[發明專利]一種基于組合仿生抗沖蝕輸料管

在審

• 申請號: 202011429422.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112417749A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 于海躍;邵雷童;張子強;張邦成;張維倫
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/28;G06T17/00;F16L9/00;F16L57/00;F16L55/04;G06N3/00;G06F113/14;G06F113/08
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本發明一種基于組合仿生抗沖蝕混凝土泵車輸料管，屬于工程機械領域，其目的在于影響管壁附近的液/固兩相流場的運動，改變固體顆粒與壁面的碰撞形式，從而減少了顆粒對管壁的沖擊能量，延長泵車輸送管的使用壽命，本發明包括輸料管本體與兩側的連接頭，輸料管本體與兩側的連接頭為一體結構，管內壁均設計有仿生結構，即借鑒沙漠蜥蜴體表進化、優化出避免耕犁和切削作用的凹坑結構，凹坑結構在管道內按照具有良好均勻特性的葉序形式排布，從而強化管壁的抗沖蝕能力，減輕能量損耗，提高效率，減少突然爆管現象。

技術領域：

本發明涉及一種液固混合態建筑材料輸送管道，具體涉及一種基于組合仿生抗沖蝕輸料管，屬于工程機械領域。

背景技術：

混凝土泵車運輸管是泵車重要的工作部件，起到將混凝土從地面運輸到高于地面的施工區域的作用，混凝土泵車運輸管是建筑業中泵車用于運輸混凝土等建筑用材料的重要零件，應用量極大，使用范圍特別廣，隨著工業技術的高速發展，各領域對輸料管的使用性能的要求越來越高，在管道輸送中，固液混合態的混凝土等建筑用材料受到泵車施加的壓力向工作區域運輸，高速的運輸的混凝土固體顆粒會對輸料管造成嚴重的沖蝕磨損，影響混凝土的輸送效率，若造成輸料管穿孔混凝土泄漏，將會損壞泵車，增加制造成本，泄露甚至會對泵車操作人員造成生命威脅，傳統輸料管均存在一定局限性，抗沖蝕性差，輸料管壽命低，制造成本高，本專利具有制造成本低，抗沖蝕性好，性能可靠，適用面廣的特點。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種液固混合態建筑材料運輸管道，結合仿生學思想，設計一種基于組合仿生抗沖蝕混凝土泵車輸料管，按照本發明提供的技術方案，本泵車輸料管包括輸料管本體1和兩側輸料管接頭2，輸料管內壁布置有仿生凹坑結構3，凹槽結構3在輸料管內壁的排布方式基于具有良好均勻特性植物葉片的排布規律，呈螺旋排布，從而提高輸料管的抗沖蝕能力，使管壁受力均勻，減少振動。

本發明的技術方案如下：

本發明的設計思想來自于一種沙漠蜥蜴，蜥蜴經過長時間的進化，其體表進化出一種優異的抗沖蝕表面形態，提取其表面結構的特征要素，即凹坑結構，根據微切削理論：

式中

V為材料體積沖蝕率，

M為固體顆粒的質量，

U為固體粒子的速度，

P為固體粒子與材料表面彈性流動壓力，

f為材料表面的摩擦系數，

α為固體粒子沖蝕材料表面的入射角。

液/固二相流沖蝕管壁表面，其沖蝕率與固體顆粒的沖蝕速度U和固體粒子沖蝕材料表面的入射角α有關，而凹坑結構會改變固體粒子的運動狀態，將固體粒子的線性運動改變為旋轉運動，其速度可分解為圓周速度Ut與向心速度Ur，即U＝Ut+Ur，此時固體粒子沖蝕管壁表面的速度為Ut，減小了固體粒子的沖蝕速度，并且凹坑結構也會減小固體粒子沖蝕材料表面的入射角α，從而改變固體粒子與管壁表面的碰撞形式，減少了顆粒對管壁的沖擊能量，以輸料管的使用壽命為主要指標，確定了耐沖蝕內壁的微尺寸設計方案。

凹坑之間的排布方式，源于具有良好均勻特性的植物葉序排布規律，葉序排布的三維數學模型為：

式中

r，z為葉序點在三維數學模型中的坐標，

R₀為葉序所在植物莖上的半徑，

n為植物葉序點的序數，

α為相鄰兩葉序點之間的螺旋角。