裝船機溜筒改造設計方案

鄭安國

大唐環境產業集團股份有限公司

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裝船機溜筒改造設計方案

鄭安國

大唐環境產業集團股份有限公司

針對裝船機的溜筒卸料范圍不能覆蓋大船船型的艙口工作面，溜筒不能正常進入大船的料倉，原有裝船機的設計能力不能滿足現有船型要求的情況，從經濟性與可操作性的角度出發，提出將裝船機適用船型的改造轉化為溜筒改造的思路，分析了主動動力與自重拋物運動兩類改造方案，給出了裝船機溜筒改造設計方案。

裝船機； 溜筒； 改造

1　前言

在港口機械中，裝船機作為散裝物料的連續運輸機械，有著廣泛的需求和適用范圍。裝船機的設計需要以碼頭的吞吐量與停靠的主力船型為依據，滿足設定條件的使用要求。但隨著我國水運事業的迅速發展與提高，常常出現一些原有裝船機的設計能力不能滿足現有船型的要求，其中最主要的問題是，裝船機的溜筒卸料范圍不能覆蓋大船船型的艙口工作面，溜筒不能正常進入大船的料倉等。針對這類問題，本文從經濟性與可操作性的角度出發，提出了將裝船機適用船型的改造轉化為溜筒改造的思路，比較分析了主動動力與自重拋物運動2類改造方案，給出了裝船機溜筒改造和溜筒模塊化設計方案。

2　工程實例分析

2.1工程基本情況

現有某碼頭的一臺2 000 t/h裝船機，物料為煤，整機設計工作船型僅為5 000 t，溜筒有且僅有伸縮功能。現因業務需要，變更服務船型為35 000 t級船舶。原機器的落料覆蓋范圍，不能使得35 000 t的船裝滿，見圖1。

從圖1可以看出，溜筒在臂架縮至最短位置時，仍舊不能覆蓋船的內側艙口，依靠物料的堆積角不能將船裝滿，見圖中的陰影部分所示。伸縮臂架最大外伸距為30 020 mm，最短外伸距為22 520 mm。35 000 t的船型倉尺寸為18 000 mm × 20 000 mm。針對這一問題，有2種解決思路。一種是通過增加伸縮臂架的伸縮范圍，來達到裝船區域面積增加。但這種方法經濟性差，需要改進的部件太多，對整機重量中心影響也很大，所以不予采納。另外一種方法是改造溜筒，目標范圍較小，對整機的行走、回轉、俯仰等機構影響小，甚至可以利用原有的機構不做調整，實施起來經濟性與可操作性較好。

2.2方案一：物料出口處增加主動動力系統

首先，在溜筒下端出口位置增加例如皮帶機等動力方式，要考慮空間需求與增加重量方面對整機的重量重心影響，皮帶機等常規動力轉移方式重量太大，所需空間太多，使原機器產生安全隱患，不予采納。在項目的技術設計時，考慮在溜筒下部增加一個不斷旋轉的撥盤，使得物料被甩向遠方，從而達到落料范圍的目的。

溜筒出口尺寸為800 mm× 800 mm，滿足2 000 t/h的物料通量要求，如圖1所示。這一尺寸與原溜筒的通過截面相似，可以保證通量。則撥盤最大外徑需約2 200 mm。撥片掃過溜筒口的線速度直徑約為1 500 mm。撥盤轉數設為60 r/min，即1 r/s，撥片寬度設為400 mm 。根據自由落體物理公式以及設定條件計算，結論為，自由落體到溜筒口的速度能夠達到12.52 m/s，撥片速度與自由落體速度合成后的角度為69.38°，改變物料速度角度為20°左右，而由撥片接觸物料改變物料軌跡的比例只有9.58%，即有9.58%的物料被撥到。初步功率計算為6.69 kW。

圖1　35 000 t船型時溜筒裝船位置圖

從計算結論可以看出，通過調整葉片的旋轉角度，可以通過增加葉片掃過的物料面積和轉速來達到拋料的目的。經過調整，最終可以獲得最大30%左右的物料發生偏轉，偏轉的角度可以達到25°。

此方案可以以外部掛載的形式出現，對原機器的改動小，可以設計成需要時快速安裝的接頭形式。但此方案頭部增加的機構尺寸影響操作空間，容易與船發生碰撞。同時偏轉物料的能力有限，針對本文的工程實例船型能力不足。

