鎳礦裝卸工藝研究與應(yīng)用

甄紅妹

(天津港第四港埠有限公司 天津300450)

鎳礦裝卸工藝研究與應(yīng)用

甄紅妹

(天津港第四港埠有限公司 天津300450)

目前，鎳礦的裝卸量已達(dá)到天津港第四港埠有限公司生產(chǎn)任務(wù)總量的 60%,以上，在貨源種類中占絕對(duì)主導(dǎo)地位。因此，必須改變鎳礦裝卸作業(yè)的落后現(xiàn)狀，在裝卸工藝及裝卸工屬具方面進(jìn)行大膽創(chuàng)新，建立適合公司實(shí)際的鎳礦裝卸作業(yè)工藝，同時(shí)逐步提升公司在該貨類的裝卸服務(wù)品牌形象及市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。分析了鎳礦裝卸工藝，提出了鎳礦裝卸工藝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。

鎳礦作業(yè) 粘附 “V”形溝 安全隔離 減載抓斗

0 引 言

國內(nèi)進(jìn)口的鎳礦大多產(chǎn)自東南亞一帶，如印尼、菲律賓、馬來西亞等地。由于該地區(qū)屬亞熱帶地區(qū)，常年雨量較多，出產(chǎn)的鎳礦含水量比較大，貨物濕粘嚴(yán)重。目前，國內(nèi)港口在鎳礦裝卸工藝方面仍沿襲鐵礦裝卸作業(yè)工藝，即門機(jī)配抓斗進(jìn)行抓取，至收尾階段下裝載機(jī)清艙收底。由于鎳礦對(duì)裝卸工屬具具有濕粘嚴(yán)重的特殊屬性，相比其他干散貨類，鎳礦作業(yè)效率偏低、裝卸安全方面也存在較大的安全隱患。

近年來，四公司作為天津港集團(tuán)進(jìn)口鎳礦裝卸的主要單位，每年承接全港鎳礦總量的60%,以上，鎳礦已成為公司最主要的貨源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通干散礦石(如鐵礦、錳礦等)的船舶平均作業(yè)效率為 1,400,t/h，鎳礦船舶平均作業(yè)效率只有 965,t/h，相對(duì)偏低。為改變鎳礦裝卸作業(yè)的落后現(xiàn)狀，公司提出大力創(chuàng)建鎳礦裝卸質(zhì)量品牌作業(yè)，提升公司在該貨類的裝卸服務(wù)品牌形象，打造公司該貨類的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。改進(jìn)原有的裝卸工藝及工屬具，在裝卸工藝及裝卸工屬具方面全方位進(jìn)行大膽創(chuàng)新，逐步形成多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的項(xiàng)目，力求最大限度地提高卸船效率，對(duì)提高天津港鎳礦裝卸工藝水平，建立適合鎳礦作業(yè)的裝卸工藝具有重要意義。

1 鎳礦裝卸工藝分析及創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)

1.1 整體作業(yè)環(huán)節(jié)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案

鎳礦整體作業(yè)環(huán)節(jié)分為 3部分：①艙內(nèi)作業(yè)(下艙挖掘機(jī)和下艙裝載機(jī))—→②船面作業(yè)(門機(jī)抓斗卸船)—→③地面作業(yè)(裝載機(jī)裝車輸運(yùn))，如圖1所示。

圖1 鎳礦作業(yè)環(huán)節(jié)Fig.1 Nickel ore hand ling operation steps

1.1.1 艙內(nèi)作業(yè)

挖掘機(jī)將貨物挖松散和堆高，利于抓斗盡可能地多抓貨、抓滿貨；裝載機(jī)用于清艙收尾。

1.1.2 船面作業(yè)

門機(jī)按照艙口指揮手的指揮，用抓斗將貨物由艙內(nèi)抓出，再卸于碼頭。

1.1.3 地面作業(yè)

由裝載機(jī)將碼頭的貨物裝在運(yùn)輸車輛上輸運(yùn)出港。

針對(duì)影響鎳礦裝卸質(zhì)量和效率的 3個(gè)裝卸工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)(艙內(nèi)作業(yè)、船面作業(yè)、地面作業(yè))與鎳礦抓斗的防粘性，對(duì)操作方法及抓斗結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新與科學(xué)規(guī)范，在保證貨物裝卸質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高裝卸效率。

1.2 艙內(nèi)作業(yè)分析及創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案

1.2.1 原鎳礦艙內(nèi)挖掘機(jī)作業(yè)方式

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，原挖掘機(jī)下艙作業(yè)，是用挖掘機(jī)不斷地挖去艙內(nèi)四周的貨物向門機(jī)抓取的位置堆高，滿足抓斗滿負(fù)荷作業(yè)需要。此種作業(yè)方法操作工作量大，而且由于挖掘機(jī)在艙下作業(yè)時(shí)，門機(jī)不能同時(shí)作業(yè)，延長了作業(yè)時(shí)間，降低了裝卸作業(yè)效率。

