李科沛

摘 要：近年來，隨著港口干散貨運(yùn)輸需求的增大，傳統(tǒng)的水上過駁作業(yè)方式難以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，故業(yè)主需要一批環(huán)保型過駁工程船。而新造船舶建造周期長，無法滿足業(yè)主迫切需要，故將一艘營運(yùn)中的抓斗起重船改裝為可供裝卸貨物的環(huán)保型過駁工程船。

關(guān)鍵詞：起重船 過駁裝置 卸船機(jī)

1.概況

目前，我國的散貨卸船作業(yè)主要采用傳統(tǒng)的抓斗作業(yè)方式，為間歇式作業(yè)，這種方式存在效率低、成本高、污染嚴(yán)重等問題。隨著我國對于干散貨（水泥和礦粉）需求量的不斷增大，這種間歇式作業(yè)的方式會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞。從長遠(yuǎn)的發(fā)展看，這種落后的作業(yè)方式需要改變。

本文提出在原有起重船甲板上，增加一套新型過駁卸裝船裝置，為?？吭阱^地的50000至76000DWT散貨船與2000至5000DWT散貨船之間執(zhí)行過駁卸裝作業(yè)。由于大型散貨船吃水較深，無法?？繙\水碼頭邊卸貨，于是將大船內(nèi)物料卸裝至2000～5000DWT小型散貨船內(nèi)，進(jìn)行淺水運(yùn)輸工作。要求卸裝船過程要滿足連續(xù)無塵的環(huán)保要求，額定生產(chǎn)能力550m3/h。

2.卸裝船裝置的選型

卸船機(jī)根據(jù)作業(yè)方式主要分為連續(xù)式卸船機(jī)和間歇式卸船機(jī)。間歇式主要機(jī)械為帶斗門座起重機(jī)和抓斗式卸船機(jī)，目前我國散貨卸船作業(yè)仍有很多采用間歇式作業(yè)方式，這種作業(yè)方式具有效率低、污染大、成本高等缺點(diǎn)，從長遠(yuǎn)的發(fā)展看，這種落后的作業(yè)方式需要改變。

連續(xù)式卸船機(jī)主要分為斗輪式、鏈斗式及螺旋式卸船機(jī)。本項(xiàng)目主要選取的是螺旋式卸船機(jī)，較斗輪式和鏈斗式卸船機(jī)，具有使用壽命高的優(yōu)點(diǎn)。較間歇式卸船機(jī)，連續(xù)式卸船機(jī)具有以下特點(diǎn)：

（1）能耗低。以帶斗門座起重機(jī)為例，其單機(jī)能力為500m3/h以下，且存在粉塵外逸，本文的螺旋式卸船機(jī)單機(jī)能力為550m3/h，運(yùn)輸相同重量的散貨時，螺旋式卸船機(jī)的運(yùn)輸時間更短，耗電量更低。

（2）污染小。由于間歇式卸船機(jī)取料裝置為抓斗式，作業(yè)時會造成很大的粉塵外逸，造成環(huán)境、噪聲污染等問題。螺旋式卸船機(jī)取料裝置為螺旋取料器，系統(tǒng)螺旋管為密封管，無粉塵外逸，噪聲小。

（3）對散貨磨損程度低。抓斗式取料裝置容易對散貨造成磨損和破壞。螺旋式取料裝置對貨物磨損程度低。

（4）自動化程度高。螺旋式卸船機(jī)操作方便，大大減小了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。

3.過駁卸裝船裝置的工作原理

本項(xiàng)目在原有抓斗起重船的基礎(chǔ)上，增加一套環(huán)保型裝卸船機(jī)過駁系統(tǒng)，該系統(tǒng)由卸船機(jī)、裝船機(jī)及中間空氣斜槽三部分組成。卸船機(jī)由取料器及取料螺旋、自由關(guān)節(jié)螺旋、垂直螺旋、水平螺旋、回轉(zhuǎn)臺、立柱及水平梁組成?？諝庑辈塾尚辈劢Y(jié)構(gòu)及除塵系統(tǒng)組成。裝船機(jī)由前水平螺旋、后水平螺旋、出料器、回轉(zhuǎn)臺及立柱組成。大型散貨船內(nèi)的散裝物料經(jīng)取料器、垂直螺旋運(yùn)輸至高處的水平螺旋上，水平螺旋的高度需保證取料器能在50000至76000DWT散貨船的貨艙內(nèi)到達(dá)任意位置進(jìn)行取料，物料經(jīng)空氣斜槽、裝船機(jī)前水平螺旋、后水平螺旋、出料器落到小型散貨船內(nèi)。

