摘要 阐述了新型底卸式吊桶结构的特点，自锁机构的原理及特性，自锁保护角的选取和计算方法，开启装置的设计。解决了矿山竖井老式吊桶卸料难的问题，具有工业应用价值。
关键词 吊桶；底卸；自锁
0 前言
用钻爆法开拓竖井时，均以吊桶作为提升容器来装载爆破后的松散岩石，通过绞车提升至地表。由于老式吊桶的底是封闭固定的，不能开启，所以给卸料带来很多不便，本文介绍的这种新型底卸式吊桶，较好地解决了卸料难的问题。
1 底卸式吊桶的结构和原理
1.1 吊桶结构
如图1所示，与老式吊桶不同的是它的底为双开式活底，两半桶底通过转轴和套筒与桶体铰接在一起，由自锁机构保持活动桶底的闭合状态并自锁，开启装置用来解除自锁，使活底张开，并由桶底自身的重力作用使桶底始终保持张开状。双开式桶底每侧最大均可开至90°，即达到桶底板平面与桶体轴线平行，以减少卸料时岩石对底板的冲击和磨损。关闭桶底时，只要托平桶底即可，此时自锁机构动作，恢复自锁，使桶底处于关闭状态。
图1 底卸式吊桶
1—吊梁； 2—桶体； 3—开启装置；
4—自锁机构； 5—活动式桶底；
6—转轴； 7—套筒
1.2 原理
如图2所示，左桶底自锁机构由连架杆1、连杆2、连架杆3和限位挡铁7组成。右桶底自锁机构由连架杆4、连杆5、连架杆6和限位档铁8组成。左桶底9和右桶底10分别与连架杆1和6固连。两组自锁机构都是根据双摇杆机构的原理设计而成的。桶底关闭以后，利用机构的死点进行自锁，再通过开启装置解除自锁，实现桶底的自动开启。为了自锁可靠，又采取了有效的自锁保护措施。
图2 自锁机构
1—连架杆； 2—连杆； 3—连架杆；
4—连架杆； 5—连杆； 6—连架杆；
7、8—限位挡铁； 9—左桶底； 10—右桶底
图2中实线表示桶底关闭状态时各杆的位置。此时C及C1点稍越过死点线即BD和B1D连线，处于该线下方位置，并由限位挡铁挡住，使机构处于自锁保护状态，α为自锁保护角。图中双点划线表示桶底开启至最大状态时各杆及桶底的位置。
机构中连架杆1和6是通过平键在A及A1处与转轴联接的，D点为公用的中心销轴，固定于桶体的外表面上，限位挡铁7和8也固定在桶体上，其位置正好能使桶底关闭时连杆铰接点C和C1在稍越过死点线后达到自锁保护角α时被挡铁挡住，使其不能再继续下移，起到自锁保护的作用。
1.3 特点
这种自锁机构的第一个特点是采用顺态自锁，即桶底关闭后，杆2和3，4和5在其自身重力的作用下，其铰接点C和C1自行下垂至死点线下，处于挡铁限定的自锁保护位置，所以操作简便。第二个特点是，在开启桶底时，当C和C1点被开启装置的链环向上拉至稍过死点线时，自锁解除，桶底在其自身重力作用下绕转轴A顺时针旋转和A1逆时针旋转，其方向是和桶内料重力对桶底的作用线方向相一致，因此物料落下时对桶底板的冲击和磨损较小，因此桶底有较长的使用寿命。第三个特点是，由于采用了能同时开启的沿中心线对开式桶底，所以在卸料时料流集中，垂直向下，桶体在空中的稳定性好，不会产生较大的晃动。第四个特点是，当合理确定了自锁保护角α以后，机构的自锁是非常可靠的，而且当自锁机构各铰接点配合面发生磨损时，自锁保护角增大，自锁性增强，因而自锁更可靠。
2 自锁保护角α的选取与计算
2.1 自锁角选取