1.2.2 挖掘“V”形溝方式

挖掘機(jī)在船艙前頭(或后頭)橫船方向由里橄向外橄開兩道“V”形溝，溝的上口寬約 1.5,m，溝深約 1.5,m，溝的長度在門機(jī)作業(yè)面旋轉(zhuǎn)半徑以內(nèi)為宜，挖掘出的松散鎳礦堆放在壟上，兩條溝之間壟的寬度以抓斗張開時(shí)能夠覆蓋為宜。此方式的積極效果是：抓斗可有效騎放在兩溝之間的壟上，較好地創(chuàng)造抓斗滿負(fù)荷抓取鎳礦的條件，達(dá)到了提高鎳礦裝卸效率的目的(公司目前門機(jī)負(fù)荷分為 10,t、16,t、25,t，配備相應(yīng)等級(jí)的鎳礦抓斗)。通過長期實(shí)踐積累，挖掘機(jī)開溝間距大致如下：①對(duì)于10,t鎳礦抓斗，開溝間距為3.5,m左右；②對(duì)于16,t鎳礦抓斗，開溝間距為 4.2,m左右；③對(duì)于 25,t鎳礦抓斗，開溝間距為4.9,m左右。

通過此項(xiàng)改進(jìn)，挖掘機(jī)的工作量較未改進(jìn)前減少了30%,，同時(shí)提高了挖掘機(jī)的工作效率，完全滿足了抓斗抓貨滿斗出艙的要求，裝卸效率得到大幅提高。

1.3 船面作業(yè)分析研究及創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案

1.3.1 船面作業(yè)挖掘機(jī)和門機(jī)作業(yè)特點(diǎn)分析

按照以往的工藝技術(shù)要求和安全操作規(guī)程，門機(jī)勾走路線下不能有施工機(jī)械及操作人員，當(dāng)挖掘機(jī)艙內(nèi)作業(yè)時(shí)，門機(jī)不能同時(shí)作業(yè)，導(dǎo)致挖掘機(jī)和門機(jī)抓斗相互妨礙，只能在抓斗抓取鎳礦后等待艙內(nèi)挖掘機(jī)作業(yè)疏松鎳礦后再抓貨，此時(shí)挖掘機(jī)再躲到艙內(nèi)四角處，相互影響了對(duì)方作業(yè)，作業(yè)時(shí)間受到極大的限制，作業(yè)效率明顯降低。

1.3.2 安全隔離標(biāo)志繩方式

為了消除艙內(nèi)門機(jī)與挖掘機(jī)不能同時(shí)作業(yè)的瓶頸，四公司科技人員研制了安全隔離標(biāo)志繩，此方法是用警示黃色的尼龍繩上綁縛反光紅彩條標(biāo)識(shí)，形成作業(yè)禁止線，懸掛于艙口處，將艙口人為分成 A區(qū)和 B區(qū)，合理滿足了抓斗與艙內(nèi)挖掘機(jī)分開并可同時(shí)作業(yè)的需求。兩種機(jī)械在艙內(nèi)兩個(gè)區(qū)域交替作業(yè)，互不干涉，保證了門機(jī)與挖掘機(jī)的不間斷連續(xù)作業(yè)，同時(shí)避免了作業(yè)交叉的安全隱患，見圖2。

圖2 安全隔離標(biāo)志繩示意圖Fig.2 Operation under the signaling of a security isolation rope

通過此項(xiàng)改進(jìn)，交叉作業(yè)方式機(jī)損事故降至零，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)和門機(jī)作業(yè)的連續(xù)運(yùn)行，停機(jī)等待情況基本消除，極大地提高了鎳礦裝卸時(shí)間及效率。

此作業(yè)實(shí)際方式是挖掘機(jī)開溝時(shí)，門機(jī)可同時(shí)在艙的另一隔離區(qū)域進(jìn)行抓取貨物作業(yè)(見圖3a)。溝開好后，挖掘機(jī)與門機(jī)交替換位并重復(fù)進(jìn)行上述作業(yè)，即：門機(jī)抓取兩條溝之間“壟”處貨物，挖掘機(jī)同時(shí)在另一區(qū)域進(jìn)行開溝作業(yè)(見圖3b)。