4.過駁起重船的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本項(xiàng)目的環(huán)保型過駁起重船，在原16t抓斗起重船的基礎(chǔ)上加裝一套過駁卸裝船裝置，使該船可在碼頭邊或在內(nèi)河海域進(jìn)行散裝貨物的過駁作業(yè)。對于本船改裝設(shè)計(jì)主要考慮以下問題：

（1）布置要求

原有的起重裝置為全回轉(zhuǎn)起重機(jī)，加裝的卸裝船裝置為回轉(zhuǎn)式螺旋機(jī)，這需要充分利用空間，保證起重機(jī)與卸裝船機(jī)的回轉(zhuǎn)空間不相沖突。

（2）穩(wěn)性要求

原起重船主尺度為：

船長 40.5m 型寬 21.0m

型深 3.50m 吃水 2.0m

起重船空船重量約為1003t，重心距基線約為6m。改裝增加的卸船機(jī)系統(tǒng)重量約為205t，裝船機(jī)系統(tǒng)重量約為50t，整體重心高距甲板約14m。由于原起重船重心較高，增加的過駁卸裝船裝置整體重心較高，這對于船體穩(wěn)性的要求會很高。

（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求

由于卸船機(jī)需要伸出距離甲板舷側(cè)15.5m處進(jìn)行取料，卸船機(jī)垂直機(jī)距立柱中心20m，垂直機(jī)與水平梁自身重量會給卸船機(jī)系統(tǒng)帶來很大的彎矩，水平梁、卸船機(jī)立柱及立柱與船體連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求會很高。

5.過駁起重船的設(shè)計(jì)方案

考慮上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提出以下設(shè)計(jì)方案：

（1）本船起重機(jī)與卸船機(jī)不共同作業(yè)，卸裝船機(jī)在非作業(yè)狀態(tài)可旋轉(zhuǎn)至船首方向固定，卸裝船機(jī)作業(yè)狀態(tài)時，水平梁旋轉(zhuǎn)至船寬方向，圖1為本船總布置圖。

（2）由于卸裝船裝置重心較高，改裝后按《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》對起重船的要求，由武漢規(guī)范所的開發(fā)軟件“船舶靜力學(xué)計(jì)算及穩(wěn)性衡準(zhǔn)系統(tǒng)”對本船進(jìn)行裝載計(jì)算，穩(wěn)性不滿足法規(guī)要求。提出以下解決方案：在船底增加50t固體壓載，降低整船重心。固體壓載采用25kg的鑄鐵組成，置于裝船機(jī)處的船底艙室內(nèi)，固體壓載應(yīng)盡可能靠近船底。圖2為固體壓載布置方式。

（3）為解決卸裝船裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題，本項(xiàng)目要求對本船的水平梁、卸船機(jī)立柱與船體連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核。在水平梁相對立柱的另一端配置重78t的配重球，用于抵消部分垂直機(jī)和水平梁重量帶來的彎矩。對立柱與船體連接結(jié)構(gòu)，用MSC Patran建立模型，Nastran計(jì)算并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。圖3為極端作業(yè)受力模型，圖3為立柱及船體連接結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖。水平梁結(jié)構(gòu)利用有限元軟件ABAQUS建模與計(jì)算，圖4為水平梁應(yīng)力云圖。

6.結(jié)語

本船經(jīng)改裝后作業(yè)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)抓斗起重和連續(xù)卸裝散貨兩種作業(yè)方式，自動化程度高，很大程度上減小了間歇式作業(yè)的成本，且維護(hù)簡單，高效節(jié)能，適應(yīng)未來逐漸嚴(yán)格的環(huán)保要求。相信在未來的過駁作業(yè)中，本船能夠充分發(fā)揮優(yōu)勢，為船東和業(yè)主創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。