门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用研究

岳金灿，李佩祎

(中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220)

引言

在各个港口向绿色化、智慧化方向转型升级的背景下，目前许多通用散货码头为充分发挥码头通过能力和减少流机作业及汽车倒运环节，对既有码头卸船工艺系统进行了自动化流程升级改造，在保留既有门座起重机的情况下，增加门座起重机卸料漏斗、带式输送机系统以及后方堆取料系统，由传统的通用作业模式向更加高效、环保、节能、智能的专业化装卸方式发展。

常规通用散货码头为实现专业化流程作业模式，往往码头装卸设备配置带斗门座起重机，带斗门座起重机在国内外应用使用广泛，其起重量一般在16～25 t，作业效率为350～600 t/h，作业船型1～7 万t 级，作业货种包括煤炭、铁矿石、散粮、化肥等，对船型和货种的适应性较强[1]，在普通门座起重机的基础上，增加漏斗和卸料系统，和普通门机相比，作业效率要高很多，同时相比桥式抓斗卸船机等专业化卸船设备，它又具有性价比高、作业兼顾性好等优点[2]。但对于通用散货码头已经配置普通门座起重机的情况下，重新更换码头卸船设备显然投资太大，如何在保留既有普通门座起重机的情况下，实现通用散货码头专业化流程改造将是工艺方案的关键所在。本文对现有通用散货码头门座起重机卸船工艺方案分析与比较，提供一种改进的通用散货码头门座起重机卸船流程自动化作业方案，供相关类似工程设计参考借鉴。

1 常规方案简介

现有港口散货装卸作业模式一般为船舶运输货物到达港口，由普通门机或带斗门座起重机利用抓斗抓取物料，将物料卸至集料料斗，物料经由集料漏斗装入下方运输车辆内或带式输送机上，运送至后方堆场[3]。带斗门机是介于卸船机和普通门机之间的一种设备，它在普通门机的基础上，自身设计有料斗、输送装置等卸料系统[4]，与普通门机相比具有作业效率高、性价比高、作业兼顾性好等优点。

目前码头普遍使用的漏斗主要是固定式漏斗(无行走装置)和直线移动式漏斗。固定式漏斗的优点是整体为刚性，无行走装置中的轴承等易损部件，整体抗冲击性能好；直线移动式漏斗的优点是可沿着一个方向自由移动(多为沿轨道方向)，方便跟随门机移动，位移速度快，可提高作业效率[5]。

因此对于通用散货码头在保留普通门座起重机的情况下改造为专业化码头，目前主要有以下两种方案：方案一是在门座起重机陆侧轨后方增加皮带机，通过在皮带机上增加卸料漏斗进行卸料作业（见图1），漏斗为固定式漏斗；方案二是在门座起重机两轨之间增加皮带机，通过在门座起重机旁边增加移动卸料漏斗进行物料的转接（见图2），漏斗运行利用门机轨道，可随门座起重机同时运动。

图1 码头皮带机位于轨道外侧

图2 码头皮带机位于轨道内侧

皮带机及卸料漏斗布置在轨道外侧的作业方式有以下特点：

1）常用于（半）专业化码头的卸船，门座起重机陆侧轨后方不设缓冲堆场，且卸料漏斗多为固定式，码头皮带机转接机房位于陆侧轨后方，码头门座起重机可以跨泊位进行作业；

2）不影响码头门座起重机的走行以及装卸作业覆盖范围，但是作业时门座起重机回转角度较大，能耗较高，影响装卸效率，在固定漏斗的情况下不利于门座起重机抓斗的对位作业。

皮带机及卸料漏斗布置在两轨之间的作业方式有以下特点：

1）门座起重机的作业回转角度较小，便于操作，能耗相对较低，装卸效率较高；

2）轨后方可利用缓冲堆场较大，便于其他件杂货的装卸作业和一些需要落地货种的装卸作业；

3）皮带机位于两轨之间，码头的转接机房往往需要建设在码头前方，泊位位于岸线根部则影响较小，如果转接机房位于顺岸泊位中部，则会影响两个泊位之间码头门座起重机设备的通行以及门座起重机在机房两侧的装卸作业，对于船舶靠泊也有一定的限制；

