назначение и эксплуатационные свойства балки, рассчитаны ее параметры и определена эксплуатационная надежность по совокупности физико-механических характеристик. Приведен расчет сырья и материалов на проектируемый объем выпуска, указана структурная схема технологического прочеса и ее описание, выбрано основное оборудование и определена потребность в нем, разработан план цеха с размещением оборудования.



Список литературы

1. Левинский Ю.Б.. Левинская Г.Н.. Поротникова С.А. Технология строительных материалов и конструкций на основе древесины: Учебное пособие. - Екатеринбург -УГЛТУ 2005.;

2. Волынский В.Н. Технология клееных материалов, Архангельск, 1998;

3. Строительные нормы и правила. СНиП 11-25-80. Деревянные конструкции. М. 1982.

4. Левинский, Ю. Б. Основы технологических и конструкционных расчетов в производстве строительных материалов из древесины : метод. указания к практ. занятиям для студентов очной формы обучения, специальность 250403 "Технология деревообработки", специализация "Деревянное домостроение и защита древесины". Ч. 1 / Ю. Б. Левинский, Р. И. Агафонова ; Урал. гос. лесотехн. ун-т, Каф. древесиноведения и специальной обработки древесины. - Екатеринбург : УГЛТУ, 2010 - 29 с. - Библиогр.: с. 29.

Размещено на Allbest.ru