于新國 李慶凱

煙臺港股份有限公司

1 引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，沿海港口及內(nèi)河航運也隨之興旺，再加上國家對基礎(chǔ)建設(shè)和民生保障方面的強力推進，礦石、砂石、煤炭、糧食等散貨在各處大小碼頭中的作業(yè)量逐漸增大。國內(nèi)承載此類貨種的船舶大多為3萬t以下的駁船或艙口船[1]。

目前，國內(nèi)各港口對于此類船舶裝船，多采用大型門機、裝船機、簡易皮帶機，甚至自卸車上船的方式。大型門機、裝船機裝船工藝主要見于較大規(guī)模港口，成本較高，并存在不靈活導致的效率較低問題[2]。皮帶機、自卸車裝船工藝主要見于各類小型碼頭和簡易碼頭，存在適應(yīng)性較差、無法保證安全、不環(huán)保等問題。為此設(shè)計了一種具有廣泛適用性的簡易裝船機，避免以上問題。

2 基本構(gòu)型

新設(shè)計的簡易裝船機主要由上料機構(gòu)、輸送機構(gòu)、卸料機構(gòu)、行走機構(gòu)、俯仰機構(gòu)組成(見圖1)。

1.上料機構(gòu) 2.行走機構(gòu) 3.固定機架 4.俯仰機構(gòu) 5.門架 6.電纜卷盤 7.俯仰臂架 8.輸送膠帶 9.卸料機構(gòu)圖1 簡易散貨裝船機整體結(jié)構(gòu)圖

裝船機總長約30 m，提升高度6.7 m，輸送角度0～15°，頭部俯仰段固定工作角度15°，軌道間距10.5 m，輪中心距6 m。設(shè)備尾部一側(cè)接受50 t自卸車卸料，另一側(cè)接受裝載機卸料，頭部擺動溜槽可滿足船寬19～26 m范圍、艙口離碼頭面≤5.5 m高度裝船。裝船過程遇到艙口板或開始作業(yè)避船時，頭部俯仰段可以前門架鉸接點為圓心將角度由15°變至80°。輸送機構(gòu)功率90 kW，采用中部驅(qū)動，中部液壓張緊。裝船機采用380 V、50 Hz電源，采用磁滯式電纜卷筒或可自動收放式電纜卷筒供電[3]。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 裝船機技術(shù)參數(shù)表

2.1 上料機構(gòu)

裝船機上料機構(gòu)主要由自卸車卸車平臺、料斗、裝載機卸料擋板組成。

自卸車可通過卸車平臺提高卸料高度，從而將物料完全卸至設(shè)備尾部料斗內(nèi)(見圖2)。卸車平臺非工作狀態(tài)時由底部油缸撐起，并翻轉(zhuǎn)80°，滿足設(shè)備整體移動要求(見圖3)。尾部料斗后附2個液壓缸，工作狀態(tài)時液壓缸落至地面，將物料對設(shè)備架體的沖擊傳至地面。平臺與設(shè)備連接鉸接點設(shè)計為長孔，避免地形等原因?qū)е萝囕v載荷傳遞至設(shè)備架體上。

圖2 卸車平臺工作狀態(tài)圖

圖3 卸車平臺非工作狀態(tài)圖

裝載機卸料側(cè)料斗擋板高1.2 m，上沿距地面2 m，可阻擋自卸車傾倒物料，同時適應(yīng)裝載機卸料高度。

裝船機尾部設(shè)置液壓缸支腿，在卸車時液壓缸伸長，撐在地面上分擔設(shè)備尾部懸挑段重及卸車時物料對設(shè)備沖擊。

裝船機也可采用尾部漏斗外接皮帶機系統(tǒng)供料方式，實現(xiàn)流程自動化作業(yè)。

2.2 輸送機構(gòu)

對于大部分物料，裝船機輸送機構(gòu)宜采用簡單易維護的膠帶式輸送，帶寬1.8 m。驅(qū)動滾筒布置在裝船機中間位置，方便檢修維護，選用90 kW三相電機。

