600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其穩(wěn)定性分析

劉 青 熊光寶 霍同乾

中國電建集團(tuán)武漢重工裝備有限公司

1 引言

600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)為孟加拉PAYRA 1 320 MW燃煤電廠碼頭工作平臺配套設(shè)備，主要用于船舶卸煤。電廠位于孟加拉灣北側(cè)Payra河入海口處，凈能力為1×350 MW，設(shè)計(jì)煤種年耗煤量996 400 t。燃煤粒度≤300 mm，散狀密度0.8～1.0 t/m3，煤質(zhì)雜物較多，粘結(jié)性強(qiáng)，易堵煤。本電廠地域臺風(fēng)期風(fēng)速大，位于80 m/s風(fēng)速區(qū)內(nèi)(時距為3 s、重現(xiàn)期為50年一遇、風(fēng)速高度為10 m)。卸船機(jī)適應(yīng)船型設(shè)計(jì)高水位1.80 m，低水位-1.14 m。針對這種狀況，設(shè)計(jì)了一種600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)，解決了傳統(tǒng)固定式懸鏈斗卸船僅機(jī)適用于水位差變化小且水域較寬港口的問題。

2 卸船機(jī)結(jié)構(gòu)與參數(shù)

2.1 卸船機(jī)結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目中，卸煤碼頭最大服務(wù)船型8 000 t駁船，船舶主尺度見表1。

表1 卸船機(jī)設(shè)計(jì)適應(yīng)船型

600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)由前后立柱、橫移機(jī)構(gòu)、鏈斗機(jī)構(gòu)、懸臂梁、升降機(jī)構(gòu)、接料皮帶機(jī)系統(tǒng)、大車行走機(jī)構(gòu)、平衡系統(tǒng)、司機(jī)室等組成(見圖1)。卸船機(jī)以鏈條為牽引構(gòu)件，以料斗為承載兼取料構(gòu)件，料斗按一定節(jié)距固定在鏈條上，呈封閉環(huán)狀，在料層中靠重力自行取料，取料段呈自由懸垂?fàn)睢?/p>

1.鏈斗機(jī)構(gòu) 2.接料皮帶機(jī)系統(tǒng) 3.橫移機(jī)構(gòu) 4.懸臂梁 5.立柱 6.升降機(jī)構(gòu) 7.平衡配重系統(tǒng) 8.支撐腿梁 9.大車行走機(jī)構(gòu) 10.地面接料系統(tǒng) 11.駁船

移動式懸鏈斗卸船機(jī)通過大車行走機(jī)構(gòu)沿著與碼頭平行布置的行走軌道前進(jìn)或后退，鏈斗機(jī)構(gòu)迎著駁船長度方向挖掘煤炭，完成駁船長度方向的卸船作業(yè)。卸船機(jī)懸臂梁垂直于碼頭,與駁船的寬度方向一致，橫移機(jī)構(gòu)帶動鏈斗機(jī)構(gòu)沿懸臂梁長度方向移動工作，以完成駁船寬度方向的卸船作業(yè)。升降機(jī)構(gòu)帶動懸臂梁、鏈斗機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)及接料皮帶機(jī)等沿立柱軌道上下運(yùn)動，可根據(jù)水位和駁船煤炭挖取情況，調(diào)整鏈斗作業(yè)高度，完成駁船深度方向的卸船作業(yè)。從煤駁船上卸下原煤，經(jīng)鏈斗機(jī)構(gòu)料斗、接料漏斗、機(jī)上帶式輸送機(jī)和煤斗，最終落入布置在碼頭上的帶式輸送機(jī)上，進(jìn)入電站輸煤系統(tǒng)中。該卸船機(jī)設(shè)計(jì)為雙排鏈斗機(jī)構(gòu)，即在懸臂梁上設(shè)置2套橫移機(jī)構(gòu)和鏈斗機(jī)構(gòu)，可根據(jù)作業(yè)要求，并攏、分開或單獨(dú)卸船作業(yè)。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)

3 移動式懸鏈斗卸船機(jī)載荷與穩(wěn)定性分析

該600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)在使用環(huán)境下，面臨著臺風(fēng)期長、風(fēng)速大等不利條件，非工作風(fēng)速達(dá)到78.4 m/s。因此需對卸船機(jī)進(jìn)行工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)穩(wěn)定性分析，考慮無風(fēng)工作的載荷情況、帶風(fēng)工作的載荷情況、受到特殊載荷的工作或非工作情況，著重考慮非工作狀態(tài)風(fēng)速達(dá)到78.4 m/s時的載荷情況。