圖3 作業(yè)示意圖Fig.3 Schematic diagram of the operation

1.4 路面作業(yè)分析研究及創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案

1.4.1 路面作業(yè)汽車運(yùn)輸?shù)姆治?/p>

鎳礦是公司的主要裝卸貨類，鎳礦路面倒運(yùn)方式有火車運(yùn)輸和汽車運(yùn)輸兩種。汽車運(yùn)輸超載嚴(yán)重、交通秩序混亂，其原因是提運(yùn)鎳礦的運(yùn)輸車不允許超載，一旦稱重超載后提運(yùn)汽車需返回裝卸現(xiàn)場(chǎng)自行減載。由于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較小，車輛容易集中，形成運(yùn)輸車輛交叉運(yùn)行，汽車擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重，形成倒運(yùn)效率低。

1.4.2 大屏幕顯示過磅車輛信息及減載

在方便運(yùn)輸司機(jī)看到的位置安裝了大屏幕數(shù)字顯示屏。該顯示屏可以顯示船名、載重重量信息，提示車輛是否超載，以便及時(shí)就地卸載超重貨物。

超載車輛就地卸載超重貨物應(yīng)用了一款國家實(shí)用新型專利產(chǎn)品。該挖掘機(jī)減載抓斗包括顎板和下顎板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和拆裝方便，具有一定的強(qiáng)度和抗變形能力。采用該裝置可根據(jù)電子顯示屏的讀數(shù)隨時(shí)增補(bǔ)或減少礦石裝載量，達(dá)到車輛滿載運(yùn)輸，減少車輛往返于貨場(chǎng)與地泵之間的頻次，提高礦石的倒運(yùn)效率。

1.5 抓斗分析研究及創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案

1.5.1 原鎳礦抓斗存在缺陷

鎳礦抓斗抓取性能直接關(guān)系到全船的作業(yè)速度，對(duì) 16,t鎳礦抓斗的抓取情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

通過表1可以看出，鎳礦粘黏抓斗情況相當(dāng)嚴(yán)重，平均粘附達(dá)到 3,t，約有 35%,的貨物一直粘黏在抓斗斗瓣內(nèi)，無法順利卸出，占用抓斗承載空間，嚴(yán)重影響鎳礦的作業(yè)效率。

1.5.2 抓斗的改進(jìn)及效果

先后研制試驗(yàn)了 4種不同形式的艙內(nèi)裝卸抓斗，取得了明顯效果，極大地提高了鎳礦裝卸效率，同時(shí)取得了多項(xiàng)國家專利。

①透孔式抓斗。針對(duì)抓斗鎳礦粘附嚴(yán)重問題，現(xiàn)場(chǎng)科技人員根據(jù)鎳礦抓斗實(shí)際裝卸操作提出，在原 10,t、16,t鎳礦抓斗斗瓣上進(jìn)行透孔改造。用氣焊在斗瓣勾板兩側(cè)的平板處，隨著板型由上到下對(duì)稱切割出近似橢圓的透孔。透孔面積：總透孔面積不大于斗容面積的50%,，可以保持抓斗負(fù)載強(qiáng)度，同時(shí)起到抓斗接觸貨物面積最少，粘附率降低作用明顯，保證作業(yè)負(fù)載對(duì)主體結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生破壞。透孔形狀：按照抓斗龍骨主體切割四邊形孔洞，從斗尖部保留 60,cm后逐距切割，可以保持斗尖強(qiáng)度和掘進(jìn)力量，破壞斗面與貨物之間的真空效應(yīng)，減少粘附。舊抓斗改造共實(shí)施了 9臺(tái)，此透孔方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鎳礦抓斗透孔處理，有效減少貨物粘附，抓斗結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生損壞變形等情況，抓取能力明顯增加，見圖4。

表1 鎳礦作業(yè)抓斗抓取情況記錄表(船名：威武)Tab.1 List of grabbing results of the grab bucket,(Ship Name：WEIWU)

圖4 透孔式抓斗Fig.4 Thru Hole grab bucket

②可運(yùn)動(dòng)的刮板式抓斗。針對(duì)抓斗鎳礦粘附嚴(yán)重問題，研制了一種裝卸抓斗的防粘附裝置，由多個(gè)對(duì)稱安裝在抓斗下承梁上的推壓臂和與推壓臂一端連接的刮板構(gòu)成，所述推壓臂的一端部設(shè)有呈多邊形的限位端。其優(yōu)點(diǎn)包括：抓斗抓取鎳礦的過程中，通過防粘附裝置的刮板將粘附在裝卸抓斗內(nèi)壁上的鎳礦清理干凈，保證抓斗在裝卸過程中實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷作業(yè)，大幅度提高裝卸作業(yè)效率；此外，還可防止抓斗運(yùn)動(dòng)過程中粘附在抓斗內(nèi)壁上的鎳礦隨機(jī)墜落，進(jìn)而避免發(fā)生人機(jī)損傷的安全隱患，見圖5。

