（机械设计及理论专业论文）新型气垫带式散粮装船机的技术研究.pdf

新型气垫带式散粮装船机的技术研究 摘要 装船机是一种新型高效连续装船设备，它与后方的输送机系统相连接，用 于大宗散货装船作业，在装载散状物料方面具有效率高、破损率低等优点。本 次研究的新型气垫带式散粮装船机是辽宁省营口鲅鱼圈港区散粮中转设旌工 程装卸船系统，结合业主的要求及码头泊位的实际情况，在考察、调研的基础 上，综合国内、外散粮装船机的特点，首次将气垫带式输送机引入到装船机上， 替代普通皮带输送机，并结合其它新技术，使得所研究的新型装船机具有运行 平稳、耗能小、封闭性好、粉尘少、维修量小等优点，适用于港口输送各种散 粮。 1 改变传统的结构设计方法，与院校合作，采用了j i f e x 3 0 有限元分 析优化设计软件系统，整体建模并按实际工况进行数值仿真，优化了结构受 力点，使整机的受力更趋合理，并降低整机的重量。 2 采用气垫带式输送机替代传统的普通皮带输送机，减少了粉尘的泄漏 量，降低了对环境的污染，减少能耗。 3 采用无尘伸缩溜管及除尘设备，控制装船过程中粉尘外逸，船舱口处 粉尘浓度控制低于国家规定要求。除尘器中收集的粉尘能自动送回至粮流流 程。 4 选用聚氨脂作为散粮耐磨材料。聚氨脂无毒、环保、防静电，具有较 强的耐磨损性，解决了粮流冲击磨损问题。 气垫带式散粮装船机配合采用全轮制动、变频调速和p c 控制，料位传感 器等先进装备；大车走行；全1 8 0 。回转；俯馋机构能在一1 0 。+ 7 5 。范围内运 动；在l o 。范围内工作。通过实际使用和测量，本次研究开发的新型气垫带 式散粮装船机技术先进，结构合理，使用性能好，过载能力强，维护方便，安 全可靠，整机性能达到79 0 年代国际同类产品先进技术水平。 关键词：散粮；装船机：气垫带式输送机；有限元；伸缩溜管；聚氨脂：耐磨 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 a b s t r a c t s h i p l o a d e r sa r er e c e n ta d v e n t s h i pl o a d i n ge q u i p m e n t s ，c h a r a c t e r i s t i c w i t h c o n s i s t e n c y ，e f f e c t i v e n e s s ，h i g he f f i c i e n c y ，a n dw i t hl o w e rb r o k e nr a t e ，t h u s a r e h i g h l ys p e c i a l i z e di nr r t a s sl o a d i n gw o r k o fb u l km a t e r i a l s t h er e s e a c hi st o o r i g i n a l l yi n t r o d u c ean e wb e l tp n e u m a t i cc u s h i o nc o n v e y o rt o t h es h i pl o a d e r ，c o m b i n i n gw i t ho t h e rn e w t e r m s t e c h n o l o g i e so fs h i pl o a d i n g ，t o i m p r o v ec o m p r e h e n s i v e l yt h ev i a b i l i t y a n dp e r f o r m a n c eo ft h e e q u i p m e n t a sa w h o l e t h i sn e ws y s t e mi st e r m e da s “b l s ”( b e l tl o a d i n gs h i pl o a d e rs y s t e m ) t h e n e ws y s t e mw a s d e v e l o p e d i nt h eb ay u q u a np o r tg r a i nt e r m i n a l p r o j e c t t o t e s t i f y i t s p r a c t i c a l i t y ，a n dh a v