装船机溜筒改造设计方案

郑安国

大唐环境产业集团股份有限公司



装船机溜筒改造设计方案

郑安国

大唐环境产业集团股份有限公司

针对装船机的溜筒卸料范围不能覆盖大船船型的舱口工作面，溜筒不能正常进入大船的料仓，原有装船机的设计能力不能满足现有船型要求的情况，从经济性与可操作性的角度出发，提出将装船机适用船型的改造转化为溜筒改造的思路，分析了主动动力与自重抛物运动两类改造方案，给出了装船机溜筒改造设计方案。

装船机； 溜筒； 改造

1　前言

在港口机械中，装船机作为散装物料的连续运输机械，有着广泛的需求和适用范围。装船机的设计需要以码头的吞吐量与停靠的主力船型为依据，满足设定条件的使用要求。但随着我国水运事业的迅速发展与提高，常常出现一些原有装船机的设计能力不能满足现有船型的要求，其中最主要的问题是，装船机的溜筒卸料范围不能覆盖大船船型的舱口工作面，溜筒不能正常进入大船的料仓等。针对这类问题，本文从经济性与可操作性的角度出发，提出了将装船机适用船型的改造转化为溜筒改造的思路，比较分析了主动动力与自重抛物运动2类改造方案，给出了装船机溜筒改造和溜筒模块化设计方案。

2　工程实例分析

2.1工程基本情况

现有某码头的一台2 000 t/h装船机，物料为煤，整机设计工作船型仅为5 000 t，溜筒有且仅有伸缩功能。现因业务需要，变更服务船型为35 000 t级船舶。原机器的落料覆盖范围，不能使得35 000 t的船装满，见图1。

从图1可以看出，溜筒在臂架缩至最短位置时，仍旧不能覆盖船的内侧舱口，依靠物料的堆积角不能将船装满，见图中的阴影部分所示。伸缩臂架最大外伸距为30 020 mm，最短外伸距为22 520 mm。35 000 t的船型仓尺寸为18 000 mm × 20 000 mm。针对这一问题，有2种解决思路。一种是通过增加伸缩臂架的伸缩范围，来达到装船区域面积增加。但这种方法经济性差，需要改进的部件太多，对整机重量中心影响也很大，所以不予采纳。另外一种方法是改造溜筒，目标范围较小，对整机的行走、回转、俯仰等机构影响小，甚至可以利用原有的机构不做调整，实施起来经济性与可操作性较好。

2.2方案一：物料出口处增加主动动力系统

首先，在溜筒下端出口位置增加例如皮带机等动力方式，要考虑空间需求与增加重量方面对整机的重量重心影响，皮带机等常规动力转移方式重量太大，所需空间太多，使原机器产生安全隐患，不予采纳。在项目的技术设计时，考虑在溜筒下部增加一个不断旋转的拨盘，使得物料被甩向远方，从而达到落料范围的目的。

溜筒出口尺寸为800 mm× 800 mm，满足2 000 t/h的物料通量要求，如图1所示。这一尺寸与原溜筒的通过截面相似，可以保证通量。则拨盘最大外径需约2 200 mm。拨片扫过溜筒口的线速度直径约为1 500 mm。拨盘转数设为60 r/min，即1 r/s，拨片宽度设为400 mm 。根据自由落体物理公式以及设定条件计算，结论为，自由落体到溜筒口的速度能够达到12.52 m/s，拨片速度与自由落体速度合成后的角度为69.38°，改变物料速度角度为20°左右，而由拨片接触物料改变物料轨迹的比例只有9.58%，即有9.58%的物料被拨到。初步功率计算为6.69 kW。

图1　35 000 t船型时溜筒装船位置图

从计算结论可以看出，通过调整叶片的旋转角度，可以通过增加叶片扫过的物料面积和转速来达到抛料的目的。经过调整，最终可以获得最大30%左右的物料发生偏转，偏转的角度可以达到25°。

此方案可以以外部挂载的形式出现，对原机器的改动小，可以设计成需要时快速安装的接头形式。但此方案头部增加的机构尺寸影响操作空间，容易与船发生碰撞。同时偏转物料的能力有限，针对本文的工程实例船型能力不足。