為緩解裝船機尾部沖擊，輸送機尾部落料段為復(fù)合緩沖床(見圖4)。緩沖板和緩沖托輥間隔布置，避免膠帶與緩沖床長時間摩擦發(fā)熱，同時增強受料抗沖擊能力。

圖4 復(fù)合緩沖床斷面圖

在輸送機構(gòu)水平段和爬坡段交界處設(shè)置可調(diào)節(jié)高度的限高檔，用以阻擋過多的物料進入，方便對效率進行調(diào)節(jié)。凹弧段中點設(shè)置壓帶輪，防止沒貨時皮帶翹起打滑(見圖5)。

1.限高檔 2.壓帶輪圖5 限高擋板及壓帶輪圖

在輸送機構(gòu)卸料滾筒處設(shè)置2套刮板式皮帶清掃器，刮刀為聚氨酯材質(zhì)，保證清掃刮板與膠帶連續(xù)接觸，能有效地清除皮帶表面粘附的物料，清掃的物料須全部落入漏斗或溜管內(nèi)。頭部滾筒護罩寬度加大，在皮帶嚴重跑偏前，不至于刮傷皮帶。

2.3 卸料機構(gòu)

卸料機構(gòu)由頭部漏斗、擺動溜槽和溜槽俯仰機構(gòu)組成。頭部漏斗固定在俯仰桁架端，擺動溜槽以固定在俯仰桁架上方的小卷揚機為驅(qū)動，圍繞固定在俯仰桁架下的鉸軸進行擺動，可適應(yīng)船寬19～26 m的寬度范圍，此范圍的船均可由擺動溜槽將落料中心調(diào)節(jié)至船只中心,溜槽卷揚機功率7.5 kW，溜槽擺動速度6 m/min。非工作狀態(tài)時，擺動溜槽自然下垂，避免鋼絲繩長時間受力(見圖6)。

1.擺動電機 2.頭部漏斗 3.擺動溜槽圖6 擺動溜槽示意圖

2.4 行走機構(gòu)

行走機構(gòu)采用軌道式，輪徑600 mm。采用電機、制動器、減速機、開式齒輪傳動型式，方便檢修維護。為保證輪壓平衡，輪系間采用平衡梁結(jié)構(gòu)，并在行走機構(gòu)上設(shè)置橡膠緩沖器和安全限位裝置，確保安全性(見圖7)。

1.緩沖器 2.行走電機 3.制動器 4.減速機 5.行走輪 6.平衡梁圖7 行走機構(gòu)圖

2.5 俯仰機構(gòu)

俯仰機構(gòu)主要用于避讓船只和艙口板。原理是卷揚機通過門架頂部的定滑輪組和俯仰桁架的動滑輪組配合，實現(xiàn)對裝船機前半部分角度的改變，卷揚機功率22 kW，俯仰速度6 m/min。

大門架前固定段通過鉸接連接俯仰段，由布置在大門架的卷揚機改變俯仰段角度，上部設(shè)置滾筒，進行限位，可將工作角度15°增大至避船角度80°(見圖8)。為避免灑料，要求俯仰機構(gòu)工作時設(shè)備為空載狀態(tài)。

圖8 俯仰機構(gòu)圖

3 其他可選適用性配置

為適應(yīng)不同碼頭條件和不同船長、不同船寬作業(yè)，擴大裝船機的適用性，可在原有機構(gòu)基礎(chǔ)上選配其他機構(gòu)或更改原有機構(gòu)配置。

3.1 伸縮機構(gòu)

可設(shè)置裝船機前部臂架在桁架內(nèi)伸縮，擴大范圍裝船，減少人工平倉工作量。伸縮驅(qū)動設(shè)置于桁架結(jié)構(gòu)前段，以齒輪齒條的嚙合來傳遞運動，工作時將臂架伸出，非工作或機身行走時將其收回，避免和船體產(chǎn)生碰撞。

3.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)

因有些碼頭空間小或不具備軌道梁施工條件，為實現(xiàn)不移船裝船功能，必須使裝船機能夠移動或擺動，為此可結(jié)合現(xiàn)場情況給裝船機配置回轉(zhuǎn)機構(gòu)。裝船機回轉(zhuǎn)支撐設(shè)置在尾部，受料斗設(shè)置在回轉(zhuǎn)支承上方。裝船機行走輪采用雙排輪胎沿弧線行走，機身繞回轉(zhuǎn)支承擺動，可結(jié)合伸縮機構(gòu)和平倉機構(gòu)實現(xiàn)不同艙口裝船功能。

