夏錢(qián)平 熊光寶 王奕剛

一、研究背景

隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的深化發(fā)展，對(duì)各種砂石資源需求的增大，而天然砂石資源的過(guò)度開(kāi)采不利于環(huán)境保護(hù)，人們注意力越來(lái)越多的投入機(jī)制砂石資源中來(lái)，按目前的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，機(jī)制砂石變得越來(lái)越普及，這些砂石集中制作，并通過(guò)裝卸，輸送到各地。此外，集中制砂，裝卸輸送投資小、開(kāi)采成本低，工序流程短、經(jīng)濟(jì)效益高，作為重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，故許多地方都非常重視制砂的開(kāi)展，這也是發(fā)展的必然趨勢(shì)。一些國(guó)家和地區(qū)正密切關(guān)注著礦砂資源的開(kāi)發(fā)，根據(jù)其周邊條件正計(jì)劃開(kāi)發(fā)相關(guān)制砂設(shè)備和碼頭。可以發(fā)現(xiàn)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，隨著制砂技術(shù)條件的成熟，就會(huì)形成大規(guī)模開(kāi)采的局勢(shì)，這一熱潮將會(huì)推動(dòng)開(kāi)采裝備及與之配套的專(zhuān)業(yè)化礦砂洗運(yùn)碼頭產(chǎn)品的需求，也為移動(dòng)式裝船機(jī)的發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)。針對(duì)機(jī)制砂運(yùn)輸所需要的裝船設(shè)備，以2500t/h移動(dòng)式裝船機(jī)為例展開(kāi)分析。

二、2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)方案總圖如圖1所示。

圖1 移動(dòng)式裝船機(jī)

1.臂架俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

裝船機(jī)的臂架俯仰形式有多種，其中主要包括鋼絲繩俯仰以及通過(guò)液壓缸進(jìn)行俯仰角度的調(diào)整。鋼絲繩俯仰一般通過(guò)鋼絲繩以及纏繞滑輪組合，實(shí)現(xiàn)臂架俯仰。液壓俯仰不僅可以應(yīng)用于螺旋卸船機(jī)的水平臂俯仰也可用于裝船機(jī)臂架俯仰，與螺旋卸船機(jī)類(lèi)似，液壓缸直接安裝在塔樓及臂架連接位置，與鋼絲繩俯仰相比，不需要對(duì)立柱鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)，采用鋼絲繩俯仰，如圖2所示。

圖2 臂架俯仰系統(tǒng)

臂架的俯仰角度設(shè)計(jì)需考慮以下?tīng)顟B(tài)：

（1）工作狀態(tài)俯仰角：針對(duì)不同物料容重，堆積角度以及整機(jī)效率不同，臂架俯仰角度會(huì)有差異，一般取值范圍為-12°～ +8°。

（2）非工作狀態(tài)仰角：

①臂架上仰的最大角度式，將溜筒收至最短位置，需要滿(mǎn)足溜筒不會(huì)碰撞到最高水位下的最大船型；

②臂架非工作狀態(tài)能夠避讓船型，一般取臂架俯仰角度20°。

設(shè)置鋼絲繩平衡裝置，使兩根鋼絲繩受力均衡，鋼絲繩承載能力的設(shè)計(jì)應(yīng)按當(dāng)一根鋼絲繩斷裂，另一根鋼絲繩能承受全部懸臂荷載，并使其能承受由于一根鋼絲繩突然拉斷而引起的沖擊，鋼絲繩的安全系數(shù)不小于6。臂架和立柱可設(shè)置安全繩，確保鋼繩均發(fā)生斷裂時(shí)不會(huì)造成前臂架失控的危險(xiǎn)情況，同時(shí)，安全繩的使用能夠在更換鋼絲繩的過(guò)程中起到支持作用，無(wú)需更換俯仰鋼絲繩另外對(duì)臂架進(jìn)行固定，減少后期運(yùn)維工作量。

2.臂架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

針對(duì)2500t/h移動(dòng)式裝船機(jī)，設(shè)置了臂架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在裝船機(jī)整體位置不變的情況下，調(diào)整物料裝船的位置，減少大車(chē)移動(dòng)的頻率，與此同時(shí)增力裝船效率，但相應(yīng)的裝船機(jī)成本也會(huì)增加。根據(jù)碼頭整體布置情況，為了防止相鄰設(shè)備干涉，臂架長(zhǎng)度不同，軌距基距不同，臂架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)角度也不同，針對(duì)該裝船機(jī)，臂架回轉(zhuǎn)角度設(shè)定為±100°。

