高立式芦苇沙障打捆成栅机的设计与试验

针对风沙区铁路安全运行中高立式芦苇沙障生产人工效率低、劳动强度大、制造成本高、操作工序多、工作环境恶劣等问题和对芦苇沙障成栅工艺流程研究的基础上,设计了高立式芦苇沙障打捆成栅机。通过对关键作业部件进行设计选型,确定了喂料机构、铁丝推送机构、打捆拧丝机构的结构,并采用理论分析、Workbench仿真方法对喂料弧片、送丝摇臂与拧丝虎口等关键零件参数进行了设计与分析。为提高作业性能,以芦苇束紧实度、芦苇破损率和单束打捆作业时间为评价指标,以铁丝推送长度、拧丝虎口转速为影响因素,进行了高立式芦苇沙障打捆优化实验,利用Design-Expert V8.0.6.1软件,构建关于评价指标与影响因素间的回归模型,确定最优参数组合为:拧丝虎口转速1297r/min、送丝距离372mm。样机验证试验结果表明:高立式芦苇沙障打捆成栅机具有较强的物料适应性,在优化参数组合下,通过试验验证了设计的正确性和合理性。上述研究成果丰富了高立式芦苇沙障打捆成栅技术,也为整秆打捆成栅机械的设计提供参考依据。

和田—若羌铁路戈壁盐碱区高立式“Z”字形沙障配置的风洞试验

[目的]探究多排“Z”字形沙障的合理配置模式,为和田—若羌铁路沿线戈壁盐碱区的风沙防护提供科学参考。[方法]在风洞中模拟当地的风沙环境,对孔隙率为40%的多排“Z”字形高立式沙障的防沙效果进行试验。[结果]多排沙障的迎风面与风向的夹角为钝角时,沙障后积沙出现分离现象;沙障的迎风面与风向的夹角为锐角时,沙障后积沙出现聚集现象。防沙效率随着风速增加都有所下降,当风速为12 m/s(7级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为74.0%和100%,当风速增加至15 m/s(9级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为72.7%,88.9%。[结论]鉴于该研究区风沙条件,建议采用三道沙障,沙障的迎风面与风向尽量呈钝角布置。

沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能研究

通过沙漠腹地现场实测和Fluent软件数值模拟对沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能进行研究。采用Fluent软件建立沙障和路基数值模型,基于欧拉双流体模型和多孔介质理论对高立式沙障和路基周围风沙流的运动进行数值模拟。采用三维超声风速仪测量高立式沙障周围气流速度,为数值模拟结果提供验证。通过数值模拟分析不同沙障高度和沙障数量下风沙流的运动规律,确定沙障高度和数量对高立式沙障防风固沙效果的影响。研究结果表明:气流在沙障迎风侧前方区域减速,沙障周围气流速度快速下降导致气流的携沙运动能力减弱,沙粒在沙障周围沉积。在沙障防护下,路基周围风速降低,路基的风蚀风积危害得到缓解。随着沙障的排数或沙障高度的增加,路基沿程的风速逐渐降低。3排及其以上沙障可以较好地阻挡风沙流的运动。5排沙障防护下,路基的迎风侧坡脚离地高度0.5 m处水平风速从11.05 m/s下降至5.37 m/s,风速的降低率达54.13%。在2.0 m沙障的防护下,路基的迎风坡和背风坡的路肩水平风速比1.5 m沙障的相应值低3~5 m/s,降低率最高达61.79%。

塔克拉玛干沙漠复合型纵向沙垄顶部高立式沙障防沙效应长久性探讨

以布设在塔克拉玛干沙漠腹地复合型纵向沙垄顶部的高立式沙障为对象,在多年对比观测的基础上,从长久性角度探究防沙效应。结果分析表明:除了公认的阻沙作用外,高立式沙障还有更为重要的“定沙”作用,即能将原来的沙丘整体性移动转变成只有落沙坡前移,迎风坡基本上被固定;即使被风沙掩埋,“定沙”作用仍然会长期存在,由此导致风沙运动规律明显地发生变化,造成落沙坡前移的速度越来越慢,平均运移速度从开始半年左右时约0.99 m/y,到16年后降至0.49 m/y左右。“定沙”作用不仅能大幅度延缓“沙丘前移,埋压公路”的时间,而且在沙害防治方面也具有极大的效率。因此,在流动性沙丘分布区的道路沙害防治体系中,高立式沙障是必不可少的,尤其是上风侧。

