[发明专利]一种大型双腔箕斗的设计方法和双腔箕斗

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型双腔箕斗的设计方法和双腔箕斗，是一种矿山机械设备的设计方法和设备，是一种用于矿井中立井提升物料的升降设备的设计方法和设备，是一种容量大于50吨的大型箕斗的设计方法。

背景技术

随着现代化大型矿井不断的增加，矿用箕斗也向大型化方向发展。现有的箕斗一般容量在45吨以下，要设计超过50吨的大型箕斗还有许多技术上的困难，例如箕斗的“涨肚”问题，箕斗的容量越大则这个问题越严重。目前矿井使用的传统箕斗多为单腔，斗箱水平截面形状均是长方形。设计大型箕斗的斗箱结构，关键是要了解大型箕斗斗箱壁的应力状况，由于斗箱属于复杂形状的壳体，用纯理论的方法分析其应力状态，在目前的理论水平上还没能得到理想的效果。采用实验分析方法，在现场进行所需的实验很困难。因此，一般不进行斗箱的强度计算，只凭经验选取材料。对于在运行中出现“涨肚”的箕斗，一般依赖外围附加加强筋进行结构加强，这也只是事后采取的补救措施，但这个补救措施增加了箕斗重量。然而，箕斗本身的重量是设计整个物料提升机系统的重要参数，物料提升机系统的其他设计参数多数由这个参数确定，这个参数的修改将直接影响到整个提升机系统的设计。由于设计时无法较精确的确定加强筋的重量，也就无法十分确定箕斗的重量以及提升力的计算等重要参数，只能以增大安全系数冗余的方式确定这些重要参数，致使整个提升机系统冗余过渡，增加了提升机系统的制造成本和运行成本。事后增加加强筋的方式没有从根本上解决问题，反而使提升机系统的成本增加过多。为增加大型箕斗的斗箱壁强度，有人提出使用隔板加强斗箱壁强度的方式。但由于隔板的设置没有理论支持，隔板的尺寸设置比较随意，致使增加隔板的斗箱在使用过程中产生许多新的问题，例如：装载不均匀、出料不通畅，隔板本身产生“涨肚”现象等。由于这些问题的出现使多数斗箱设计者不敢使用隔板加强斗箱壁的强度。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种大型双腔箕斗的设计方法和双腔箕斗。所述的设计方法，根据所述的方法设计的矩形斗箱在中间设置了隔板，使斗箱形成双腔，解决了超过50吨容量的大型箕斗的斗箱结构稳定性问题，使大型箕斗在运行中不再出现“涨肚”现象，保证大型箕斗安全可靠运行。

本发明的目的是这样实现的：一种大型双腔箕斗的设计方法，所述方法的设计步骤如下：

确定箕斗的斗箱水平截面形状的步骤：用于将斗箱的水平截面形状确定为矩形，使所述矩形的长边与短边之比等于或者接近于2；

设置隔板的步骤：用于在矩形截面的两个相对的长边的中点设置隔板，使斗箱的截面形状被隔板分割为两个正方形或两个接近正方形的矩形，形成双腔；

确定隔板垂直高度尺寸的步骤：用于确定隔板上缘与斗箱上缘的距离，以及隔板下缘与斗箱下缘的距离，以确定隔板的高度；

所述隔板的上、下缘与斗箱上、下缘的距离通过以下子步骤计算：

利用公式计算在没有隔板情况下的物料对斗箱壁的压力并绘制压力分布曲线图：

垂直压力：                                                ，

水平压力：，

其中：

γ——物料的容重，单位为每立方米牛顿；

f——物料与箕斗壁面的摩擦系数；

R——箕斗截面水力半径，当截面形状为矩形时，，其中A和B分别为水平截面为矩形的箕斗截面的长和宽，单位为米；

K——侧压系数，K=tg(45°- φ/2)²，φ为物料的内摩擦角；

h——箕斗装载口至所计算截面的距离，单位为米，这个距离可以认为是计算截面到斗箱上缘的距离；

根据物料对斗箱壁的压力分布曲线，找到斗箱壁所受物料压力增大速度变缓的区域；

根据物料进入斗箱时的散落情况，分析隔板上缘在压力增大速度变缓的区域什么位置上，可以使物料不受干扰的均匀进入被隔板隔开的双腔中，以确定隔板上缘到斗箱上缘的垂直距离；

将物料的最大粒径值乘以2至5的倍数，即为隔板下缘到斗箱下缘的垂直距离；

将斗箱的高度减去隔板上缘到斗箱上缘的垂直距离，再减去隔板下缘到斗箱下缘的垂直距离，即得到隔板的垂直高度尺寸；

确定隔板厚度的步骤：用于通过强度校核计算隔板的最小许用厚度。