斗式提升机作为矿山、水泥、煤炭、粮食、电力、冶金等行业物料垂直输送的重要装备，在各企业生产线发挥着重要的作用。鹤壁通用是一家具有60年生产历史的斗式提升机生产厂家，鹤壁通用NE板链斗式提升机、NSE板链斗式提升机、TD胶带斗式提升机、TH环链斗式提升机、TB板链斗式提升机及TGD钢丝胶带斗式提升机深受众多电力、水泥、矿山、煤炭、冶金、粮食等生产企业青睐。做了60年斗式提升机，非常愿与大家分享提升机设计、管理与维护方面的经验，本文为您分享斗式提升机料斗内物料开始滑动卸出时料斗相位角的确定，为理论分析、产品设计提供理论基础。

要彻底了解卸料过程，就必须首先确定卸料过程的起点，即确定当料斗转到什么位置料斗内的物料开始滑动。此位置即为斗内物料颗粒开始滑动时料斗的相位角。该相位角决定了料斗内物料卸出时的抛料曲线起点、抛料曲线形状，最终决定了斗内物料能否"卸净"，直接影响到斗提机工作性能，同时还影响到斗提机机斗罩壳的形状、尺寸。必须准确确定该相位角。

本文通过分析斗内任一物料颗粒的受力状态，确定受力平衡临界状态，借助于计算机，精确确定斗内任一物粒颗粒开始滑动时料斗的相位角，为理论分析、产品设计提供理论基础。

2 卸料过程中料斗内物料运动状态描述

2.1 卸料过程

当料斗经过提升绕上头轮后，开始作匀速圆周运动，此时料斗内物料的受力状态发生变化，到一定程度后其运动状态也随之相应变化，料斗刚绕上头轮时，物料颗粒与料斗保持相对静止，当料斗转过一定角度后斗内物料颗粒产生相对运动，逐渐向料斗边缘滑动，直至越过边缘脱离料斗，进人机头罩壳上的卸料管，该过程即为斗式提升机的卸料过程。

2.2 卸料时物料的受力状态

取料斗内物料表面的物料颗粒为研究对象，分析物料受力状态。当料斗在直线区段作匀速直线运动上升时，斗内物料表面上的物料颗料M受到重力G=mg，下层支反力N，下层物料摩擦力F=fN的作用，处于相对静止状态。

当料斗刚刚绕上头轮、开始绕头轮中心作匀速回转运动时，料斗内物料仍处于相对静止状态，料斗内物料表面上的颗粒M除受上述G、N、F三个作用力外，还受到离心惯性力Pe=mω²RM作用。

如图所示，设M(X_M，Y_M)是料斗内任意一点处的物料颗粒，该颗粒所受重力G和离心力Pe的合力T的作用线的反向延长线与头轮垂直中心线的交点为P，该点称极点，极点P到头轮回转中心的距离称为极距h。

可见h之值仅与头轮转速n有关，而与料斗相位及物料颗粒位置无关。当头轮转速n一定时，h值为定值，极点P为定点。随着转速n的增大，极距h将减小，离心力与重力的比值就增大；反之，重力与离心力的比值将增大。

由于极距大小可确定物料所受离心力和重力的比值，故可根据极距h的大小判断一台斗式提升机的卸料方式。

当h≤(R_a(头轮半径)，即极点P位于头轮的圆周以内时，离心力远远大于重力，料斗内的物料颗粒向料斗外边缘移动并从外缘点A处卸出，这种卸料方式称为离心式卸料。

当h>RA(料斗外缘点A所在圆半径)，即极点P位于料斗外缘点八的轨迹圆以外时，重力大于离心力，料斗内的物料颗粒向料斗边缘移动并从内缘点B处卸出。这种卸料方式称为重力式卸载。

当R_ba，即极点P位于头轮圆周与料斗外缘圆周之间环形区域时，料斗内的物料分成二部分，分别按离心式和重力式卸料，物料从料斗内整个物料表面倾卸出来，这种卸料方式称为混合式卸载。

