高速重载气垫带式输送机气膜形成机理及其实现

摘要

气垫带式输送机是采用气垫取代传统托辊支撑输送带，对物料进行输送的物料输送装置。因其具有节能、环保、高效、低摩擦等优势而被广泛应用于矿山、港口等领域。但由于气垫机产品的设计理论和方法尚不完善，局部结构不合理，致使其在工业化应用进程中受到极大的阻碍。本文以高速重载工况为设计目标，提出气垫机产品设计评价方法，完善设计理论，并相应对气垫机产品关键零部件进行优化设计，为气垫机产品的工业化设计应用提供了有力的理论和技术支持。
　　本文通过对比提出应采用雷诺方程取代N-S方程对气膜物理模型进行理论分析。通过应用气体阻抗理论分析项目气路系统，并针对直管、弯头、三通、气室等气路元件，应用CFX流体软件仿真模拟及实验的方法分析了其各自的阻力特性，提出了不同局部阻力间的影响关系。
　　此外本文针对皮带载荷属性分析，借鉴了弹簧模型概念，提出应用气膜刚度作为气膜质量评价标准。设计开展实验对现有试验机气膜刚度进行测量并通过Ansysworkbench平台分析了节流孔流速、个数、孔径及盘槽角角度、温度等因素对气膜刚度的影响关系。最后，基于实验提出最优膜厚模型，作为气垫机产品的设计目标。结合高速重载设计背景，本文在仿真结果的基础上得出输送带速度对气膜形成过程的影响效果，并通过单向流固耦合的方式，对重载下输送带变形情况进行了模拟分析，提出面向高速重载工况的全系列气垫机产品设计原则。
　　最终，本文基于以上理论与仿真结果对系统管路进行重新选型，并提出双侧供风方案及主动控制阀选型方案。提出Y形气室优化设计及气室内分风板设计并改良了气室除尘窗设计方案。分析了节流孔出流大孔机理与小孔机理的影响关系，提出盘槽厚度设计须保证节流孔出流应符合小孔机理。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外产品研发使用现状

1．2．1 国外的产品研发使用情况

1．2．2 国内的产品研发使用情况

1．2．3 水波纹气垫场理论

1．3 课题项目发展沿革

1．4 现存问题及研究内容

1．5 研究意义及方法

2 应用不同计算模型计算分析气膜流场

2．1 气膜结构建模

2．2 基于N-S方程的流场计算

2．3 基于雷诺方程的流场计算

2．4 不同模型的验证分析

2．5 本章小结

3 应用气体阻抗理论分析管路系统

3．1 气体阻抗理论

3．2 气路元件特性分析

3．2．1 沿程摩擦阻力特性

3．2．2 弯管局部阻力特性

3．2．3 分流三通局部阻力特性

3．2．4 气室局部阻力特性

3．2．5 皮带载荷阻力特性

3．3 不同局部阻力之间的影响

3．4 本章小结

4 基于气膜质量评价的气膜刚度理论基础

4．1 气膜刚度的提出

4．2 气膜刚度的影响因素

4．2．1 节流孔流速对气膜刚度的影响

4．2．2 节流孔孔径对气膜刚度的影响

4．2．3 节流孔个数对气膜刚度的影响

4．2．4 盘槽角角度对气膜刚度的影响

4．2．5 温度对气膜刚度的影响

4．3 最优膜厚模型

4．4 本章小结

5 高速重载条件下系统的数值模拟

5．1 输送带带速对气膜形成的影响

5．1．1 输送带带速对气膜刚度的影响

5．1．2 速度对气膜压强分布的影响

5．2 重载下气膜与输送带的流固耦合分析

5．3 高速重载下气垫机产品设计原则

5．4 本章小结

6 关键结构及零部件的优化设计

6．1 气体管路优化设计

6．2 气室结构设计

6．2．1 气室形状设计

6．2．2 分风板设计

6．2．3 除尘窗设计

6．3 盘槽厚度与节流孔孔径关系

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 研究展望

参考文献

作者简介

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