超齡服役港口設(shè)備無損搬遷及現(xiàn)代化升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)研究

謝文寧 張水良 李瀟峰 樊 攀

中交機(jī)電工程局有限公司

1 引言

國內(nèi)部分已建港口，由于多方面原因面臨搬遷，但超齡服役大型港口機(jī)械設(shè)備大規(guī)模搬遷，國內(nèi)外均少有成功實(shí)施的先例，且實(shí)施過程中面臨超齡服役設(shè)備搬遷難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、機(jī)型種類多、圖紙缺失、新舊材料焊接、設(shè)備單機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)及無人化改造等諸多難題。以日照港石臼港區(qū)東煤南移工程為例，總結(jié)了超齡服役大型港口設(shè)備無損搬遷及現(xiàn)代化升級(jí)最核心的施工方法技術(shù)，可為其他港口實(shí)施類似設(shè)備搬遷及現(xiàn)代化升級(jí)改造提供借鑒。

日照港石臼港區(qū)東煤南移工程將南作業(yè)區(qū)5#～7#泊位改造為專業(yè)化煤炭泊位，分別為2個(gè)5萬t級(jí)泊和1個(gè)10萬t級(jí)泊位，設(shè)計(jì)年吞吐量出口煤炭一期2 500萬t，二期達(dá)到4 000萬t。鐵路設(shè)計(jì)為萬噸列進(jìn)翻車機(jī)卸車場(chǎng)，5 000 t空車線排出，到港車型為C60、C70、C80E、C96通用車型，卸車線輸送能力3 600 t/h，裝船線輸送能力6 000 t/h。設(shè)備搬遷改造工程包括5臺(tái)堆料機(jī)(S1-S5)、9臺(tái)取料機(jī)(R1-R9)、1臺(tái)堆取料機(jī)(SR10)共計(jì)15臺(tái)設(shè)備的搬遷，其中5臺(tái)堆料機(jī)(S1-S5)、8臺(tái)取料機(jī)(R1R4/R5/R7-R9)，搬遷升級(jí)設(shè)備涉及80、90、00三個(gè)年代8種不同機(jī)型。

2 超齡服役大型港口設(shè)備無損搬遷關(guān)鍵技術(shù)

2.1 超齡服役堆料機(jī)無損搬遷工法

超齡服役堆料機(jī)無損拆卸場(chǎng)地平面布置見圖1。

圖1 超齡服役堆料機(jī)無損拆卸場(chǎng)地平面布置圖

堆料機(jī)無損拆卸具體步驟如下：

(1)將堆料機(jī)行駛到拆卸點(diǎn)，臂架旋轉(zhuǎn)至與堆料機(jī)運(yùn)行軌道方向一致位置。

(2)吊裝1套懸臂臨時(shí)支撐鋼支架至懸臂架下方，墊實(shí)，并在懸臂左右兩側(cè)分別使用4根鋼質(zhì)纜風(fēng)繩(?10 mm)加6 t配重砝碼固定。

(3)切斷堆料機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，拆除電纜及橋架、潤滑管路等。

(4)斷開地面帶式輸送機(jī)與尾車間膠帶。

(5)斷開堆料機(jī)尾車與門座架之間的連接拉桿，將尾車與主機(jī)脫開。

(6)采用防風(fēng)錨固、臨時(shí)車檔、手拉葫蘆等措施錨固臺(tái)車及上回轉(zhuǎn)裝置。

(7)按照?qǐng)D2所示拆卸工藝流程實(shí)施堆料機(jī)拆卸。

圖2 超齡服役堆料機(jī)無損拆卸工藝流程圖

2.2 超齡服役取料機(jī)無損搬遷工法

超齡服役取料機(jī)無損拆卸場(chǎng)地平面布置見圖3。

圖3 超齡服役取料機(jī)無損拆卸場(chǎng)地平面布置圖

取料機(jī)無損拆卸具體步驟如下：

(1)將取料機(jī)行駛到拆卸點(diǎn)，臂架旋轉(zhuǎn)至與取料機(jī)運(yùn)行軌道方向呈70°位置。

(2)吊裝2套懸臂臨時(shí)撐鋼支架至懸臂架下方，墊實(shí)，并在懸臂左右兩側(cè)分別使用4根鋼質(zhì)纜風(fēng)繩(?10 mm)加6 t配重砝碼固定。

(3)切斷取料機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，拆除電纜及橋架、潤滑管路等。

(4)采用防風(fēng)錨固、臨時(shí)車檔、手拉葫蘆等措施錨固臺(tái)車及上回轉(zhuǎn)裝置。

(5)按照?qǐng)D4所示拆卸工藝流程實(shí)施取料機(jī)拆卸。

圖4 超齡服役取料機(jī)無損拆卸工藝流程圖

3 超齡服役大型港口機(jī)械現(xiàn)代化升級(jí)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)超齡服役堆、取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，初步分析發(fā)生故障缺陷的部位，選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位，對(duì)故障缺陷的成因進(jìn)行檢測(cè)并分析受力狀態(tài)，根據(jù)分析結(jié)果，制定缺陷維修方案。

