干散貨浮碼頭輸送工藝一體化布置研究

吳　濤　黃　慶

中交第二航務工程勘察設計院有限公司

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干散貨浮碼頭輸送工藝一體化布置研究

吳濤黃慶

中交第二航務工程勘察設計院有限公司

摘要：結合某工程實際，提出一種適用于干散貨浮碼頭的新型輸送工藝布置方案。該方案采用一體化柔性布置的帶式輸送機替代傳統帶式輸送機，減少了工藝系統中輸送機的數量和物料輸送過程中轉接點的數量，比傳統方案具有更好的節能效果和環保性能。

關鍵詞：干散貨； 浮碼頭； 輸送工藝系統； 一體化； 柔性布置

1引言

長江干線不同河段由于地質和水位條件的差異，所適用的碼頭結構型式主要有斜坡式碼頭、浮碼頭和直立式碼頭。因浮碼頭結構簡單、投資較省、機動靈便等優點，使其在長江中上游河段的客運碼頭、工作船碼頭和采用固定式裝卸機械的散貨碼頭中被廣泛采用[1]。浮碼頭亦稱為“躉船碼頭”，通常由躉船、躉船系留設施、活動鋼引橋、升降架、固定引橋、作業平臺等部分組成。

本文結合長江中游某散貨進口浮碼頭技術改造工程，提出了一種適用于浮碼頭的新型一體化布置的輸送工藝方案，并對該方案及其應用前景進行了簡要分析。

2問題分析

2.1工程概況

該散貨浮碼頭位于長江中游九江河段，屬于對現有老碼頭的技改工程，現有2個浮碼頭始建于1985年，躉船及工藝設備均嚴重老化，已不能滿足日益增長的貨運量的要求，迫切需要對現有老舊工藝系統進行改造。

該工程擬將原有2個1 000 t級散貨進口泊位改建為2個1 000 t級(兼顧3 000 t級)散貨進口泊位，貨物年吞吐量195萬t，主要貨種為水泥熟料及輔料。工程設計高水位為20.5 m，設計低水位為5.69 m，工程平面布置見圖1。

圖1　工程平面布置圖

圖1中3#泊位和4#泊位為本次技術改造對象，設計分界點為2#鋼引橋與陸域墩臺的搭接點。2個泊位前沿各布置1艘鋼制躉船，2艘躉船間采用1座鋼聯橋連接，每艘躉船上布置2臺16 t-30 m浮式起重機進行卸船作業。考慮本工程設計分界點已確定，且3#泊位后方陸域為已建廠區，不便于新建接岸設施，故3#泊位卸船的物料需經過4#泊位，由1#和2#鋼引橋上的帶式輸送機運送至后方工藝系統。

現有3#泊位散貨卸船工藝流程如下：3#躉船浮式起重機→受料漏斗→帶式輸送機BC1→帶式輸送機BC2→帶式輸送機BC3→4#躉船帶式輸送機BC4→1#鋼引橋帶式輸送機BC5→2#鋼引橋帶式輸送機BC6→陸域帶式輸送機系統→堆場堆取料設備→堆場。3#泊位和4#泊位改造之前的工藝斷面布置見圖2。

圖2　3#泊位和4#泊位工藝斷面圖

2.2工程存在的主要問題

該工程多年生產實際中主要存在2個問題。

(1)工藝系統中輸送機數量較多，每條輸送機都需要單獨的驅動裝置，系統能耗較大，日常維護工作量較大。

(2)工藝系統中輸送機的落料點數量較多，且經常發生灑料，對周圍生態環境損害較大。

原工藝系統中，帶式輸送機BC1、BC3和BC4位于躉船上，BC2和BC5位于鋼聯橋上，由于躉船與鋼聯橋之間為搭接方式，當躉船受到船舶靠泊、水流沖擊等因素影響時，自身會產生平行于水流方向和垂直于水流方向的復雜運動，因此，鋼聯橋與躉船之間會出現頻繁的錯動，造成躉船上帶式輸送機向鋼聯橋帶式輸送機的供料點處時常會出現錯位灑料，刮風天氣會產生較大的揚塵。由于灑料位置主要位于鋼聯橋與躉船搭接處，灑料不易處理，經過雨水沖刷等途徑進入江中，將對江水造成污染。

隨著國家節能環保政策的推行，人們對節能環保的重要性越來越關注，該工程現有碼頭日常生產對周邊環境的不良影響日益突現，問題亟待解決。

3新型輸送工藝布置方案

3.1結構組成

為解決上述問題，結合該工程實際，本文提出了一種新型一體化柔性布置的輸送工藝方案。

新方案設計思想主要來源于三節拖掛式可逆配倉輸送機的工作原理[2]，并結合本工程實際運行工況，在其基礎上加以改進。三節拖掛式可逆配倉輸送機配備了可以前后移動的行走輪，工作時車輪行走于鋼軌上，其機架為分節式桁架結構，且相互之間是鉸接的，它具備雙向移動和雙向供料的功能，其結構見圖3。

圖3　三節拖掛式重型可逆配倉輸送機示意圖

借鑒三節拖掛式可逆配倉輸送機結構，新型一體化柔性布置方案將常規布置的多條帶式輸送機“組合”為一體，整機采用1整條皮帶，取消傳統輸送機的支腿結構，采用分節式桁架結構的機架，每節機架長度為9 m，機架中間段懸空，兩端各配置1套行走裝置，每套行走裝置在預設的軌道上運行，機架之間相互鉸接。該機僅采用1套驅動裝置驅動，可減少傳統設計時的驅動數量和轉接點的數量。該輸送機結構主要由頭部滾筒、尾部滾筒、槽形上托輥、調心上托輥、平行下托輥、V型下托輥、反V型下托輥、分節式桁架結構機架、橫向行走裝置、縱向行走裝置、驅動裝置等部分組成。