③變?nèi)菔阶ザ贰ａ槍?duì)鎳礦比重差異大的問題，研制了一種裝卸用平顎變?nèi)菪录夹g(shù)抓斗，包括上撐梁、下?lián)瘟骸⑴c上撐梁鉸接的撐桿、與撐桿鉸接的顎板以及鋼絲繩，其特征包括：平板式顎板設(shè)有用于增加抓斗整體抓貨容積的變?nèi)菅b置。其優(yōu)點(diǎn)包括：顎板采用平板式結(jié)構(gòu)，可有效防止礦石受擠壓后粘掛在顎板內(nèi)；防止抓斗在回返過程中附著于其上的礦石隨機(jī)墜落，避免出現(xiàn)損傷人機(jī)的安全隱患。在顎板上設(shè)有變?nèi)菅b置，操作人員可根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況，將變?nèi)菅b置放下與平板對(duì)接，增大抓斗整體的抓貨容積，達(dá)到裝載滿負(fù)荷效果(見圖6)。

圖5 可運(yùn)動(dòng)的刮板式抓斗Fig.5 M ovable Scraper Blade style grab bucket

圖6 變?nèi)菔阶ザ稦ig.6 Storage-variable grab bucket

④平板式多用途抓斗。通過借鑒周邊港口鎳礦抓斗使用的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)原有的六瓣鎳礦抓斗長期跟蹤的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了一種平板式25,t鎳礦抓斗。此抓斗除了適于裝卸鎳礦外，還可以適用于其他物料，例如礦石、煤炭。該抓斗投入使用后，基本解決了貨物粘掛灑落的問題。與多瓣抓斗裝卸鎳礦相比，不但自重輕，每斗抓取較多，而且在最后清倉時(shí)不用更換抓斗。同時(shí)，可以一斗多用，兼做多種物料，省去了不同物料更換抓斗的麻煩。

2 鎳礦裝卸工藝的創(chuàng)新點(diǎn)

主要在艙內(nèi)、船面、路面鎳礦作業(yè)等方面全方位進(jìn)行了創(chuàng)新。艙內(nèi)作業(yè)采用挖掘機(jī)挖掘“V”形溝方式，抓斗可有效騎放于兩溝之間的壟上，使抓斗滿負(fù)荷抓取鎳礦，達(dá)到了提高鎳礦裝卸效率的目的。船面作業(yè)采用安全隔離標(biāo)志繩方式，將艙口分成 A、B區(qū)域，避免了交叉作業(yè)，保證了門機(jī)與挖掘機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)間，裝卸效率明顯提高。路面作業(yè)采用大屏幕顯示過磅車輛信息及使用減載抓斗減載超載車輛的方式，大屏幕數(shù)字顯示屏可將船名、載重重量信息顯示出來，提示車輛是否超載。通過減載抓斗可就地增補(bǔ)或減少貨物，從而減少車輛往返于貨場(chǎng)與地泵之間的頻次，提高鎳礦的倒運(yùn)效率。

裝卸工屬具方面的創(chuàng)新改進(jìn)了 4種不同形式的艙內(nèi)裝卸抓斗，取得了積極效果，極大地提高了鎳礦裝卸效率，同時(shí)取得了多項(xiàng)國家專利。

3 鎳礦裝卸工藝技術(shù)水平及推廣應(yīng)用情況

綜上所述，鎳礦裝卸工藝中艙內(nèi)挖掘機(jī)采用挖掘“V”形溝方式作業(yè)、船面采用安全隔離標(biāo)志繩方式作業(yè)、路面采用大屏幕顯示過磅車輛信息及挖掘機(jī)減載方式作業(yè)等在集團(tuán)乃至全國港口中處于領(lǐng)先水平，在集團(tuán)范圍內(nèi)具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。此工藝的創(chuàng)新及工屬具的改進(jìn)不僅得到了貨主和相關(guān)業(yè)務(wù)部門的好評(píng)，也為公司穩(wěn)固、爭(zhēng)攬貨源提供了技術(shù)上的支持。■

［1］ 李寶元. 裝卸工藝技術(shù)要求匯編[Z]. 天津港務(wù)局，2004.

［2］ 王文斌. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 19. 3-2[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］ 沈鴻. 機(jī)械工程手冊(cè)表 68. 2-7[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

Research and Application of Nickel Ore Hand ling Processes

ZHEN Hongmei
(Tianjin Port Fourth Stevedoring Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China)

At present，nickel ore handling capacity has taken more than 60%, of the total production task of the fourth stevedoring company，occupying an absolute dominant position among various goods．Therefore，it is necessary to change the lagging behind situation of nickel ore handling capacity and innovate in handling process to find suitable operation techniques and gradually improve the company’s image and core competitive power in the market．This paper analyzes different nickel handling processes and puts forward innovative design schemes for the handling process.

nickel ore operation；adhesion；“V” shape ditch；security isolation；deloading grab bucket

U653.929

：A

：1006-8945(2015)10-0049-03

2015-09-08