岸邊集裝箱起重機(jī)散貨作業(yè)改造

游建能 韓 冰

宜昌港務(wù)集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 引言

某港口由集裝箱作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榧s散貨作業(yè)，大量集裝箱專用設(shè)備閑置，同時又嚴(yán)重缺少散貨裝卸設(shè)備。為解決此問題，對岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡稱岸橋)進(jìn)行改造，在保留集裝箱作業(yè)功能基礎(chǔ)上，新增散貨作業(yè)功能。該方案可提高港口散貨作業(yè)的生產(chǎn)力，降低安全事故發(fā)生的風(fēng)險。

2 技術(shù)方案

2.1 技術(shù)論證

港區(qū)散貨裝卸作業(yè)通常通過皮帶機(jī)將堆場與碼頭前沿設(shè)備連接，中間環(huán)節(jié)少，作業(yè)效率高。該港口改造后，需兼顧集改散或散改集功能，不適于大規(guī)模建設(shè)皮帶機(jī)作業(yè)線，因此設(shè)計(jì)技術(shù)方案為岸橋加裝散貨抓斗，作業(yè)工藝為：散貨駁船-岸橋抓取-棧橋料倉-運(yùn)輸車輛-堆場。

待改造岸橋?yàn)樽孕行≤囀健㈦p梁單箱集裝箱岸橋[1]，主要性能參數(shù)見表1。

表1 待改造岸橋性能參數(shù)

集裝箱岸橋?yàn)閱纹鹕龣C(jī)構(gòu)，若進(jìn)行散貨作業(yè)，須加裝大型單繩散貨抓斗。常用的能滿足連續(xù)作業(yè)，且效率較高的大型單繩抓斗有液壓搖控抓斗和電動液壓抓斗。按設(shè)備起重能力，擬配總起重量不超過40 t的抓斗。總起重量40 t的抓斗自重約13 t，容量15～20 m3，抓取貨物的容重為不大于1.4 t/m3。

依據(jù)工藝設(shè)計(jì)，料倉下行車凈空不小于4.2 m，料倉按35～40 m3設(shè)計(jì)，接料倉高度約8.2 m。

2.2 抓斗樣式選擇

液壓搖控抓斗與岸橋吊架需通過吊鉤橫梁連接，作業(yè)時抓斗可能會在空中旋轉(zhuǎn)，給穩(wěn)斗帶來一定難度；同時為保證作業(yè)時不超載，需適當(dāng)降低抓斗容量，作業(yè)效率會有所下降。電動液壓抓斗與岸橋吊架可采用4根錨鏈連接，既省去了中間的吊鉤橫梁，還能防止抓斗過大角度旋轉(zhuǎn)。

在總起升高度方面，15 m3無線遙控抓斗自身總高約5 m，閉斗時鋼絲繩抽出長度約6 m，因此設(shè)備總起升高度需大于8.2+5+6=19.2 m。15 m3電動液壓抓斗總高約5 m，開閉斗時，抓斗總高變化不大，連接鏈環(huán)長2 m，總起升高度需大于8.2+5+2=15.2 m。

待改造岸橋起升高度18 m，從以上分析可得，應(yīng)選擇電動液壓抓斗進(jìn)行散貨作業(yè)。

2.3 料斗形式

岸橋的起升和小車為主要作業(yè)機(jī)構(gòu)，大車運(yùn)行為非主要作業(yè)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)運(yùn)行速度低，不適于頻繁運(yùn)動。為作業(yè)方便，將料倉安裝在岸橋江側(cè)門框下橫梁上，與岸橋形成整體。料倉與岸橋結(jié)構(gòu)間采用法蘭連接，使料斗可拆卸，保留岸橋原集裝箱作業(yè)能力。

