Конструкция и технология изготовления блок-контейнера
ВВЕДЕНИЕ
Металлоконструкции широко применяются в сфере строительства, возведения
каркасных сооружений, опор, при создании промышленных и бытовых конструкций. В
качестве основного материала обычно применяется конструкционная сталь и
отдельные виды проката из алюминия. За счет расширенных областей использования
готовой продукции существует несколько основных категорий металлоконструкций.
Каждая группа имеет отличающиеся параметры и характеристики.
Главным признаком считается разделение изделий по принципу и условиям
использования. Некоторые виды могут выделяться повышенной прочностью или
долговечностью, устойчивостью к внешним воздействиям, способностью
противостоять усталостным процессам. Дополнительно различают и такие критерии
разделения металлоконструкций на отдельные виды как: метод изготовления,
конфигурации, размеры. Учитывая требуемые качества отдельных категорий
продукции, выделяют следующую классификацию по методу и технологиям
производства:
· литые;
· сварные;
· штампованные;
· клепанные;
· комбинированные (изготавливаются с использованием нескольких
технологий).
Технологии производства определяют прочность соединений и всей
конструкции, переносимые нагрузки. Определенные типы металлоконструкций могут
применяться в нестандартных условиях (агрессивная среда, повышенная влажность).
1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ БЛОК-КОНТЕЙНЕРОВ И
ПРИМЕНЯЕМЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Основное направление для использования металлоконструкций - сооружения
каркасов строений, усиление конструкции зданий, возведение опор (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Металлоконструкция
Наибольшая нагрузка приходится на высотные сооружения из металла
(мостовые опоры, телевизионные башни, каркасы складов). Используются
металлоконструкции и для следующих целей:
· дорожного строительства, для электроэнергетики (мосты, вышки,
рельсовое полотно);
· для хранения жидких составов (металлоконструкции-резервуары);
· для создания пылеуловителей или воздухонагнетателей в
промышленных строениях;
· для установки лестниц, перекрытий пролетов в жилых и
коммерческих строениях;
· для создания оград, решеток, сеток и заборов для частных
территорий.
Требуемые свойства изготавливаемой конструкции и марки используемого
металла устанавливаются по особенностям последующей эксплуатации. Существуют
специальные виды изделий, применяемые в нефтяной, химической промышленности или
машиностроении.
Для придания особых свойств (жаропрочность, кислотоупорность) в металл
добавляются легирующие присадки (обычно применяется хром). Добавка позволяет
защитить готовое изделие от коррозии и сохранить его первоначальную прочность и
надежность. Дополнительно для защиты металлоконструкций могут использоваться
специализированные краски. Покрытие металла уникальными составами предупреждает
образование ржавчины на его поверхности.
Стационарные и трансформируемые изделия из металла позволяют создавать
надежные и долговечные конструкции для всех сфер деятельности. Их
дополнительное преимущество - простота монтажа и получения готовой продукции
определенного типа (по индивидуальным чертежам). К другим плюсам применения
металлических конструкций относятся:
· доступность;
· малые сроки изготовления;
· простота заказа крупных партий для масштабных работ;
· легкость сборки с минимальными затратами времени;
· удобная перевозка к месту установки;
· долгий срок сохранности.
Все эти качества металлоконструкций делают их незаменимыми в любых сферах
деятельности человека. Производство стандартных элементов по проверенным
технологиям гарантирует получение высококачественных изделий. А разработка новых
видов и возможность создания уникальных конструкций обеспечивает легкий подбор
продукции для решения конкретных задач.
Блок контейнеры имеют несколько основных назначений: организация быта на
строительной площадке, временное жилище на даче, организация КПП, складов и
многое другое. В зависимости от назначения бытовки выбирают ее конструкцию и
размер [1].
Все блок контейнеры, которые сегодня продаются, можно разделить на две
общие группы:
· офисно-бытовые;
· временные лагеря (для беженцев, переселенцев и т.д);
· мобильные оздоровительные центры (молодежные фестивали,
слеты, альпинистские и туристические базы);
· модульные поселки для организации работы вахтовым методом;
· кемпинговые летние лагеря для автотуристов.
Офисно-бытовой блок контейнер представляет собой сборно-разборную
конструкцию, основу которой составляет металлический каркас (рисунок 1.2).
Детальный чертеж поможет сложить эту конструкции собственноручно без каких-либо
проблем.
Основу всех блок контейнеров представляют конструктивные элементы,
которые имеют четкие размеры. Таким образом, блок контейнер может быть построен
и отделан внутри из:
· доски и бруса;
· оцинкованных листов;
· натуральной или пластиковой вагонки;
· утеплительных материалов.
Сам блок контейнер представляет собой очень простое строение, размерами
длина - 6,0 м, ширина - 2,40 м, высота - 2,5 м которое, как правило, состоит
из:
· швеллер гнутый 120х50 мм;
· угловые стойки - уголок 95х95мм;
· кровля - лист металлический 1,5 мм х/к, гладкая;
· утепление - минеральная вата, толщина 50 мм УРСА (пол,
потолок, стены);
· пароизоляция - техническая пленка;
· входная дверь - каркасная, обшитая листом С-8 0,4 мм, либо
металлическая;
· межкомнатная дверь, если предусмотрена конструкцией;
· окно - 800х1000 мм деревянное или пластиковое, 2 стекла;
· наружная обшивка блок контейнера - оцинкованный лист С8, 0,4
мм;
· внутренняя отделка - ДВП (оргалит) или вагонка;
· пол - обрезная доска 20-25 мм.
В зависимости от вида блок контейнер может состоять из одного цельного
пространства, иметь тамбур или же быть разделен на несколько комнат [2].
Рисунок 1.2 - Блок контейнер
Конструктивной основой для создания блок контейнеров является
металлический швеллер. Стены такого изделия собирают из специальных сэндвич
панелей. Блок контейнеры очень легко собираются и имеют относительно небольшую
стоимость.
