气垫带式输送机气垫的压力分布计算方法研究

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气垫带式输送机是一种连续输送设备,其结构简单,运动部件少,依靠均匀的气垫支承运行,相对于槽型带式输送机用大量的托辊支承运输,具有运行平稳、维修费用低、不跑偏、易于实现密闭输送以及耗能少等特点。常用于煤炭、粮食、食品、电力、港口、建材等各部门输送各种散状物料。研究气垫带式输送机气垫场的压力分布,对于改善气孔的排布方式,使输送带平稳运行有重要意义,同时为气箱和风机的选型提供参数。气垫带式输送机气垫场的压力取决于物料和输送带对其的压力,本文求解了气垫场的横向(垂直于输送带的运行方向)压力分布。采用土压力理论推导了物料对输送带的横向压力分布计算方法,并采用水压力理论求解了物料横向压力分布情况,通过离散元仿真验证了土压力理论计算方法的正确性,结果表明水压力理论的计算结果和土压力理论的计算结果相差4.38%,离散元软件仿真方法与土压力理论计算得出的结果相差3.56%,水压力理论可以作为计算物料横向压力分布的简化近似求解方法。本文结合ISO 703标准中输送带试样成槽性试验的方法,利用有限元计算软件ABAQUS,分别应用梁单元和壳单元,辨识了输送带的等效横向弹性模量。建立了欧拉-伯努利梁模型,推导了计算输送带等效横向弹性模量的计算公式。用Fertis的方法对欧拉-伯努利梁微分方程进行了简化,得到的非线性方程组用复化Simpson求积公式进行了化简,用共轭梯度法求解了非线性方程组,最后用Visual Basic.NET编程语言开发了求解输送带等效横向弹性模量的计算软件,计算结果和有限元方法辨识的输送带横向弹性模量值相差3.38%。同时,用薄板理论结合伽辽金法推导了输送带横向弹性模量的计算方法,所得结果超出了弹性模量值的可能性范围,推测原因是输送带试样挠度超过了薄板理论假设中厚度的5倍。用固体力学仿真方法求解了具备不同横向弯曲刚度的输送带对盘槽表面的压力分布情况,结果表明随着横向弯曲刚度的增大,盘槽受到的输送带的压力分布也增大。用双向流固耦合仿真方法和固体力学仿真方法对比分析了气垫场受到物料和输送带的横向压力分布。结果表明,用固体力学仿真的方法和双向流固耦合仿真方法求解气垫压力在趋势上相符,但流固耦合方法解得的气垫压力分布连续性更好,固体力学仿真方法求解结果存在突变现象。
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