碼頭形式不同，裝船機(jī)功能要求也不盡相同，針對(duì)直立式碼頭，裝船機(jī)的回轉(zhuǎn)功能為非必要機(jī)構(gòu)。本設(shè)備設(shè)臂架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，能夠改善落料點(diǎn)位置，便于裝船過(guò)程中平倉(cāng)，增加了細(xì)微位置調(diào)整的可操作性，無(wú)需大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)因?yàn)槲恢谜{(diào)整進(jìn)行整機(jī)移動(dòng)，大大降低了能耗。大車(chē)的移動(dòng)頻率降低，同時(shí)也減少了由于逆向行駛造成的輸送機(jī)堵料及撒料問(wèn)題，同時(shí)也一定程度上增加了整機(jī)的環(huán)保性以及安全性。

回轉(zhuǎn)支承能承受足夠大的軸向力、徑向力、傾覆力矩和圓周力，安全系數(shù)高，保證在帶載起動(dòng)、運(yùn)行和停車(chē)時(shí)平穩(wěn)無(wú)沖擊。由于現(xiàn)場(chǎng)需要，為增加臂架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安全性，采用雙驅(qū)動(dòng)形式，確保單臺(tái)驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，臂架仍能通過(guò)另一驅(qū)動(dòng)回?cái)[至安全位，如圖3所示為回轉(zhuǎn)裝置。

圖3 回轉(zhuǎn)裝置

3.溜筒裝置的設(shè)計(jì)

裝船機(jī)安裝位置不同，各地高低水位各有不同；船型不同，船舶高度及裝載情況不同，造成吃水情況也不盡相同，因此溜筒裝置的設(shè)計(jì)十分必要，如圖4為伸縮溜筒裝置。

圖4 伸縮溜筒裝置

在高水位時(shí)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足在臂架上仰在最大角度8°，溜筒在全縮位置時(shí)，溜筒能夠安全擺過(guò)船舶圍板。在低水位時(shí)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足臂架下俯至最大角度-12°，溜筒在全伸位置時(shí)，保證裝卸過(guò)程中，伸縮溜筒前端與船艙底部有裝料的安全距離，此距離不應(yīng)過(guò)小，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致溜筒與船艙底部碰撞造成危險(xiǎn)，距離不應(yīng)過(guò)大，過(guò)大會(huì)造成物料與船體撞擊過(guò)大，造成裝船過(guò)程中灰塵過(guò)大，不利于環(huán)保。溜筒裝置的合理設(shè)計(jì)能夠增加設(shè)備效率，同時(shí)確保安全性及環(huán)保性。

4.行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

行走機(jī)構(gòu)包括行走支撐裝置、傳動(dòng)裝置及安全保護(hù)，設(shè)計(jì)考慮能單更換車(chē)輪，考慮頂升位置。根據(jù)具體的輪壓及腿壓要求，合理設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)的輪數(shù)及布置形式；明確作業(yè)環(huán)境及運(yùn)行速度，選擇合適的傳動(dòng)；安全裝置包括：夾輪器、緩沖器、錨定、防風(fēng)系纜、限位裝置、清軌器等?？紤]在風(fēng)速20m/s的情況下，整機(jī)能夠在順風(fēng)及逆風(fēng)條件下運(yùn)行到錨定安全位置。

5.輸送系統(tǒng)

包括臂架皮帶機(jī)及中間皮帶機(jī)組成，皮帶機(jī)包含驅(qū)動(dòng)裝置、輸送帶、托輥、張緊裝置、溜槽、清掃裝置、安全裝置等組成。輸送系統(tǒng)主要承擔(dān)的轉(zhuǎn)料及裝載作用，確保在輸送過(guò)程中的環(huán)保性，在運(yùn)行過(guò)程中保證輸送系統(tǒng)的輸送效率至關(guān)重要，確保裝船機(jī)的生產(chǎn)能力。

三、2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新

1.溜筒行程很長(zhǎng)，能夠確保在較大水位變化下進(jìn)行裝船作業(yè)，豐富了裝船機(jī)產(chǎn)品類(lèi)型。

2.增加環(huán)保性措施，砂石比重大，載荷大，常規(guī)裝船機(jī)除塵效果差，該裝船機(jī)噴霧除塵布置于溜筒端部，有好的抑塵效果；皮帶機(jī)設(shè)有糾偏裝置，避免撒料；輸送帶設(shè)有污水收集裝置，通過(guò)管路排入污水溝中。

3.增加安全性措施，溜筒裝置端部設(shè)計(jì)毫米波雷達(dá)，實(shí)時(shí)檢測(cè)伸縮溜筒與物料距離，確保溜筒不會(huì)埋入物料，造成安全隱患；大車(chē)防撞技術(shù)，防止相鄰位置裝船機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)發(fā)生碰撞；依托現(xiàn)有螺旋卸船機(jī)技術(shù)，接料面耐磨設(shè)計(jì)，確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