3.1 卸船機(jī)載荷分析

3.1.1 基本載荷分析

基本載荷中，自重載荷PG=6 400 kN。起升載荷PQ計(jì)算如下：

PQ=PQ1+PQ2

(1)

式中，PQ1為設(shè)計(jì)最大起升載荷，料斗滿載重量為1 656 kN，軌道上任一瞬時滿斗數(shù)量取n=18，則PQ1=1 656×18=29.81 kN；PQ2為設(shè)計(jì)輸送荷重16.56 kN，取動載系數(shù)k2=1.1，則PQ2=16.56×1.1=18.22 kN。

正常挖掘阻力PL，按經(jīng)驗(yàn)公式得：

PL=fL×L

(2)

式中，fL為線比阻力，對褐煤取fL=50～250 N/cm；L為取料斗挖掘總長度，L=175.7cm。計(jì)算得PL=8 785～43 925 N，取PL=8 785 N。

經(jīng)常性動載荷因加減速度小于0.2 m/s2，忽略不計(jì)。

設(shè)備的傾斜載荷是指位于斜坡(軌道)上的起重機(jī)自重載荷及起升載荷沿斜坡面的分力。依據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T3811-2008)，對于軌道式起重機(jī)，當(dāng)軌道坡度不超過0.5%時，不考慮坡道載荷,否則按出現(xiàn)的實(shí)際坡度計(jì)算坡道載荷。懸鏈斗卸船機(jī)鏈斗機(jī)構(gòu)橫移小車軌道安裝坡度最大為0.2%，故此處不考慮設(shè)備的傾斜載荷[1-2]。

3.1.2 附加載荷分析

設(shè)備工作時的風(fēng)載荷為：

PW=CKnqA

(3)

式中，PW為作用在卸船機(jī)上的風(fēng)載荷；C為風(fēng)力系數(shù)，平均取C=1.6；Kn為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，工作狀態(tài)Kn=1；非工作狀態(tài)，P<10 m高度，Kn=1；10～20 m高度，Kn=1.15；20～30 m高度，Kn=1.25；q為計(jì)算風(fēng)壓，工作狀態(tài)風(fēng)壓q1=250 Pa；非工作狀態(tài)風(fēng)q2=1 500 Pa；A為迎風(fēng)面積。

計(jì)算得工作狀態(tài)風(fēng)載荷：側(cè)面風(fēng)載PW側(cè)=138.4 kN；正面風(fēng)載PW正=103.2 kN。非工作狀態(tài)風(fēng)載荷：側(cè)面風(fēng)載∑PW01=949.2 kN；正面風(fēng)載∑PW02=694.7 kN。

3.2 卸船機(jī)穩(wěn)定性分析

針對孟加拉PAYRA 1 320 MW燃煤電廠項(xiàng)目需求，600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)的穩(wěn)定性分析主要考慮暴風(fēng)侵襲，其荷載組合為設(shè)備自重荷載+暴風(fēng)載荷，風(fēng)向?yàn)閭?cè)面來風(fēng)。

對卸船機(jī)建模并設(shè)定材料的密度，由程序計(jì)算自重并加載。暴風(fēng)載荷則通過對結(jié)構(gòu)表面施加風(fēng)壓的方式加載，風(fēng)壓取1 500 Pa。經(jīng)計(jì)算，卸船機(jī)主體機(jī)構(gòu)的最大綜合變形為214.41 mm，發(fā)生在頂部平臺的端部，其變形云圖見圖2，整體應(yīng)力云圖見圖3。

圖2 主應(yīng)變云圖

圖3 應(yīng)力云圖

從圖中可以看出，卸船機(jī)的整體等效應(yīng)力小于345 MPa，局部應(yīng)力相對較大，位于前立柱底部、腿梁與大車行走機(jī)構(gòu)連接處，設(shè)計(jì)過程中針對應(yīng)力集中現(xiàn)象進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。從分析結(jié)果可知，該卸船機(jī)在承受較大非工作風(fēng)速時其穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

該600 t/h移動式懸鏈斗卸船機(jī)可沿港口碼頭前后移動，機(jī)動靈活性增強(qiáng)；可沿同一行走軌單排并列多臺設(shè)備，提高卸料效率，降低裝機(jī)容量和能量損耗，減少環(huán)境污染。該技術(shù)已申請國家實(shí)用新型專利[3]。