該方案的創新點在于機架之間連接方式的設計，機架連接點處細部結構見圖4。

圖4　 機架細部結構示意圖

首先，將輸送機運行方向定義為X向，垂直于輸送機運行方向定義為Z向，垂直于地面方向定義為Y向。每節機架沿X向首尾均設有鉸接耳板，前后2節機架通過銷軸方式彼此連接，2節機架可繞鉸接點做圍繞Z軸的轉動。機架頭部沿Y向設置上下2組走形裝置，上方沿Z向設置1組橫向行走輪，下方沿X向設置1組縱向行走輪(可根據實際工況設置任意1組行走輪或2組均設置)，每組車輪下方均布設1根鋼軌，鋼軌2側設置端部車擋裝置，限制機架行走輪的行程。靠近橫向行走輪設置1根電動液壓推桿，當輸送機頭部、機身和尾部相互之間發生錯位時，若出現橫向車輪局部位置與鋼軌發生啃軌無法移動，輸送機整體呈彎曲狀態的情況，電動液壓推桿可輔助機架完成調節，恢復輸送機形態。

3.2工作原理

本工程3#泊位至4#泊位的輸送系統采用新型布置方案后，比原布置方案減少了2個落料點，其工藝斷面布置見圖5。

圖5　3#泊位和4#泊位一體化柔性布置工藝斷面圖

3#躉船和鋼聯橋上的機架端部均布置橫向和縱向2組行走輪，4#躉船上的機架端部只設置橫向行走輪，這樣可以確保在發生錯位移動時，由3#躉船和鋼聯橋上的機架進行橫向和縱向調節，4#躉船上的機架僅作橫向調節，確保輸送機頭部位置對于鋼引橋上受料輸送機是相對固定的，從而避免因頭部晃動造成的灑料。因此可以假設4#躉船是固定的，當3#躉船相對于4#躉船發生X方向的錯位時，位于3#躉船和鋼聯橋上的機架通過縱向行走輪沿著X方向移動，彌補3#躉船相對4#躉船發生的錯位。同理，當3#躉船相對于4#躉船發生Z方向的錯位時，位于3#躉船和鋼聯橋上的機架可通過橫向行走輪沿著Z方向移動，彌補錯位。當躉船受水流力影響發生上下浮動時，各機架可通過首尾之間鉸接點的轉動抵消。當各向運動同時發生時，輸送機相對4#躉船的運動相當于一種柔性擺動，故稱本次設計為一體化柔性布置。

同理，4#泊位至后方陸域的輸送系統亦采用該布置方式，將1#鋼引橋和2#鋼引橋上的輸送機整合為1條，減少1個落料點，其工藝斷面布置見圖6。

圖6　4#泊位一體化柔性布置工藝斷面圖

為限制躉船發生大幅度晃動，本次設計將躉船的系留設施進行了改造，每艘躉船2端加設1根定位樁，限制躉船沿垂直水流方向的運動，躉船僅能隨水位變化上下運動，從而減小輸送機橫向錯位，大大增加了新方案的可行性，躉船定位樁見圖7。

圖7　躉船加設定位樁示意圖

本次設計考慮當輸送機發生柔性擺動時，整條輸送機可能出現呈彎曲形態布置，為避免皮帶跑偏，還可采取以下幾個措施。

(1)在機架端部橫向行走裝置下設置一個電動液壓推桿，當輸送機呈現彎曲形態時，可通過電動液壓推桿調整輸送機的整體形態，防止發生皮帶跑偏。

(2)整機設置摩擦調心上托輥組，對皮帶進行自動糾偏。

(3)回程托輥設置調心V型下托輥組和反V型下托輥組，增加回程皮帶自動糾偏功能和摩擦力，降低皮帶跑偏的可能性。

(4)在槽形上托輥兩側設置側立輥，限制輸送帶的跑偏[3]。

4結語

結合某散貨進口浮碼頭工程改造實際，提出了一種新型一體化柔性布置的輸送工藝系統。該新型布置形式目前尚處于方案設計階段，使用效果仍需進一步驗證，但從理論上而言，該方案是可行的。通過該方案的研究，對以后類似的干散貨浮碼頭物料輸送工藝系統的設計具有一定的借鑒作用。

參 考 文 獻

[1]郝浩. 長江中下游浮碼頭系留躉船的柔性定位墩的結構受力特性研究及結構優化[D]. 重慶：重慶交通大學,2014.

[2]北京起重運輸機械設計研究院. DTII(A)帶式輸送機設計手冊(第2版)[M]. 北京：冶金工業出版社,2013.

[3]王煥林. 長距離水平轉彎皮帶輸送機設計[D]. 大連：大連理工大學,2013.

吳濤： 430071，武漢市武昌區民主路555號

Study on Integrated Layout Plan of Transportation Craft for Dry Bulk Floating Pier

CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd. Wu TaoHuang Qing

Abstract：With a certain engineering practice, this paper proposes a new layout plan of transportation craft. This plan uses the belt conveyor with an integrated and flexible layout to replace the traditional one. It can reduce the number of belt conveyors and the number of transit points in the transportation system. This new plan has better energy efficiency and environmental performance than the traditional plan.

Key words：dry bulk; floating pier; system of transport craft; integrated; flexible layout

收稿日期：2016-03-15

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.03.010