平行高立式沙障对严重沙化草地植被及土壤种子库的影响

以草地严重沙化后形成的沙丘 ,且其上设置有不同年龄 (2～ 3a和 4～ 5a)平行高立式芦苇沙障的地段为研究对象 ,分别对沙丘不同部位 (迎风坡、背风坡和丘间低地 )及沙障不同位置 (沙障迎风面、背风面和两沙障中间 )土壤种子库进行了研究 ,以同类型未设沙障的地段作对照 ,并结合沙丘各部位地上植被特征 ,深入研究了平行高立式沙障对严重沙化草地的影响 .结果表明 ,在严重沙化草地设置平行高立式沙障 ,可使植被盖度及植物种类显著增加 ,有助于生物结皮的发育 .另外 ,还可有效拦截风沙流中所携带的植物种子 。

高立式沙柳沙障防风效益研究

通过鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇境内毛乌素沙地边缘沙区的高立式沙柳沙障风速野外观测，利用Surfer（8．8）软件绘制了高立式沙柳沙障体系内外的风速流场图，分析高立式沙柳沙障的防风效益。结果表明：当旷野风速大于起沙风速时，复式带状高立式沙柳沙障体系内外风速变化较明显，防沙带2m高处风速呈现带前增强，带内平缓，带后减弱的趋势；而防沙带0．5m高处风速带内更趋向于平缓、稳定。此外，对沙柳沙障的粗糙度进行了研究。结果表明：障前2～12H（障高）范围内下垫面粗糙度变化不大；障间粗糙度明显增大；障后2～12H处的粗糙度比障间粗糙度降低了33．3％，但还是高于旷野对照点粗糙度，为旷野粗糙度的29倍。

高立式沙障处的风沙沉积及其表征的风沙运动规律

对高立式沙障处的风沙沉积情况与风沙活动强度之间的对应关系进行探讨。结果表明,在一定条件下,两者对应关系明显,相互间可进行换算。据此对应关系,在塔克拉玛干沙漠公路支线上选取合适路段,在不同地貌类型及不同地貌部位上,通过量测高立式沙障处的积沙量,得知风沙活动强度在不同区域的变化情况,从而进一步推断出塔克拉玛干沙漠腹地风沙运动的某些规律或特征:如最大输沙量可达17m3.m-1.a-1左右;在垄间低地中,一些小纵向沙垄可成为输送风沙的主要通道;在复合型纵向大沙垄中,沙垄体自身的运动形式与单个沙丘的运动形式相类似,等等。

带状高立式沙障防治草地沙化机理的研究

在草地严重沙化后形成的沙丘,且其上设置有不同年龄(2～3 a和4～5 a)带状高立式芦苇沙障的地段,分别对沙丘不同部位(迎风坡、背风坡和丘间低地)及沙障不同位置(沙障迎风面、背风面和两沙障中间)土壤种子库、土壤有机质含量和土壤机械组成进行了研究,并以同类型未设沙障的地段作对照,深入地对带状高立式沙障防治草地沙化的机理进行了研究.结果表明,在严重沙化草地设置带状高立式沙障,可有效拦截风沙流中所携带的植物种子,丰富土壤种子库,提高土壤有机质含量,使土壤机械组成中,较粗的砂粒含量减少,较细的砂粒含量增加.

复膜沙袋阻沙体与芦苇高立式方格沙障防沙机理风洞模拟实验

模型按 1∶ 10比例尺设计 ,在 u∞ =7.0 m· s- 1、u∞ =10 .0 m· s- 1和 u∞ =15 .0 m· s- 1实验风速下 ,先在纯气流作用下测定流场结构 ,然后在风沙流作用下测定蚀积状况。实验结果表明 :紧密型、疏透型和通风型 3种不同结构的复膜沙袋阻沙体前近处分布有拐角阻滞绕流区、阻沙体顶下方抬升加速区、阻沙体后回流区、阻沙体后贴地层低速回流区等流场特征结构 ,紧密型、疏透型两种类型复膜沙袋阻沙体防风阻沙效果显著 ;2 .5 m× 2 .5 m、5 m×5 m和 10 m× 10 m的高立式芦苇方格前沿流速逐渐增大 ,最大值出现于迎风第一格上空 ,而后逐渐阻滞减速 ,至15～ 2 0 m处趋于稳定 ,区内积沙均匀。复膜沙袋阻沙体与原状芦苇高立式方格沙障适宜于流动性沙漠地区各种设施的沙害防治工程。

青藏铁路格拉段高立式沙障防风固沙效果研究

青藏铁路格拉段线路全长1 140 km,沿线冻融侵蚀、风力侵蚀和水力侵蚀交替出现,遭受轻度以上风力侵蚀的路段长约260 km。铁路未通车前,在秀水河段已出现集沙掩埋轨枕的现象,风沙危害严重地影响行车安全。风蚀防治工程不仅保护铁路免遭风蚀危害,同时对保护当地的生态环境具有重要的作用。本文对高立式沙障的防护效果进行观测分析,结果表明,高立式沙障具有显著的防护效果,使路基免于风沙危害。特别是高立式沙障的多排布设构成的综合防护体系,防风蚀效果显著,从阶梯式集沙仪的观测结果来看,它可使风蚀量明显降低。

塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障阻沙特征

对塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障的阻沙效果分析表明 :垄间平地路段高立式沙障可以在 2～ 3年内有效阻止防沙体系外的沙子进入体系内 ,不但能有效阻止体系外风沙流进入体系内 ,而且降低了体系外沙丘移入体系内的速度 ;垄体、垭口和过渡区路段的高立式沙障 ,仅在短时间内有效阻止体系外风沙流进入体系内 ,不能使体系外沙丘移入体系内的速度降低 ;垄间新月型沙丘 (链 )路段的高立式沙障能明显降低体系外沙丘移入体系内的速度 ,使体系外沙丘遇高立式沙障后顺高立式沙障方向移动 ,但最终能越过高立式沙障进入体系内 ;在垄间线形沙丘分布路段 ,丘体附近的高立式沙障在 2～ 3年内既被埋没 ,其他地段的高立式沙障设置 4～ 5年后才能被埋没。

高立式移动沙障应用技术试验研究

高立式移动沙障的栅栏障体采用18号铁丝将φ1.0～φ1.2 cm树枝编织成长2 m、宽1 m,孔隙度为40%～60%的阻沙栏,用扁铁做阻沙栏的腰条,用移动管卡连接立柱与障体,安装于流动沙丘丘顶、丘间低地、迎风坡等部位.经过研究后发现:传统上采用的各种高立式沙障扎设完成后,因沙障不能移动,栅栏障体被动地被风蚀或沙埋,不仅降低了防护效果,而且使用寿命较低.高立式移动沙障的栅栏障体既能沿立柱上下移动,又可以根据流沙的危害整体移动,达到因害设防的目的,机动灵活地阻截流沙,推广应用的价值较高.还提出了高立式移动沙障的设计原理及制作安装方法.

浑善达克沙地公路沙害防治——高立式柳条沙障设置研究

以浑善达克沙地省际通道两侧公路防护带为试验区，黄柳（Salix gordejevii Y.L.Chang et Skv.）和小红柳（Salix microstachya Turcz.）在试验区及浑善达克沙地生长丰富，株高1.6-2.0 m，基经1.0-1.5 cm为自然生长最多的规格，是公路沙害防治中重要的沙障材料。由于柳条沙障类型、高度、规格、疏透度、设置方式等直接影响着工程防沙体系的稳定和防护效益，笔者通过对15、18、21、24、27和15、25、35、45根/m两组不同密度高立式柳条沙障分别于裸沙地和半固定沙地的风速测试，比较防风效益和地表粗糙度，结合防沙工程实践，提出25-30根/m为当地高立式柳条沙障设置的适宜密度。通过对多道高立式柳条沙障风速变化、防风效益和地表粗糙度的分析研究，认为当地高立式柳条沙障间距按上述密度应以4 m为宜，个别特殊位置可调整为2 m，如在风口处。

芦苇高立式沙障成束装置孔隙率控制机构的设计与试验

针对目前芦苇高立式沙障孔隙率间距控制难问题,研究设计了一种芦苇高立式沙障成束装置孔隙推送机构.机构的关键部件设计包括推送弧片的设计与参数确定、采用解析法对缓推凸轮的轮廓线的计算、空隙推杆的设计计算等.建立空隙推送机构三维模型,将模型导入ADAMS环境下,对虚拟样机进行运动学仿真分析,研究以缓推凸轮为驱动元件的机构运动规律,并研制出了孔隙距离控制推杆机构进行孔隙率控制试验,试验结果平均孔隙率为50.13%,验证了设计的正确性和合理性,可为后续全自动芦苇高立式沙障成束机的研发提供参考.

高立式尼龙网沙障防风阻沙特征及其合理配置

高立式沙障在线性工程风沙灾害防护中被广泛应用,布置模式直接影响工程防风阻沙效率和成本效益。在乌兰布和沙漠穿沙公路迎风侧,选择上疏下密式尼龙阻沙网分别设计4种高度单行、4种高度3种间距双行沙障来模拟风沙灾害防治观测场,使用阶梯式集沙仪与HOBO风速采集仪对不同风速下防风阻沙效率参数进行观测。结果表明:(1)低风速(<12 m·s^(-1))背景下,高立式尼龙阻沙网沙障障后有效防护距离单行为3H(相同沙障高度的距离)以内,双行为12H。(2)单行高立式尼龙阻沙网沙障的障后3H沙障截留率平均为85.14%,障后5H平均为91.23%;双行障后3H平均为93.53%。(3)在中低风能地区线性工程防护中配置尼龙阻沙网时,不建议使用0.6 m及以下高度沙障;8 m·s^(-1)风速及以下可配置1 m高度单行尼龙阻沙网沙障;8~12 m·s^(-1)风速可配置间距8H、高度0.8~1.0 m双行尼龙阻沙网;在大风速区(>12 m·s^(-1))选择拓宽间距至10H、高度1.2 m尼龙网沙障多条带复式配置。此模式可优化治沙工程设计,完善线路工程沙害防治体系。

