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(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

摘要：結(jié)合某工程實(shí)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(jī)替代傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)，減少了工藝系統(tǒng)中輸送機(jī)的數(shù)量和物料輸送過程中轉(zhuǎn)接點(diǎn)的數(shù)量，比傳統(tǒng)方案具有更好的節(jié)能效果和環(huán)保性能。

關(guān)鍵詞：干散貨； 浮碼頭； 輸送工藝系統(tǒng)； 一體化； 柔性布置

1引言

長(zhǎng)江干線不同河段由于地質(zhì)和水位條件的差異，所適用的碼頭結(jié)構(gòu)型式主要有斜坡式碼頭、浮碼頭和直立式碼頭。因浮碼頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較省、機(jī)動(dòng)靈便等優(yōu)點(diǎn)，使其在長(zhǎng)江中上游河段的客運(yùn)碼頭、工作船碼頭和采用固定式裝卸機(jī)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(shè)施、活動(dòng)鋼引橋、升降架、固定引橋、作業(yè)平臺(tái)等部分組成。

本文結(jié)合長(zhǎng)江中游某散貨進(jìn)口浮碼頭技術(shù)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(duì)該方案及其應(yīng)用前景進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

2問題分析

2.1工程概況

該散貨浮碼頭位于長(zhǎng)江中游九江河段，屬于對(duì)現(xiàn)有老碼頭的技改工程，現(xiàn)有2個(gè)浮碼頭始建于1985年，躉船及工藝設(shè)備均嚴(yán)重老化，已不能滿足日益增長(zhǎng)的貨運(yùn)量的要求，迫切需要對(duì)現(xiàn)有老舊工藝系統(tǒng)進(jìn)行改造。

該工程擬將原有2個(gè)1 000 t級(jí)散貨進(jìn)口泊位改建為2個(gè)1 000 t級(jí)(兼顧3 000 t級(jí))散貨進(jìn)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(shè)計(jì)高水位為20.5 m，設(shè)計(jì)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(shù)改造對(duì)象，設(shè)計(jì)分界點(diǎn)為2#鋼引橋與陸域墩臺(tái)的搭接點(diǎn)。2個(gè)泊位前沿各布置1艘鋼制躉船，2艘躉船間采用1座鋼聯(lián)橋連接，每艘躉船上布置2臺(tái)16 t-30 m浮式起重機(jī)進(jìn)行卸船作業(yè)?？紤]本工程設(shè)計(jì)分界點(diǎn)已確定，且3#泊位后方陸域?yàn)橐呀◤S區(qū)，不便于新建接岸設(shè)施，故3#泊位卸船的物料需經(jīng)過4#泊位，由1#和2#鋼引橋上的帶式輸送機(jī)運(yùn)送至后方工藝系統(tǒng)。

現(xiàn)有3#泊位散貨卸船工藝流程如下：3#躉船浮式起重機(jī)→受料漏斗→帶式輸送機(jī)BC1→帶式輸送機(jī)BC2→帶式輸送機(jī)BC3→4#躉船帶式輸送機(jī)BC4→1#鋼引橋帶式輸送機(jī)BC5→2#鋼引橋帶式輸送機(jī)BC6→陸域帶式輸送機(jī)系統(tǒng)→堆場(chǎng)堆取料設(shè)備→堆場(chǎng)。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(chǎn)實(shí)際中主要存在2個(gè)問題。

(1)工藝系統(tǒng)中輸送機(jī)數(shù)量較多，每條輸送機(jī)都需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置，系統(tǒng)能耗較大，日常維護(hù)工作量較大。

(2)工藝系統(tǒng)中輸送機(jī)的落料點(diǎn)數(shù)量較多，且經(jīng)常發(fā)生灑料，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境損害較大。

原工藝系統(tǒng)中，帶式輸送機(jī)BC1、BC3和BC4位于躉船上，BC2和BC5位于鋼聯(lián)橋上，由于躉船與鋼聯(lián)橋之間為搭接方式，當(dāng)躉船受到船舶靠泊、水流沖擊等因素影響時(shí)，自身會(huì)產(chǎn)生平行于水流方向和垂直于水流方向的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，因此，鋼聯(lián)橋與躉船之間會(huì)出現(xiàn)頻繁的錯(cuò)動(dòng)，造成躉船上帶式輸送機(jī)向鋼聯(lián)橋帶式輸送機(jī)的供料點(diǎn)處時(shí)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位灑料，刮風(fēng)天氣會(huì)產(chǎn)生較大的揚(yáng)塵。由于灑料位置主要位于鋼聯(lián)橋與躉船搭接處，灑料不易處理，經(jīng)過雨水沖刷等途徑進(jìn)入江中，將對(duì)江水造成污染。

隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的推行，人們對(duì)節(jié)能環(huán)保的重要性越來越關(guān)注，該工程現(xiàn)有碼頭日常生產(chǎn)對(duì)周邊環(huán)境的不良影響日益突現(xiàn)，問題亟待解決。

3新型輸送工藝布置方案

3.1結(jié)構(gòu)組成

為解決上述問題，結(jié)合該工程實(shí)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(shè)計(jì)思想主要來源于三節(jié)拖掛式可逆配倉(cāng)輸送機(jī)的工作原理[2]，并結(jié)合本工程實(shí)際運(yùn)行工況，在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。三節(jié)拖掛式可逆配倉(cāng)輸送機(jī)配備了可以前后移動(dòng)的行走輪，工作時(shí)車輪行走于鋼軌上，其機(jī)架為分節(jié)式桁架結(jié)構(gòu)，且相互之間是鉸接的，它具備雙向移動(dòng)和雙向供料的功能，其結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　三節(jié)拖掛式重型可逆配倉(cāng)輸送機(jī)示意圖

借鑒三節(jié)拖掛式可逆配倉(cāng)輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，新型一體化柔性布置方案將常規(guī)布置的多條帶式輸送機(jī)“組合”為一體，整機(jī)采用1整條皮帶，取消傳統(tǒng)輸送機(jī)的支腿結(jié)構(gòu)，采用分節(jié)式桁架結(jié)構(gòu)的機(jī)架，每節(jié)機(jī)架長(zhǎng)度為9 m，機(jī)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(yù)設(shè)的軌道上運(yùn)行，機(jī)架之間相互鉸接。該機(jī)僅采用1套驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，可減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的驅(qū)動(dòng)數(shù)量和轉(zhuǎn)接點(diǎn)的數(shù)量。該輸送機(jī)結(jié)構(gòu)主要由頭部滾筒、尾部滾筒、槽形上托輥、調(diào)心上托輥、平行下托輥、V型下托輥、反V型下托輥、分節(jié)式桁架結(jié)構(gòu)機(jī)架、橫向行走裝置、縱向行走裝置、驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。

該方案的創(chuàng)新點(diǎn)在于機(jī)架之間連接方式的設(shè)計(jì)，機(jī)架連接點(diǎn)處細(xì)部結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4　 機(jī)架細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖

首先，將輸送機(jī)運(yùn)行方向定義為X向，垂直于輸送機(jī)運(yùn)行方向定義為Z向，垂直于地面方向定義為Y向。每節(jié)機(jī)架沿X向首尾均設(shè)有鉸接耳板，前后2節(jié)機(jī)架通過銷軸方式彼此連接，2節(jié)機(jī)架可繞鉸接點(diǎn)做圍繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)架頭部沿Y向設(shè)置上下2組走形裝置，上方沿Z向設(shè)置1組橫向行走輪，下方沿X向設(shè)置1組縱向行走輪(可根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置任意1組行走輪或2組均設(shè)置)，每組車輪下方均布設(shè)1根鋼軌，鋼軌2側(cè)設(shè)置端部車擋裝置，限制機(jī)架行走輪的行程?？拷鼨M向行走輪設(shè)置1根電動(dòng)液壓推桿，當(dāng)輸送機(jī)頭部、機(jī)身和尾部相互之間發(fā)生錯(cuò)位時(shí)，若出現(xiàn)橫向車輪局部位置與鋼軌發(fā)生啃軌無法移動(dòng)，輸送機(jī)整體呈彎曲狀態(tài)的情況，電動(dòng)液壓推桿可輔助機(jī)架完成調(diào)節(jié)，恢復(fù)輸送機(jī)形態(tài)。