3.3 輪胎式行走機構(gòu)

對于較大艙口船裝船，簡易的伸縮機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)是無法滿足不移船裝船的。如果碼頭不具備軌道，可選配輪胎式行走機構(gòu)。

裝船機輪胎式行走機構(gòu)采用實心輪胎，具備滿足碼頭面的復(fù)雜工況下(考慮碼頭面高度落差的影響)的自動行走功能。由具備同步功能的電機驅(qū)動實現(xiàn)，行走速度大約20 m/min。設(shè)置自動頂升裝置，使行走機構(gòu)的輪胎可實現(xiàn)90°自動回轉(zhuǎn)(見圖9)，實現(xiàn)裝船機前后左右的移動，滿足躲避艙口板和不移船裝船功能。

1.轉(zhuǎn)向裝置 2.轉(zhuǎn)向油缸 3.頂升基座 4.頂升機構(gòu) 5.平衡梁 6.支架 7.行走電機圖9 輪胎式行走機構(gòu)圖

3.4 平倉機構(gòu)

為進一步擴大裝船機平倉能力，可在裝船機頭部漏斗下方加裝具有可伸縮、回轉(zhuǎn)、拋料功能的溜筒。溜筒能夠適應(yīng)水位變化、不同船型以及船舶空載到滿載的吃水變化，通過控制伸縮長度，能夠很大程度上控制裝載散料產(chǎn)生的揚塵。同時，溜筒底部設(shè)置拋料板和回轉(zhuǎn)機構(gòu)，當物料下落時，通過控制回轉(zhuǎn)機構(gòu)和伸縮機構(gòu)來調(diào)整落料的高度和位置，起到平倉的作用(見圖10)。

1.頭部漏斗 2.溜筒伸縮油缸 3.溜筒擺動油缸 4.伸縮溜筒 5.回轉(zhuǎn)機構(gòu) 6.拋料板油缸 7.拋料板圖10 平倉機構(gòu)示意圖

4 實際應(yīng)用效果

4.1 國外某碼頭可回轉(zhuǎn)半固定皮帶裝船機

受河道水深條件限制，該碼頭鋁礬土出運需通過8 000 t駁船在港口裝船，運輸?shù)酵夂：?，通過浮吊或過駁平臺過駁到20萬t大船上?？紤]到建設(shè)成本和維護成本，最終在碼頭配置1臺帶有回轉(zhuǎn)功能的簡易皮帶裝船機，裝船額定能力3 500 t/h，由后方裝載機和皮帶機系統(tǒng)供料。因為裝船機只能回轉(zhuǎn)，不能沿碼頭前沿線方向移動，靈活性稍差，裝船過程中需要移動一次駁船。

4.2 煙臺港可伸縮回轉(zhuǎn)半固定皮帶裝船機

受碼頭限制，為有效利用318#泊位西側(cè)護岸2個8 000 t級鋁土礦臨時轉(zhuǎn)水泊位，結(jié)合現(xiàn)場情況配置兩臺具備伸縮、回轉(zhuǎn)、平倉功能的簡易裝船機。每臺效率1 250 t/h，由后方裝載機和皮帶機系統(tǒng)供料。因為有平倉機構(gòu)，在8 000 t級駁船裝船時無需移船。

4.3 煙臺港西港306泊位可俯仰軌道行走皮帶裝船機

306泊位有門機軌道，后方場地寬闊，裝船機主要用于3萬t以下艙口船和駁船砂石物料裝船。綜合考慮適用性和成本，配置1臺具備俯仰、軌道自行走、可俯仰卸料機構(gòu)的簡易皮帶裝船機，可由自卸車或裝載機供料，效率1 500 t/h。

5 結(jié)語

該型簡易裝船機可廣泛應(yīng)用于駁船和艙口船的礦石、砂石、煤炭、糧食等散貨裝船作業(yè)。結(jié)合不同作業(yè)需求選擇不同配置，用于大型碼頭可降低作業(yè)成本，用于小型碼頭可拓展作業(yè)范圍，有較好的推廣前景。