3 斗式提升机斗内物料开始相对滑动时的料斗相位角φ_h的确定

斗式提升机卸料方式不同，物料从料斗内卸出的速度矢量(速度大小和方向)不同，物料从料斗卸出后的运动轨迹也就不同。为了保证斗提机卸料时能够卸得干净，无物料反洒，同时也为了合理确定斗式提升机机头罩壳的结构和尺寸，必须合理确定物料从料斗卸出时的速度矢量。而物料何时何处(指料斗相位角)从料斗卸出，取决于料斗内物料开始发生相对滑动时的料斗相位角。

 下面以离心卸料为例，分析确定斗内物料开始相对滑动时的料斗相位角。

 如图1所示，设M(X_M，是斗内任一物料颗粒。连接AM，则MA所在平面即为M点颗粒离心式卸料的滑移平面。

 由于斗内物料是自上而下逐层发生相对滑动而逐层卸出的，对料斗内任一物料颗粒M(X_M，Y_M)，只有当其处于物料外表面(或靠近外表面时)才能发生相对滑动，才能被卸出。

 分析颗粒M(X_M，Y_M)的受力时，认为颗粒M开始相对滑动时位于物料外表层或很靠近外表层，不受(或受力很小，忽略不计)上层物料的作用力(包括正压力和摩擦力)，且位于同一滑移面上的前后物料无相互作用。根据动静法，当物料颖粒处于相对静止状态时，物料颗粒M受力情况如下:

(1)颗粒重力G=mg[N〕；

(2)离心惯性力Pc=mω²RM[N]

(3)下层物料与反力N〔N〕

(4)下层物料摩擦力F=fN(f为物料颗粒M与滑移平面间的摩擦系数，f=tgρ，ρ为物料内摩擦角)

由质点的达朗伯原理

G十Pe十N十F=0      (1)

上式中，对取定的任一颗粒M(XM，YM)，a0，φ1，ρ，ω，Rm，g均为常数，仅有料斗外缘点A的相位角甲为变量，我们总可以求得一个适宜的φ=φ_h，使得滑移平面上向外的切向力分量Fx=0，此时物料颗粒处于受力平衡的临界状态，颗粒仍保持相对静止状态。当料斗继续回转，料斗相位角φ＞φ_h时，物料颗粒受力平衡状态即被破坏，即开始相对滑动。我们称为颗粒M开始相对滑动时的料斗相位角。

较好的办法是采用计算机高级语言编程，确定任一选定的物料颗粒M(X_M，Y_M)开始相对滑动时的料斗相位角φ_h。

4 实例

如图1所示，头轮直径D=60Omm，料斗提升时线速度V=2.5米/秒，采用DS230X125型料斗，其尺寸C=125mm，y=42⁰，h=150mm，hl=75mm，r₁=40mm，输送小麦，物料内摩擦角ρ=33°，物料对斗壁摩擦角ρ_W=22°，求料斗中M点(斗内任一物料颗粒)开始相对滑动时的料斗相位角。

解答:用QB八SIC编程(框图及程序从略)，取M点坐标X=一354，Y=一42，可得该点物料开始相对滑动时的料斗相位角φ_h=60°。

5 结论

5.1通过受力分析，借助于计算机，解决手工难以解决的计算过程，运算速度快，数据准确。

5.2既然料斗内任一物料颗粒M开始相对滑动时的料斗相位角可以确定，料斗内的任何特殊点处的物料颗粒开始滑动的料斗相位角均可j顶利确定。

①假设料斗刚绕上头轮时物料处表面为AE，则该表面上A点的颗粒(X，Y)开始相对滑动时的料斗相位角即为料斗开始卸料的初始卸料角甲。。

②斗底部F点处的物料颗粒F(X_F，Y_F)开始相对滑动时的料斗相位角即为料斗的理论卸空点φ_L。

③料斗的初始卸料点和理论卸空点决定了料斗卸料的起始范围，适当控制甲。和的，即可控制卸料过程，保证良好的卸料效果。

④对离心式卸料，当φ₀≥30°，φ_L＜135°时料斗卸料状态好，无回流物料。

5.3可采用类似办法求解重力式卸料时的相应料斗相位角。

5.4利用该方法，可适当调整头轮半径、转速，料斗尺寸，保证卸料状态好，无回流，有效地指导工程实际。在进行技术转让时，证明该方法十分有效。
   鹤壁通用斗式提升机工程案例：

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