ep r o v e di t ss p e c i f i c e f f e c t so nb u l km a t e r i a l s l o a d i n g a no p t i m a ls i m u l a t i o nm o d e li sb u i l ti nt h er e s e a r c h a c c o r d i n g t ot h ea c t u a l c i r c u m s t a n c e so ft h ep r o j c o t w i t ht h e “f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ”s o f t w a r e ，w eh a v e o p t i m i z e dt h em e c h a n i cp r o p e r t i e so ft h eb l s ，a n dt h u sg r e a t l yr e d u c et h ew e i g h t o ft h es t r u c t u r et om a k ei tm o r er e a s o n a b l e t h ee n v i r o n m e n tf a c t o rw a sc o n s i d e r e d8 sa ni m p o r t a n tf a c t o rf o rt h e d e s i g n i n t h er e s e a r c h ，a i mt om a k ei tl e a s th a r m f u lt ot h ee n v i r o n m e n ta n da l s ot om a k e e n e r g y s a v i n gp o s s i b l e ，w ea b a n d o n e dt h et r a d i t i o n a la p p r o a c ho fu s i n gc o m m o n c o n v e y o r s ，i n s t e a do fc h o o s i n g ab e l t p n e u m a t i cc u s h i o no n e s o m ed u s t f r e e g e a r sa n de q u i p m e n tl i k eg r e e ne x p a n s i o ns l i pt u b e sw a sa l s oa d o p t e dt ok e e pt h e g r a i nd u s tf r o mp e r m e a t i n gt ot h ea i r ，t h ed i s c h a r g e sc o l l e c t e di n s i d ec a l lt h u sb e b e s tc o n s e r v e da n d r e c y c l e da u t o m a t i c a l l yb yt h es y s t e m f u r t h e r ，t h e d e s i g n e rs p e c i f i c a l l y s e l e c t ss o m e p o l l u t i o n f r e em a t e r i a l sl i k e p o l y p r e n g lf o rt h ep r o j e c t t h es i g n i f i c a n c ei sn o to n l yt or e a c ht h eg o a lo fb r o a d g r e e nd e s i g n ，b u ta ls ot om a k ei tm o r ee c o n o m i c a la c c e p t a n c e t h e s em a t e r i a l s a r et h er e p r e s e n t a t i v e n e s so ft h ef u r t h e rd e v e l o p m e n t a n dt h ek e yt e r mf o rt h e f u t u r es t u d y ， k e y w o r d s ：b u 【km a t er ia is ：s h ipl o a l j er ：b e i tp n e u m a t ioc u s h i o n c o n v e y o r f in i t ee ler n e n t ：w e a rr e s is t in g 2 第一章绪论 1 1 课题任务来源及项目简介 2 0 0 2 年营口鲅鱼圈港开工建设散粮码头。