3 技術(shù)改造

3.1 電液抓斗改造

岸橋吊架四角上分別有承載能力12.5 t的吊耳，為方便抓斗與上吊架連接和作業(yè)，在抓斗頭部加裝8個吊耳，以便在卸船清艙時，能將抓斗轉(zhuǎn)動90°后使用。抓斗與吊架間用錨鏈連接。

從岸橋配電房輔助電源柜敷設(shè)電纜至小車吊具接線箱，在接線箱內(nèi)加裝電動液壓抓斗的供電及控制電器，在操控室內(nèi)加裝雙腳踏開關(guān)，控制抓斗動作。定制小車到吊架電纜，利用原吊具上架貯纜框，實(shí)現(xiàn)對抓斗的供電和控制。

3.2 移動料斗設(shè)計(jì)

3.2.1 料斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動料斗與岸橋通過法蘭連接安裝到岸橋下橫梁上與岸橋形成整體(見圖1)。

1.接料板 2.液力推進(jìn)器 3.操控室 4.接料斗 5.料斗框架 6.轉(zhuǎn)運(yùn)汽車圖1 料斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.2 有限元分析

岸橋結(jié)構(gòu)及料斗結(jié)構(gòu)采用beam44、mass21和pipe16單元建模，約束4個大車位置的X、Y、Z方向位移自由度，物料載荷施加于料斗錐形重心處。

經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力位于料斗支架鋼板處，為223.473 MPa。該處材料為Q355B，其許用應(yīng)力為237 MPa，材料強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 整體穩(wěn)定性計(jì)算

對門框斜撐管、料斗支架斜撐圓管、料斗支架豎直圓管進(jìn)行屈曲計(jì)算，計(jì)算有效長度按照原長選取，其計(jì)算應(yīng)力分別為36.36 MPa、114.05 MPa、122.97 MPa。該處材料為Q345B，其許用應(yīng)力為230 MPa，以上構(gòu)件的穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)要求。

對料斗支架橫撐箱型梁進(jìn)行屈曲計(jì)算，選取應(yīng)力最大的單元編號214進(jìn)行校核，計(jì)算有效長度按照原長2倍選取，其計(jì)算應(yīng)力為50.84 MPa。該處材料為Q345B，其許用應(yīng)力為230 MPa，該箱型梁穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 輪壓計(jì)算

料斗內(nèi)煤炭最大重量61 t，結(jié)構(gòu)件重量約35 t，按100 t總重加在門框上。

整體結(jié)構(gòu)的最大輪壓位于工作風(fēng)速20 m/s時的海側(cè)車輪上，輪壓為316 kN，小于允許輪壓320 kN，輪壓滿足要求。

4 實(shí)施效果

將岸橋改造后的作業(yè)效率與同碼頭平臺上的25 t門座起重機(jī)(以下簡稱門機(jī))進(jìn)行比較(見表2)。25 t門機(jī)是單起升機(jī)構(gòu)，加裝8～10 m3可變?nèi)莘e搖控抓斗，進(jìn)行散貨作業(yè)，2臺門機(jī)的造價和裝機(jī)容量與1臺岸橋相當(dāng)。

表2 改造后岸橋與25 t門機(jī)作業(yè)效率對比

岸橋散貨化改造后，試運(yùn)行時，硫磺、煤炭卸船作業(yè)效率約450 t/h。經(jīng)生產(chǎn)部門優(yōu)化操作流程，增加停車定位等設(shè)施后，散貨卸船作業(yè)效率最高達(dá)550 t/h，效率與碼頭上2臺25 t門機(jī)同時作業(yè)相當(dāng)。

5 結(jié)語

散貨化改造后的岸橋，抓斗旋轉(zhuǎn)角度小，物料抓取干凈，收倉工作量大幅減少，減輕了工人勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)人員的工作環(huán)境，降低了操作的安全風(fēng)險，減少了貨物裝卸損失，保證了碼頭裝卸質(zhì)量。本次改造探索，為其他港區(qū)設(shè)備改造提供一種可行的參考。