四、技術(shù)指標(biāo)

2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)，主要是根據(jù)散貨碼頭砂石骨料裝船作業(yè)需求，適用于5000～10000DWT級(jí)散貨船的砂石骨料裝船作業(yè)。其技術(shù)指標(biāo)如下：

1.輸送貨種、物料特性及物理特性：砂石骨料堆積密度按1.6t/m3設(shè)計(jì)。

2.生產(chǎn)能力：額定生產(chǎn)能力2500t/h；最大生產(chǎn)能力3000t/h。

3.軌距：12米。

4.基距：10.5米。

5.臂架工作幅度（溜筒中心線至江側(cè)軌道中心線距離）：最大工作幅度18米；非工作狀態(tài)時(shí)，臂架回轉(zhuǎn)至碼頭前沿線內(nèi)方便擱置和檢修。

6.臂架旋轉(zhuǎn)范圍及旋轉(zhuǎn)速度：-25°～130°及±100°（以臂架垂直于大車(chē)軌道為0°）；旋轉(zhuǎn)速度0～0.2轉(zhuǎn)/分。

7.臂架俯仰范圍及俯仰速度：裝船作業(yè)時(shí)－12°～＋8°；非作業(yè)時(shí)+20°；俯仰0～3.6米/分（臂架臂端滾筒中心的線速度）。

8.皮帶機(jī)額定生產(chǎn)能力2500t/h，最大通過(guò)能力3000t/h、帶寬1400毫米、帶速3.15m/s、上托輥槽角35°、托輥輥?zhàn)又睆?59毫米（需保證額定生產(chǎn)能力及最大通過(guò)能力要求，且需與陸域供料系統(tǒng)匹配）。

9.尾車(chē)：固定式，架設(shè)在裝船機(jī)軌內(nèi)側(cè)高架廊道的軌道上；尾車(chē)軌距6米；鋼軌型號(hào)P43；傾角≤14°；尾車(chē)皮帶機(jī)最大生產(chǎn)能力3000t/h、帶寬1400毫米、帶速3.15米/秒、上托輥槽角35°、托輥輥?zhàn)又睆?59毫米。

10.溜筒：伸縮行程22m；伸縮速度5米/分。

11.大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：運(yùn)行速度0～20米/分。

12.門(mén)架凈空高度≥7米；

13.供電電源及方式：供電電源10kV、50Hz、三相四線制；電纜卷筒供電方式；控制電纜與動(dòng)力電纜合用（動(dòng)力、控制、光纖三合一）；電纜有效行走距離（以碼頭接線箱為零點(diǎn)）±100m。

14.主機(jī)最大輪壓≤250kN，最大腿壓≤1000kN，最小輪距≤850毫米；尾車(chē)每軌2個(gè)腿，最大輪壓≤150KN。

五、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

研發(fā)的2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)，能適應(yīng)5000～10000噸駁船裝船作業(yè)，提高作業(yè)效率，貨物損耗小，清潔環(huán)保，降低客戶(hù)物流成本，能滿(mǎn)足用戶(hù)的不同使用要求，加強(qiáng)拓展市場(chǎng)應(yīng)用前景，提升裝船機(jī)的使用性能。設(shè)計(jì)裝船機(jī)根據(jù)其獨(dú)特的性能特點(diǎn)、超強(qiáng)的適應(yīng)性和較低的投資成本，將會(huì)贏得市場(chǎng)親睞，具有十分重要的推廣意義。根據(jù)市場(chǎng)情況，每臺(tái)銷(xiāo)售價(jià)格約1000萬(wàn)。

六、結(jié)論

由于碼頭條件、生產(chǎn)效率、設(shè)計(jì)物料、水文條件等情況各有不同，因此裝船機(jī)需要進(jìn)行形式多樣的非標(biāo)設(shè)計(jì)，通過(guò)定制化開(kāi)發(fā)來(lái)滿(mǎn)足各種不同需求。2500t/h軌道移動(dòng)式裝船機(jī)，適用于5000～10000DWT級(jí)散貨船的砂石骨料裝船作業(yè)，可滿(mǎn)足散貨碼頭砂石骨料裝船作業(yè)需求。裝船機(jī)可沿軌道行走，便于裝船機(jī)在一定的工作范圍內(nèi)更好工作，臂架能旋轉(zhuǎn)和俯仰，保證裝船機(jī)能夠適應(yīng)水位隨季節(jié)變化。溜筒作業(yè)時(shí)可伸縮調(diào)節(jié)，并且配有雷達(dá)測(cè)距，以便適應(yīng)不同水位和艙內(nèi)裝滿(mǎn)程度，并使卸落的物料盡量減少粉塵飛揚(yáng)。