Блок контейнер можно трансформировать в жилое помещение. Вырезав проемы
для окон и дверей, установив туда металлопластиковые конструкции, утеплив,
выполнив в нем внутренние работы и создав там систему отопления, можно
прекрасно чувствовать себя в таком помещении даже в холодное время года.
Для деревянных сооружений основой для них служит брус сечением 100-150
мм. Внутри контейнер утепляется и обшивается деревянной вагонкой. Такие блок
контейнеры по сравнению с другими конструкциями являются очень легкими и
теплыми. Они быстрее прогреваются и отлично сохраняют тепло.
Для реализации больших строительных объектов, которые возводятся
несколько лет, стоит устанавливать блок контейнеры на металлическом каркасе.
Срок ее службы составляет от 5 лет. Основой для металлической блок контейнера
служит каркас, который отделывается с наружной стороны профнастилом или
полимерным покрытием. В качестве внутренней отделки может служить:
· ПВХ панель.
· Деревянная вагонка.
· Оргалит.
Как правило, здесь используется плоская крыша, которая нуждается в
дополнительной защите. Конструкция бытовки с плоской крышей позволяет
устанавливать такие изделия друг на друга в виде модульного городка.
Офисно-бытовые помещения, которые оборудованы из контейнеров, имеют
простые и надежные конструкции.
Конструкция контейнера состоит из прочного каркаса, который сварен из
стальных балок. Нижнее основание каркаса выполнено из продольных и поперечных
балок, к углам которых привариваются боковые ребра. Поперечные и продольные
несущие балки образуют и верхнюю плоскость, которая несет функцию крыши.
Грузовые модули обшиваются стальными антикоррозийными листами с
гофрированными профилями, для изготовления которых используется качественная
легированная сталь. Оцинкованные стенки контейнера имеют толщину 1,5-2,0 мм,
что придает конструкции достаточную прочность и жесткость. Стенки контейнера
обработаны качественным лакокрасочным покрытием, которое способно надежно
защищать металлические поверхности от агрессивного воздействия окружающей среды
и предотвращать коррозийные процессы.
Напольным покрытием в крупнотоннажном контейнере служат листы
прессованной фанеры, которая имеет толщину 40 мм. Фанера дополнительно
пропитывается специальными составами, которые не дают развиваться плесени и
грибкам. Благодаря использованию фанеры или другого вида пиломатериалов для
напольного покрытия имеет немало достоинств, среди которых:
· высокая эластичность материала;
· легкая замена и несложный ремонт покрытия;
· наличие высокого коэффициента трения, что является
необходимым, если в контейнере транспортируются грузы.
Выполняя отделку полов в контейнере, который приспособлен под дачный
домик, можно залить на существующее основание бетонную стяжку, имеющую
небольшую толщину, а в нее спрятать систему электрического подогрева.
У стандартных контейнеров двери относятся к распашному типу. Для их
крепления пользуются прочными петлями. Для того, чтобы открыть двери,
предусмотрены специальные ручки, приводящие в действие запирающий механизм.
Герметизацию дверных проемов выполняют с помощи уплотнительной резинки.
. Одно поворотное окно, для изготовления которого используется
однокамерный ПВХ со стеклопакетом.
. Внешняя дверь.
. Индивидуальный обогрев.
. Теплоизоляция.
. Внутренняя обшивка.
. Потолок, обитый ПВХ-панелями.
. Стены, обитые МДФ-плитами.
. Бытовой линолеум, который является напольным покрытием;
. Две лампы дневного света.
. Розетка.
. Выключатель.
Если переоборудовать стандартный контейнер в дачный дом, это потребует
некоторого вложения финансовых средств.
. Можно использовать ПВХ-панели для обшивки не только потолка, но
и стен.
. Замена бытового линолеума полукоммерческим.
. Установка сантехники - унитаза, умывальника, душевой кабинки и
100-литрового бойлера.
Одним из вариантов по обустройству внутреннего помещения дома-контейнера
является увеличение полезной площади. Для этого достаточно удалить стенки
соседних контейнеров [3].
Проектировка блок контейнера под индивидуальный дизайн приведет к большим
затратам денежных средств клиента. Такие возможности как - установка двух и более
окон; замена отделки ПВХ-панелей ламинированными ДСП-панелями; организация
отопления; проведение скрытой электрической проводки с использованием
евророзеток и евровыключателей - приведут к большим затратам денежных средств
клиента.
Для более эксклюзивного дизайна можно установить:
. Панорамные окна.
. Раздвижные двери, которые позволят расширить пространство внутри
домика придомовой террасой.
. Дополнительную навесную крышу для небольшой веранды.
Если офисно-бытовой блок контейнер будет
эксплуатироваться круглый год, нужно предусмотреть утепление металлического
контейнера не только внутри, но и снаружи. Только тогда металл не промерзнет, и
не выпадет конденсат внутри домика. Только внутренняя теплоизоляция необходима
для дачного домика, который будет использоваться только летом, а в зимнее время
хозяева его будут посещать редко. Работы по теплоизоляции выполняются в
следующей последовательности: Вначале вырезаются проемы для окон и дверей,
которые предусмотрены проектом по модернизации контейнера, и отверстия для
вентиляционных и дымовых труб. К обшивке привариваются точечной сваркой по
обеим сторонам вырезанных проемов трубы, имеющие квадратное сечение, которые
будут расположены вертикально на всю высоту помещения. К вертикальным трубам
привариваются трубы, прокладываемые горизонтально под и над проемом. Таким
образом восстанавливается конструкционная прочность стен домика, которая
ослабла из-за нарушения ребер жесткости. Завариваются распашные двери
контейнера. Затем производят очищение поверхности от ржавых пятен, если они
есть. Изготавливается вертикальная обрешетка. Для этого используются деревянные
бруски, имеющие толщину 5-10 см. Обрешетка выполняет функцию маяка, когда
напыляют пенополистирол или пенополиуретан, которые отлично заполняют профиль стен
дома. Напыляется утеплитель. Затем срезаются его лишние выступающие части.
