帶式輸送機儲帶倉地腳螺栓組設計

李柳，齊傳剛

(中國煤炭科工集團 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

帶式輸送機儲帶倉通過將輸送帶纏繞于多層滾筒，再由張緊小車拉緊游動小車，實現輸送機儲帶、放帶功能[1]。該裝置主要由張緊小車、游動小車、多節儲帶倉架、儲帶倉轉向架等組成，整體結構如圖1所示。

圖1 儲帶倉結構

原設計方案中張緊裝置、多節儲帶倉架、儲帶倉轉向架通過側邊螺栓連接成一體，再由多組地腳螺栓固定于基礎。側面多組螺栓常因對齊困難帶來安裝不便的問題，用戶要求側面不聯螺栓或盡量少聯螺栓。本文首先對側面無螺栓聯接的方案進行螺栓組強度計算，當螺栓組強度不滿足要求時計算側面需要聯接幾組螺栓。再對該裝置整體進行受力分析,主要是進帶和出帶處皮帶的張力F(兩處受力方向相反、大小相等)。由此可知，整體地腳螺栓組僅受傾覆力矩作用(水平分力抵消)，各個螺栓所受橫向載荷為0，顯然與實際不符。

本文在假設各節儲帶倉架分擔橫向載荷不等的前提下，將整體拆分成部分建立螺栓組受力分析模型，計算了地腳螺栓受力并校核了螺栓強度。

1 地腳螺栓組整體受力分析

該儲帶裝置包含17節結構完全相同的儲帶倉架(2組螺栓)、1個張緊裝置(4組螺栓)、1個儲帶倉轉向架(4組螺栓)，且張緊裝置地腳螺栓組與儲帶倉轉向架地腳螺栓組左右對稱布置，總共由42組螺栓(前后對稱各一)固定于地基。建立的儲帶倉受力模型如圖2所示。該受力模型左右對稱，第9節儲帶倉架位于中間位置。根據對稱原理，此節儲帶倉架左右側面所受作用力相等。

圖2 儲帶倉受力模型

2 地腳螺栓組強度計算

2.1 相關假設

1) 各組螺栓所分擔橫向載荷不等。

2) 重力相對于皮帶張力較小，忽略重力影響。

3) 各個螺栓安裝狀態基本相同，即每個螺栓安裝預緊力相同,均為F0。

2.2 側面無螺栓聯接時地腳螺栓組強度計算

儲帶倉轉向架螺栓組計算:

對儲帶倉轉向架進行單獨受力分析，受力模型如圖3所示。轉向架受6層輸送帶張力F，左側儲帶倉架對其作用力F1。螺栓組中心線0—0，4組螺栓(總數N=8)與中心線距離分別為L1、L2、L3、L4。地腳螺栓受力計算如下。

圖3 儲帶倉轉向架受力模型

地腳螺栓組所受傾覆力矩：

M=H×6×F-H1×F1=724.8-0.7×F1

(1)

L1、L2、L3、L4地腳螺栓處受傾覆力矩影響產生的工作載荷為[2]：

(2)

可得，FG1=0.18M、FG2=0.007 2M、FG3=0.086M、FG4=0.18M。

由《機械設計手冊》查得，地腳螺栓處聯接要求殘余預緊力F′?FG，即F0-0.7FG4?FG，取F0=1.7FG4=0.306M[3]。

由水平方向受力平衡條件得到：

(3)

帶入相關參數后得:2.8F0+0.039 M+1.2F1=576。

聯合式(1)、(2)、(3)求解得：F0=249.2 kN、M=814.4 kN·m

通過計算結果可知，儲帶倉轉向架左側面和儲帶倉架在無螺栓聯接時，螺栓組不滿足強度要求。

2.3 側面有螺栓聯接時螺栓組強度計算

2.3.1 儲帶倉轉向架與第1節儲帶倉架螺栓組計算

將儲帶倉轉向架與第1節儲帶倉架看作整體，此時傾覆力矩由6組螺栓承擔，受力模型如圖4所示。

圖4 儲帶倉轉向架與儲帶倉架受力模型

由此可見，此螺栓組滿足強度要求。

2.3.2 儲帶倉架螺栓組計算

中間15節儲帶倉架結構完全相同且左右對稱(側面螺栓未聯接)，對其受力進行簡化(儲帶倉架左右側面所受摩擦力相對較小，忽略此項)，單節儲帶倉架受力模型如圖5所示。

圖5 單節儲帶倉架受力模型

地腳螺栓組所受傾覆力矩Mi=H1×(Fi-Fi+1)=0.7(Fi-Fi+1)(i=2、3、4……9)

(4)

(5)

(6)

將FO=59.2 kN帶入式(6)得Fi-Fi+1=69，又因F2=281.6 kN，依次類推得F3=212.6 kN、F4=143.6 kN、F5=74.5 kN、F6=5.6 kN、F7=-63.4 kN，而F7<0顯然不符合實際，故從第7～11節儲帶倉架左右受力相等均為5.6 kN(地腳螺栓可認為僅受預緊力)。15節儲帶倉架處地腳螺栓受力情況為2～6節受傾覆力矩參生的工作拉力和預緊力、12～16節與2～6節對稱受力相同。

3 結論

通過以上分析可知，張緊裝置、儲帶倉轉向架與儲帶倉架之間側面螺栓均不聯接時，最大受力地腳螺栓處不能滿足強度要求。將第1節儲帶倉架與儲帶倉轉向架側面用螺栓聯接，第17節儲帶倉架與張緊裝置側面用螺栓聯接。在這種工況下，地腳螺栓組滿足強度要求。