高立式沙障在流动沙地造林中的应用

呼伦贝尔沙地是全国四大沙地之一,呈扩展趋势,沙漠化危害逐渐加重,原生植被持续受到破坏,自然灾害频发,自然环境严重恶化,严重制约了草原牧区的经济发展。为了防治草原沙化、退化,有效治理草原沙漠化土地,改善呼伦贝尔沙地生态环境,在治沙造林过程中少走弯路,减少浪费,结合呼伦贝尔的实际情况,根据不同立地条件,选择不同的治理造林模式,为治沙生产提供科学依据。经试验研究表明,高立式沙障适合达赉湖边及其他地区的流沙治理。

高立式沙障不同叠加模式的阻沙量对比分析

为了解决尼龙阻沙网在沙埋情况下的防风阻沙,采用不同叠加模式的尼龙阻沙网进行防护。设置3种高立式沙障叠加模式方案,叠加位置分别位于迎风坡、阻沙网、背风坡,迎风坡与背风坡叠加的尼龙阻沙网与原有阻沙障距离和长度均相同,叠加的阻沙网高度为沙埋原有阻沙障的一半,且叠加的尼龙阻沙网需高出原有尼龙阻沙障。选择高1.2 m的沙埋阻沙障进行叠加,迎风与背风坡叠加的位置距原有阻沙障水平距离约45 cm。通过野外观测发现:①不同叠加模式的高立式沙障阻沙量不同,即阻沙网>迎风坡>背风坡;②3种不同叠加模式的积沙量都随着阻沙网的不断叠加而增加,且增加的阻沙量越来越大;③随着阻沙网的不断叠加,3种不同叠加模式的单位阻沙成本不断变化。迎风坡与阻沙网模式的单位阻沙成本不断降低,最后趋于平稳;背风坡模式有所不同,其单位阻沙成本先有所增加,然后再下降,最终趋于平稳。阻沙成本为:阻沙网<迎风坡<背风坡。

高立式阻沙网的阻沙效果对比

设计了高120cm的4种结构HDPE阻沙网:均匀结构阻沙网(a)、大条带上疏下密式阻沙网(b,60cm宽条带)、小条带疏密相间式阻沙网(c,20或10cm宽条带)和中条带上密下疏式阻沙网(d,40cm宽条带),布设在塔克拉玛干沙漠腹地的垄间平地。阻沙试验结果表明:(1)4种结构阻沙网积沙纵断面的蚀积形态均呈单峰,但积沙宽度和高度不同,3种非均匀结构的阻沙网积沙高度均高于均匀结构阻沙网,积沙高度c>b>d>a。(2)4种结构阻沙网积沙量c>a>b>d,积沙量均集中在下风侧分布,但b和c阻沙网积沙在上风侧的积沙量高于a和d阻沙网。(3)不同结构阻沙网积沙量及其空间分布差异主要与阻沙网结构的特殊风场结构有关。

新疆S214省道高立式芦苇沙障合理间距分析

以新疆S214省道沙害防治区段为背景,应用CFD(computational fluid dynamics)数值模拟方法分析了高立式芦苇沙障周围的风沙流场,结果表明:高立式芦苇沙障周围流场可分为迎风侧减速区,上方加速区和背风侧恢复区,背风侧无明显涡流区生成,沙障间的合理间距与风速呈负相关。现场布置模式对20 m·s^-1的风沙流有较好防护效果,低于此风速时,第二道沙障背风侧基本无恢复区生成,后两道沙障迎风侧积沙较多且紧贴沙障分布,压埋沙障速度较快。通过相贴原理优化沙障间距,可以充分发挥各道沙障的防护作用,有效抵御风沙流侵袭,适当延长沙障使用年限。根据前人观测数据、现场调查和数值模拟结果,建议研究区内高立式芦苇沙障间距宜为20~25 m。该研究结果可为研究区内高立式芦苇沙障的合理布置提供理论依据,也可为其他风沙防护工程的建设提供参考。

高精度立式磨床热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析的基础上,建立了高精度立式磨床整机有限元模型,计算了磨床在加工过程中整机热特性分析的边界条件。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对整机进行热特性分析同时对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到整机的温度场及对加工精度有主要影响的主轴热变形。分析了影响整机温度分布与主轴热变形的因素,对整机与主轴结构提出了一些热误差补偿建议,分析结果为磨床整机及主轴系统的进一步热特性优化设计及热误差补偿提供了一定的依据。