40.5m環保型過駁起重船的改裝設計

李科沛

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

關鍵詞：起重船 過駁裝置 卸船機

1.概況

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

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，為停靠在錨地的50000至76000DWT散貨船與2000至5000DWT散貨船之間執行過駁卸裝作業。由于大型散貨船吃水較深，無法停靠淺水碼頭邊卸貨，于是將大船內物料卸裝至2000～5000DWT小型散貨船內，進行淺水運輸工作。要求卸裝船過程要滿足連續無塵的環保要求，額定生產能力550m3/h。

2.卸裝船裝置的選型

卸船機根據作業方式主要分為連續式卸船機和間歇式卸船機。間歇式主要機械為帶斗門座起重機和抓斗式卸船機，目前我國散貨卸船作業仍有很多采用間歇式作業方式，這種作業方式具有效率低、污染大、成本高等缺點，從長遠的發展看，這種落后的作業方式需要改變。

連續式卸船機主要分為斗輪式、鏈斗式及螺旋式卸船機。本項目主要選取的是螺旋式卸船機，較斗輪式和鏈斗式卸船機，具有使用壽命高的優點。較間歇式卸船機，連續式卸船機具有以下特點：

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

（2）污染小。由于間歇式卸船機取料裝置為抓斗式，作業時會造成很大的粉塵外逸，造成環境、噪聲污染等問題。螺旋式卸船機取料裝置為螺旋取料器，系統螺旋管為密封管，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。螺旋式卸船機操作方便，大大減小了作業人員的工作強度。

3.過駁卸裝船裝置的工作原理

本項目在原有抓斗起重船的基礎上，增加一套環保型裝卸船機過駁系統，該系統由卸船機、裝船機及中間空氣斜槽三部分組成。卸船機由取料器及取料螺旋、自由關節螺旋、垂直螺旋、水平螺旋、回轉臺、立柱及水平梁組成。空氣斜槽由斜槽結構及除塵系統組成。裝船機由前水平螺旋、后水平螺旋、出料器、回轉臺及立柱組成。大型散貨船內的散裝物料經取料器、垂直螺旋運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散貨船的貨艙內到達任意位置進行取料，物料經空氣斜槽、裝船機前水平螺旋、后水平螺旋、出料器落到小型散貨船內。

4.過駁起重船的設計要點

本項目的環保型過駁起重船，在原16t抓斗起重船的基礎上加裝一套過駁卸裝船裝置，使該船可在碼頭邊或在內河海域進行散裝貨物的過駁作業。對于本船改裝設計主要考慮以下問題：

（1）布置要求

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

（2）穩性要求

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。改裝增加的卸船機系統重量約為205t，裝船機系統重量約為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，這對于船體穩性的要求會很高。

（3）結構強度要求

由于卸船機需要伸出距離甲板舷側15.5m處進行取料，卸船機垂直機距立柱中心20m，垂直機與水平梁自身重量會給卸船機系統帶來很大的彎矩，水平梁、卸船機立柱及立柱與船體連接結構的強度要求會很高。

5.過駁起重船的設計方案

考慮上述設計要點，提出以下設計方案：

（1）本船起重機與卸船機不共同作業，卸裝船機在非作業狀態可旋轉至船首方向固定，卸裝船機作業狀態時，水平梁旋轉至船寬方向，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《內河船舶法定檢驗技術規則》對起重船的要求，由武漢規范所的開發軟件“船舶靜力學計算及穩性衡準系統”對本船進行裝載計算，穩性不滿足法規要求。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，置于裝船機處的船底艙室內，固體壓載應盡可能靠近船底。圖2為固體壓載布置方式。

（3）為解決卸裝船裝置結構強度問題，本項目要求對本船的水平梁、卸船機立柱與船體連接結構進行強度校核。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和水平梁重量帶來的彎矩。對立柱與船體連接結構，用MSC Patran建立模型，Nastran計算并對計算結果進行校核。圖3為極端作業受力模型，圖3為立柱及船體連接結構應力云圖。水平梁結構利用有限元軟件ABAQUS建模與計算，圖4為水平梁應力云圖。

6.結語

本船經改裝后作業能力強，可實現抓斗起重和連續卸裝散貨兩種作業方式，自動化程度高，很大程度上減小了間歇式作業的成本，且維護簡單，高效節能，適應未來逐漸嚴格的環保要求。相信在未來的過駁作業中，本船能夠充分發揮優勢，為船東和業主創造更大的經濟效益。