超齡服役堆取料機(jī)改造涉及新舊材料焊接，而多數(shù)設(shè)備為20世紀(jì)80年代初產(chǎn)品，其鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)與目前材料材質(zhì)差異較大，但為成功實(shí)施本工程，必須保證新舊材料焊接質(zhì)量。對(duì)新舊母材成分取樣、檢測(cè)，制定焊接工藝方案，對(duì)缺陷部位進(jìn)行焊接修復(fù)施工。由于超齡服役設(shè)備存在應(yīng)力應(yīng)變?cè)龃?、鋼結(jié)構(gòu)變形、板材銹蝕變薄、進(jìn)口材料與國產(chǎn)材料材質(zhì)不同等因素，對(duì)其建立模型不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況，開展有限元分析存在困難[1]。國內(nèi)外目前針對(duì)堆料機(jī)、取料機(jī)的有限元分析及結(jié)構(gòu)加固，基本是對(duì)近年相同材質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，還未有對(duì)超齡服役堆料機(jī)、取料機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障分析及搬遷改造先例，對(duì)此方面的研究尚處于空白階段。

3.2 堆、取料機(jī)無人化實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)

超齡服役堆、取料機(jī)存在機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為力矩電機(jī)、俯仰機(jī)構(gòu)為鋼絲繩卷揚(yáng)機(jī)形式、控制系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)、回轉(zhuǎn)直流電機(jī)技術(shù)落后等問題，實(shí)現(xiàn)無人化需首先進(jìn)行相應(yīng)機(jī)械及電氣改造。

3.2.1 總體方案

總體方案包括：1套數(shù)字化堆場(chǎng)管理系統(tǒng)，1套自動(dòng)堆取料監(jiān)控系統(tǒng)[2](每臺(tái)堆料機(jī)配置2套料位雷達(dá)、2套毫米波雷達(dá)、1套北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，每臺(tái)取料機(jī)配置5套料位雷達(dá)、4套毫米波雷達(dá)、1套北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng))。

3.2.2 數(shù)字化堆場(chǎng)管理系統(tǒng)

通過接入堆取料機(jī)料位雷達(dá)和毫米波雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)，在后臺(tái)服務(wù)器上擬合出現(xiàn)場(chǎng)垛堆的三維模型。同時(shí)，根據(jù)堆取料機(jī)實(shí)時(shí)堆取作業(yè)量變化，更新后臺(tái)數(shù)據(jù)，在中控室生成現(xiàn)場(chǎng)垛堆的完整三維模型，并對(duì)堆場(chǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控和管理，可實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供的垛堆基本信息，如垛位信息、煤種、貨主、裝卸計(jì)劃等信息。

3.2.3 自動(dòng)堆取料監(jiān)控系統(tǒng)

堆取料機(jī)在大機(jī)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、料位雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的指導(dǎo)下，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堆垛和半自動(dòng)取料作業(yè)，作業(yè)過程需要人工干預(yù)以提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

3.3 堆、取料機(jī)智能潤滑系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

每臺(tái)堆取料機(jī)按照上下部區(qū)域劃分安裝2套獨(dú)立的智能潤滑系統(tǒng)，所有潤滑點(diǎn)均納入智能潤滑系統(tǒng)中。智能潤滑控制系統(tǒng)自動(dòng)記錄打油和故障情況，電控箱含觸屏工控電腦，可在觸摸屏上設(shè)置、操作，每一潤滑支路的打油量和打油周期均可任意設(shè)定，同時(shí)可在電控箱就地操作實(shí)現(xiàn)手動(dòng)打油。各潤滑泵站獨(dú)立工作，互不影響，泵站附帶多個(gè)電磁閥模組，電磁閥模組出來的油脂經(jīng)過遞進(jìn)式分配器等量或按比例分配后，再輸送到各潤滑點(diǎn)。所有分配器均裝有動(dòng)作監(jiān)測(cè)開關(guān)，主管路發(fā)生漏油，或者任何一個(gè)潤滑點(diǎn)發(fā)生堵塞，潤滑系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.4 堆、取料機(jī)智能灑水抑塵系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

智能灑水抑塵系統(tǒng)由上水裝置、不銹鋼水箱、空壓機(jī)、加壓水泵、管道、手動(dòng)閥、電磁閥、過濾器、單向閥、自動(dòng)泄水閥、壓力表、流量計(jì)、水位計(jì)、水箱電加熱和保溫系統(tǒng)、噴嘴組等組成[3]。灑水抑塵控制系統(tǒng)設(shè)置在司機(jī)室，并在水泵側(cè)設(shè)水泵啟動(dòng)、停止按鈕及指示燈。司機(jī)可根據(jù)物料含水量、氣候條件及揚(yáng)塵情況控制灑水量，以滿足環(huán)保要求。灑水抑塵系統(tǒng)由地面上水栓供水，機(jī)上除塵噴嘴用水既可直接從地面供水，也可用機(jī)上增壓水泵從水箱供水，設(shè)置相應(yīng)的切換閥門，司機(jī)可根據(jù)實(shí)際情況不定期地連接給水箱供水。

4 結(jié)語

該超齡服役大型港口設(shè)備無損搬遷工法通用性、可行性強(qiáng)；堆取料機(jī)進(jìn)行單機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)代化升級(jí)、無人化改造后運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠。采用此方案可延長超齡服役大型港口設(shè)備的使用壽命，節(jié)省建設(shè)資金投入，符合國家智慧港口建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略。