徐樂藝

（浙江浙能港口運(yùn)營(yíng)管理有限公司，浙江舟山　316131）

某煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程卸船機(jī)設(shè)備選型分析

徐樂藝

（浙江浙能港口運(yùn)營(yíng)管理有限公司，浙江舟山316131）

某煤炭中轉(zhuǎn)碼頭是專業(yè)的外海煤炭轉(zhuǎn)內(nèi)河運(yùn)輸?shù)闹修D(zhuǎn)碼頭，設(shè)計(jì)年吞吐量為3000萬t，外海接卸與內(nèi)河出運(yùn)各1500萬t。介紹了其卸船機(jī)設(shè)備選型的過程與方法。在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)邊界條件下，通過對(duì)不同機(jī)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的比選研究，選定了合理機(jī)型并確定了主要參數(shù)，可為類似項(xiàng)目提供參考。

煤炭碼頭；中轉(zhuǎn)碼頭；卸船機(jī)；選型分析

1　工程概況

某煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程位于杭州灣北岸的嘉興港獨(dú)山港區(qū)，工程建設(shè)3個(gè)3.5萬t級(jí)外海卸煤泊位以及18個(gè)500t級(jí)內(nèi)河裝船和待裝泊位，設(shè)計(jì)年吞吐量為3000萬t。該工程為典型的海河聯(lián)運(yùn)專業(yè)化煤炭中轉(zhuǎn)碼頭，工藝系統(tǒng)設(shè)備配置為5×1600t/h卸船機(jī)，6×3200t/h堆取料機(jī)，6×1300t/h裝船機(jī)，35條額定出力分別為3200，2400，1300t/h皮帶機(jī)以及相應(yīng)的配套設(shè)施。

卸船機(jī)是整個(gè)輸煤工藝系統(tǒng)的起點(diǎn)，也是主要的大型關(guān)鍵設(shè)備，其選型的先進(jìn)性、合理性，整體設(shè)備的可靠性以及運(yùn)行維護(hù)的方便性，對(duì)完成卸載任務(wù)、實(shí)現(xiàn)整個(gè)碼頭工程的設(shè)計(jì)接卸能力具有至關(guān)重要的影響。

2　橋式抓斗卸船機(jī)的機(jī)型結(jié)構(gòu)和比選

目前，國(guó)內(nèi)大型專業(yè)散貨碼頭均采用橋式抓斗卸船機(jī)（以下簡(jiǎn)稱橋機(jī)），雖然個(gè)別也選用鏈斗式卸船機(jī)［1］（以下簡(jiǎn)稱鏈斗機(jī)）參配，但沒有形成主流，主要原因是鏈斗機(jī)對(duì)煤種適應(yīng)性較差，特別是當(dāng)煤種塊度大、雜物多和含水率高時(shí)，生產(chǎn)率不及橋機(jī)。另外，鏈斗機(jī)的制造成本、價(jià)格均較高，維修成本也偏高，而對(duì)船型的適應(yīng)性、操作的方便性也比橋機(jī)差，極大地制約了客戶的選用。對(duì)于泊位噸級(jí)較小的碼頭，也有使用門式抓斗卸船機(jī)（以下簡(jiǎn)稱門機(jī)）的。

橋機(jī)具有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)煤種、船型大小都有很好的適應(yīng)性，是煤炭中轉(zhuǎn)碼頭的主流機(jī)型，其他機(jī)型都較難兼顧。

2.1主體結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)橋機(jī)是小車牽引式［2］的，一般由起升/開閉機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、大車行走機(jī)構(gòu)、落料回收裝置、臂架掛鉤與金屬結(jié)構(gòu)、電氣與控制系統(tǒng)設(shè)備等構(gòu)成。作業(yè)時(shí)抓斗從船艙內(nèi)抓取物料提升至料斗上方放料，物料經(jīng)振動(dòng)給料器送至下方碼頭帶式輸送機(jī)系統(tǒng)。

