长江上游散货进口码头皮带机系统优化设计研究

周　侃　徐　甜

中交第二航务工程勘察设计院有限公司



长江上游散货进口码头皮带机系统优化设计研究

周侃徐甜

中交第二航务工程勘察设计院有限公司

斜坡式散货进口码头工艺布置的关键为皮带机系统的设计，以长江上游散货进口码头建设为例，探讨了在山区地形条件下对皮带机系统优化设计，包括对趸船皮带机、斜坡道皮带车的改造。优化方案加大了皮带机爬坡角度，较常规布置将码头前沿线向陆域方向移动30米以上，减少了码头建设对航道的影响，降低了工程投资。

斜坡式码头； 散货进口； 皮带机系统

1　前言

按照三峡水库的正常调度运行，在正常蓄水条件下，每年10月中下旬从145 m开始蓄水，到11月中上旬蓄水至175 m，次年4月中下旬从175 m开始降水，到6月中上旬降至145 m，总的水位变幅达30 m。受上游码头地质、地形和水文等条件的限制，库区内码头多采用趸船+斜坡道的形式，但后方陆域多为山区型地形，起伏较大，且纵深有限，对散货进口码头工艺布置影响较大。作为三峡库区内大水位差斜坡式散货进口码头，后方陆域为典型山区地形，起伏较大，按常规散货进口码头布置型式，因水位差较大，斜坡道水平距离较长，码头前沿线距离主航道较近，对船舶航行和行洪影响较大，且后方陆域土方工程量较大，工程投资较高。因此对工艺系统，特别是皮带机系统的布置提出新的要求。本文结合该码头工程，对装卸工艺特别是皮带机输送系统设计中遇到的问题进行分析，从而优化了设计方案，减少了陆域占地范围，对长江上游类似散货进口码头的建设具有一定的借鉴意义。

2　工程概况

某电厂码头工程位于万州城区上游10 km的长江右岸，建设2个3 000 t级散货进口泊位和2个3 000 t级散货出口泊位及相应的配套设施，一期建设散货进口泊位2个。散货进口泊位采用斜坡码头结构型式，码头前方设趸船，每艘趸船上配备2台25 t-30 m浮式起重机进行卸船作业，卸下的煤炭由趸船上的漏斗转运至皮带机系统，通过码头转运站运至后方电厂。

3　皮带机系统关键点研究

斜坡式散货进口码头工艺布置的关键为皮带机系统的设计，包括趸船皮带机、斜坡道皮带车以及趸船与斜坡道搭接处的布置等。本工程需要解决的关键点在结合工程实际，优化皮带机输送系统，减少后方陆域占地方位，降低工程投资。

3.1斜坡道角度

本工程陆域东西方向长约520 m，地面起伏大，东边最高处约210 m，西边最低处约172 m，属典型的山区型地质。为减少弃土量，减少对周边环境的破坏，陆域场区标高按土方挖填平衡来确定，标高取为+180 m。根据常规皮带机布置形式，斜坡道坡比为1 ∶4(约14°)，由于本工程设计低水位为+143.6 m，按此设计，码头前沿线距离后方陆域坡顶线不小于165 m[1]。由于本工程为电厂专用码头，货种单一，均为煤炭，煤质较好，允许最大倾角达20°，皮带机最大倾角位于低水位时趸船与斜坡道搭接处。经复核，将斜坡道坡度取为1 ∶3.7(约15.1°)，可保证低水位时趸船与斜坡道搭接处皮带机倾角约19°，此时，码头前沿线距离陆域坡顶线仅131.5 m，较以往常规布置减少航道占用宽度30 m以上。

图1　码头平面布置图

图2　进口码头工艺断面布置图

3.2趸船皮带机方案

受码头结构型式的限制，斜坡码头在码头前方常采用趸船皮带机+钢引桥皮带机转接的型式，如图3所示。其中一条皮带机布置在趸船上，另一条皮带机布置在搭接在趸船和斜坡道之间的钢引桥上，当水位变化时，通过吊架系统将钢引桥吊起便于移船。受趸船宽度限制，布置在趸船上的皮带机较短，而2条皮带机相互之间进行转接时需增加布置在趸船上的皮带机的落料点高度[2-3]。这样产生了2个问题：

(1)由于布置在趸船上的皮带机中部受料点高度增加，使得趸船上布置的双联漏斗高度和浮吊重心高度加大，增加趸船和浮吊的投资；

(2)运行时趸船受船舶靠泊和水流冲击影响，2条皮带机之间经常对位不准，落料点处易洒料，落入水中，造成污染。

为解决上述问题，本工程将常规布置的趸船皮带机和钢引桥皮带机合二为一，形成1条皮带机，取消钢引桥，由布置在趸船上的固定皮带机机架(固定皮带机)和连接趸船和斜坡道的桁架式皮带机机架(活动皮带机)组成。桁架式皮带机机架采用组装式通廊结构，头部采用支架结构，直接搭接在斜坡道皮带机尾车上，并将驱动装置布置在皮带机中部，与尾部改向滚筒和张紧装置等均布置在趸船上，桁架式皮带机机架在趸船传动滚筒支架上设有双向铰接支座，可绕铰接支座旋转，如图4所示。