Точно так же необходимо утеплить и потолок дачного домика. Далее на стены и
потолок натягивается пароизоляционная мембрана, которая крепится к обрешетке с
помощью строительного степлера. Финишная отделка производится вагонкой,
гипроком, древесно-стружечными плитами, ПВХ-панелями и другими отделочными
материалами. Заключительным этапом утепляются полы напылением или на основу
стелют пенополистирольные плиты. Можно залить стяжку из легкого бетона. Не
рекомендуется для утепления полов минеральная вата, поскольку она способна
надолго удерживать влагу, которая на нее попадает, а это способно вызывать
появление ржавчины дна контейнера, в домике может появиться плесень или грибок.
В настоящее время в отечественной промышленности выпускаются бытовки на основе
блок контейнеров. Проектирование происходит с применением элементов САПР и
инженерного анализа металлоконструкции. В связи с этим данный процесс имеет ряд
недостатков:
· продолжительное время на разработку конструкторской
документации;
· большая металлоемкость, что влечет к увеличению массы
бытовок, возникают проблемы при транспортировке и монтаже двухэтажных модулей.
Поэтому целью данной работы является исследование и разработка методики
автоматизированного проектирование и инженерного анализа каркасных контейнеров.
Исходя из поставленной цели - необходимо решить следующие задачи:
· сделать анализ существующих конструкций блок контейнеров и
применяемых систем автоматизированного проектирования;
· разработать конструкцию блок контейнера;
· разработать модификации блок контейнеров с учетом
функционального назначения (жилой, санитарный, столовая);
· провести автоматизированную конструкторскую подготовку
производства блок контейнеров;
· разработать технологический процесс производства блок
контейнеров в рамках автоматизированных систем;
· провести силовой анализ конструкции при различных видах
нагружения;
· спроектировать варианты построения модульных городков для
временного проживания 30-100 человек;
· спроектировать планировку блок контейнеров в вахтовом
поселке, рассмотреть возможности транспортировки.
2. КОНСТРУКЦИЯ БЛОК КОНТЕЙНЕРА
В конструкции блок контейнера можно выделить пять основных элементов:
нижняя рама, крыша, несущие стойки, стены и дверь.
) Панель основания (нижняя рама) блок контейнера представляет собой
сварную многослойную утеплённую конструкцию из гнутого профиля по периметру
(рама), обваренную снизу гладким стальным листом толщиной 1,5 мм либо подшитую
оцинкованным профилированным листом. Для обеспечения требуемой жесткости
конструкции в панели основания используются поперечные швеллеры. Утепление -
плиты минераловатные на основе базальтового волокна (НГ). Толщина утепления -
от 100 до 200 мм. Чистовой пол - настил из фанеры или ЦСП с покрытием
линолеумом или диэлектрическими резиновыми ковриками, а в случае предъявления
особых требований (огнестойкость, повышенные нагрузки) - металлический рифлёный
лист. В качестве пароизоляции применяется полиэтиленовая пленка или специализированные
материалы.
) Крыша блок контейнера представляет собой сварную конструкцию из гнутых
профилей различного сечения, обваренную сверху гладким стальным листом толщиной
1,5 мм. Покрытие кровли может быть выполнено фальцевым способом из оцинкованного
листа. Утепление - плиты минераловатные на основе базальтового волокна.
Чистовой потолок может быть выполнен из цементно-магниевых либо древесных плит
или оцинкованного листа. В качестве пароизоляции применяется полиэтиленовая
пленка либо специализированные материалы.
) Несущие стойки являются основным несущим элементом каркаса блок
контейнера и выполняются из гнутого профиля сложной формы толщиной 3 мм. Стойки
соединяются с верхней и нижней рамами при помощи электросварки либо через
болтовое соединение, тем самым создавая несущий каркас здания. При длине блока
6 метров и более применяются дополнительные промежуточные стойки.
) Стены блок контейнера могут выполнены в различном исполнении:
гладкий стальной лист под приварку толщиной от 1,0 мм до 5,0 мм;
оцинкованный лист с полимерным покрытием (с внутренней отделкой
блок-контейнера);
сэндвич-панели, на основе минеральной ваты, толщиной от 80 мм до 200 мм.
) Двери в блок контейнере могут быть установлены двери различной
конструкции и вариантов исполнения: деревянные, утепленные металлические,
антивандальные, противопожарные, распашные.
) Утеплитель в блок контейнерах в качестве утеплителя применяются
гидрофобизированные минераловатные плиты из базальтового волокна
теплопроводностью не выше 0,04 Вт/(м·К) с классом горючести НГ. Толщина слоя
утеплителя рассчитывается исходя из климатических условий эксплуатации
блок-контейнера, температурных режимов внутри помещения, систем обогрева,
вентиляции и других параметров.
) В качестве внутренней отделки блок контейнера применяется влагостойкая
негорючая цементно-магниевая плита, обладающая высокой устойчивостью к
различным воздействиям, обеспечивающая декоративную отделку и пожарную
безопасность блока. По желанию заказчика отделка может быть выполнена из других
материалов (плитные древесные материалы, панели ПВХ, вагонка и др.).
) Окна деревянные или пластиковые, любых размеров, одно- или
двухкамерные, глухие или открывающиеся.
) В качестве антикоррозийной защиты используется композиция
полиуретановой краски и двухкомпонентной грунтовки. Подготовка поверхности
осуществляется в соответствии с ГОСТ 9.402-2004, что обеспечивает наиболее
оптимальные условия для сцепления грунта с металлом и продлевает срок службы
лакокрасочного покрытия блок контейнера [4].