橋機(jī)的技術(shù)進(jìn)步主要體現(xiàn)在小車結(jié)構(gòu)形式上。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的設(shè)計(jì)者逐步將小車結(jié)構(gòu)由主副小車式推進(jìn)到機(jī)械差動(dòng)式和電氣差動(dòng)式，克服了傳統(tǒng)機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繩耗量大、后續(xù)運(yùn)營(yíng)成本高等缺點(diǎn)，將橋機(jī)技術(shù)推升到了一個(gè)新的高度，并形成了不同機(jī)型。

2.2機(jī)型分類及比選

小車結(jié)構(gòu)對(duì)橋機(jī)的整機(jī)技術(shù)性能有十分重要的影響，按其形式的不同主要有主副小車式、機(jī)械差動(dòng)式和電氣差動(dòng)式3類，其核心是驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)及鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的不同［3］。

2.2.1主副小車式

主副小車式即傳統(tǒng)的小車牽引式，構(gòu)造特點(diǎn)是卸船機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、閉合機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)分別為3套獨(dú)立的機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，都有單獨(dú)的鋼絲繩系統(tǒng)，可以單動(dòng)或聯(lián)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)抓斗的各種作業(yè)動(dòng)作。

該型機(jī)的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)復(fù)雜，用繩量大，滑輪數(shù)量多，彎曲多，容易磨損，采用主副小車各1臺(tái)，后大梁需加長(zhǎng)，整機(jī)設(shè)備加重，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。結(jié)構(gòu)及制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，但整套系統(tǒng)的布置空間要求大，換繩工作量大，是最早應(yīng)用的橋機(jī)形式之一［4］。

2.2.2機(jī)械差動(dòng)式

機(jī)械差動(dòng)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是起升電機(jī)、閉合電機(jī)與小車行走電機(jī)通過2臺(tái)特殊設(shè)計(jì)的行星減速器組合裝配，用來驅(qū)動(dòng)4個(gè)卷筒。同側(cè)的2個(gè)卷筒分別繞出2根鋼絲繩分別繞過橋架頭部和尾部的改向滑輪繞向抓斗小車，再通過抓斗小車上的改向滑輪固定在抓斗上。抓斗起升、閉合、小車行走所有功能都通過這4個(gè)卷筒來實(shí)現(xiàn)，通過2臺(tái)行星減速器內(nèi)圈、外圈的差動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作組合，如圖2所示。

圖1　主副小車式纏繞系統(tǒng)

圖2　機(jī)械差動(dòng)式纏繞系統(tǒng)

機(jī)械差動(dòng)式小車系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是只有1個(gè)抓斗小車，4個(gè)卷筒，4根鋼絲繩，纏繞系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，相應(yīng)鋼絲繩用量少，磨損少，需要的滑輪也少，結(jié)構(gòu)非常緊湊，整機(jī)自重減輕；缺點(diǎn)是差動(dòng)減速器的通用性較差。近年來因?qū)I(yè)制造廠技術(shù)提升及裝備能力的高端化，加工精度及運(yùn)行的可靠性已與普通減速器無異，形體更加小型化，布局更加合理。

2.2.3電氣差動(dòng)式

電氣差動(dòng)式是在機(jī)械差動(dòng)四卷筒牽引小車的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的電氣調(diào)控技術(shù)研發(fā)的新一代四卷筒牽引小車卸船機(jī)，是目前卸船機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。

其設(shè)有4臺(tái)完全獨(dú)立且相同的卷筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每套機(jī)構(gòu)都由交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)卷筒卷繞1根鋼絲繩。2根鋼絲繩向前通過前大梁端部的滑輪繞到抓斗小車，另外2根繩通過后大梁端部的滑輪繞到抓斗小車，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　電氣差動(dòng)式纏繞系統(tǒng)

與機(jī)械差動(dòng)式相比，其機(jī)構(gòu)更少，腿壓更??；鋼絲繩纏繞簡(jiǎn)單并沒有交叉，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的通用性強(qiáng)；空間布置更加靈活、機(jī)動(dòng)。缺點(diǎn)是電差動(dòng)的電氣控制系統(tǒng)特別復(fù)雜，須采用專門的電控技術(shù)來優(yōu)化4個(gè)卷筒機(jī)構(gòu)的同步和負(fù)載均衡，增加了故障發(fā)生率。目前，該技術(shù)還處在國(guó)外公司的專利保護(hù)期，沒有開放性；總體而言，其價(jià)格高昂，性價(jià)比沒有優(yōu)勢(shì)，后續(xù)的電控維護(hù)比較復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)很少采用［5-6］。