要使机构自锁可靠，保证使用安全的要求，必须使机构在桶底闭合时具有充分的自锁可靠性。决定自锁可靠性高低的是自锁保护力F4(即铰接点C和C1压向限位挡铁的力)的大小，而它又与自锁保护角α(见图2)的大小密切相关，自锁保护角α增大，自锁保护力F4增大，拉动开启手柄的力F5也增大，α角过大，将影响桶底关闭的严密性。反之，自锁保护角减小，自锁保护力减小，拉动开启手柄的力也减小，但过小则不能保证机构可靠自锁，影响吊桶的使用安全性。一般自锁保护角在1°≤α≤4°范围比较合适。自锁保护角α的大小由限位挡铁控制，应根据选定的自锁保护角来设计限位挡铁的位置。自锁保护角选得好，自锁保护力的大小适当，既可使机构自锁性符合要求，又能使开启桶底时，拉动开启装置手柄的力F5的大小适当。
2.2 计算
自锁保护角的大小也可用计算法来确定，当自锁机构和开启装置各杆件基本尺寸初步确定以后，即可用计算法来求得自锁保护角。以右半桶底自锁机构为例进行分析，如图3所示，将右半桶底自身重力和其所承受的物料重力简化为一个作用在桶底剖分面上的集中力F1，从图上可以看出，由F1产生F2，因为有自锁保护角α的存在，F2又转变为F3，且F3=F′3，F3与F′3的合力F4即为自锁保护力，方向向下。F5为开启单侧桶底时拉动手柄的力，由F5产生F′4，方向向上，且F′4=F4。考虑人机学要求，同时开启两侧桶底时，拉动开启手柄的力F5应不大于80 N，所以对于开启单侧来说，F5应不大于40 N。根据以上分析，可导出自锁保护力和自锁保护角的计算公式如下：
自锁保护角α和自锁保护力F4应根据负载的大小取不同的数值，负载小时取大值，负载大时取小值，以达到自锁可靠和开启容易。如果计算出的数值过大或过小，可以通过调整有关杆件的长度来得到合适的自锁保护角和自锁保护力，一般是先调整L4和L5，不满足时再调整其它杆件的长度，经过一次或数次调整，即可得到合适的自锁保护角和自锁保护力。
图3 左半桶底自锁及开启机构受力简图
1—开启手柄；2—拉链；3—连架杆；4—连杆；5—连架杆；6—右桶底
图4 开启装置
1—耳板；2—横轴；3—开启手柄；4—拉链；5—弹性固定卡；6—桶体；7—连杆
3 开启装置的组成与特点
3.1 组成
如图4所示，开启装置由耳板1、横轴2、开启手柄3、拉链4和弹性固定卡5等零件组成。耳板固定于桶体上，开启手柄通过横轴装于耳板上，横轴与开启手柄上部套筒之间为静连接，通过销钉固定。两条拉链的上端固定环与横轴两端轴头分别固定连在一起，下端固定环与自锁机构铰接点C和C1(图2)处连杆固连在一起。当向外拉动开启手柄时，拉链带动自锁机构的连杆铰接点C和C1同时向上移动，当越过死点线时，解除自锁，桶底开启。为保证自锁机构在桶底闭合时安全自锁，开起装置设计成在桶底关闭时手柄处于自然垂挂状态，因此，不会因为手柄的重力，而意外地动作使自锁机构解停自锁。为了更保险，在手柄附近的桶底上又设置了弹性固定卡，当桶底关闭后，开启手柄靠近桶壁，处于与桶壁平行的原始位置时，用弹性固定卡的挂钩钩住手柄，使其固定不动，起到安全卡的作用。当开启手柄时，拨开挂钩即可拉手柄。
3.2 效果
该底卸式吊桶已制成，并投入矿山竖井开拓中试用，在为期3个月的试验期里，该吊桶显示了其底卸的优越性，在提高了生产效率的同时，即降低了工人的劳动强度，又保证了安全生产，取得了较好的经济效益，深受用户欢迎，目前该吊桶仍在安全运行中。
4 结束语
新型底卸式吊桶结构合理，造型美观，自锁可靠，操作方便，制作容易，维护简单，与老式吊桶相比，具有一定的新颖性和较强的适用性，既解决了卸料难的问题，同时也为吊桶向自动化卸料发展开辟了新途径。随着在实践中不断对其进行完善，底卸式吊桶定能在工业生产中大显身手，发挥应有的作用。
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