散粮码头坐落于营口港鲅鱼圈港 区四港池4 l # 泊位，码头岸线2 4 0 m ，皮带机廊道护岸2 l o m ，筒仓护岸2 2 0 m 。 码头上现有门机3 台，门机轨道长1 9 7m ，轨距l o 5m 。散粮码头具有装、卸 两种功能，装船过程通过工作塔溜管、码头皮带机、装船机装载，卸船过程由 抓斗卸至码头皮带机至罐区。装船机的工作效率为10 0 0 t h ，码头输送线为双 向可逆式。 考虑到把散粮进口和出口两个绝然相反的装卸工艺系统有机结合起来，使 进口与出口在工艺系统功能和能力上，既保持相对独立，又互为利用和转换， 提高整个输送系统的利用率。在综合比较国内外固定式、移动式、摆动式散粮 装船机的基础上，结合鲅鱼圈港散粮进、出口码头的实际布置情况以及装卸工 艺布置要求，在码头岸壁设置2 台奁线移动式散粮装船机。采用直线移动式散 粮装船机具有以下几个方面的优势： a ) 能满足较大船型的装载需要。随着国际贸易的发展，散粮运输船舶的 吨位也在不断增大，由于移动式散粮装船机能在有效工作行程中往复运动，可 以满足5 万吨左右的船型，且在装船过程中船舶不需要移舱，节省了相关的费 用。 b ) 投资费用较少。该码头以前采用门机卸船作业，改变工艺流程后，只 需将原有门机搬迁，利用原有轨道及设施而不需追加大额码头改扩建费用。 c ) 装船作业效率高。移动式装船机由后方的盖带机供料，通过卸料小车 喂料给装船机，效率可达1 0 0 0 吨h 。 由于该装船机位于环境优美的鲅鱼圈港区，要求粉尘少、噪声低、安全可 靠。目前国内制造的普通托辊带式散粮装船机很难满足使用要求。对此，营口 港务局经研究决定采用公开招标方式优选设计方案和制造厂家。在国内、外6 家知名港机制造厂家竞标中，大连港机械厂提出了采用新型气垫带式散粮装船 机，用全气垫带式输送机( 以下简称气垫机) 作为输送设备，替代普通托辊输 送物料，加装除尘设备等措施，解决物料在输送过程中出现撒漏及冒灰等问题。 最终以其先进的技术，合理的方案，低廉的价格一举中标。 大连港机械厂负责设备整机的设计、制造、安装和调试( 电器部分另由大 连港埠机电公司承担) ，该设备于2 0 0 2 年4 月开始设计和制造，2 0 0 3 年4 月现 场安装和调试完毕，空、重载均一次试车成功。 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 1 2 同类技术国内外概况及发展趋势 1 21 国内应用及研究概况 装船机是种新型连续装船设备，它与后方的输送机系统相连接，用于大 宗散货装船作业。按货物种类分为煤炭装船机、矿石装船机、散粮装船机等； 按整机结构可分为固定式、移动式、弧线摆动式、直线摆动式等机型。装船机 在装载散状物料方面具有效率高、污染小、破损率低等优点，但造价相对较高。 但随着国际贸易的发展，运输船舶吨位的大型化，装船机在河运、海港码头开 始广泛应用。 1 9 7 9 年，在大连港东部港务公司投产的大豆筒仓散稂工程中使用了国产 装、卸船机，该机由原大连工学院设计，原大连工矿车辆厂制造，既能卸船又 能装船，装船效率5 0 0 t h ，适用o 3 2 万吨船型，在装船输送供料系统中采 用了普通托辊带式输送机，输送机给装船溜管供料，通过大车走行和装船溜管 俯仰调整装船幅度。投产以来每年能装船大豆约5 0 万吨，但该机因输送机封 闭性不好在使用中经常出现撒粮、冒灰等现象，加上装船溜管无除尘设旌，设 备本身及舱口附近粉尘污染很大，维修量也大，在使用期间经过多次小修和大 修，并因货源原因于9 8 年已停止使用，该机属国产最早开发使用的装、卸船 机。8 0 年代秦皇岛港务局从日本石川岛公司引进一台装、卸船机用于散粮码头， 装船效率6 0 0 t h ，在装船输送供料系统中采用了埋刮板机，埋刮板机给普通伸 缩溜管供料实现装船作业，通过大车走行、旋转及溜管伸缩来调整装船幅度。 埋刮板机封闭性好粉尘少，但耗能高、噪声大、破碎率高。