3. РАЗРАБОТКА МОДИФИКАЦИИ БЛОК КОНТЕЙНЕРОВ С
УЧЕТОМ ФУНКЦИОНАЛЬННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.1 Блок
контейнер душевой
Наиболее широкое применение блок-контейнер душ (душевой блок контейнер)
нашёл на строительных площадках, вахтовых поселках и как часть модульного
здания. Санитарные блоки доставляются в полностью собранном состоянии. Душевой
блок поставляется с подводом холодной и горячей воды, выводом канализации, в
комплекте вся необходимая электрика и обогревательные приборы.
От других блоков душевую отличает большая теплоизоляция и материалы
устойчивые к влаге. Можно использовать автономное водоснабжение и центральное.
Подогрев воды осуществляется в накопительных баках 100 л (рисунок 3.1).
В конструкцию душевых блоков были внесены ряд конструктивных изменений,
которые позволяют использовать блок-душ круглый год, перевозя его с одного
объекта на другой, более 10 раз [5,6].
Комплектация блок контейнер душевой.
· Б/К 6х2,4 ПВХ с тамбуром и линолеум.
· Утепление 100 мм. минераловатный утеплитель.
· Окно пластиковое.
· Дверь входная утеплённая.
· Поддон душевой с сифоном.
· Смеситель душевой.
· Раковина со смесителем.
· Бойлер водонагреватель на 100 л.
· Электрика (лампа, розетки, вытяжка).
Рисунок 3.1 - Блок контейнер душевая
.2 Блок
контейнер сушилка
Блок контейнер сушилка (рисунок 3.2) предназначен для сушки одежды
работников строек или вахтовых городков в зависимости от сферы применения.
· Сушилка имеет высокую производительность благодаря 7
энергоёмким радиаторов и отвода влажности через предусмотренную вентиляцию.
· Мощный и экономичный трёхфазный электрический котёл позволяет
использовать сушилку даже при низких отрицательных температурах (до -50С).
· Система уже заправлена незамерзающей жидкостью, что позволяет
выключать сушилку на длительное время при низких температурах, без страха
разморозить систему.
· Врезной насос позволяет равномерно и быстро нагнать
температуру и приготовить к использованию сушилку.
· Регулятор температуры на электрическом котле позволит
контролировать процесс сушки в зависимости от режима.
· Гидро аккумулятор предназначен для автоматической регулировки
давления закрытой системы отопления.
· Трёх фазный электрический котёл очень экономичен, что
позволяет использовать его постоянно.
· Сушилка оборудована скамейками для сушки обуви, и полками для
головных уборов, так же на неё при помощи вешалки крепится мокрая одежда
работников.
Рисунок 3.2 - Блок контейнер сушилка
Рисунок 3.3 - Блок контейнер санитарный
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА БЛОК КОНТЕЙНЕРОВ В РАМКАХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
.1
Автоматизированный технологический процесс
Под автоматизацией проектирования понимается автоматизированный
конструкторский синтез устройства с выпуском необходимой конструкторской
документации (КД).
Достоинства автоматизированного проектирования
· Точность расчетов.
· Выбор вариантов для реализации.
· Качество конструкторской документации.
· Повышенная производительность.
· Низкая трудоемкость.
Важным результатом внедрения САПР являются и социологические факторы:
· Повышение престижности и культуры труда при замене
неавтоматизированных методов на автоматизированными.
· Повышение квалификации исполнителей.
· Сокращение численности работников, занятых рутинными
операциями.
Наибольшую эффективность от внедрения САПР можно получить при автоматизации
всего процесса проектирования - от постановки задачи до его непосредственной
реализации и выпуска [7].
До внедрения САПР на предприятие нужно прежде всего решить, к каким
задачам наиболее эффективно применить проектирования, сформулировать требования
к ней, определить в общем виде структуру, выделить последовательность
разработки системы и составить перечень исследований, а также установить, в
каком объеме и виде она будет выдавать техническую документацию проекта и
соответствие ее действующим нормативно-техническим документам (ГОСТ, ОСТ, СТП,
РТМ и т. д.). Кроме того, должны быть выполнены работы по формализации задач
выбора и оптимизации проектных и конструкторских решений, формированию
библиотек типовых технических и проектных решений, информационных баз, пакетов
прикладных программ и технологии автоматизированного проектирования [8].
САПР - организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств
автоматизации проектирования, взаимосвязанного с проектировкой и проектной
организацией. Конструктор или технолог входит в состав любой САПР и является ее
пользователем, потому что автоматизированная система не может функционировать
без человека. Объектом автоматизации в САПР являются действия проектировщиков,
разрабатывающих изделия или технологические процессы. САПР нельзя создать вне
конкретного производства, на котором она будет использована.
Комплекс средств автоматизации включает различные обеспечения, такие как:
· программное;
· математическое;
· информационное;
· лингвистическое;
· организационное;
· аппаратное;
· методическое;
· техническое.
Программное обеспечение является непосредственным производным компонентом
от математического обеспечения и представляет собой комплекс всех программ и
эксплуатационной документации к ним.
Математическое обеспечение составляют математические методы, модели и
алгоритмы, необходимые для осуществления автоматизированного проектирования.
Информационное обеспечение - это информация о прототипах проектируемых
изделий или процессов, комплектующих изделиях и материалах, об используемом
режущем инструменте, о правилах и нормах проектирования, а также любая другая
справочная информация, используемая проектировщиками для выработки проектных
решений. Основная часть информационного обеспечения содержится в банках данных,
состоящих из баз данных и систем управления базами данных.
Лингвистическое обеспечение - совокупность специальных языковых средств
проектирования, предназначенных для общения человека с техническими и
программными компонентами САПР. Практика использования ЭВМ в проектировании
привела к созданию наряду с универсальными алгоритмическими языками
программирования проблемно-ориентированных алгоритмических языков,
специализированных для проектных задач. Например, для автоматизации
вычерчивания изображений служат различные графические языки.