2.3方案二：增大自重拋物運動角度

依靠物料的自重變化物料的運動角度和出料后的拋物線運動情況，例如改成斜溜筒或者三通溜筒，增加溜筒的擺動功能等。按照慣例與相關資料，落料導料的坡角需要大于物料堆積角度10°。本機器物料為煤，靜堆積角為45°，再考慮物料濕度與水平運行的反沖影響，確定了導料角度為60°，這一角度也是通常在散裝物料轉運裝置中所要求的最低角度。若要實現這一目標，原有的溜筒將需要擺動角度，使得物料在自重狀態下偏移落料點，達到增加覆蓋范圍的目的。經過技術設計，物料的水平偏移需要達到6 m，才能達到35 000 t船型的工作需求，見圖2。

將本溜筒改為液壓擺動的可伸縮溜筒，擺動幅度為-35°～+10°(以垂直外臂架為零度基準，向內35°，向外10°)，溜筒長度為8 m，-35°時考慮臂架上仰時，向內裝船的需要。而臂架下俯時，溜筒與水平面的夾角不應大于30°經計算可得，水平位移為4 m。這時，物料經過8 m長的60°斜角的溜筒時，已經有了4 m的水平位移，也就是說，覆蓋半徑向內、向外各增加了4 m。

但是，總水平位移需求約6 m時才能完全滿足需求。所以在出料口附近累加拋料頭的功能，物料經過長溜筒獲得60°角的運動速度，拋料頭在物料脫離溜筒的一刻，改變其運動方向，使得速度方向趨于水平，從而在脫離溜筒后獲得拋物線的軌跡。

經計算可得，只需要拋料頭部距離物料落點的高度差在1 m左右(通常裝船機的操作規范就需要此高度)，則拋料可以拋出3～4 m的距離。結合溜筒的偏移角度后產生的水平差4 m，總的水平位置偏移了7～8 m，也就是裝船的落料點半徑覆蓋面積增加了7～8 m。

該方案能夠滿足了項目的裝船需求。拋料頭經詳細考慮后采用了液壓推桿，完善方案后，設計圖見圖3。

改造后的溜筒，具備了整體擺動、伸縮、拋料頭的功能。相對原有的僅有伸縮功能，擺動與拋料頭都為了實現物料的水平轉移，從而增加裝船時物料的覆蓋面積。

此方案相對于方案一改動較大，需要更換、添加的機構結構較多。但可以達到更好的拋料效果。但對于整機而言，溜筒的變更主要是重量的影響，在工程實例中，按方案二核算，溜筒的重量增加了約2 t。但由于溜筒處在整機的最遠端，產生的彎矩也較大，需要適當增加裝船機的配重來調整重量重心。同時校核俯仰鋼絲繩與俯仰電機的能力。對相關的鋼結構例如臂架、配重梁進行應力計算，或有限元分析，整機大車行走機構的車輪輪壓，也將有所增加，需要校核車輪、軌道與路基的輪壓是否在允許值。

圖2　改造后35 000 t船型空載時溜筒裝船位置圖

圖3　改造后35 000 t船型滿載時溜筒裝船位置圖

3　結語

在原有的裝船機不能與裝載的船型相匹配時，通過改造溜筒使之相匹配是一個經濟又方便的方式。在擴大裝船范圍的措施方面，方案一為在物料出口處增加主動動力系統，例如皮帶機，螺旋輸送機等，此方案具備了不受溜筒長度限制的優勢，并可以使得溜筒的伸縮范圍更大，同時改動小，對原機影響小，但能力提升有限；方案二為依靠物料的自重改變物料的運動角度以及出料后的拋物線運動，例如改成斜溜筒或者三通溜筒，增加溜筒的擺動功能等來擴大裝船范圍，此方案較大地提升裝船能力，但改動較多，需要足夠的溜筒長度以獲得速度和偏移距離。

Reconstruction Design of Slip Cylinder for the Ship Loader

Zheng Anguo

Datang Environment Industry Group Co., Ltd.

Since the discharge range of slip cylinder in current ship loader can not cover the hatch working face of the large vessel, the slip cylinder can not get into the ship bunker in regular method, which causes that the function of traditional ship loader can not meet the demand of current large type ships. In order to solve this problem, the author chose to reconstruct the slip cylinder to get ship loader adapted with large vessel. Through the comparison between the active power system scheme and dead-weight projectile motion scheme, the slip cylinder reconstruction scheme is finally emphasized.

ship loader; slip cylinder; reconstruction

2016-02-18

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.008

鄭安國： 201615，上海市九亭鎮淶坊路650弄12#401室