散货码头装船机工艺布置与设计

散货码头装船机工艺布置与设计

在世界三大分散货物（矿石、煤炭、粮食）的运输过程中，装船机是不可或缺的环节。由于它的形状小，组织相对简单，成本远低于修船机，因此没有引起现有制造商的足够注意。装船机已成为中国的小型制造商和私营公司进入港口机械市场的试金石。目前我国散货运输主要以铁矿石和煤炭为主,基本情况为:(1)铁矿石需要大量进口,2005年达到2.7亿t,长江及珠江流域约消耗总进口量的60%。10万t级以上的大船无法进入长江及珠江流域,大多需要减载至5万t级以下的船型。(2)煤炭主要为北煤南运,2005年国内海运量约3.4亿t,国内运煤用船基本为5万t级以下。由此可以看出,我国装船机的任务主要就是针对5万t级以下的船型,即护舷至溜管极限位置间距小于25m,伸缩距离小于13m,额定能力小于5000t/h。1能机构的组成散货码头装船机式样繁多,归纳起来可分为3大类:固定式装船机、移动式装船机和摆动式装船机。其中,移动式装船机以其作业的灵活性,在我国港口(尤其是海港)发展最快、需求最大。其主要功能机构包括:台车行走机构、回转机构、尾车机构、臂架伸缩机构、臂架俯仰机构、溜筒机构,如图1所示(以下简称回转式),这是工作最为灵活,对船型的适应能力最强,也是相同能力下最昂贵的装船机。随着散货码头越来越趋于专业化,港方出于投资与最大收益的考虑,往往会减去其中价格相对较高的回转机构,但保留其余所有机构功能,如图2所示(以下简称非回转式),这种形式的装船机作业的灵活性降低,但是结构简单,造价低,轮压低,非常适合专业化的、船型稳定的大型散货码头。本文对这2种移动式装船机进行工艺布置上的比较,并对装船机在设计时的结构计算做了总结。2工艺配置2.1回转机构的未来调整市非回转式装船机的工作方式主要是通过臂架的伸缩或者俯仰确定合适的落料点,然后开始供料,由大车行走来实现装船,其工作范围在船宽方向主要由臂架可伸缩的行程来决定。回转式装船机除了拥有非回转式装船机的全部功能外,由于增加了回转机构,装船的灵活性大大增加,回转机构可以替代部分大车行走的功能,依靠回转机构,装船机就能轻易改变溜筒的落料点,并且缩短了装船机的运行距离,适当节约了码头的长度,相比大车行走机构,减少了装船机由于逆向行驶装船而导致物料叠加的带式输送机撒料问题,还降低了相当部分的能耗。回转机构还可以替代臂架伸缩的部分功能,并且可以使溜筒到达连臂架伸缩机构都难以企及的理想位置,对于大小船型的适应性极大增强,必须指出,臂架伸缩机构是有极限位置的,连云港煤码头曾经由于非回转式装船机臂架伸缩的后伸距不足,无法装载小型驳船,迫使水工造出多余的结构,使码头前沿距离增加。2.2答盘问题一:回转式装船机+回转式装船机装船机的溜筒是易损件,尤其是针对煤炭和铁矿石这些磨损量大的货种,即使采用了硬度最高的陶瓷耐磨衬板,其寿命也是相当低的,再加上溜筒通常是由多节组成,长时间的物料冲击造成的溜筒变形问题给溜筒伸缩机构造成很大的负担,所以溜筒的维护一直都是港方的一大课题,一旦溜筒需要更换或者卸下维修时,回转式装船机就发挥了巨大的优势,其可以把溜筒直接回转到码头上,方便工人作业,而非回转式装船机由于其臂架伸缩行程的限制,一般无法使溜筒直接伸缩到码头上,这时就需要驳船或特殊平台的帮助,占用了更多的港方资源。2.3双尾车的出现及结构形式装船机尾车的长度在很大程度上限制了装船机的可活动范围。南通4200t/h装船机和镇江1250t/h装船机的主机长度均为16m左右,配备尾车后整机长度均达到48m,是主机长度的3倍。整机长度过长导致了码头长度资源的浪费,并且为2台甚至3台装船机同时作业于1个泊位带来不便。为此,我国多个港口出现了高架尾车,如图3所示,这种方式能使尾车大大缩短,致使整机长度缩短(至28m),有效提高了装船机的活动范围。但是必须指出,这种方式必将牺牲一部分后方带式输送机的高度资源。由于工艺布置的需要,如物料分岔功能,带式输送机正反转功能等,尾车曾经出现了多种结构形式,目前,我院为某码头做方案时,考虑到前方码头的直取功能,后方堆场的装船功能,以及要求装船泊位带式输送机能够正反转,实现双向供料,从而提出了装船机的双尾车形式,如图4所示。尽管整机长度达到了前所未有的80m左右,但是,一旦方案经优化后得以实现,将大大简化整个系统的装船与卸船的工艺流程,使总投资得以降低。2.4伸缩臂架的应用目前装船机的伸缩臂架大多与斗轮机臂架相似,臂架主梁采取工字截面,联系横梁处于工字主梁的下翼缘处,如图5所示。从A—A剖面中可以清楚地看到,截面处于极不对称状态,由于构造要求工字梁梁高比较高,上翼缘受压,且无侧向支撑而明显偏弱,一旦侧向载荷(如风载荷、大车紧急制动惯性载荷等)偏大,伸缩臂架很容易产生屈曲或强度失效,故而这种截面的伸缩臂架其行程不宜过长,这就限制了装船机适应大船的能力,一旦我国煤炭出口大量增加,要求港口能够装载10万t甚至20万t的大型海轮,这种臂架就显得力不从心,这就要求伸缩臂架在结构上有所创新,如图6所示,臂架为一整根桁架结构,可以实现大跨度的要求,结构稳定可靠,臂架的伸缩由其内部的移动小车来实现,运行简单可行,与传统的伸缩臂架相比,实现一次溜管的移动,臂架结构上的负担将大大降低,故而可以满足大吨位海轮的要求,目前这种形式的装船机在国内还没有使用的先例。3回转式装船机非回转式装船机能满足码头作业的一般要求,对专业化程度高、船型相对稳定的码头来说已经足以胜任。而回转式装船机作业灵活,船型适应能力强,在码头投资充裕的情况下应尽量