2.3三大機(jī)型的自重、能耗和投資對(duì)比

經(jīng)設(shè)計(jì)咨詢及與國(guó)內(nèi)主力制造廠——上海振華、大連大重、華電重工的技術(shù)交流，三大機(jī)型的基建投資及后續(xù)生產(chǎn)對(duì)比見表1。

表1　三大機(jī)型基建與生產(chǎn)比對(duì)

由表1可知，就生產(chǎn)維護(hù)、能耗水平及基建投資等綜合性能來看，機(jī)械差動(dòng)式具有較大的優(yōu)越性。

2.4國(guó)內(nèi)使用情況

為了進(jìn)行橫向比選，技術(shù)人員也調(diào)研了近年國(guó)內(nèi)幾個(gè)大型散貨碼頭的選型使用和訂貨情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2　國(guó)內(nèi)部分大型碼頭橋機(jī)小車選型統(tǒng)計(jì)

從表2可以看到，機(jī)械差動(dòng)式國(guó)內(nèi)用戶眾多，累積的生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也相當(dāng)豐富，可為投產(chǎn)以后提供較強(qiáng)的穩(wěn)定運(yùn)行保障。

2.5比選結(jié)論

通過以上結(jié)構(gòu)分析及國(guó)內(nèi)用戶調(diào)研，機(jī)械差動(dòng)式既克服了主副小車式整機(jī)偏重、繩耗高［7］、維護(hù)量大的缺點(diǎn)［8］，又避免了電差動(dòng)設(shè)計(jì)制造成本高、電控運(yùn)行故障多、投資偏大的不利因素，優(yōu)點(diǎn)較多，主要體現(xiàn)在：國(guó)內(nèi)制造廠商的制造技術(shù)相當(dāng)成熟，國(guó)內(nèi)巨大的保有量累積了相當(dāng)豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)維護(hù)方便，作業(yè)效率高；性價(jià)比合理，碼頭和設(shè)備的總體基建投資降低。故本項(xiàng)目選擇該型橋機(jī)是合適的。

3　實(shí)施

3.1主要技術(shù)參數(shù)的確定［9］

主要技術(shù)參數(shù)有額定卸煤能力以及抓斗作業(yè)起升高度、軌距、基距等，主要依據(jù)本工程的設(shè)計(jì)船型、卸煤系統(tǒng)工藝和接卸能力等邊界條件要求進(jìn)行核算確定。

3.1.1計(jì)算的主要邊界條件

（1）水工條件與設(shè)計(jì)船型。外海卸煤碼頭前沿線布置在水深13.6～14.9m處，3個(gè)3.5萬t級(jí)卸船泊位總長(zhǎng)度為694m，碼頭平臺(tái)尺寸為661m×30m（長(zhǎng)×寬），平臺(tái)北側(cè)33m處設(shè)置1個(gè)系纜墩，卸船泊位采用平臺(tái)加系纜墩形式，可兼顧1個(gè)5.0萬t級(jí)和2個(gè)3.5萬t級(jí)船舶同時(shí)靠泊作業(yè)。

考慮到本項(xiàng)目所處外海航道和潮差的變化情況，具有停泊作業(yè)條件的海船型主要為3.5萬t級(jí)，兼顧2.0萬t～5.0萬t級(jí)的船型，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表3。

（2）外海碼頭接卸工藝。設(shè)計(jì)的外海卸船工藝為3個(gè)3.5萬t級(jí)泊位，配置5臺(tái)橋機(jī)，遠(yuǎn)期預(yù)留1臺(tái)，碼頭采用3路皮帶機(jī)接卸，其中2臺(tái)機(jī)在1個(gè)泊位對(duì)應(yīng)1路皮帶機(jī)，帶寬b=1800mm，帶速v=3.5 m/s。

