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基于流场仿真的钢轨砂带打磨集尘装置设计
| 论文题名： | 基于流场仿真的钢轨砂带打磨集尘装置设计 |
| 关键词： | 钢轨养护;砂带打磨;集尘装置;结构设计;流场仿真 |
| 摘要： | 钢轨打磨作为铁路养护技术中的一种重要手段，用于消除钢轨表面病害、修复钢轨廓形，钢轨打磨列车则是目前常用的大型作业装备。打磨列车作业时会产生大量磨屑，若磨屑堆积在铁路道床表面则会严重危害列车的行车安全。此外，高温状态下飞溅的磨屑也易对轨面造成二次损伤。为此，打磨列车上配备了专用的集尘装置，其工作效果的好坏直接影响着整个钢轨打磨作业的质量。所以，设计出结构合理、集尘率高的集尘装置已成为开发钢轨打磨装备，尤其是开发以砂带作为打磨工具的新式钢轨打磨装备过程中必须考虑的关键问题。 针对打磨现场磨屑颗粒的收集问题，本文以钢轨砂带打磨装备为应用对象，对磨屑颗粒形状特征及运动规律进行研究，借助Fluent单相、离散相模型以及离散单元方法，结合钢轨砂带打磨现场实际工况对集尘装置的吸尘口、集尘室等部件进行结构设计。通过流场仿真结果改进装置结构，最终实现对磨屑颗粒的高效收集。论文的主要工作如下: (1)磨屑颗粒形状建模及特征提取。分析打磨作业时磨屑的成形过程，结合弹性力学及磨粒切削相关理论建立磨屑颗粒模型;设计并开展钢轨打磨试验，提取、量化磨屑颗粒几何特征参数，验证理论模型的合理性及正确性。 (2)磨屑颗粒的运动分析。基于流体力学理论，研究磨屑颗粒在流场中的受力情况，建立单个磨屑颗粒在流场中做水平运动及垂直运动的运动方程，进而扩展分析磨屑颗粒群在流场中的运动，最终得到磨屑颗粒在流场中的运动规律。 (3)吸尘口和集尘室的结构设计及仿真优化。参考现有集尘装置设计准则完成初始结构设计，利用Fluent软件对内部流场进行仿真，模拟磨屑颗粒的运动轨迹。针对初始设计中吸尘口流场分布不均匀、吸尘率低、集尘室底部气流速度过高等问题进行结构改进，改善了吸尘口和集尘室的工作效果。 (4)集尘装置总成及Fluent-Edem耦合验证。依据相关限界要求完成集尘装置结构设计，利用Fluent软件对装置内部流场进行仿真，评估整个集尘装置工作效果，确定出集尘装置所用风机流量、吸气背压等工作参数。为更好的说明集尘装置的工作效果，采用Fluent-Edem耦合方法对集尘装置进行二次仿真验证，得到磨屑颗粒的最终沉降分布效果，对比说明集尘装置结构设计合理，能够实现对钢轨砂带打磨磨屑的有效收集。 |
| 作者： | 董良 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李建勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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