長江上游散貨進口碼頭皮帶機系統優化設計研究

周　侃　徐　甜

中交第二航務工程勘察設計院有限公司

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長江上游散貨進口碼頭皮帶機系統優化設計研究

周侃徐甜

中交第二航務工程勘察設計院有限公司

斜坡式散貨進口碼頭工藝布置的關鍵為皮帶機系統的設計，以長江上游散貨進口碼頭建設為例，探討了在山區地形條件下對皮帶機系統優化設計，包括對躉船皮帶機、斜坡道皮帶車的改造。優化方案加大了皮帶機爬坡角度，較常規布置將碼頭前沿線向陸域方向移動30米以上，減少了碼頭建設對航道的影響，降低了工程投資。

斜坡式碼頭； 散貨進口； 皮帶機系統

1　前言

按照三峽水庫的正常調度運行，在正常蓄水條件下，每年10月中下旬從145 m開始蓄水，到11月中上旬蓄水至175 m，次年4月中下旬從175 m開始降水，到6月中上旬降至145 m，總的水位變幅達30 m。受上游碼頭地質、地形和水文等條件的限制，庫區內碼頭多采用躉船+斜坡道的形式，但后方陸域多為山區型地形，起伏較大，且縱深有限，對散貨進口碼頭工藝布置影響較大。作為三峽庫區內大水位差斜坡式散貨進口碼頭，后方陸域為典型山區地形，起伏較大，按常規散貨進口碼頭布置型式，因水位差較大，斜坡道水平距離較長，碼頭前沿線距離主航道較近，對船舶航行和行洪影響較大，且后方陸域土方工程量較大，工程投資較高。因此對工藝系統，特別是皮帶機系統的布置提出新的要求。本文結合該碼頭工程，對裝卸工藝特別是皮帶機輸送系統設計中遇到的問題進行分析，從而優化了設計方案，減少了陸域占地范圍，對長江上游類似散貨進口碼頭的建設具有一定的借鑒意義。

2　工程概況

某電廠碼頭工程位于萬州城區上游10 km的長江右岸，建設2個3 000 t級散貨進口泊位和2個3 000 t級散貨出口泊位及相應的配套設施，一期建設散貨進口泊位2個。散貨進口泊位采用斜坡碼頭結構型式，碼頭前方設躉船，每艘躉船上配備2臺25 t-30 m浮式起重機進行卸船作業，卸下的煤炭由躉船上的漏斗轉運至皮帶機系統，通過碼頭轉運站運至后方電廠。

3　皮帶機系統關鍵點研究

斜坡式散貨進口碼頭工藝布置的關鍵為皮帶機系統的設計，包括躉船皮帶機、斜坡道皮帶車以及躉船與斜坡道搭接處的布置等。本工程需要解決的關鍵點在結合工程實際，優化皮帶機輸送系統，減少后方陸域占地方位，降低工程投資。

3.1斜坡道角度

本工程陸域東西方向長約520 m，地面起伏大，東邊最高處約210 m，西邊最低處約172 m，屬典型的山區型地質。為減少棄土量，減少對周邊環境的破壞，陸域場區標高按土方挖填平衡來確定，標高取為+180 m。根據常規皮帶機布置形式，斜坡道坡比為1 ∶4(約14°)，由于本工程設計低水位為+143.6 m，按此設計，碼頭前沿線距離后方陸域坡頂線不小于165 m[1]。由于本工程為電廠專用碼頭，貨種單一，均為煤炭，煤質較好，允許最大傾角達20°，皮帶機最大傾角位于低水位時躉船與斜坡道搭接處。經復核，將斜坡道坡度取為1 ∶3.7(約15.1°)，可保證低水位時躉船與斜坡道搭接處皮帶機傾角約19°，此時，碼頭前沿線距離陸域坡頂線僅131.5 m，較以往常規布置減少航道占用寬度30 m以上。