2.3方案二：增大自重抛物运动角度

依靠物料的自重变化物料的运动角度和出料后的抛物线运动情况，例如改成斜溜筒或者三通溜筒，增加溜筒的摆动功能等。按照惯例与相关资料，落料导料的坡角需要大于物料堆积角度10°。本机器物料为煤，静堆积角为45°，再考虑物料湿度与水平运行的反冲影响，确定了导料角度为60°，这一角度也是通常在散装物料转运装置中所要求的最低角度。若要实现这一目标，原有的溜筒将需要摆动角度，使得物料在自重状态下偏移落料点，达到增加覆盖范围的目的。经过技术设计，物料的水平偏移需要达到6 m，才能达到35 000 t船型的工作需求，见图2。

将本溜筒改为液压摆动的可伸缩溜筒，摆动幅度为-35°～+10°(以垂直外臂架为零度基准，向内35°，向外10°)，溜筒长度为8 m，-35°时考虑臂架上仰时，向内装船的需要。而臂架下俯时，溜筒与水平面的夹角不应大于30°经计算可得，水平位移为4 m。这时，物料经过8 m长的60°斜角的溜筒时，已经有了4 m的水平位移，也就是说，覆盖半径向内、向外各增加了4 m。

但是，总水平位移需求约6 m时才能完全满足需求。所以在出料口附近累加抛料头的功能，物料经过长溜筒获得60°角的运动速度，抛料头在物料脱离溜筒的一刻，改变其运动方向，使得速度方向趋于水平，从而在脱离溜筒后获得抛物线的轨迹。

经计算可得，只需要抛料头部距离物料落点的高度差在1 m左右(通常装船机的操作规范就需要此高度)，则抛料可以抛出3～4 m的距离。结合溜筒的偏移角度后产生的水平差4 m，总的水平位置偏移了7～8 m，也就是装船的落料点半径覆盖面积增加了7～8 m。

该方案能够满足了项目的装船需求。抛料头经详细考虑后采用了液压推杆，完善方案后，设计图见图3。

改造后的溜筒，具备了整体摆动、伸缩、抛料头的功能。相对原有的仅有伸缩功能，摆动与抛料头都为了实现物料的水平转移，从而增加装船时物料的覆盖面积。

此方案相对于方案一改动较大，需要更换、添加的机构结构较多。但可以达到更好的抛料效果。但对于整机而言，溜筒的变更主要是重量的影响，在工程实例中，按方案二核算，溜筒的重量增加了约2 t。但由于溜筒处在整机的最远端，产生的弯矩也较大，需要适当增加装船机的配重来调整重量重心。同时校核俯仰钢丝绳与俯仰电机的能力。对相关的钢结构例如臂架、配重梁进行应力计算，或有限元分析，整机大车行走机构的车轮轮压，也将有所增加，需要校核车轮、轨道与路基的轮压是否在允许值。

图2　改造后35 000 t船型空载时溜筒装船位置图

图3　改造后35 000 t船型满载时溜筒装船位置图

3　结语

在原有的装船机不能与装载的船型相匹配时，通过改造溜筒使之相匹配是一个经济又方便的方式。在扩大装船范围的措施方面，方案一为在物料出口处增加主动动力系统，例如皮带机，螺旋输送机等，此方案具备了不受溜筒长度限制的优势，并可以使得溜筒的伸缩范围更大，同时改动小，对原机影响小，但能力提升有限；方案二为依靠物料的自重改变物料的运动角度以及出料后的抛物线运动，例如改成斜溜筒或者三通溜筒，增加溜筒的摆动功能等来扩大装船范围，此方案较大地提升装船能力，但改动较多，需要足够的溜筒长度以获得速度和偏移距离。

Reconstruction Design of Slip Cylinder for the Ship Loader

Zheng Anguo

Datang Environment Industry Group Co., Ltd.

Since the discharge range of slip cylinder in current ship loader can not cover the hatch working face of the large vessel, the slip cylinder can not get into the ship bunker in regular method, which causes that the function of traditional ship loader can not meet the demand of current large type ships. In order to solve this problem, the author chose to reconstruct the slip cylinder to get ship loader adapted with large vessel. Through the comparison between the active power system scheme and dead-weight projectile motion scheme, the slip cylinder reconstruction scheme is finally emphasized.

ship loader; slip cylinder; reconstruction

2016-02-18

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.008

郑安国： 201615，上海市九亭镇涞坊路650弄12#401室