带式输送机储带仓地脚螺栓组设计

李柳，齐传刚

(中国煤炭科工集团 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

带式输送机储带仓通过将输送带缠绕于多层滚筒，再由张紧小车拉紧游动小车，实现输送机储带、放带功能[1]。该装置主要由张紧小车、游动小车、多节储带仓架、储带仓转向架等组成，整体结构如图1所示。

图1 储带仓结构

原设计方案中张紧装置、多节储带仓架、储带仓转向架通过侧边螺栓连接成一体，再由多组地脚螺栓固定于基础。侧面多组螺栓常因对齐困难带来安装不便的问题，用户要求侧面不联螺栓或尽量少联螺栓。本文首先对侧面无螺栓联接的方案进行螺栓组强度计算，当螺栓组强度不满足要求时计算侧面需要联接几组螺栓。再对该装置整体进行受力分析,主要是进带和出带处皮带的张力F(两处受力方向相反、大小相等)。由此可知，整体地脚螺栓组仅受倾覆力矩作用(水平分力抵消)，各个螺栓所受横向载荷为0，显然与实际不符。

本文在假设各节储带仓架分担横向载荷不等的前提下，将整体拆分成部分建立螺栓组受力分析模型，计算了地脚螺栓受力并校核了螺栓强度。

1 地脚螺栓组整体受力分析

该储带装置包含17节结构完全相同的储带仓架(2组螺栓)、1个张紧装置(4组螺栓)、1个储带仓转向架(4组螺栓)，且张紧装置地脚螺栓组与储带仓转向架地脚螺栓组左右对称布置，总共由42组螺栓(前后对称各一)固定于地基。建立的储带仓受力模型如图2所示。该受力模型左右对称，第9节储带仓架位于中间位置。根据对称原理，此节储带仓架左右侧面所受作用力相等。

图2 储带仓受力模型

2 地脚螺栓组强度计算

2.1 相关假设

1) 各组螺栓所分担横向载荷不等。

2) 重力相对于皮带张力较小，忽略重力影响。

3) 各个螺栓安装状态基本相同，即每个螺栓安装预紧力相同,均为F0。

2.2 侧面无螺栓联接时地脚螺栓组强度计算

储带仓转向架螺栓组计算:

对储带仓转向架进行单独受力分析，受力模型如图3所示。转向架受6层输送带张力F，左侧储带仓架对其作用力F1。螺栓组中心线0—0，4组螺栓(总数N=8)与中心线距离分别为L1、L2、L3、L4。地脚螺栓受力计算如下。

图3 储带仓转向架受力模型

地脚螺栓组所受倾覆力矩：

M=H×6×F-H1×F1=724.8-0.7×F1

(1)

L1、L2、L3、L4地脚螺栓处受倾覆力矩影响产生的工作载荷为[2]：

(2)

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

由《机械设计手册》查得，地脚螺栓处联接要求残余预紧力F′≫FG，即F0-0.7FG4≫FG，取F0=1.7FG4=0.306M[3]。

由水平方向受力平衡条件得到：

(3)

带入相关参数后得:2.8F0+0.039 M+1.2F1=576。

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

通过计算结果可知，储带仓转向架左侧面和储带仓架在无螺栓联接时，螺栓组不满足强度要求。

2.3 侧面有螺栓联接时螺栓组强度计算

2.3.1 储带仓转向架与第1节储带仓架螺栓组计算

将储带仓转向架与第1节储带仓架看作整体，此时倾覆力矩由6组螺栓承担，受力模型如图4所示。

图4 储带仓转向架与储带仓架受力模型

由此可见，此螺栓组满足强度要求。

2.3.2 储带仓架螺栓组计算

中间15节储带仓架结构完全相同且左右对称(侧面螺栓未联接)，对其受力进行简化(储带仓架左右侧面所受摩擦力相对较小，忽略此项)，单节储带仓架受力模型如图5所示。

图5 单节储带仓架受力模型

地脚螺栓组所受倾覆力矩Mi=H1×(Fi-Fi+1)=0.7(Fi-Fi+1)(i=2、3、4……9)

(4)

(5)

(6)

将FO=59.2 kN带入式(6)得Fi-Fi+1=69，又因F2=281.6 kN，依次类推得F3=212.6 kN、F4=143.6 kN、F5=74.5 kN、F6=5.6 kN、F7=-63.4 kN，而F7<0显然不符合实际，故从第7～11节储带仓架左右受力相等均为5.6 kN(地脚螺栓可认为仅受预紧力)。15节储带仓架处地脚螺栓受力情况为2～6节受倾覆力矩参生的工作拉力和预紧力、12～16节与2～6节对称受力相同。

3 结论

通过以上分析可知，张紧装置、储带仓转向架与储带仓架之间侧面螺栓均不联接时，最大受力地脚螺栓处不能满足强度要求。将第1节储带仓架与储带仓转向架侧面用螺栓联接，第17节储带仓架与张紧装置侧面用螺栓联接。在这种工况下，地脚螺栓组满足强度要求。