[發(fā)明專利]一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110029527.7
• 申請(qǐng)日: 2021-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN112733293A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張杰;何義峰;李宏儒;楊濤;康小杰;張建辰;陳誠;吳建軍;白文勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安新創(chuàng)通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61267
• 代理人: 線飛祥

1.一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法，其特征在于，包括：

步驟一、建立膠帶輸送機(jī)機(jī)頭簡化模型并對(duì)膠帶輸送機(jī)機(jī)頭載荷進(jìn)行受力分析；

步驟二、運(yùn)用受力平衡方程和力矩平衡方程計(jì)算獲取地腳螺栓預(yù)埋板處垂直載荷和水平載荷的受力；

步驟三、建立地腳螺栓受力簡化模型，計(jì)算出受壓區(qū)長度值，確定錨固范圍大于兩地腳螺栓間距，混凝土受壓長度符合相鄰單根地腳螺栓的錨固范圍。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟一中建立膠帶輸送機(jī)機(jī)頭簡化模型是將膠帶運(yùn)輸機(jī)頭簡化為包括傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、底座及三角結(jié)構(gòu)梁的力學(xué)模型，所述傳動(dòng)滾筒為外力變量輸入單元，改向滾筒、底座及三角結(jié)構(gòu)梁為外力穩(wěn)定輸入單元，傳動(dòng)速率發(fā)生變化時(shí)外力輸入單元存在差異性變化。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法，其特征在于，所述受力平衡方程在建立過程中引入外力變化系數(shù)ξ，所述受力平衡方程具體為公式(1)：

式中：G₁為頭部滾筒的重量，G₂為改向滾筒的重量，G₃為底座及三角結(jié)構(gòu)梁的重量，S₁為頭部滾筒奔離點(diǎn)的張力，S₂為頭部滾筒趨入點(diǎn)的張力，α為膠帶傾角，ξ為外力修正系數(shù)，F(xiàn)_AY為A預(yù)埋板所受到的垂直載荷，F(xiàn)_BY為B預(yù)埋板所受到的垂直載荷，F(xiàn)_CY為機(jī)頭處整體所需錨固力。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法，其特征在于，所述力矩平衡方程在建立過程中引入外力變化系數(shù)ξ，所述力矩平衡方程具體為公式(2)：

式中：G₁為頭部滾筒的重量，G₂為改向滾筒的重量，G₃為底座及三角結(jié)構(gòu)梁的重量，S₁為頭部滾筒奔離點(diǎn)的張力，S₂為頭部滾筒趨入點(diǎn)的張力，α為膠帶傾角，H₁為三角結(jié)構(gòu)梁高度，D為頭部滾筒直徑，H₂為改向滾筒高度，d為改向滾筒直徑，L為A、B點(diǎn)水平距離，L₁為頭部滾筒距A點(diǎn)距離，L₂為改向滾筒距A點(diǎn)距離，L₃為頭架重心距A點(diǎn)距離，ξ為外力修正系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法，其特征在于，所述受力平衡方程還包括水平受力平衡方程，所述水平受力平衡方程為公式(3)：

∑F_X＝0

式中：S₁為頭部滾筒奔離點(diǎn)的張力，S₂為頭部滾筒趨入點(diǎn)的張力，α為膠帶傾角，ξ為外力修正系數(shù)，F(xiàn)_AX為A預(yù)埋板所受到的水平載荷，F(xiàn)_BX為B預(yù)埋板所受到的水平載荷，S為膠帶所受張拉力在水平方向上的分力；

所述水平受力平衡方程中F_AX＝F_BX，通過上述公式的計(jì)算可得到膠帶輸送機(jī)機(jī)頭處最大所需錨固力。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于煤礦井下膠帶輸送機(jī)機(jī)頭地腳螺栓的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算出受壓區(qū)長度值具體如下：

根據(jù)地腳螺栓受力簡化模型可得到方程(4)

式中：R為混凝土壓應(yīng)力合力，M為錨固力矩，L_x為螺栓錨固距離，Z為巷道硬化層及其上所施加力，N為機(jī)頭對(duì)地腳螺栓的拉拔力，l_x為螺栓至平行螺栓壓力最大側(cè)底板邊的距離，f為地腳螺栓和混凝土或巷道底板最小摩擦力的合力，λl_x為螺栓至壓應(yīng)力圖形重心的距離，e為系數(shù)，e＝M/Z；

根據(jù)外加力對(duì)地腳螺栓錨固性能的影響，引入受拉端最大應(yīng)力公式(5)和最小應(yīng)力公式(6)；

所述受拉端最大應(yīng)力公式(5)為：

σ_max＝Z/L_xb+6M/bL_x²≤η_lf_c(1-γ_k) (5)

式中：M為錨固力矩，L_x為螺栓錨固距離，b為螺栓錨固寬度，Z為巷道硬化層及其上所施加力，σ為混凝土壓應(yīng)力，f_c為基礎(chǔ)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、η_l為局部承壓時(shí)的提高系數(shù)，γ_k為巷道應(yīng)力破壞系數(shù)；

所述受拉端最小應(yīng)力公式(6)為：

σ_min＝-Z/bL_x+6M/bL_x² (6)

式中：M為錨固力矩，L_x為螺栓錨固距離，b為螺栓錨固寬度，Z為巷道硬化層及其上所施加力，σ為混凝土壓應(yīng)力；

由公式(5)和公式(6)可以計(jì)算出受壓區(qū)長度值，確定螺栓軸心到混凝土壓應(yīng)力重心的距離a，將巷道對(duì)底板的作用力也列入分析范圍可以得到公式(7)，所述公式(7)為：

式中：M為錨固力矩，Z為巷道硬化層及其上所施加力，a為螺栓軸心到混凝土壓應(yīng)力重心的距離，N為機(jī)頭對(duì)地腳螺栓的拉拔力，f_d為巷道底板對(duì)地腳螺栓作用力，l_d為巷道底板作用力與地腳螺栓的水平距離，λl_x為螺栓至壓應(yīng)力圖形重心的距離，β角為作用力在地腳螺栓側(cè)與水平面的夾角；

針對(duì)單個(gè)具體巷道底板作用力矩在此處認(rèn)為是一定值。則公式(7)式N值不滿足豎向平衡條件。從而引入λ的固定關(guān)系式公式(8)，所述公式(8)為：

λ＝1-L_x/(6l_x)-L_x/(6l_xε) (8)

式中：L_x為螺栓錨固距離，l_x為螺栓至平行螺栓壓力最大側(cè)底板邊的距離；

當(dāng)壓應(yīng)力圖形為三角形時(shí)，則混凝土受壓長度最小值為3×0.181l_x＝0.543l_x；則錨固范圍大于兩地腳螺栓間距，混凝土受壓長度符合相鄰單根地腳螺栓的錨固范圍。