4）漏斗与门座起重机同轨且由门座起重机走行机构拖行的模式下，漏斗会占用大部分门座起重机间距，造成同泊位作业门座起重机分布的灵活性降低，对于单泊位作业门座起重机的数量也有一定的限制。

码头皮带机布置在轨道内侧或陆侧轨后面两种装卸方案均有使用先例，但对于大型的通用散货卸船泊位，常常采用码头皮带机布置在轨道内侧的方案，此时的门座起重机卸料漏斗往往与门座起重机同轨（见图3），移动卸料漏斗由门座起重机拖行随门座起重机同步行走，门座起重机抓斗卸船后卸至移动卸料漏斗内，通过漏斗下部的振动给料机均匀给料至码头皮带机，然后通过一系列的带式输送机流程转接卸至后方堆场堆存。

图3 门座起重机与移动卸料漏斗

2 问题分析

大型通用散货码头为了提高卸船效率，往往采用“一舱口一门座起重机”的设备配置模式，以15～20 万t 级散货船为例，9 个舱口共配置9 台门座起重机（见图4），作业时相邻门座起重机之间间隔很近，只能有限的调整门座起重机位置及门座起重机作业角度，在增加与门座起重机同轨的移动卸料漏斗后（暂按每台门座起重机带一个移动卸料漏斗），9 个移动卸料漏斗合计占用门座起重机轨道长度约80 m，而9 台门座起重机合计占用轨道长度约200 m，9 台门座起重机和9 个移动卸料漏斗合计占用轨道长度约280 m，均远远大于15 万t 级和20万t 级散货船的舱口长度210 m 和230 m，而且这种布置方案门座起重机与相邻门座起重机之间距离太大，部分门座起重机中心位于舱口与舱口之间区域，作业角度不是太理想而又无法调整，因此在这种作业模式下只能保证6～7 台门座起重机同时正常作业，较传统通用作业模式的9 台门座起重机少2～3 台卸船设备，对于卸船效率影响较大。

图4 门座起重机配置图

因此对于此类码头，门座起重机卸船系统的改造主要应该考虑到以下几个问题：

1）码头长度的局限性，很多码头并不具备安装多台大型卸料漏斗的条件，因此应该在保证装卸效率的条件下减小设备占用空间；

2）卸料系统与散货船的适配性，“一舱口一门座起重机”的设备配置模式是最为理想的工作模式，可以充分利用既有空间与设备，因此如何保证卸料系统中的多台设备能够同时作业，尽可能提高装卸效率，减少装卸时间是关键的问题；

3）卸料系统的作业保障能力，当某一环节出现问题或故障时，可以及时提供替代方案或设备，尽可能保障作业不间断。

除此之外应该同时考虑到码头面、设备的受力情况、装卸系统的投资情况等，保证安全与投资的前提。因此针对既有码头门机联合移动卸料漏斗进行装卸作业时的一些问题，在进行通用散货码头改造时，需要进行相关方面的优化。

3 方案分析

3.1 工作原理

针对以上情况，考虑采用门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用的卸船方案，移动卸料漏斗不与门座起重机同轨，利用码头皮带机栈桥上铺设的轨道进行行走，不占用门座起重机行走轨道范围，大大减轻移动卸料漏斗的整体重量。尤其对于轨距较大的码头，能够有效解决与门座起重机同轨的移动卸料漏斗占用门座起重机行走轨道范围，导致9台门座起重机无法同时作业而损失卸船效率的问题。采用门座起重机与高架移动卸料漏斗组合方式进行卸船作业，可以合理调节作业状态下门座起重机间距，最大程度保证同时作业门座起重机的数量，满足“一门座起重机一舱口”的作业模式，极大提高装卸效率，保障作业安全。门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用如图5。

图5 门座起重机与移动卸料漏斗组合应用示意图

3.2 难点及创新点分析

1）难点

门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用方案难点主要在于以下几个方面：

①由于高架移动卸料漏斗位于码头高架栈桥上，需要在码头皮带机栈桥上单独铺设轨道，漏斗自重较大，同时考虑到装卸过程中的冲击载荷，这些因素都会加大皮带机栈桥的结构受力；

