漏斗车卸载效率及其影响因素研究

摘要

铁路漏斗车承担了绝大部分煤炭、粮食、矿石等散粒体货物的运输任务，有效保障了货物周转效率，为国民经济的发展做出了重要贡献。为进一步提高漏斗车卸载效率，论文基于离散单元法理论，对影响漏斗车卸载效率的因素展开研究。
　　论文利用模拟三轴试验，获得散粒体的细观参数，模拟三轴试验方法的应用提高了散粒体细观参数选取的准确度，在散粒体货运车辆研究领域具有一定的推广价值;分析了卸载过程中漏斗车内散粒体颗粒的流动形态以及漏斗车内壁各漏斗脊面的压力分布规律;比对了不同散粒体物性下漏斗车的卸载效率，探讨采取适当措施改善散粒体物性的可行性;比对了不同端墙倾角下的漏斗车卸载效率，为漏斗车端墙的选择提供了参考;采用理论分析与数值模拟相结合的方式对漏斗仓几何形状进行了优化设计。研究分析得到如下结论:
　　(1)颗粒间摩擦系数越大，漏斗车的卸载效率越低，当颗粒间摩擦系数在0.10与0.15之间时，漏斗车卸载效率对其变化最为敏感，综合考虑改变颗粒物性的成本，可以采取适当措施将颗粒间摩擦系数控制在这一区间以提高漏斗车的卸载效率;
　　(2)颗粒间粘结强度越大，漏斗车的卸载效率越低，当颗粒间粘结强度在14 kPa与18 kPa之间时，漏斗车卸载效率对其变化最为敏感，综合考虑改变颗粒物性的成本，可以采取适当措施将颗粒间粘结强度控制在这一区间以提高漏斗车的卸载效率;
　　(3)端墙倾角越大，漏斗车的卸载效率越高，但当端墙倾角超过50°继续增加时，漏斗车卸载效率的提升并不明显。综合考虑漏斗车的有效容积与卸载效率，建议将漏斗车端墙倾角控制在45°～50°这一区间。当需要更大的漏斗车有效容积时，可考虑在端墙内壁加装摩擦系数更低的超高分子量聚乙烯衬板，能使漏斗车的卸载效率提高25％左右。
　　(4)基于等横截面积收缩原理进行优化设计的漏斗车，其卸载效率提高了10％左右，这为漏斗车的设计提供了一定参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究概况

1．3 本论文主要研究的内容和方法

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法

2 漏斗车装卸载过程数值模拟

2．1 数值模拟方法介绍

2．1．1 离散单元法基本理论

2．1．2 离散元软件PFC3D简介

2．1．3 离散元软件PFC3D计算步骤

2．2 漏斗车数值模型构建

2．2．1 车体基本组成部件

2．2．2 车体模型FISH程序的开发

2．3 漏斗车装载过程模拟

2．3．1 散粒体细观参数的确定

2．3．2 漏斗车装载FISH程序的开发

2．4 漏斗车卸载过程模拟

2．4．1 漏斗车卸载FISH程序开发

2．4．2 卸载过程颗粒流态分析

2．4．3 卸载过程颗粒流速分析

2．4．4 卸载过程各漏斗脊面压力分布

2．5 本章小结

3 散粒体物性对卸载效率的影响

3．1 常见的卸载阻塞类型

3．2 不同散粒体物性下漏斗车卸载效率

3．2．1 不同摩擦系数下卸载效率

3．2．2 不同粘结强度下卸载效率

3．3 本章小结

4 漏斗车端墙倾角及内壁材质对卸载效率的影响

4．1 端墙倾角为30°时卸载效率

4．1．1 颗粒流态分析

4．1．2 颗粒流速分析

4．1．3 漏斗脊面压力分析

4．2 端墙倾角为45°时卸载效率

4．2．1 颗粒流态分析

4．2．2 颗粒流速分析

4．2．3 漏斗脊面压力分析

4．3 端墙倾角为60°时卸载效率

4．3．1 颗粒流态分析

4．3．2 颗粒流速分析

4．3．3 漏斗脊面压力分析

4．4 端墙倾角选择

4．5 端墙内壁材质对卸载效率影响

4．5．1 颗粒流态分析

4．5．2 颗粒流速分析

4．5．3 漏斗脊面压力分析

4．6 本章小结

5 漏斗仓几何形状对卸载效率的影响

5．1 理论分析

5．2 设计方案及数值模型构建

5．2．1 设计方案

5．2．2 数值模型构建

5．3 新形状漏斗车卸载效率

5．3．1 颗粒流态分析

5．3．2 颗粒流速分析

5．3．3 颗粒对漏斗脊面压力分析

5．4 漏斗车卸载效率与有效容积的平衡

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后期工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的项目情况

致谢