圖1　碼頭平面布置圖

圖2　進口碼頭工藝斷面布置圖

3.2躉船皮帶機方案

受碼頭結構型式的限制，斜坡碼頭在碼頭前方常采用躉船皮帶機+鋼引橋皮帶機轉接的型式，如圖3所示。其中一條皮帶機布置在躉船上，另一條皮帶機布置在搭接在躉船和斜坡道之間的鋼引橋上，當水位變化時，通過吊架系統將鋼引橋吊起便于移船。受躉船寬度限制，布置在躉船上的皮帶機較短，而2條皮帶機相互之間進行轉接時需增加布置在躉船上的皮帶機的落料點高度[2-3]。這樣產生了2個問題：

(1)由于布置在躉船上的皮帶機中部受料點高度增加，使得躉船上布置的雙聯漏斗高度和浮吊重心高度加大，增加躉船和浮吊的投資；

(2)運行時躉船受船舶靠泊和水流沖擊影響，2條皮帶機之間經常對位不準，落料點處易灑料，落入水中，造成污染。

為解決上述問題，本工程將常規布置的躉船皮帶機和鋼引橋皮帶機合二為一，形成1條皮帶機，取消鋼引橋，由布置在躉船上的固定皮帶機機架(固定皮帶機)和連接躉船和斜坡道的桁架式皮帶機機架(活動皮帶機)組成。桁架式皮帶機機架采用組裝式通廊結構，頭部采用支架結構，直接搭接在斜坡道皮帶機尾車上，并將驅動裝置布置在皮帶機中部，與尾部改向滾筒和張緊裝置等均布置在躉船上，桁架式皮帶機機架在躉船傳動滾筒支架上設有雙向鉸接支座，可繞鉸接支座旋轉，如圖4所示。

按此布置，躉船皮帶機靠船側處不需抬高向鋼引橋皮帶機喂料，躉船皮帶機靠船側高度可降至2.3 m，漏斗落料點處高度可降至2 m， 相應躉船上漏斗以及浮式起重機的高度可降低1 m，有效地提高了躉船的穩定性并降低設備整體投資。

圖3　常規躉船斜坡道搭接方式

圖4　改進后躉船斜坡道搭接方式

為解決躉船受水流沖擊所造成的位移，在躉船皮帶機頭架下方設2根滾動軸，相應地在斜坡道皮帶車尾車支撐架上設1根滾動軸，二者之間垂直布置，見圖5。滾動軸之間可相互滾動，從而帶動躉船皮帶機在斜坡道皮帶車尾車滾動軸上沿水流方向和垂直于水流方向移動，以適應水流和靠船所造成的沖擊。

圖5　皮帶車頭部搭接示意圖

在活動皮帶機兩側設人行通道，并在下方加掛托架，用來布置上船電纜和水管，如圖6所示。人行通道和水、電纜分開布置，可減少相互之間的干擾，避免電纜漏電所產生的安全事故。

圖6　活動皮帶機中部斷面示意圖

當水位變化較小，躉船隨水位變化上下起伏時，斜坡道皮帶車固定不動，躉船皮帶機上活動皮帶機部分隨水位變動繞躉船上的鉸接支座實時旋轉，以滿足物料輸送要求。當水位變動較大，通過躉船皮帶機旋轉無法滿足物料輸送要求或水位將斜坡道皮帶機淹沒時，必須移動躉船或斜坡道皮帶機，通過躉船上的門架系統牽引活動皮帶機部分，與斜坡道皮帶車尾車脫開，進行躉船的移船和斜坡道上皮帶車的移動作業，待二者均拖至合適位置后，再將活動皮帶機頭部重新搭接在斜坡道皮帶車尾車支撐架上，進行物料輸送作業。該皮帶機布置形式已獲得國家實用新型專利(一種適用于斜坡碼頭躉船和斜坡道之間散貨物料運輸的皮帶機，專利號為ZL 2015 2 0201012674.2)。

3.3斜坡道皮帶車方案

皮帶車是長江上游為適應水位變化而采用的一種特有的輸送設備，是普通皮帶機的一種特殊形式。整機采用多節分段鉸接的撓性機架組成，由卷揚機牽引，通過行走輪在斜坡道和坡頂陸域的軌道上運行，隨水位變化移動。

