岸边集装箱起重机散货作业改造

游建能 韩 冰

宜昌港务集团有限责任公司

1 引言

某港口由集装箱作业转变为件杂散货作业，大量集装箱专用设备闲置，同时又严重缺少散货装卸设备。为解决此问题，对岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)进行改造，在保留集装箱作业功能基础上，新增散货作业功能。该方案可提高港口散货作业的生产力，降低安全事故发生的风险。

2 技术方案

2.1 技术论证

港区散货装卸作业通常通过皮带机将堆场与码头前沿设备连接，中间环节少，作业效率高。该港口改造后，需兼顾集改散或散改集功能，不适于大规模建设皮带机作业线，因此设计技术方案为岸桥加装散货抓斗，作业工艺为：散货驳船-岸桥抓取-栈桥料仓-运输车辆-堆场。

待改造岸桥为自行小车式、双梁单箱集装箱岸桥[1]，主要性能参数见表1。

表1 待改造岸桥性能参数

集装箱岸桥为单起升机构，若进行散货作业，须加装大型单绳散货抓斗。常用的能满足连续作业，且效率较高的大型单绳抓斗有液压摇控抓斗和电动液压抓斗。按设备起重能力，拟配总起重量不超过40 t的抓斗。总起重量40 t的抓斗自重约13 t，容量15～20 m3，抓取货物的容重为不大于1.4 t/m3。

依据工艺设计，料仓下行车净空不小于4.2 m，料仓按35～40 m3设计，接料仓高度约8.2 m。

2.2 抓斗样式选择

液压摇控抓斗与岸桥吊架需通过吊钩横梁连接，作业时抓斗可能会在空中旋转，给稳斗带来一定难度；同时为保证作业时不超载，需适当降低抓斗容量，作业效率会有所下降。电动液压抓斗与岸桥吊架可采用4根锚链连接，既省去了中间的吊钩横梁，还能防止抓斗过大角度旋转。

在总起升高度方面，15 m3无线遥控抓斗自身总高约5 m，闭斗时钢丝绳抽出长度约6 m，因此设备总起升高度需大于8.2+5+6=19.2 m。15 m3电动液压抓斗总高约5 m，开闭斗时，抓斗总高变化不大，连接链环长2 m，总起升高度需大于8.2+5+2=15.2 m。

待改造岸桥起升高度18 m，从以上分析可得，应选择电动液压抓斗进行散货作业。

2.3 料斗形式

岸桥的起升和小车为主要作业机构，大车运行为非主要作业机构，设计运行速度低，不适于频繁运动。为作业方便，将料仓安装在岸桥江侧门框下横梁上，与岸桥形成整体。料仓与岸桥结构间采用法兰连接，使料斗可拆卸，保留岸桥原集装箱作业能力。

3 技术改造

3.1 电液抓斗改造

岸桥吊架四角上分别有承载能力12.5 t的吊耳，为方便抓斗与上吊架连接和作业，在抓斗头部加装8个吊耳，以便在卸船清舱时，能将抓斗转动90°后使用。抓斗与吊架间用锚链连接。

从岸桥配电房辅助电源柜敷设电缆至小车吊具接线箱，在接线箱内加装电动液压抓斗的供电及控制电器，在操控室内加装双脚踏开关，控制抓斗动作。定制小车到吊架电缆，利用原吊具上架贮缆框，实现对抓斗的供电和控制。

3.2 移动料斗设计

3.2.1 料斗结构设计

移动料斗与岸桥通过法兰连接安装到岸桥下横梁上与岸桥形成整体(见图1)。

1.接料板 2.液力推进器 3.操控室 4.接料斗 5.料斗框架 6.转运汽车图1 料斗结构设计

3.2.2 有限元分析

岸桥结构及料斗结构采用beam44、mass21和pipe16单元建模，约束4个大车位置的X、Y、Z方向位移自由度，物料载荷施加于料斗锥形重心处。

经计算，结构的最大应力位于料斗支架钢板处，为223.473 MPa。该处材料为Q355B，其许用应力为237 MPa，材料强度满足设计要求。

3.2.3 整体稳定性计算

对门框斜撑管、料斗支架斜撑圆管、料斗支架竖直圆管进行屈曲计算，计算有效长度按照原长选取，其计算应力分别为36.36 MPa、114.05 MPa、122.97 MPa。该处材料为Q345B，其许用应力为230 MPa，以上构件的稳定性均满足设计要求。

对料斗支架横撑箱型梁进行屈曲计算，选取应力最大的单元编号214进行校核，计算有效长度按照原长2倍选取，其计算应力为50.84 MPa。该处材料为Q345B，其许用应力为230 MPa，该箱型梁稳定性满足设计要求。

3.3 轮压计算

料斗内煤炭最大重量61 t，结构件重量约35 t，按100 t总重加在门框上。

整体结构的最大轮压位于工作风速20 m/s时的海侧车轮上，轮压为316 kN，小于允许轮压320 kN，轮压满足要求。

4 实施效果

将岸桥改造后的作业效率与同码头平台上的25 t门座起重机(以下简称门机)进行比较(见表2)。25 t门机是单起升机构，加装8～10 m3可变容积摇控抓斗，进行散货作业，2台门机的造价和装机容量与1台岸桥相当。

表2 改造后岸桥与25 t门机作业效率对比

岸桥散货化改造后，试运行时，硫磺、煤炭卸船作业效率约450 t/h。经生产部门优化操作流程，增加停车定位等设施后，散货卸船作业效率最高达550 t/h，效率与码头上2台25 t门机同时作业相当。

5 结语

散货化改造后的岸桥，抓斗旋转角度小，物料抓取干净，收仓工作量大幅减少，减轻了工人劳动强度，改善了作业人员的工作环境，降低了操作的安全风险，减少了货物装卸损失，保证了码头装卸质量。本次改造探索，为其他港区设备改造提供一种可行的参考。