散貨碼頭裝船機工藝布置與設計

散貨碼頭裝船機工藝布置與設計

在世界三大分散貨物（礦石、煤炭、糧食）的運輸過程中，裝船機是不可或缺的環(huán)節(jié)。由于它的形狀小，組織相對簡單，成本遠低于修船機，因此沒有引起現(xiàn)有制造商的足夠注意。裝船機已成為中國的小型制造商和私營公司進入港口機械市場的試金石。目前我國散貨運輸主要以鐵礦石和煤炭為主,基本情況為:(1)鐵礦石需要大量進口,2005年達到2.7億t,長江及珠江流域約消耗總進口量的60%。10萬t級以上的大船無法進入長江及珠江流域,大多需要減載至5萬t級以下的船型。(2)煤炭主要為北煤南運,2005年國內(nèi)海運量約3.4億t,國內(nèi)運煤用船基本為5萬t級以下。由此可以看出,我國裝船機的任務主要就是針對5萬t級以下的船型,即護舷至溜管極限位置間距小于25m,伸縮距離小于13m,額定能力小于5000t/h。1能機構(gòu)的組成散貨碼頭裝船機式樣繁多,歸納起來可分為3大類:固定式裝船機、移動式裝船機和擺動式裝船機。其中,移動式裝船機以其作業(yè)的靈活性,在我國港口(尤其是海港)發(fā)展最快、需求最大。其主要功能機構(gòu)包括:臺車行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、尾車機構(gòu)、臂架伸縮機構(gòu)、臂架俯仰機構(gòu)、溜筒機構(gòu),如圖1所示(以下簡稱回轉(zhuǎn)式),這是工作最為靈活,對船型的適應能力最強,也是相同能力下最昂貴的裝船機。隨著散貨碼頭越來越趨于專業(yè)化,港方出于投資與最大收益的考慮,往往會減去其中價格相對較高的回轉(zhuǎn)機構(gòu),但保留其余所有機構(gòu)功能,如圖2所示(以下簡稱非回轉(zhuǎn)式),這種形式的裝船機作業(yè)的靈活性降低,但是結(jié)構(gòu)簡單,造價低,輪壓低,非常適合專業(yè)化的、船型穩(wěn)定的大型散貨碼頭。本文對這2種移動式裝船機進行工藝布置上的比較,并對裝船機在設計時的結(jié)構(gòu)計算做了總結(jié)。2工藝配置2.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)的未來調(diào)整市非回轉(zhuǎn)式裝船機的工作方式主要是通過臂架的伸縮或者俯仰確定合適的落料點,然后開始供料,由大車行走來實現(xiàn)裝船,其工作范圍在船寬方向主要由臂架可伸縮的行程來決定?；剞D(zhuǎn)式裝船機除了擁有非回轉(zhuǎn)式裝船機的全部功能外,由于增加了回轉(zhuǎn)機構(gòu),裝船的靈活性大大增加,回轉(zhuǎn)機構(gòu)可以替代部分大車行走的功能,依靠回轉(zhuǎn)機構(gòu),裝船機就能輕易改變溜筒的落料點,并且縮短了裝船機的運行距離,適當節(jié)約了碼頭的長度,相比大車行走機構(gòu),減少了裝船機由于逆向行駛裝船而導致物料疊加的帶式輸送機撒料問題,還降低了相當部分的能耗?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)還可以替代臂架伸縮的部分功能,并且可以使溜筒到達連臂架伸縮機構(gòu)都難以企及的理想位置,對于大小船型的適應性極大增強,必須指出,臂架伸縮機構(gòu)是有極限位置的,連云港煤碼頭曾經(jīng)由于非回轉(zhuǎn)式裝船機臂架伸縮的后伸距不足,無法裝載小型駁船,迫使水工造出多余的結(jié)構(gòu),使碼頭前沿距離增加。2.2答盤問題一:回轉(zhuǎn)式裝船機+回轉(zhuǎn)式裝船機裝船機的溜筒是易損件,尤其是針對煤炭和鐵礦石這些磨損量大的貨種,即使采用了硬度最高的陶瓷耐磨襯板,其壽命也是相當?shù)偷?