舒服华 周三爱
斗式提升机是一种在垂直方向提升粉状、粒状或小块状物料的连续输送机械，它是靠环绕在头、底轮上的牵引构件连续运动，通过固定在牵引构件上的畚斗（也称料斗）装料、提升、卸料而完成输送过程的，具有结构紧凑、动力消耗低、噪音小、提升高度大等优点。在粮食、油脂、饲料、食品、化工、建材等行业都有广泛的应用。斗式提升机的输送量是否能到达预期要求，对企业的正常生产和经济效益具有直接影响。因此，确保斗式提升机安全、可靠、高效运行，是设备管理和维护工作的中心。斗式提升机的工作过程可分为畚斗装料、畚斗提升和畚斗卸料三个阶段。显然，在这三个阶段中，畚斗在装料过程中是否能装满，畚斗在提升过程中是否稳定不撒料，畚斗在卸料过程中的物料是否完全卸空不回流，直接影响提升机的输送能力，同时也影响功率消耗。可见，影响斗式提升机生产能力的因素是装满系数、畚斗撒料、物料回流。提高斗式提升机生产率的途径就是要做到“装满、稳升、卸净”。
1 畚斗装满系数
畚斗的装料过程直接影响提升机的输送能力，装料质量可用装满系数的大小来衡量。影响畚斗装满系数的因素很多，它与畚斗的形式、牵引构件的线速度、机座的装料方式和物料的物理特性等因素有关。
1.1 进料方式
进料方式有顺向进料、逆向进料与双向进料三种。顺向进料：加料方向与畚斗运动方向一致。当物料进入机座时，物料与畚斗相遇，不能直接进料；只有当畚斗将物料向前推移时才开始装料。逆向进料：加料方向与畚斗运动方向相反。当物料从进料口流入机座时，与畚斗迎面相遇直接流入畚斗内，装满系数较大，机座内积余物料较少，大大减轻了畚斗在机座内推移积余物料的阻力。双向进料：在斗式提升机两侧同时进料，一侧为顺向进料，另一侧为逆向进料。它兼有前两种进料方式的优点，但设备的结构复杂。
选择哪一种进料方式，主要应考虑速度。当提升带的速度与物料流入机座时物料的流速均比较小时，一般选用逆向进料，畚斗在机座内舀取一部分物料，然后再由进料口直接填充一部分物料，这有利于装满系数的提高；当提升带的速度与物料流入机座时物料的流速比较大时，物料对畚斗的冲击力较大，逆向进料不仅影响装满系数的提高，而且额外地增加动力消耗，可采用顺向进料；如果装满系数不容易达到要求值，出现“产量”上不去，这时可采用双向进料。但斗式提升机进料方式还很可能由工艺流程、工艺布局所决定。
1.2 速度
1.2.1 提升带的速度
单位时间内经过喂料区域的畚斗数量与畚斗带速成正比。因此，斗式提升机的产量通常随带速增加而提高，但畚斗带速过高，装满系数反而会快速下降，使斗式提升机产量下降。这是因为带速过高时，畚斗穿越喂料区域的时间较短，即畚斗舀取或充料时间显著变短，进入畚斗的物料远未装满时，畚斗就已穿过喂料区域完成了装料，使畚斗装满系数下降很快；当带速很高时，高速运动的畚斗几乎形成一个面，使物料几乎不能进入畚斗，其装满系数接近零，因此提升带的速度慢时，畚斗内的物料装满系数大。
1.2.2 进料流速
进料流速及流量是影响装满系数的决定因素之一。有的提升机在进料口处装有进料插板，用以调节进料口的截面积；有的提升机装有进料缓冲装置，用以调节进料流量。对于一般情况而言，提高进料流速有利于提高装满系数，但如果进料流速太快，物料对畚斗的冲击增大，导致落入畚斗的物料溅起、洒落，反而使畚斗装满系数降低。进料流速及流量应视提升带速度、进料方式、物料类型等条件合理确定。
1.3 畚斗结构
畚斗的装满系数还与畚斗的结构、容积密切相关。深型畚斗容积较大，装满系数较高，多用作输送散落性较好的粒状物料；浅型畚斗容积较小，装满系数相对低,但物料容易卸空，多用作输送散落性较差的粉状物料。为了增大装满系数，同时亦有利于卸料,无论什么类型畚斗,它们的基本形式均是口大底小,内高外低,底都呈圆形,对于提升轻质物料,为了排走畚斗内空气以利进料,可在畚斗底部开孔(直径为2~5 mm左右)，即打孔畚斗。浅型畚斗可采用较高的带速,而深型畚斗只能采用较低的带速,否则,将因卸料时间缩短,畚斗内物料来不及卸完就进入下行机筒而产生回料。