②会加大码头栈桥基础受力，对码头结构的影响需要进一步核算；

③高架移动卸料漏斗由于自身尺寸较小，其各支腿间距较小，因此在设计时应考虑防倾翻措施，避免发生倾翻事故。

以上难点1）和2）主要体现在可能会增加高架栈桥和码头栈桥基础的投资，难点3）可以通过适当加大移动卸料漏斗的跨距和加强与门座起重机的连接强度及其他有效的防倾覆措施，能够有效解决以上难点问题。

2）创新点

门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用方案主要有以下创新点：

①采用高架移动卸料漏斗，漏斗不与门机同轨，利用码头皮带机栈桥上铺设的轨道进行行走，不占用门机行走轨道范围，能够有效解决与门机同轨的移动卸料漏斗占用门机行走轨道范围。

如图6 下部分，与门机同轨卸料漏斗占用门机轨道长度导致门机之间间距加大，而且相互之间大车行走空间较小，不利于门机作业角度的调整；图6 上部分表示采用与门机不同轨的高架移动卸料漏斗的方案，利用码头皮带机栈桥铺设的轨道行走，不占用门机行走范围，整体所占用码头方向空间大大减少，可在有限的空间下，极大程度提高装卸效率。

图6 门机与两种移动卸料漏斗组合比较图（单位：m）

②每台门座起重机各自带斗独立作业，投入作业数量可以随意组合，且避免相邻门座起重机共用卸料漏斗可能存在的安全隐患、效率损失、司机操作困难、料流不稳定等问题。

③漏斗布置在码头皮带机栈桥上，将大大减轻移动卸料漏斗的重量，降低价格及维护成本，特别是轨距较大的码头。

④每台门座起重机两侧各有一个移动卸料漏斗，同时漏斗可随门机移动，因此当某个移动卸料漏斗设备出现故障时，可临时利用相邻门座起重机的卸料漏斗，作业保障率高。

4 效果对比分析

以一个15 万t 级通用散货卸船泊位为例，计算通用作业方案（9 台门座起重机）、专业化作业方案（7 台门座起重机）和专业化作业方案（9 台门座起重机）三种工况下的泊位年通过能力，按《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）有关公式计算[7-8]，采用公式：

式中：

G—设计船型实际载货量（t）；

Pt—泊位的年通过能力（t）；

Ty—泊位年营运天数（d）；

tZ—装卸一艘设计船型所需时间（h）；

p—设计船时效率（t/h）；

td—昼夜小时数（h）；

tƒ—船舶装卸辅助作业、技术作业及船舶靠离泊间隔时间之和（h）；

Σt—昼夜非生产时间之和（h）。包括工间休息、吃饭及交接班时间（h）；

KB—港口生产不平衡系数。

各参数取值如下：

表1 泊位年通过能力计算表

以一个15 万t 级通用散货卸船码头为例，经比较，采用高架移动卸料漏斗专业化方案（9 台门座起重机）作业情况下泊位年通过能力较传统通用作业方案（9 台门座起重机）增加约18 %（约180 万t/年，增加营业收入约3 600 万元/年，装卸费暂按20 元/t 估算）；较采用与门座起重机同轨道移动卸料漏斗专业化方案（7 台门座起重机）泊位年通过能力增加约25 %（约240 万t/年，增加营业收入约4 800 万元/年），经济效益显著。同时将通用散货卸船码头改造为专业化散货卸船码头，减少散货物料流动机械倒运作业环节，提升码头通过能力的同时，节能环保协调发展，资源节约集约利用，符合港口转型升级发展的相关要求。

5 结语

本文提出的门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用方案采用门座起重机与高架移动卸料漏斗组合应用的卸船方案，移动卸料漏斗不与门机同轨，利用码头皮带机栈桥上铺设的轨道进行行走，不占用门机行走轨道范围，能够有效解决与门机同轨的移动卸料漏斗占用门机行走轨道范围，导致9台门机无法同时作业而损失卸船效率的问题。该组合方案能够满足9 台门机各带1 个移动卸料漏斗同时独立作业的工况（2 台门机共用漏斗存在相互干扰的安全隐患，对于卸船效率也会产生影响），能够有效增加卸船效率和门机行走范围，有利于充分发挥通用散货码头的通过能力，认为这种应用组合在目前国家环保政策高压监管、港口转型升级势在必行，能在不新增码头数量的情况下，充分挖潜既有码头通过能力，实现码头运量的增长，增加港口经济效益与环保效益，为相关既有工程的改扩建提供相关设计思路。