[发明专利]一种基于组合仿生抗冲蚀输料管

说明书

本发明一种基于组合仿生抗冲蚀混凝土泵车输料管，属于工程机械领域，其目的在于影响管壁附近的液/固两相流场的运动，改变固体颗粒与壁面的碰撞形式，从而减少了颗粒对管壁的冲击能量，延长泵车输送管的使用寿命，本发明包括输料管本体与两侧的连接头，输料管本体与两侧的连接头为一体结构，管内壁均设计有仿生结构，即借鉴沙漠蜥蜴体表进化、优化出避免耕犁和切削作用的凹坑结构，凹坑结构在管道内按照具有良好均匀特性的叶序形式排布，从而强化管壁的抗冲蚀能力，减轻能量损耗，提高效率，减少突然爆管现象。

技术领域：

本发明涉及一种液固混合态建筑材料输送管道，具体涉及一种基于组合仿生抗冲蚀输料管，属于工程机械领域。

背景技术：

混凝土泵车运输管是泵车重要的工作部件，起到将混凝土从地面运输到高于地面的施工区域的作用，混凝土泵车运输管是建筑业中泵车用于运输混凝土等建筑用材料的重要零件，应用量极大，使用范围特别广，随着工业技术的高速发展，各领域对输料管的使用性能的要求越来越高，在管道输送中，固液混合态的混凝土等建筑用材料受到泵车施加的压力向工作区域运输，高速的运输的混凝土固体颗粒会对输料管造成严重的冲蚀磨损，影响混凝土的输送效率，若造成输料管穿孔混凝土泄漏，将会损坏泵车，增加制造成本，泄露甚至会对泵车操作人员造成生命威胁，传统输料管均存在一定局限性，抗冲蚀性差，输料管寿命低，制造成本高，本专利具有制造成本低，抗冲蚀性好，性能可靠，适用面广的特点。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种液固混合态建筑材料运输管道，结合仿生学思想，设计一种基于组合仿生抗冲蚀混凝土泵车输料管，按照本发明提供的技术方案，本泵车输料管包括输料管本体1和两侧输料管接头2，输料管内壁布置有仿生凹坑结构3，凹槽结构3在输料管内壁的排布方式基于具有良好均匀特性植物叶片的排布规律，呈螺旋排布，从而提高输料管的抗冲蚀能力，使管壁受力均匀，减少振动。

本发明的技术方案如下：

本发明的设计思想来自于一种沙漠蜥蜴，蜥蜴经过长时间的进化，其体表进化出一种优异的抗冲蚀表面形态，提取其表面结构的特征要素，即凹坑结构，根据微切削理论：

式中

V为材料体积冲蚀率，

M为固体颗粒的质量，

U为固体粒子的速度，

P为固体粒子与材料表面弹性流动压力，

f为材料表面的摩擦系数，

α为固体粒子冲蚀材料表面的入射角。

液/固二相流冲蚀管壁表面，其冲蚀率与固体颗粒的冲蚀速度U和固体粒子冲蚀材料表面的入射角α有关，而凹坑结构会改变固体粒子的运动状态，将固体粒子的线性运动改变为旋转运动，其速度可分解为圆周速度Ut与向心速度Ur，即U＝Ut+Ur，此时固体粒子冲蚀管壁表面的速度为Ut，减小了固体粒子的冲蚀速度，并且凹坑结构也会减小固体粒子冲蚀材料表面的入射角α，从而改变固体粒子与管壁表面的碰撞形式，减少了颗粒对管壁的冲击能量，以输料管的使用寿命为主要指标，确定了耐冲蚀内壁的微尺寸设计方案。

凹坑之间的排布方式，源于具有良好均匀特性的植物叶序排布规律，叶序排布的三维数学模型为：

式中

r，z为叶序点在三维数学模型中的坐标，

R₀为叶序所在植物茎上的半径，

n为植物叶序点的序数，

α为相邻两叶序点之间的螺旋角。