1.4 物料极限面（见图1）
在卸料过程中，物料极限面以上的物料处于不稳定状态，必然会从畚斗中抛出。如果被抛出的物料有足够的射程，能够到达卸料导板甚至卸料口，这就是顺利卸料；但有一少部分物料由于没有足够的射程，可能从有载分支或无载分支又回落到机座中，这就是所谓的回流。控制回流实际上就是控制这部分物料。如果保证卸料时不产生回流，畚斗内的装料量应符合畚斗在进入机头时物料极限面方程式：
α+ε+?渍'=90°
式中：?渍'——修正内摩擦角，?渍'=tanK·f，f为内摩擦系数，K为惯性力影响系数；ε——离心式卸料特征角；α——滑移平面与回转半径之间的夹角，或称之为物料极限面位置角，如图1所示。
当回流量为零时，畚斗的装满系数为：
ψ=极限面以下畚斗内装料量/畚斗容积
可见，极限物料面越高，料斗装满程度越大。
1.5 物料类型
物料类型不同，其内摩擦系数不同。物料表面符合以极点为中心的对数螺旋线所组成的对数螺旋面方程式，内摩擦系数大的物料其装满系数大；不同的物料，其堆积角也不相同，物料的堆积角越大，即散满性越差，料斗装满程度也就越高。
2 畚斗撒料
畚斗在提升过程中如果不能稳定上升，就会造成撒料现象，从而增加功耗、降低生产效率。引起畚斗撒料的主要原因有：畚斗的振动、畚斗的扭转、料斗带打滑、料斗带跑偏等。
2.1 畚斗的振动
畚斗的振动使散粒体物料的堆积高度降低，导致畚斗顶部物料撒落。畚斗振动时间越长，振动频率越高，振动幅度越大，则撒料越多。引起振动的原因有两个，即自身原因和环境原因。畚斗的自身振动来源于机上转动部件的重心与旋转中心不重合而形成惯性振动。当机器惯性振动频率与其固有频率相同时，又会引起较大振幅的共振，使牵引件大幅度摆动，造成大量撒料。为避免惯性振动，在安装时，应使头、底轮的重心与其旋转中心重合。提升机周围环境通常有一些振动设备，如振动筛等，不可避免产生振动而将其传递到斗式提升机上，迫使其振动，解决方法是给斗式提升机加上隔振装置，如橡胶垫等。
2.2 畚斗的扭转
畚斗以一个侧面固定在牵引构件上，在畚斗及斗内物料重力作用下，对牵引构件产生一个力矩，使畚斗偏转一个角度β(见图2)。如果β角过大，将会导致直接撒料；同时在提升过程中迫使畚斗产生摇摆，如摆幅过大，则畚斗有可能与机外壳相碰，不仅破坏畚斗，而且会大量撒料，甚至会引起粉尘爆炸。
当然，要使畚斗一点也不偏斜、摇摆是不可能的，而把畚斗的转扭角β和摆幅限定在一定范围内则是完全可以做到的。一般情况下，把畚斗的扭转角β限制在2°以内就可以满足畚斗稳升的条件。
畚斗装料后的受力状态如图2所示。以O′点为支点列出平衡方程：
式中：Sn——畚斗下端牵引构件张力(N)；G——畚斗与斗内料的重量（kg）；e——畚斗重心偏距（m），e=（1/4～1/3）A，A为畚斗的跨度（见图2）（m）；h——畚斗全高（m）；h2——畚斗安装孔高度（m）；r——畚斗底圆半径（m）；h1——畚斗后壁底端到安装孔高度(m)；β——畚斗扭转角度(°)；g——重力加速度(kg/s2)。
由上式可知，降低牵引件最小张力并且使β保持在2°以内的措施是：畚斗跨度A不宜过大；安装孔不宜过高；畚斗不宜过高；应尽量采用轻质畚斗。
2.3 料斗带打滑
料斗带打滑导致输送带抖动，料斗因自身重量而扭转，造成撒料。引起料斗带打滑的原因有以下几点。
2.3.l 张力不够
斗式提升机是利用料斗带与头轮的摩擦力矩来进行升运物料的，若料斗带张力不够，将导致料斗带打滑。此时应立即停机，调节张紧装置以拉紧料斗带。若张紧装置不能使料斗带完全张紧，说明张紧装置的张紧行程太短，应重新调节。
2.3.2 提升机超载
提升机超载时，阻力矩增大，导致料斗带打滑。此时应减小物料的喂入量，并力求使喂料均匀。
2.3.3 摩擦系数过小
头轮与料斗带内表面过于光滑，摩擦系数过小使两者间的摩擦力减小，导致料斗带打滑。此时可在传动轴和料斗带内表面涂一层胶，以增大摩擦力。
2.3.4 轴承转动不灵