Организационное обеспечение устанавливает взаимодействие проектирующих и
обслуживающих подразделений, ответственность специалистов за определение вида
работ, приоритеты пользования средствами САПР и другие регламенты организационного
характера. Соответствующий комплект документов составляют необходимые
инструкции, приказы и штатные расписания.
Техническое обеспечение - комплекс всех технических средств, используемых
при автоматизированном проектировании и для поддержания средств автоматизации в
работоспособном состоянии.
Некоторые виды обеспечений объединены в группы, соответствующие наиболее
простому представлению состава САПР, которому часто следуют на практике, когда
не все обеспечения САПР разрабатываются, например, программно-информационное
обеспечение, которое воплощается в виде программ и сопровождающей документации.
На этот вид обеспечения, как правило, приходится основная трудоемкость
разработки. В общей трудоемкости разработки сложных САПР его доля достигает 75%
и более. Организационно-методическое обеспечение включает весь комплекс
обеспечивающих мероприятий, а также регламентирующую и организующую процесс
автоматизированного проектирования документацию применительно к условиям
конкретной проектной организации.
Решающими условиями возможности и целесообразности создания САПР
являются:
· единство принципов построения объектов проектирования;
· высокий уровень типизации и стандартизации элементов, из
которых компонуют объекты проектирования;
· высокий уровень унификации процессов проектирования;
· большой объем проектных работ при индивидуальных требованиях
к объектам проектирования.
Эволюция средств и методов автоматизации проектирования тесно связана с
развитием вычислительной техники и программного обеспечения. На ранних стадиях
создания САПР ЭВМ решала лишь отдельные Инженерные задачи высокой трудоемкости.
Затем с ее помощью стали выполняться в пакетном режиме задачи технической
подготовки производства, включающие: разработку плановых показателей;
нормирование расхода ресурсов; составление графиков запуска новых изделий, карт
применяемости деталей, сборочных единиц, технологических карт; расчет режимов
обработки деталей [9].
С появлением средств машинной графики - графических дисплеев,
графопостроителей, графических печатающих устройств (принтеры, плоттеров),
кодировщиков и других - стало возможным автоматизировать наиболее трудоемкие
процессы проектирования изделий и технологий. В состав таких САПР обязательно
входит развитое программное обеспечение, включая универсальные и
специализированные пакеты прикладных программ, обеспечивающие работу системы в
диалоговом режиме.
В общем случае процесс включает три этапа проектирования:
· эскизный;
· технический;
· рабочий.
Затраты труда на разработку объекта распределяются по этапам
приблизительно в таком соотношении: 10, 25 и 65%.
Эскизное проектирование требует применения интерактивных средств графики.
С их помощью конструктор может строить трехмерное изображение детали и
моделировать траекторию движения инструмента для ее обработки (без чертежей).
На стадии технического проектирования предусматривается исполнение
конкретного замысла в заданном масштабе, а также осуществление необходимых
расчетов. Здесь используется значительный объем информации о стандартных
деталях, покупных изделиях и т. д.
Стадия рабочего проектирования включает в себя создание рабочих чертежей
и технической документации. На ЭВМ с использованием средств машинной графики
можно:
· выполнить деталировку;
· определить и нанести размеры;
· составить спецификацию.
При автоматизации проектирования наиболее важной является формализация
как самого процесса, так и его объекта. Она позволяет представить процесс
проектирования в виде цепочки (набора) последовательно
(параллельно-последовательно) выполняемых процедур, при которых информация
преобразуется, а исходные варианты приближаются к заданным проектным задачам.
При этом если проекты могут быть сформулированы в виде информационных массивов
для ЭВМ, а операторы проектирования (определенные процедуры, формулы, комплексы
программ, стандарты, методики, модели и т. п.) представлены в виде пакета
машинных программ, то такой процесс называют автоматической генерацией проекта.
Если разработке на ЭВМ подлежат несколько подкомплексов на отдельных стадиях,
то такой процесс проектирования называется автоматизированным. В том случае,
когда оператор проектирования применим для ряда систем или подкомплексов,
выполняется типовое проектирование. Разработка таких операторов является одной
из важнейших задач построения любой системы проектирования.
Полный цикл процесса проектирования включает последовательное выполнение
человеко-машинных процедур и их взаимосвязи представлен на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Укрупненный алгоритм автоматизированного проектирования
изделия
При автоматизированном проектировании сложных систем и объектов
применяется системно-иерархический подход, когда сам процесс и объект
разбиваются на уровни. На верхнем уровне отражаются только самые общие черты и
особенности проектируемого объекта. На каждом последующем уровне разработки
степень детализации возрастает.
В соответствии с этапностью создания новой техники в комплексной
(интегрированной) САПР выделяются следующие автоматизированные системы:
управления процессами проектирования (АСУПП), проектирования (АСП), конструирования
(АСК), технологической подготовки производства (АСТПП), управления
технологическими процессами изготовления опытных образцов (АСУТП), комплексных
испытаний и обработки изделий (АСКИО).
Каждая из функциональных составляющих базируется на едином комплексе
средств автоматизации проектирования, включающих обеспечивающие системы типа
автоматизированных банков данных (АБД), а также вычислительную систему, систему
информационного обмена, графическую систему и систему разработки машинных
программ.
Исходя из особенностей графических работ из состава комплексной САПР
выделяют в виде самостоятельной графическую подсистему, или подсистему
автоматизированного черчения (ПАЧ), обслуживающую все функциональные системы.
Оперативные средства выполнения графических работ входят в состав комплекса
технических средств каждой функциональной системы, имеющей терминал.