皮帶車有單一式和重疊式2種。因單一式皮帶車對坡頂處陸域縱深要求較高，本工程若采用單一式皮帶機所需陸域縱深在120 m以上，工程量較大，且皮帶車輸送量較大，電機功率達220 kW，無法采用單一式皮帶車的電動滾筒傳動型式。若采用重疊式皮帶車，重疊式皮帶車為半固定式伸縮皮帶機，結合了單一式皮帶車和固定式皮帶機的構造特點，坡頂段部分采用固定式皮帶機，可在固定式皮帶機頭部采用常規的電機+減速機的驅動型式，斜坡段采用單一式皮帶車，隨水位漲落沿斜坡道軌道移動[4]。本工程皮帶車移動行程約84 m，為減少工程量，將皮帶車活動段布置陸域隧道內，隧道長105 m。

圖7　皮帶車頭部布置圖

由于陸域場區地形起伏較大，為減少土方開挖量，皮帶車應盡早進行落料轉接，以減少陸域占地范圍。本工程共建設2個散貨進口泊位，每個泊位分別布置一條接料皮帶機，但下游側2#泊位接料皮帶機與上游側1#泊位皮帶車活動段存在交叉，因此采用皮帶機錯層交叉布置，將皮帶車活動段布置在隧道內，隧道底標高為+177 m；接料皮帶機布置在坑道內，坑道底標高為+174m。為避免落料管影響皮帶車伸縮段，將皮帶車頭部落料點抬高，采用斜溜管落料，溜管避開皮帶車活動段，抬高高度2 m，如圖7和圖8所示。按此布置，2個泊位陸域寬度分別為26.5 m和23.3 m，最大程度減少陸域占地范圍。

圖8　皮帶車頭部斷面布置圖

4　結語

本工程作為專用碼頭項目，在充分了解煤炭來源的基礎上，對煤炭特性進行分析，加大皮帶機爬坡角度，最大傾角達19°，較常規布置將碼頭前沿線向陸域方向移動30 m以上，極大地降低了碼頭建設對航道通行和庫區行洪的影響。本工程皮帶機系統設計中，采用新型的皮帶車搭接方式，減少了躉船和斜坡道間皮帶機轉接點數量，降低躉船上卸船設備的高度，有效緩解了躉船和斜坡道之間相對移動對物料轉接所造成的影響，減少了灑料的可能性。斜坡道皮帶車采用重疊式，充分適應上游水位變化的要求，并采用常規的電機+減速的驅動型式，減少后期設備維護工作量，接料皮帶機與皮帶車采用錯層交叉布置形式，最大程度降低陸域占用范圍，減少土方開挖量，有效控制工程投資。

[1]JTJ 212-2006. 北京： 河港工程總體設計規范[S].2006: 26-29.

[2]安東. 大水位差散貨出運碼頭皮帶機輸送系統設計[J]. 港口裝卸， 2010(5)：12-13.

[3]王誠. 長江上游大水位差散貨碼頭裝卸工藝及設備研究[J]. 港口裝卸， 2006(2)：16-18.

[4]喻弘. 重疊式皮帶車的改進設計[J]. 港口裝卸，2012(3)：4-7.

Optimization Design on Belt Conveyor System at Bulk Import Terminal of Upper Yangtze

Zhou KanXu Tian

CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd

The key issue for the process layout of the sloped bulk import terminal is the proper design of belt conveyor system. Taking the upper bulk import terminal construction along Yangtze river as an example, this paper discusses the optimization method of belt conveyor system at the condition of mountain area terrain, which includes the reconstruction of barge belt machine and ramped belt car. In the optimum proposal, the ramp angle has been increased. And the wharf apron has been shifted more than 30 meters toward the landside. Through this way, it can reduce the influence of wharf construction on the waterway, and cut down the engineering budget.

sloped terminal； bulk imports； belt conveyor system

2016-03-10

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.007

周侃: 430073, 武漢市武昌區民主路555號