散貨碼頭裝船機(jī)工藝布置與設(shè)計(jì)

散貨碼頭裝船機(jī)工藝布置與設(shè)計(jì)

在世界三大分散貨物（礦石、煤炭、糧食）的運(yùn)輸過(guò)程中，裝船機(jī)是不可或缺的環(huán)節(jié)。由于它的形狀小，組織相對(duì)簡(jiǎn)單，成本遠(yuǎn)低于修船機(jī)，因此沒(méi)有引起現(xiàn)有制造商的足夠注意。裝船機(jī)已成為中國(guó)的小型制造商和私營(yíng)公司進(jìn)入港口機(jī)械市場(chǎng)的試金石。目前我國(guó)散貨運(yùn)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(jìn)口,2005年達(dá)到2.7億t,長(zhǎng)江及珠江流域約消耗總進(jìn)口量的60%。10萬(wàn)t級(jí)以上的大船無(wú)法進(jìn)入長(zhǎng)江及珠江流域,大多需要減載至5萬(wàn)t級(jí)以下的船型。(2)煤炭主要為北煤南運(yùn),2005年國(guó)內(nèi)海運(yùn)量約3.4億t,國(guó)內(nèi)運(yùn)煤用船基本為5萬(wàn)t級(jí)以下。由此可以看出,我國(guó)裝船機(jī)的任務(wù)主要就是針對(duì)5萬(wàn)t級(jí)以下的船型,即護(hù)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(jī)構(gòu)的組成散貨碼頭裝船機(jī)式樣繁多,歸納起來(lái)可分為3大類:固定式裝船機(jī)、移動(dòng)式裝船機(jī)和擺動(dòng)式裝船機(jī)。其中,移動(dòng)式裝船機(jī)以其作業(yè)的靈活性,在我國(guó)港口(尤其是海港)發(fā)展最快、需求最大。其主要功能機(jī)構(gòu)包括:臺(tái)車行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、尾車機(jī)構(gòu)、臂架伸縮機(jī)構(gòu)、臂架俯仰機(jī)構(gòu)、溜筒機(jī)構(gòu),如圖1所示(以下簡(jiǎn)稱回轉(zhuǎn)式),這是工作最為靈活,對(duì)船型的適應(yīng)能力最強(qiáng),也是相同能力下最昂貴的裝船機(jī)。隨著散貨碼頭越來(lái)越趨于專業(yè)化,港方出于投資與最大收益的考慮,往往會(huì)減去其中價(jià)格相對(duì)較高的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),但保留其余所有機(jī)構(gòu)功能,如圖2所示(以下簡(jiǎn)稱非回轉(zhuǎn)式),這種形式的裝船機(jī)作業(yè)的靈活性降低,但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)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(duì)這2種移動(dòng)式裝船機(jī)進(jìn)行工藝布置上的比較,并對(duì)裝船機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)計(jì)算做了總結(jié)。2工藝配置2.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的未來(lái)調(diào)整市非回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)的工作方式主要是通過(guò)臂架的伸縮或者俯仰確定合適的落料點(diǎn),然后開(kāi)始供料,由大車行走來(lái)實(shí)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(lái)決定。回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)除了擁有非回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)的全部功能外,由于增加了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),裝船的靈活性大大增加,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以替代部分大車行走的功能,依靠回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),裝船機(jī)就能輕易改變溜筒的落料點(diǎn),并且縮短了裝船機(jī)的運(yùn)行距離,適當(dāng)節(jié)約了碼頭的長(zhǎng)度,相比大車行走機(jī)構(gòu),減少了裝船機(jī)由于逆向行駛裝船而導(dǎo)致物料疊加的帶式輸送機(jī)撒料問(wèn)題,還降低了相當(dāng)部分的能耗?；剞D(zhuǎn)機(jī)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(dá)連臂架伸縮機(jī)構(gòu)都難以企及的理想位置,對(duì)于大小船型的適應(yīng)性極大增強(qiáng),必須指出,臂架伸縮機(jī)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(jī)臂架伸縮的后伸距不足,無(wú)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(pán)問(wèn)題一:回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)+回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)裝船機(jī)的溜筒是易損件,尤其是針對(duì)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(dāng)?shù)偷?再加上溜筒通常是由多節(jié)組成,長(zhǎng)時(shí)間的物料沖擊造成的溜筒變形問(wèn)題給溜筒伸縮機(jī)構(gòu)造成很大的負(fù)擔(dān),所以溜筒的維護(hù)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(shí),回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)就發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì),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(jī)由于其臂架伸縮行程的限制,一般無(wú)法使溜筒直接伸縮到碼頭上,這時(shí)就需要駁船或特殊平臺(tái)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(jī)尾車的長(zhǎng)度在很大程度上限制了裝船機(jī)的可活動(dòng)范圍。南通4200t/h裝船機(jī)和鎮(zhèn)江1250t/h裝船機(jī)的主機(jī)長(zhǎng)度均為16m左右,配備尾車后整機(jī)長(zhǎng)度均達(dá)到48m,是主機(jī)長(zhǎng)度的3倍。整機(jī)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致了碼頭長(zhǎng)度資源的浪費(fèi),并且為2臺(tái)甚至3臺(tái)裝船機(jī)同時(shí)作業(yè)于1個(gè)泊位帶來(lái)不便。為此,我國(guó)多個(gè)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(jī)長(zhǎng)度縮短(至28m),有效提高了裝船機(jī)的活動(dòng)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(jī)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(jī)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(shí),考慮到前方碼頭的直取功能,后方堆場(chǎng)的裝船功能,以及要求裝船泊位帶式輸送機(jī)能夠正反轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)雙向供料,從而提出了裝船機(jī)的雙尾車形式,如圖4所示。盡管整機(jī)長(zhǎng)度達(dá)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(shí)現(xiàn),將大大簡(jiǎn)化整個(gè)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(yīng)用目前裝船機(jī)的伸縮臂架大多與斗輪機(jī)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(duì)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(wú)側(cè)向支撐而明顯偏弱,一旦側(cè)向載荷(如風(fēng)載荷、大車緊急制動(dòng)慣性載荷等)偏大,伸縮臂架很容易產(chǎn)生屈曲或強(qiáng)度失效,故而這種截面的伸縮臂架其行程不宜過(guò)長(zhǎng),這就限制了裝船機(jī)適應(yīng)大船的能力,一旦我國(guó)煤炭出口大量增加,要求港口能夠裝載10萬(wàn)t甚至20萬(wàn)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(shí)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(dòng)小車來(lái)實(shí)現(xiàn),運(yùn)行簡(jiǎn)單可行,與傳統(tǒng)的伸縮臂架相比,實(shí)現(xiàn)一次溜管的移動(dòng),臂架結(jié)構(gòu)上的負(fù)擔(dān)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(jī)在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有使用的先例。3回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)非回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)能滿足碼頭作業(yè)的一般要求,對(duì)專業(yè)化程度高、船型相對(duì)穩(wěn)定的碼頭來(lái)說(shuō)已經(jīng)足以勝任。而回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)作業(yè)靈活,船型適應(yīng)能力強(qiáng),在碼頭投資充裕的情況下應(yīng)盡量