Основу автоматизации стадии конструкторской подготовки производства
составляют две функциональные части комплексной САПР:
· автоматизированная система проектирования (АСП);
· автоматизированная система конструирования (АСК).
Автоматизированная система проектирования используется как
инструментальная подсистема САПР. Она создает программы автоматизированного
проектирования, и от ее эффективности в значительной мере зависит эффективность
действия комплексной САПР. Эта система выполняет несколько видов проектных
процедур на стадиях разработки технического задания, технических предложений,
эскизного и технического проектирования: анализ исходных данных, формирование
технических характеристик, определение эффективности изделия на стадии
проработки изделия, когда перед проектировщиком стоит проблема выбора прототипа
будущей новинки на основе упрощенной математической модели. Результатом
функционирования АСП является структурная схема изделия с данными расчета
проектных параметров.
Автоматизированная система конструирования используется на этапах
технического и рабочего проектирования для проведения уточненных расчетов по
всему изделию и отдельным его элементам, а также изготовления конструкторской
документации.
Для САПР любого уровня сложности основным структурным элементом является
функциональная подсистема. Подсистемы обладают значительной функциональной
автономностью и реализуют определенный этап (фрагмент) процесса проектирования.
В соответствии с рисунком 4.2, САПР и их подсистемы взаимоувязаны с различными
компонентами интегрированных систем управления предприятием или объединением.
4.2 3D модель контейнера (библиотека
металлоконструкций)
В документе сборка в плоскости XY создаем параметризованный эскиз каркаса
панели основания, длину задаем через переменную l, ширину через переменную l1;
так как расстояние между крайними поперечинами одинаковое, поэтому его задаем
как l1=l2= l3, Эскиз каркаса панели основания представлен на рисунке 4.3
Рисунок 4.2 - Схема связей САПР с АСУП и АСУТП в составе ИАСУ:
- управляющие программы для станков с
ЧПУ; 2 - информация для планирования и анализа производства; 3 -
нормативно-справочная информация; 4 - информация обмена данными внутри САПР
ТПП; 5 - техническая документация
Рисунок 4.3 - Эскиз каркаса контейнера
Заходим в библиотеку Металлоконструкции 3D, выбираем команду «Конструкция
по образующим», выбираем нужный сортамент: для боковин - «Профиль балки
основания», для поперечин - «Корытный профиль». Выбор сортамента представлен на
рисунке 4.4.
Рисунок 4.4 - выбор сегмента
Аналогично выбираем другие плоскости, строим эскизы боковых стен и
выбираем сегменты, достраивая каркас контейнера (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 - 3D модель
блок-контейнера
В основе конструкции блок контейнеров лежит металлический каркас, который
состоит из гнутого швеллера 100х40х3мм, сталь 3СП/ПС-5, ГОСТ 8278-83 который
служит в качестве нижней и верхней обвязки (рисунок 5.1). Металлические угловые
стойки также изготавливаются из той же стали, что и швеллеры и имеют С-образный
профиль для увеличения прочности и устойчивости каркаса (рисунок 5.2).
Рисунок 5.1 - Швеллер
Рисунок 5.2 - Уголок
Все металлические детали свариваются между собой. Сварные швы укрепляются
металлическими закладными, угловыми косынками и пластинами. Каркас
металлического блок контейнера покрывается эмалью препятствующий появлению
коррозии и ржавчины.
Кровля блок контейнера изготавливается из листового металла Ст08пс5, ТУ
14-106-321-2010 толщиной 1.2 мм (рисунок 5.3). Листы металла свариваются между
собой в сплошным швом полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа - это
наиболее надёжный вид сварки который обеспечит защитой от проникновения воды
через кровлю, её целостность долговечность. Кровля как и каркас покрывается
эмалью для предотвращения образования коррозии.
Рисунок 5.3 - Кровля
Металлический каркас укрепляется деревянной обрешёткой, которая состоит
из бруска хвойных пород древесины естественной влажности, сечением 100х40 мм.
Деревянный каркас служит для увеличения силовых качеств конструкции и для
крепления внутренней и наружной отделки.
В качестве утеплителя используется минеральная вата различных
производителей, таких как URSA, Knauf, ISOVER, ROCKWOOL (рисунок 5.4). В
зависимости от назначения блок контейнера толщина утепления может иметь 50 или
100 мм., может быть использован утеплитель из каменной ваты и звукоизолирующие
панели из минеральной ваты.
Рисунок 5.4 - Утеплитель
Внутренняя отделка блок контейнера отличается внешним видом и качеством
отделочных материалов. Основным критерием отбора внутренней отделки является
целевое назначение выбираемой конструкции. К примеру, для расселения
строительных бригад или под склад на строительном объекте, шиномонтаж -
подойдёт блок контейнер с отделкой эконом класса, такой как ДВП. Блок контейнер
предназначенный для организации офиса продаж, магазин, штаб ИТР, пост охраны -
подойдёт более дорогая и качественная отделка. Такая как "панели МДФ"
(мелкодисперсная фракция), деревянная вагонка. Конечно же, эти примеры не
исключают взаимной замены друг друга. Очень часто в нашей компании заказывает
металлические бытовки для расселения строительных бригад с отличной внутренней
отделкой - панели МДФ.
Для наружной отделки блок контейнера используется оцинкованный профлист
С8, толщиной 0,4/0,45 мм. Профлист С8 имеет большое количество рёбер жёсткости,
которое создаёт дополнительное усиление стен блок контейнера, его надёжности и
целостности. В качестве дополнительной комплектации можно установить профлист с
полимерным покрытием (RAL), которое может быть различных цветов. В стандартной
комплектации блок-контейнер имеет деревянные окна размером 80х65 сантиметров
(по стеклу) (рисунки 5.5 и 5.6). Деревянные окна имеют двойное остекление. Для
улучшения комфортабельности и других качеств блок контейнера предусмотрены
пластиковые поворотно-откидные окна размером 90х80 сантиметров (рисунки 5.7 и
5.8).