再加上溜筒通常是由多節(jié)組成,長時間的物料沖擊造成的溜筒變形問題給溜筒伸縮機構(gòu)造成很大的負擔,所以溜筒的維護一直都是港方的一大課題,一旦溜筒需要更換或者卸下維修時,回轉(zhuǎn)式裝船機就發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢,其可以把溜筒直接回轉(zhuǎn)到碼頭上,方便工人作業(yè),而非回轉(zhuǎn)式裝船機由于其臂架伸縮行程的限制,一般無法使溜筒直接伸縮到碼頭上,這時就需要駁船或特殊平臺的幫助,占用了更多的港方資源。2.3雙尾車的出現(xiàn)及結(jié)構(gòu)形式裝船機尾車的長度在很大程度上限制了裝船機的可活動范圍。南通4200t/h裝船機和鎮(zhèn)江1250t/h裝船機的主機長度均為16m左右,配備尾車后整機長度均達到48m,是主機長度的3倍。整機長度過長導致了碼頭長度資源的浪費,并且為2臺甚至3臺裝船機同時作業(yè)于1個泊位帶來不便。為此,我國多個港口出現(xiàn)了高架尾車,如圖3所示,這種方式能使尾車大大縮短,致使整機長度縮短(至28m),有效提高了裝船機的活動范圍。但是必須指出,這種方式必將犧牲一部分后方帶式輸送機的高度資源。由于工藝布置的需要,如物料分岔功能,帶式輸送機正反轉(zhuǎn)功能等,尾車曾經(jīng)出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式,目前,我院為某碼頭做方案時,考慮到前方碼頭的直取功能,后方堆場的裝船功能,以及要求裝船泊位帶式輸送機能夠正反轉(zhuǎn),實現(xiàn)雙向供料,從而提出了裝船機的雙尾車形式,如圖4所示。盡管整機長度達到了前所未有的80m左右,但是,一旦方案經(jīng)優(yōu)化后得以實現(xiàn),將大大簡化整個系統(tǒng)的裝船與卸船的工藝流程,使總投資得以降低。2.4伸縮臂架的應用目前裝船機的伸縮臂架大多與斗輪機臂架相似,臂架主梁采取工字截面,聯(lián)系橫梁處于工字主梁的下翼緣處,如圖5所示。從A—A剖面中可以清楚地看到,截面處于極不對稱狀態(tài),由于構(gòu)造要求工字梁梁高比較高,上翼緣受壓,且無側(cè)向支撐而明顯偏弱,一旦側(cè)向載荷(如風載荷、大車緊急制動慣性載荷等)偏大,伸縮臂架很容易產(chǎn)生屈曲或強度失效,故而這種截面的伸縮臂架其行程不宜過長,這就限制了裝船機適應大船的能力,一旦我國煤炭出口大量增加,要求港口能夠裝載10萬t甚至20萬t的大型海輪,這種臂架就顯得力不從心,這就要求伸縮臂架在結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新,如圖6所示,臂架為一整根桁架結(jié)構(gòu),可以實現(xiàn)大跨度的要求,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,臂架的伸縮由其內(nèi)部的移動小車來實現(xiàn),運行簡單可行,與傳統(tǒng)的伸縮臂架相比,實現(xiàn)一次溜管的移動,臂架結(jié)構(gòu)上的負擔將大大降低,故而可以滿足大噸位海輪的要求,目前這種形式的裝船機在國內(nèi)還沒有使用的先例。3回轉(zhuǎn)式裝船機非回轉(zhuǎn)式裝船機能滿足碼頭作業(yè)的一般要求,對專業(yè)化程度高、船型相對穩(wěn)定的碼頭來說已經(jīng)足以勝任。而回轉(zhuǎn)式裝船機作業(yè)靈活,船型適應能力強,在碼頭投資充裕的情況下應盡量