一種適用于小噸位駁船和艙口船的新型散貨裝船機(jī)

于新國(guó) 李慶凱

煙臺(tái)港股份有限公司

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，沿海港口及內(nèi)河航運(yùn)也隨之興旺，再加上國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)和民生保障方面的強(qiáng)力推進(jìn)，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(guó)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(guó)內(nèi)各港口對(duì)于此類船舶裝船，多采用大型門機(jī)、裝船機(jī)、簡(jiǎn)易皮帶機(jī)，甚至自卸車上船的方式。大型門機(jī)、裝船機(jī)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(dǎo)致的效率較低問題[2]。皮帶機(jī)、自卸車裝船工藝主要見于各類小型碼頭和簡(jiǎn)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(jì)了一種具有廣泛適用性的簡(jiǎn)易裝船機(jī)，避免以上問題。

2 基本構(gòu)型

新設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易裝船機(jī)主要由上料機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)組成(見圖1)。

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

裝船機(jī)總長(zhǎng)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(jī)卸料，頭部擺動(dòng)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(shí)，頭部俯仰段可以前門架鉸接點(diǎn)為圓心將角度由15°變至80°。輸送機(jī)構(gòu)功率90 kW，采用中部驅(qū)動(dòng)，中部液壓張緊。裝船機(jī)采用380 V、50 Hz電源，采用磁滯式電纜卷筒或可自動(dòng)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(jī)技術(shù)參數(shù)表

2.1 上料機(jī)構(gòu)

裝船機(jī)上料機(jī)構(gòu)主要由自卸車卸車平臺(tái)、料斗、裝載機(jī)卸料擋板組成。

自卸車可通過卸車平臺(tái)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(tái)非工作狀態(tài)時(shí)由底部油缸撐起，并翻轉(zhuǎn)80°，滿足設(shè)備整體移動(dòng)要求(見圖3)。尾部料斗后附2個(gè)液壓缸，工作狀態(tài)時(shí)液壓缸落至地面，將物料對(duì)設(shè)備架體的沖擊傳至地面。平臺(tái)與設(shè)備連接鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)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(tái)工作狀態(tài)圖

圖3 卸車平臺(tái)非工作狀態(tài)圖

裝載機(jī)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(shí)適應(yīng)裝載機(jī)卸料高度。

裝船機(jī)尾部設(shè)置液壓缸支腿，在卸車時(shí)液壓缸伸長(zhǎng)，撐在地面上分擔(dān)設(shè)備尾部懸挑段重及卸車時(shí)物料對(duì)設(shè)備沖擊。

裝船機(jī)也可采用尾部漏斗外接皮帶機(jī)系統(tǒng)供料方式，實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化作業(yè)。

2.2 輸送機(jī)構(gòu)

對(duì)于大部分物料，裝船機(jī)輸送機(jī)構(gòu)宜采用簡(jiǎn)單易維護(hù)的膠帶式輸送，帶寬1.8 m。驅(qū)動(dòng)滾筒布置在裝船機(jī)中間位置，方便檢修維護(hù)，選用90 kW三相電機(jī)。

為緩解裝船機(jī)尾部沖擊，輸送機(jī)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(zhǎng)時(shí)間摩擦發(fā)熱，同時(shí)增強(qiáng)受料抗沖擊能力。

圖4 復(fù)合緩沖床斷面圖

在輸送機(jī)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(jìn)入，方便對(duì)效率進(jìn)行調(diào)節(jié)。凹弧段中點(diǎn)設(shè)置壓帶輪，防止沒貨時(shí)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(jī)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(hù)罩寬度加大，在皮帶嚴(yán)重跑偏前，不至于刮傷皮帶。

2.3 卸料機(jī)構(gòu)

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

1.擺動(dòng)電機(jī) 2.頭部漏斗 3.擺動(dòng)溜槽圖6 擺動(dòng)溜槽示意圖

2.4 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)采用軌道式，輪徑600 mm。采用電機(jī)、制動(dòng)器、減速機(jī)、開式齒輪傳動(dòng)型式，方便檢修維護(hù)。為保證輪壓平衡，輪系間采用平衡梁結(jié)構(gòu)，并在行走機(jī)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(jī) 3.制動(dòng)器 4.減速機(jī) 5.行走輪 6.平衡梁圖7 行走機(jī)構(gòu)圖

2.5 俯仰機(jī)構(gòu)