Рисунок 5.5 - Деревянное окно (вид изнутри)
Рисунок 5.6 - Деревянное окно (вид снаружи)
Рисунок 5.7 - Пластиковое окно (вид изнутри)
Рисунок 5.8 - Пластиковое окно (вид снаружи)
Полы блок контейнера имеют многослойную структуру. В основании блок
контейнера находится черновая обрезная доска, которая является
"днищем" конструкции и на которую укладывается пароизоляционная
плёнка и утеплитель. Последним чистовым слоем является влагостойкая ДСП 16 мм,
или шпунтованная половая доска 28 мм. В качестве улучшения комфорта,
долговечности и сохранности пола мы предлагаем постелить линолеум.
В качестве входных дверей в блок-контейнер используются несколько видов
различных дверей. Самым распространённым вариантом является оргалитовая
каркасная дверь, обшитая снаружи оцинкованным листом или листом с полимерным
покрытием в цвет внешней отделки конструкции (рисунок 5.9). Этот вид двери
имеет наименьшую стоимость и срок службы такой двери не долговечен. Вторым по
популярности идёт металлическая дверь нашего собственного производства.
Изготовленная из профильной трубы и листового металла толщиной 1.2 мм, такая
дверь отличается своей надёжностью и длительным сроком службы.
Третий вариант относится к типу альтернативных замен первого и второго
вариантов - металлическая дверь китайского производства (рисунок 5.10).
Китайская дверь дешевле металлической двери российского производства, но в разы
уступает качеством. В тоже время она гораздо качественней двери из оргалита, но
почти в два раза дороже.
Рисунок 5.9 - Оргалитовая каркасная дверь
Рисунок 5.10 - Металлическая дверь
6. СИЛОВОЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
НАГРУЗКАХ
Силовой анализ элементов конструкции изделия, до самого производства,
необходимо для проверки конструкции на технологичность и безопасность, с
последующим изменением. Проверка на силовой анализ экономит огромные
материальные средства, повышает качество изделий в процессе эксплуатации. С
появлением ЭВМ и систем имитационного исследования стало возможным создание
математической модели, стилизующей связанные процессы деформирования деталей,
кинетики теплового состояния, изменения параметров нагружения, развития
повреждений.
Рисунок 6.1 - Модель для исследования
SolidWorks
Simulation - это система анализа конструкций. SolidWorks Simulation обеспечивает анализ напряжения,
потери устойчивости, оптимизации, а также частотный и термический анализ.
Благодаря использованию SolidWorks Simulation сокращается время сбыта,
экономится время и усилия при поиске оптимального решения:
) создаем модель в КОМПАС 3D, сохраняем в формате step, загружаем модель в SolidWorks, открываем вкладку Simulation и выбираем Новое исследование;
) назначаем материал;
) назначаем кинематические граничные условия, задаем нагрузки. К
указанным поверхностям прикладываем нормальную силу (рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 - Зафиксированная геометрия
Рисунок 6.3 - Давление
Решение дифференциальных уравнений, описывающие деформации представляет
большую сложность или не всегда возможно без значительных упрощений расчетной
модели, что зачастую уводит от реальных и достоверных результатов. Применение
программного расчета, реализующегося на методе конечных элементов, в данном
случае наиболее эффективно и оправдано.
Особое преимущество SolidWorks Simulation в том, что от постановки задачи
(только с имеющейся геометрической моделью) и до получения результатов проходит
очень маленькое время.
Представление задачи в SolidWorks Simulation позволяет с достаточной
прозрачностью увидеть параметры, изменяя которые, можно добиться лучшего
конструкторского результата.
7. ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЕ МОДУЛЬНЫХ ГОРОДКОВ ДЛЯ
ВРЕМЕННОГО ПРОЖИВАНИЯ 30-100 ЧЕЛОВЕК
Модульные здания на базе блок контейнеров представляют собой
универсальные конструкции из стандартных модулей - блок контейнеров.
Чаще всего модульные здания используются как офисные комплексы, столовые,
общежития и т.п.
Предлагаемые нашей компанией контейнеры соответствуют нормам ISO и имеют
множество преимуществ:
• Экономная транспортировка.
• Быстрый монтаж контейнеров.
• Разнообразие вариантов оснащения модульного здания открывает
возможности индивидуального подхода к архитектурным решениям.
• Офисно-бытовые контейнеры могут применяться как по отдельности,
так и для создания модульных зданий. С помощью удаления стеновых элементов и
использования перегородок возможно создания неограниченно больших помещений.
Вахтовый поселок
Современные вахтовые поселки, смонтированные на базе блок контейнеров -
одно из направлений деятельности компании «БОЛЬШОЕ ТЕПЛО СПБ».
Наибольшей популярностью строительство вахтовых поселков пользуется у
предприятий, работающих с применением вахтового метода (нефте- и газодобывающие
компании) [11].
Предприятиям этой сферы деятельности чаще других приходится сталкиваться
с работой на удаленных территориях в условиях неблагоприятного климата, где
вахтовые поселки являются лучшим решением по обеспечению жилья.
Отказ от капитального строительства в северных регионах произошел по
экономическим причинам, слишком дорого обходились возведение (фундамент) и
обслуживание зданий, в то время как современные технологии предлагают
оптимальные решения по организации вахтовых поселков.
Вахтовые поселки приходится строить практически «с нуля», и, зачастую, в
неблагоприятных климатических условиях. Сроки постройки таких городков
предельно сжаты, а требования к качеству проживания людей довольно высоки.
Строить стационарные здания слишком дорого и не имеет смысла - по окончанию
вахтовых работ их придется оставить.
Модули доставлялись по зимнику в соответствии с графиком поставки.
Особенности конструкции позволили доставлять до 8 блок модулей в пакетах на
одном автотранспортном средстве. Это помогло значительно снизить расходы на
топливо.