（3）外海碼頭接卸工程量。設(shè)計(jì)年外海碼頭接卸能力必須大于1500萬t。

3.1.2橋機(jī)額定能力計(jì)算

根據(jù)JTJ211—1999《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》［10］，外海卸煤泊位通過能力P按下式計(jì)算：

式中：T為年日歷天數(shù)，365d；G為船舶平均載貨量，取30000t；tz為每艘船純作業(yè)時(shí)間，tz=G/p，p為設(shè)計(jì)船時(shí)效率，t/h；td為晝夜小時(shí)數(shù)，24h；Σt為晝夜非作業(yè)時(shí)間，4h；tf為卸一艘船輔助作業(yè)時(shí)間，6h；ρ為泊位利用率，0.65。

設(shè)計(jì)船時(shí)效率即為卸船機(jī)的額定出力，根據(jù)設(shè)計(jì)工藝條件，在選1500t/h或1600t/h的2種情況下，年通過能力分別為1454萬t和1532萬t，后者1532萬t＞1500萬t，滿足設(shè)計(jì)要求的年接卸量。

故根據(jù)外海碼頭泊位、設(shè)計(jì)船型和接卸量等設(shè)計(jì)邊界條件，并通過計(jì)算，確定了5臺(tái)機(jī)械差動(dòng)式橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：額定出力，1600t/h；抓斗最大外伸距，≥30m（自海側(cè)軌道中心起計(jì)）；軌面以下起升高度，約21m；軌距，24m；基距，約18m。

3.2采購(gòu)

工程技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算確定的主要技術(shù)參數(shù)并完善補(bǔ)充，編制了商務(wù)采購(gòu)的技術(shù)規(guī)范書。經(jīng)招投標(biāo)，該項(xiàng)目卸船機(jī)最終由華電重工中標(biāo)，并負(fù)責(zé)落實(shí)后續(xù)的細(xì)化設(shè)計(jì)、制造、安裝與調(diào)試驗(yàn)收工作。

表3　船型參數(shù)

4　結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)大型散貨碼頭卸船機(jī)的設(shè)備選型，主要是小車結(jié)構(gòu)形式的選擇。本文通過對(duì)某項(xiàng)目卸船機(jī)這一工程實(shí)例，提出了選型分析的方法，并根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)合項(xiàng)目邊界條件，計(jì)算確定了設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)。這對(duì)以后類似項(xiàng)目的工程建設(shè)，具有一定的參考價(jià)值。

［1］林星銘.港口散貨卸船機(jī)選型要點(diǎn)［D］.上海：上海交通大學(xué)，2007：18-19.

［2］呂新民，曹愛國(guó).牽引小車式抓斗卸船機(jī)的發(fā)展及性能分析［J］.港口裝卸，2001（4）：8-12.

［3］胡延年.橋式抓斗卸船機(jī)3種主要形式的比較［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2011（6）：51-54.

［4］黃志勇.火力發(fā)電廠橋式抓斗卸船機(jī)缺陷分析及改進(jìn)措施［J］.港口裝卸，2012（1）：11-14.

［5］張展.卸船機(jī)用差動(dòng)行星齒輪減速器［J］.礦山機(jī)械，1997（6）：34-36.

［6］鐘尚文.港口機(jī)械橋式抓斗卸船機(jī)的探討［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（1）：29-30.

［7］申小強(qiáng)，高飛，郭東，等.四卷筒行星差動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全性及換繩方法分析［J］.港口裝卸，2011（6）：7-9.

［8］梁海濤.橋式卸船機(jī)的常見故障及改進(jìn)措施［J］.工業(yè)設(shè)計(jì)，2011（7）：176.

［9］王亞武.橋式抓斗卸船機(jī)選型要點(diǎn)［J］.港口裝卸，2011（6）：12-13.

［10］海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范：JTJ211—1999［S］.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TH2

B

1674-1951（2016）09-0033-03

2016-07-07；

2016-08-10

徐樂藝（1969—），男，浙江嘉興人，工程師，從事港口碼頭散貨輸送系統(tǒng)大型專業(yè)設(shè)備等的技術(shù)管理工作（E-mail：xly_911@163.com）。