按此布置，趸船皮带机靠船侧处不需抬高向钢引桥皮带机喂料，趸船皮带机靠船侧高度可降至2.3 m，漏斗落料点处高度可降至2 m， 相应趸船上漏斗以及浮式起重机的高度可降低1 m，有效地提高了趸船的稳定性并降低设备整体投资。

图3　常规趸船斜坡道搭接方式

图4　改进后趸船斜坡道搭接方式

为解决趸船受水流冲击所造成的位移，在趸船皮带机头架下方设2根滚动轴，相应地在斜坡道皮带车尾车支撑架上设1根滚动轴，二者之间垂直布置，见图5。滚动轴之间可相互滚动，从而带动趸船皮带机在斜坡道皮带车尾车滚动轴上沿水流方向和垂直于水流方向移动，以适应水流和靠船所造成的冲击。

图5　皮带车头部搭接示意图

在活动皮带机两侧设人行通道，并在下方加挂托架，用来布置上船电缆和水管，如图6所示。人行通道和水、电缆分开布置，可减少相互之间的干扰，避免电缆漏电所产生的安全事故。

图6　活动皮带机中部断面示意图

当水位变化较小，趸船随水位变化上下起伏时，斜坡道皮带车固定不动，趸船皮带机上活动皮带机部分随水位变动绕趸船上的铰接支座实时旋转，以满足物料输送要求。当水位变动较大，通过趸船皮带机旋转无法满足物料输送要求或水位将斜坡道皮带机淹没时，必须移动趸船或斜坡道皮带机，通过趸船上的门架系统牵引活动皮带机部分，与斜坡道皮带车尾车脱开，进行趸船的移船和斜坡道上皮带车的移动作业，待二者均拖至合适位置后，再将活动皮带机头部重新搭接在斜坡道皮带车尾车支撑架上，进行物料输送作业。该皮带机布置形式已获得国家实用新型专利(一种适用于斜坡码头趸船和斜坡道之间散货物料运输的皮带机，专利号为ZL 2015 2 0201012674.2)。

3.3斜坡道皮带车方案

皮带车是长江上游为适应水位变化而采用的一种特有的输送设备，是普通皮带机的一种特殊形式。整机采用多节分段铰接的挠性机架组成，由卷扬机牵引，通过行走轮在斜坡道和坡顶陆域的轨道上运行，随水位变化移动。

皮带车有单一式和重叠式2种。因单一式皮带车对坡顶处陆域纵深要求较高，本工程若采用单一式皮带机所需陆域纵深在120 m以上，工程量较大，且皮带车输送量较大，电机功率达220 kW，无法采用单一式皮带车的电动滚筒传动型式。若采用重叠式皮带车，重叠式皮带车为半固定式伸缩皮带机，结合了单一式皮带车和固定式皮带机的构造特点，坡顶段部分采用固定式皮带机，可在固定式皮带机头部采用常规的电机+减速机的驱动型式，斜坡段采用单一式皮带车，随水位涨落沿斜坡道轨道移动[4]。本工程皮带车移动行程约84 m，为减少工程量，将皮带车活动段布置陆域隧道内，隧道长105 m。

图7　皮带车头部布置图

由于陆域场区地形起伏较大，为减少土方开挖量，皮带车应尽早进行落料转接，以减少陆域占地范围。本工程共建设2个散货进口泊位，每个泊位分别布置一条接料皮带机，但下游侧2#泊位接料皮带机与上游侧1#泊位皮带车活动段存在交叉，因此采用皮带机错层交叉布置，将皮带车活动段布置在隧道内，隧道底标高为+177 m；接料皮带机布置在坑道内，坑道底标高为+174m。为避免落料管影响皮带车伸缩段，将皮带车头部落料点抬高，采用斜溜管落料，溜管避开皮带车活动段，抬高高度2 m，如图7和图8所示。按此布置，2个泊位陆域宽度分别为26.5 m和23.3 m，最大程度减少陆域占地范围。

图8　皮带车头部断面布置图

4　结语

本工程作为专用码头项目，在充分了解煤炭来源的基础上，对煤炭特性进行分析，加大皮带机爬坡角度，最大倾角达19°，较常规布置将码头前沿线向陆域方向移动30 m以上，极大地降低了码头建设对航道通行和库区行洪的影响。本工程皮带机系统设计中，采用新型的皮带车搭接方式，减少了趸船和斜坡道间皮带机转接点数量，降低趸船上卸船设备的高度，有效缓解了趸船和斜坡道之间相对移动对物料转接所造成的影响，减少了洒料的可能性。斜坡道皮带车采用重叠式，充分适应上游水位变化的要求，并采用常规的电机+减速的驱动型式，减少后期设备维护工作量，接料皮带机与皮带车采用错层交叉布置形式，最大程度降低陆域占用范围，减少土方开挖量，有效控制工程投资。

[1]JTJ 212-2006. 北京： 河港工程总体设计规范[S].2006: 26-29.

[2]安东. 大水位差散货出运码头皮带机输送系统设计[J]. 港口装卸， 2010(5)：12-13.

[3]王诚. 长江上游大水位差散货码头装卸工艺及设备研究[J]. 港口装卸， 2006(2)：16-18.

[4]喻弘. 重叠式皮带车的改进设计[J]. 港口装卸，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, 武汉市武昌区民主路555号