3.2工作原理

本工程3#泊位至4#泊位的輸送系統(tǒng)采用新型布置方案后，比原布置方案減少了2個(gè)落料點(diǎn)，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(lián)橋上的機(jī)架端部均布置橫向和縱向2組行走輪，4#躉船上的機(jī)架端部只設(shè)置橫向行走輪，這樣可以確保在發(fā)生錯(cuò)位移動(dòng)時(shí)，由3#躉船和鋼聯(lián)橋上的機(jī)架進(jìn)行橫向和縱向調(diào)節(jié)，4#躉船上的機(jī)架僅作橫向調(diào)節(jié)，確保輸送機(jī)頭部位置對(duì)于鋼引橋上受料輸送機(jī)是相對(duì)固定的，從而避免因頭部晃動(dòng)造成的灑料。因此可以假設(shè)4#躉船是固定的，當(dāng)3#躉船相對(duì)于4#躉船發(fā)生X方向的錯(cuò)位時(shí)，位于3#躉船和鋼聯(lián)橋上的機(jī)架通過縱向行走輪沿著X方向移動(dòng)，彌補(bǔ)3#躉船相對(duì)4#躉船發(fā)生的錯(cuò)位。同理，當(dāng)3#躉船相對(duì)于4#躉船發(fā)生Z方向的錯(cuò)位時(shí)，位于3#躉船和鋼聯(lián)橋上的機(jī)架可通過橫向行走輪沿著Z方向移動(dòng)，彌補(bǔ)錯(cuò)位。當(dāng)躉船受水流力影響發(fā)生上下浮動(dòng)時(shí)，各機(jī)架可通過首尾之間鉸接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)抵消。當(dāng)各向運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生時(shí)，輸送機(jī)相對(duì)4#躉船的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一種柔性擺動(dòng)，故稱本次設(shè)計(jì)為一體化柔性布置。

同理，4#泊位至后方陸域的輸送系統(tǒng)亦采用該布置方式，將1#鋼引橋和2#鋼引橋上的輸送機(jī)整合為1條，減少1個(gè)落料點(diǎn)，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(fā)生大幅度晃動(dòng)，本次設(shè)計(jì)將躉船的系留設(shè)施進(jìn)行了改造，每艘躉船2端加設(shè)1根定位樁，限制躉船沿垂直水流方向的運(yùn)動(dòng)，躉船僅能隨水位變化上下運(yùn)動(dòng)，從而減小輸送機(jī)橫向錯(cuò)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(shè)定位樁示意圖

本次設(shè)計(jì)考慮當(dāng)輸送機(jī)發(fā)生柔性擺動(dòng)時(shí)，整條輸送機(jī)可能出現(xiàn)呈彎曲形態(tài)布置，為避免皮帶跑偏，還可采取以下幾個(gè)措施。

(1)在機(jī)架端部橫向行走裝置下設(shè)置一個(gè)電動(dòng)液壓推桿，當(dāng)輸送機(jī)呈現(xiàn)彎曲形態(tài)時(shí)，可通過電動(dòng)液壓推桿調(diào)整輸送機(jī)的整體形態(tài)，防止發(fā)生皮帶跑偏。

(2)整機(jī)設(shè)置摩擦調(diào)心上托輥組，對(duì)皮帶進(jìn)行自動(dòng)糾偏。

(3)回程托輥設(shè)置調(diào)心V型下托輥組和反V型下托輥組，增加回程皮帶自動(dòng)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(cè)設(shè)置側(cè)立輥，限制輸送帶的跑偏[3]。

4結(jié)語

結(jié)合某散貨進(jìn)口浮碼頭工程改造實(shí)際，提出了一種新型一體化柔性布置的輸送工藝系統(tǒng)。該新型布置形式目前尚處于方案設(shè)計(jì)階段，使用效果仍需進(jìn)一步驗(yàn)證，但從理論上而言，該方案是可行的。通過該方案的研究，對(duì)以后類似的干散貨浮碼頭物料輸送工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郝浩. 長(zhǎng)江中下游浮碼頭系留躉船的柔性定位墩的結(jié)構(gòu)受力特性研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 重慶：重慶交通大學(xué),2014.

[2]北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院. DTII(A)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社,2013.

[3]王煥林. 長(zhǎng)距離水平轉(zhuǎn)彎皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)[D]. 大連：大連理工大學(xué),2013.

吳濤： 430071，武漢市武昌區(qū)民主路555號(hào)

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