头轮和底轮轴承转动不灵，阻力矩增大，引起料斗带打滑。这时可拆洗加油或更换轴承。
2.4 料斗带跑偏
胶带运行时的跑偏，使料斗与机筒碰撞，也会导至撒料。引起料斗带跑偏的原因有以下几点。
2.4.1 头轮和底轮安装不正
头轮和底轮安装不正主要体现在以下几个方面：一是头轮和底轮在水平面方向上不平行；二是头轮和底轮的两轴线不在同一垂直平面内；三是头轮和底轮在铅垂方向上不平行。此时料斗带跑偏，易引起料斗与机筒的撞走。这时应立即停机，重新进行安装、调整，确保头轮和底轮各方法的安装精度。
2.4.2 料斗带接头不正
料斗带接头不正是指料斗带结合后，料斗带边缘线不在同一直线上。造成输送带两端的长度不相等，这样，输送带两端的松紧程度和张力不一样，带向紧的一端侧向移动，造成撒料、料斗盛料不充分、卸料不彻底等情况，使生产率下降，严重时还会造成料斗带卡边、撕裂。这时应停机，重新修正、连接接头，确保料斗带边缘线位于同一直线。
3 物料回流
回料是指料斗抛出的物料不能全部进入卸料管而部分返回机座的现象。若提升机回料太多，势必降低生产效率，增大动力消耗和物料的破碎率。
3.1 卸料的基本理论
卸料过程是畚斗被提升到机头上的驱动轮时，畚斗绕驱动轮作回转运动而完成的。根据驱动轮直径和转速的不同，卸料方式有三种形式：离心卸料、重力卸料和混合卸料。如图3所示，畚斗在驱动轮上受重力G和离心力F的作用，重力和离心力的合力为N，其大小和方向都随着畚斗的回转速度而变动，合力的反向延长线与头轮垂直中心线交一点，称为极点P，从极点到头轮水平中心线距离称为极距h。
式中：r——畚斗重心半径(m);r1——畚斗外缘半径(m);r2——头轮半径(m)；n——头轮转速(r/min)；ω——头轮角速度，ω=πn（rad/s）。
由此可见，极距h与头轮转速有关。当h>r1时，即极点P位于料斗外缘之外时，重力比离心力大，料斗内的物料沿斗的内侧滑动，物料作重力式卸料（见图3a）。当h<r2时，即极点P位于驱动轮圆周内时，离心力远大于重力，料斗内的物料沿着斗的外侧抛出，物料作离心式卸料（见图3b）。当r2<h<r1时，即极点P位于驱动轮圆周与料斗外缘的圆周之间时，离心力与重力大小相差不多，料斗内的一部分物料沿着斗的外侧抛出，另一部分物料沿斗的内侧滑动，物料作离心式-重力式卸料即混合式（见图3c）。
各种卸料方式的卸料过程尽管是不同的，但在某一阶段都总有一部分物料在斗中是静止的，在料斗作旋转运动的最后阶段，所有剩在料斗中的物料仍处在运动状态中。料斗进入曲线段后，料斗内物料静止部分表面上任意一点的轨迹是对数螺旋线，物料表面在垂直面上的投影是自极点P并经过料斗边缘的对数螺旋线的一部分(见图4)。这就表明，料斗内的物料完全倒空是不可能的。剩余的物料只有当料斗走至下降的直线段后才开始在料斗中作相对运动，因而无法落入下料管中，即产生返料现象。
3.2 物料回流的原因分析
引起回料的原因主要是料斗到达曲线段与直线段过渡处时(卸料极限位置)不能完全卸料，一部分卸料发生在直线下降阶段，这需要对料斗进行改造；还有一个原因是抛出的物料流不能正确落入卸料管，打在头罩壁上引起飞扬，这与提升速度、卸料口结构及参数、提升机斗部结构尺寸、料斗结构与尺寸等有关。
对于第二类回流，需查明原因后再作相应的处置。检查的方法是将耳朵贴在机筒上，听筒内有无像下雨的声音，根据声音的大小、稠密状态判断回流程度。然后，打开机头上盖，通过观察提升机在工作中物料撒出后的运动轨迹，可分析其产生回流的原因。
3.2.1 运行速度过快
若发现部分物料抛得很高,落下来又达不到卸料管口时,说明料斗抛扔的时间过早,解决的办法是降低胶带的运动速度。在输送流动性好的颗粒物料,一般选择离心式卸料。速度通常取1.5~3.0 m/s。输送含水分较高、粘性、流动性不好的物料或小块状物料可选择重力式卸料。畚斗的速度为0.6~1.0 m/s。输送稻谷、大米、小麦之类颗粒物料，畚斗运动速度一般在1~2 m/s。
3.2.2 机头外壳尺寸过小