Строительство объектов в суровых погодных условиях, тесно связано с
дополнительными сложностями и зачастую подвержено опасности несоблюдения сроков
сдачи объектов. Использование блок контейнеров полной заводской готовности,
оснащенных всеми необходимыми инженерными системами, значительно упрощает
сооружение вахтового поселка и ускоряет монтажные работы.
Экономия времени, удобство и простота монтажа/демонтажа, отсутствие
необходимости привлечения высококвалифицированной рабочей силы, позволяет
произвести работы в строго заданные сроки и значительно сократить затраты на
монтаж в сравнении с аналогичными системами возведения вахтовых поселков [12].
Современные тенденции сооружения мобильных вахтовых поселков на удаленных
объектах нефтегазового комплекса диктуют увеличение, как блок контейнеры
технического оснащения, так и эксплуатационного комфорта.
Оптимальным вариантом для создания таких городков остаются
быстровозводимые модульные здания на базе сборно-разборных блок контейнеров.
Вахтовые поселки на базе блок контейнеров многофункциональны. С их
помощью можно в кратчайшие сроки создавать полноценные вахтовые поселки, в
которых будут жилые, хозяйственные и административные здания. По завершению
работ, все модульные здания легко можно транспортировать на другой участок.
В зависимости от периода работ, выделяются 3 типа вахтовых поселков:
· краткосрочные;
· среднесрочные;
· долгосрочные.
Вахтовые посeлки можно также классифицировать по нескольким категориям в
зависимости от:
· длительности эксплуатации (несколько месяцев, до года, свыше
года и до пяти лет, до 10 лет, и до 25 лет);
· численности и характеристики персонала (соотношение рабочих и
ИТР, наличие административных зданий, технологических объектов);
· энергоавтономности (необходимости строительства собственной
модульной электростанции - ДЭС или миниТЭЦ);
· логистики доставки и дальнейшей перебазировки посeлка;
· климатических условий эксплуатации и т.д.
Характеристики краткосрочного вахтового поселка:
· сроки возведения - от 12 дней;
· рекомендуемое время эксплуатации - до 1 года;
На рисунке 7.1 представлен вариант краткосрочного поселка.
Характеристики краткосрочного вахтового поселка:
· сроки возведения - от 20 дней;
· рекомендуемое время эксплуатации - до 5 лет;
На рисунке 7.2 представлен вариант среднесрочного поселка.
Рисунок 7.1 - Модульный городок (круг
Рисунок 7.2 - Модульный городок (прямоугольник)
8. ВНУТРЕННЯЯ ПЛАНИРОВКА БЛОК КОНТЕЙНЕРОВ
МОДУЛЬНОГО ГОРОДКА И ТРАНСПОРТИРОВКА
8.1
Внутренняя планировка
Вахтовый поселок спроектирован на базе блок контейнеров стандартного
размера (18 м2). Этой площади достаточно, чтобы в жилом контейнере
(рисунок 8.1) разместить 3 двухъярусные кровати, 3 прикроватные тумбочки, шкаф
для хранения верхней одежды, рабочий стол и стулья.
Рисунок 8.1 - Планировка жилого блок контейнера
Аналогичной площади хватит для душевой (рисунок 8.2), в которой есть 5
кабинок, 3 раковины и один бойлерный нагреватель на 100 литров воды.
Рисунок 8.2 - Душевая
.2
Транспортировка
Транспортировка производится автомобильным (рисунок 8.3), железнодорожным
(рисунок 8.4) или иным транспортом. При транспортировке типовых блок
контейнеров грузовым автотранспортом не требуется специальных разрешений.
При транспортировке необходимо использовать такелажную оснастку,
обеспечивающую безопасную перевозку блок контейнера.
Перед транспортированием необходимо выполнить следующие работы:
· Проверить крепление установленного в блок-контейнере
оборудования и комплектующих, замеченные неисправности устранить;
· Закрыть окна и металлические ставни;
· Закрыть межкомнатные и входные двери.
Для обеспечения устойчивости и сохранности блок контейнера в процессе
перевозки его автотранспортом, скорость движения автомашин должна быть
ограничена на дорогах с асфальтобетонным и другим твердым покрытием до 50 км/ч,
на дорогах с гравийным покрытием до 30 км/ч, на грунтовых дорогах - до 15 км/ч
[13].
Рисунок 8.3 - Автотранспортная транспортировка
Рисунок 8.4 - Железнодорожная транспортировка
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
автоматизированный блок контейнер
В данной выпускной квалификационной работе с помощью систем
автоматизированного проектирования разработана конструкция и технология
изготовления блок контейнера. Использование автоматизированных систем позволило
значительно сократить время разработки чертежей, моделей, технологических
процессов изготовления.
При выполнении работы был проведен следующий комплекс мероприятий:
проведен анализ конструкций блок контейнеров и применяемых систем
автоматизированного проектирования, представлена конструкция блок контейнера;
спроектирована модель блок контейнера и его модификации с учетом
функционального назначения, разработан технологический процесс производства
блок контейнеров, выполнен расчет на прочность методами имитационного моделирования
с помощью систем автоматизированного расчета и проектирования- «SolidWorks
Simulation», спроектированы варианты вахтовых поселков на базе блок
контейнеров.
Применение автоматизированного проектирования для выполнения
конструкторских работ эффективнее ручного метода проектирования, т.к. снижается
трудоемкость работы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Ушаков, И. Ф. Системы автоматизированного
технологического проектировния в мелкосерийном и серийном машиностроении / И.Ф.
Ушаков. - Москва: ВНИИТЭМР, 2005.- 36 с.
. Митрофанов, С.П. Применение ЭВМ в технологической
подготовке серийного производства / С.П Митрофанов. - Москва: Машиностроение,
2001. - 287 с.