斗式提升机高效料斗的研究

摘要:通过分析斗式提升机的卸料过程，确定了更加合理的料斗形状—螺线形。这种形状的料斗能够在保证物料顺利卸空的前提下，获得比普通料斗更大的容量。

斗式提升机是一种在垂直或接近垂直方向提升粉状、粒状或小块状物料的连续输送机械。其结构简单，动力消耗低，噪音小，提升高度大，在粮油储运、加工及饲料、化工、矿山、制药等行业都有广泛的应用。

料斗是斗式提升机的承载构件，它直接影响到提升机的产量和工作效率。理想的料斗应该在保证顺利卸料的前提下，获得最大的装载量。斗式提升机常用的料斗有深型、浅型、隔板型、无底型、三角型等。

深型斗是使用最普遍的一种斗型，其容量较大，能适应各种卸料方式，主要用于输送流动性好的物料。不同行业、不同的生产厂家所制造的深型斗，形状基本一致，即斗口的斜度、底角(前后壁的夹角)、底圆半径、以及侧壁的梯度等都基本一致。料斗的底角大小不但决定了料斗能否顺利卸料，而且影响料斗的容量。在料斗凸度(前沿儿至后壁的水平距离)、宽度及高度不变的情况下，减小底角，能增加料斗的容量，但却不利于物料的卸出。特别是使用离心卸料方式时，底角过小会造成物料卸不净，形成较多的“回流”。深型斗的底角一般在40 -42，多年的实践证明，此角度能满足多种物料和各种卸料方式的使用要求。，这样的料斗虽然说通用性强，但是料斗的容量却没有充分发挥出来。本文研究的内容，就是要寻求更加合理的料斗形状，使其既能保证顺利卸料，又能充分发挥料斗的效能，提高装载量。

1、卸料的基本理论

斗内物料的滑移面

料斗内的物料在随料斗绕头轮旋转时，受到重力和离心力的作用，部分物料首先向斗沿儿滑移。滑移部分与静止部分之间的分界面，称为滑移面。如果斗内装的是无内摩擦力的理想散体，则滑移面是以极点为圆心的圆弧曲面(图2的A-B曲线)，位于圆弧面内侧的所有颗粒，由于受力不平衡而发生滑动。而普通的散料，由于颗粒之间的摩擦力，阻碍了物料的滑动，使得位于圆弧内侧一定范围内的物料也保持相对静止的状态。这样，滑移平面便不是圆弧面，而是一个位于圆弧内侧的另一个曲面(如图2的A-C曲线)。

由力学原理可知，该曲面上任何一点的法线与颗粒受力方向线之间的夹角等于物料的内摩擦角ρ。由此可以导出，该曲线是一条以极点P为渐近点的对数螺线，其极半径为:

2、最后卸出的颗粒滑动情况

由前述理论可知，料斗内的物料是沿着对数螺线滑移面向斗沿儿滑动的。随着料斗向前运动，对数螺线在斗内的位置也不断发生变化，斗内的物料也逐层地自上而下向外卸出。图3所示是对数螺线滑移面的变化情况，螺线外侧I区是静止部分，螺线内侧II区是滑动部分。

一般情况下，物料与斗壁的摩擦系数要小于物料的内摩擦系数，所以斗内的物料更容易沿着斗壁滑动。在卸料前期，物料的滑动发生在物料内部，是物料与物料之间的滑动。但是，到了卸料后期，当对数螺线与料斗前壁接近但尚未重合时，如果合力方向线与斗壁的法线夹角已达到或大于物料的外摩擦角，螺线外侧的物料便沿着料斗前壁提前滑动，如图3中的II区。

3、料斗形状的分析

如前所述，斗内的料尾最晚滑动并最晚卸出，斗沿儿附近的颗粒较早滑动且较早卸出。这是直线形前壁料斗的特点。料斗能否及时卸空，仅取决于料尾是否能及时卸出。所以可以这样设想，在保证料尾的滑动时间不变的情况下，适当改变料斗前壁的形状，允许靠近料斗前壁的所有物料同时滑动，从而获得尽可能大的料斗容量。

前面所讨论的物料滑移面，是一条以极点为渐近点，与物料的内摩擦角有关的对数螺线。在这条螺线上，每一点的法线与该点的合力方向线之间的夹角均等于物料的内摩擦角，因而位于螺线上的所有颗粒均处于滑动的临界状态。如果我们将料斗的前壁也制成对数螺线形，就可以使所有的靠近前壁的物料在某一时刻同时滑动。

百盛机械通过作图比较，对螺线形料斗的工作速度进行了研究后认为，料斗速度在2.0 tn/s以下时较为适宜。虽然说在不同的运行速度下需要不同的料斗形状，但是我们可以选择几种有代表性的工作状态—容易卸料(即极距大、物料与斗壁之间的摩擦系数小)、较容易卸料和不容易卸料来确定3一4种斗型，将这样的斗型使用在不同的工作范围，既有利于分类制造，又能满足卸料要求和提高输送效率。