若物料抛得又高又远，已越过卸料管的进口，这说明机头外壳几何尺寸过小，解决的办法是把机头外壳尺寸适当放大。
3.2.3 卸料结束太迟
若发现部分物料抛出后落得很近，不能进入卸料管，甚至倒入无载分支机筒内，这说明料斗卸料结束得太迟，解决的办法是修改料斗形状，即加大料斗底角或减少料斗深度。
3.2.4 料斗间距过小
若发现部分物料抛出后碰到前方料斗的底部撞回机壳形成回流时，这说明料斗间距过小，可适当增大料斗的距离。
3.2.5 料斗太高
若发现料斗在头轮的后半圆时尾部翘起，改变了物料抛出后的轨迹，形成回流，这说明料斗全高尺寸太大，可适当减少料斗高度加以解决。
4 斗式提升机的改进
4.1 采用可调式进料斗导料板
为提高斗式提升机的装满系数，使所提升的物料顺利进入畚斗，采用可调式进料斗导料板(见图5)进行改进。可调式进料斗导料板由进料斗、铰链、可调导料板、调节螺钉、固定螺母、畚斗、畚斗带等组成，安装在进料斗的排料口。
物料进入进料斗时已具有一定的初速度和惯性，经进料斗导料板作抛物线运动，并沿导料板切线上抛，落入斗式提升机畚斗。可调导料板通过调节螺钉调节其陡平程度，即调节导料板与水平线之间的夹角α调整导料板的倾斜度。当物料初速度较大、流动性较好时，可将导料板调平一些，即α角减小，使物料离开导料板时的上抛运动倾角加大，增加物料的上抛高度，减少物料与畚斗的碰撞和冲击，并有利于畚斗内空气的排出，可增加畚斗的装满系数，同时，当物料作上抛运动时，物料的运动方向与畚斗运动方向相同，从而减小了物料与畚斗之间的相对速度，降低动力消耗，对于颗粒物料，还可降低破损率。当物料流动性较差时，可将导料板调陡，即增大α角，使物料直接进入畚斗，同时，调陡后物料重力分解后的下滑力增加，从而提高了下滑速度和惯性，增加物料的流量，使更多的物料有机会进入畚斗，从而提高畚斗的装满系数。
4.2 采用高效料斗
通过分析知道，料斗内的物料是沿着对数螺线滑移面向斗沿滑动的。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。但到了卸料后期，螺线外侧的物料便沿着料斗前壁提前滑动。然而，并不是所有靠近前壁的物料在同一时刻一起开始滑动，位于斗沿附近的颗粒最先滑动，位于斗底的颗粒最晚滑动，且滑到斗沿所走过的路线最长，所以这部分物料(尾料)最晚卸出。因此，料斗能否及时卸空，仅取决于尾料是否能及时卸出。
鉴于直线型前壁料斗的卸料特点为斗内的尾料最晚滑动并最晚卸出，斗沿附近的颗粒较早滑动且较早卸出，且其对数螺线料移动轨迹不可能使斗内物料完全倒空。所以将直线型料斗前壁改为近似于对数螺旋线的曲线外壁(见图6)。这样，一方面，它使得靠近料斗前壁的所有物料同时滑动，使料尾能及时卸出，从而获得尽可能大的料斗容量；另一方面，消除了料斗的回料死区，使物料易于全部卸出，可大大改善提升机的抛料状态。
5 结语
斗式提升机具有占地面积小，全程密封式输送，对环境污染少，投资低等优点，是输送散状物料常用的输送设备。提高斗式提升机的生产能力，是生产中管理和维护的重点和难点。影响斗式提升机生产率的因素很多，可以从三个工作阶段概括，即畚斗在装料过程中是否能装满，畚斗在提升过程中是否稳定，畚斗在卸料过程中是否卸空。因此，提高斗式提升机生产力的措施就是要使“装料阶段装得满、提升阶段升得稳、卸料阶段卸得净”。要到达这一目标，一方面是在运行中加强对设备的调整、维护、管理，另一方面是对设备进行革新、改造。只有做到双管齐下，才能保持和提高斗式提升机生产能力，为企业创造更高的生产效率。（参考文献若干篇，刊略，需者可函索）
（编辑：崔成德，）
舒服华，武汉理工大学，副教授，430074，武汉市洪山区黄金山路1号。
周三爱，单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期：2008-08-28 |
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