俯仰機(jī)構(gòu)主要用于避讓船只和艙口板。原理是卷揚(yáng)機(jī)通過門架頂部的定滑輪組和俯仰桁架的動(dòng)滑輪組配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝船機(jī)前半部分角度的改變，卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)改變俯仰段角度，上部設(shè)置滾筒，進(jìn)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(jī)構(gòu)工作時(shí)設(shè)備為空載狀態(tài)。

圖8 俯仰機(jī)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(zhǎng)、不同船寬作業(yè)，擴(kuò)大裝船機(jī)的適用性，可在原有機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上選配其他機(jī)構(gòu)或更改原有機(jī)構(gòu)配置。

3.1 伸縮機(jī)構(gòu)

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

3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

因有些碼頭空間小或不具備軌道梁施工條件，為實(shí)現(xiàn)不移船裝船功能，必須使裝船機(jī)能夠移動(dòng)或擺動(dòng)，為此可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況給裝船機(jī)配置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。裝船機(jī)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(jī)行走輪采用雙排輪胎沿弧線行走，機(jī)身繞回轉(zhuǎn)支承擺動(dòng)，可結(jié)合伸縮機(jī)構(gòu)和平倉(cāng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同艙口裝船功能。

3.3 輪胎式行走機(jī)構(gòu)

對(duì)于較大艙口船裝船，簡(jiǎn)易的伸縮機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)。

裝船機(jī)輪胎式行走機(jī)構(gòu)采用實(shí)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(dòng)行走功能。由具備同步功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，行走速度大約20 m/min。設(shè)置自動(dòng)頂升裝置，使行走機(jī)構(gòu)的輪胎可實(shí)現(xiàn)90°自動(dòng)回轉(zhuǎn)(見圖9)，實(shí)現(xiàn)裝船機(jī)前后左右的移動(dòng)，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(jī)構(gòu) 5.平衡梁 6.支架 7.行走電機(jī)圖9 輪胎式行走機(jī)構(gòu)圖

3.4 平倉(cāng)機(jī)構(gòu)

為進(jìn)一步擴(kuò)大裝船機(jī)平倉(cāng)能力，可在裝船機(jī)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(zhǎng)度，能夠很大程度上控制裝載散料產(chǎn)生的揚(yáng)塵。同時(shí)，溜筒底部設(shè)置拋料板和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)物料下落時(shí)，通過控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)來調(diào)整落料的高度和位置，起到平倉(cāng)的作用(見圖10)。

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

4 實(shí)際應(yīng)用效果

4.1 國(guó)外某碼頭可回轉(zhuǎn)半固定皮帶裝船機(jī)

受河道水深條件限制，該碼頭鋁礬土出運(yùn)需通過8 000 t駁船在港口裝船，運(yùn)輸?shù)酵夂：螅ㄟ^浮吊或過駁平臺(tái)過駁到20萬t大船上?？紤]到建設(shè)成本和維護(hù)成本，最終在碼頭配置1臺(tái)帶有回轉(zhuǎn)功能的簡(jiǎn)易皮帶裝船機(jī)，裝船額定能力3 500 t/h，由后方裝載機(jī)和皮帶機(jī)系統(tǒng)供料。因?yàn)檠b船機(jī)只能回轉(zhuǎn)，不能沿碼頭前沿線方向移動(dòng)，靈活性稍差，裝船過程中需要移動(dòng)一次駁船。

4.2 煙臺(tái)港可伸縮回轉(zhuǎn)半固定皮帶裝船機(jī)

受碼頭限制，為有效利用318#泊位西側(cè)護(hù)岸2個(gè)8 000 t級(jí)鋁土礦臨時(shí)轉(zhuǎn)水泊位，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況配置兩臺(tái)具備伸縮、回轉(zhuǎn)、平倉(cāng)功能的簡(jiǎn)易裝船機(jī)。每臺(tái)效率1 250 t/h，由后方裝載機(jī)和皮帶機(jī)系統(tǒng)供料。因?yàn)橛衅絺}(cāng)機(jī)構(gòu)，在8 000 t級(jí)駁船裝船時(shí)無需移船。

4.3 煙臺(tái)港西港306泊位可俯仰軌道行走皮帶裝船機(jī)

306泊位有門機(jī)軌道，后方場(chǎng)地寬闊，裝船機(jī)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(tái)具備俯仰、軌道自行走、可俯仰卸料機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)易皮帶裝船機(jī)，可由自卸車或裝載機(jī)供料，效率1 500 t/h。

5 結(jié)語

該型簡(jiǎn)易裝船機(jī)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。