该机每年装船玉米 近百万吨，已使用十多年，整机性能良好，未出现大的故障，但装船时舱口粉 尘污染很大。1 9 9 8 年锦州港务局在建成投产的散粮工程中，采用了台上海港 口机械制造厂生产的6 0 0 t h 装船机，在装船输送供料系统中采用了普通托辊 带式输送机，输送机给普通伸缩溜管供料，通过大车走行、旋转及溜管伸缩来 调整装船幅度。但由于采用普通托辊带式输送机其封闭性不好又无除尘设施， 在使用中撒粮、冒灰很严重，装船时舱口的粉尘污染很大。 我国从6 0 年代末7 0 年代初开始研究开发散粮装、卸船机，经过3 0 多年 的研究开发、制造使用和改进提高，基本形成定型产品，技术水平目趋成熟。 目前，国内使用的装船机后方供料系统均为普通托辊皮带，装船溜管采用普通 伸缩溜管，无除尘设施，采用旋转或伸缩、变幅、走行等机构调整装船幅度， 装船效率为5 0 0 1 0 0 0 t h ，能满足0 5 8 万吨散货船装船要求。国内使用的 散粮装船机主要有上海港口机械制造厂、大连大起集团有限公司、中起物料搬 运工程有限公司、沈阳起重运输机械有限责任公司等厂家制造。 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 1 ，2 2 国外应用及研究概况 货物运输方式的变更，促进了装船机的研究制造。许多国际上著名的装卸 设备制造厂商均毫无例外地加入了装船机的设计及制造行列。这些厂商首推美 国s o r o s ( a s s 0 c i a t e sc o n s u l t jn ge n g i t i e e r s ) ，m o n a l l y w e l l m a n ，加拿大的 s t e p h n s a d a m s 0 n ，原西德p w h ，日本石川岛等公司。这些公司设计制造的产 品遍及美国、秘鲁、阿根廷、智利、加拿大、澳大利亚、西班牙、葡萄牙、德 国等5 0 多个国家。产品种类包括溜管式装船机、固定式装船机、移动式装船 机、摆动式装船机等。 溜管式装船机是一种比较简单的装船机，由高架皮带机和溜管组成，物料 通过高架皮事机向溜管供料，后经溜管装船。由于是固定位置安装，一般每泊 位需安装4 9 台溜管装船机才能满足装船需要。其优点是结构简单，造价低， 移舱不停机作业。美国的c a r g i l l 体斯敦散粮码头和澳大利亚维州谷物仓库局 智朗教粮出口码头采用溜管式装船机。均为6 0 年代制造，两港所用溜管式均 无除尘装置，装船过程中粉尘飞扬比较大。瑞士布勒公司专家认为，溜管装船 机作业时处于倾斜状态，粮食不能全部充满溜管，加之无除尘设备，装船过程 中不可避免产生大量粉尘，污染周边环境。而且溜管经固定点旋转，势必产生 “死角”，不能装满船舱，需要平舱或移舱等附加作业。美国江河咨询公司 ( r i v e rc o n s u l t i n gc o 。) 认为，溜管式装船机是6 0 年代的产品，在新设计 的散粮码头已不允许采用。 固定式装船机实际上是移动式装船机去掉行走装置，e 自高架皮带机、装船 臂、溜管组成，臂架可以旋转、俯仰，溜筒可伸缩、摆动。物料由高架皮带机 向装船臂供料，然后经臂架输送机、溜筒进行装船作业。一般每泊位设3 5 台固定式装船机。固定式装船机溜筒垂直布置，便于安装除尘设施，加上固定 式装船机没有大车行走装置，故结构简单，重量轻，价格低，还可以实现换舱 不停机作业。 瓢稍毛勰? 掌箕i | 图l 固定式装船机示意图 1 高架栈桥2 皮带机3 装船臂4 溜筒5 船舶 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 固定式装船机是一种正在改造和逐步完善的装船机型式。 移动式装船机可沿码头岸边直线轨道运行，散货物料由码头沿岸的供料皮 带机系统经尾车向装船机的伸缩皮带供料，经溜筒向船舱装载。主枫可以沿轨 道移动，旋转；臂架可以伸缩、俯仰；溜筒可以伸缩，机构比较完善且有较高 的机动性。该机型主要适用于指状码头，可以在指状码头的两侧进行装船作业。 而且对大小船舶的适应能力比较强。该机型与岸臂起重机类似，自重较大，对 水工码头的投资较高。 移动式装船机还包括弧线摆动式装船机和直线摆动式装船机。弧线摆动式 装船机是6 0 年代后才被采用的一种机型，该机型由固定式装船机转化而形成。 弧线摆动式装船机的摆动桥下设有前、后支承，前支承在圆弧形轨道上运行，而 后支承仅在大型回转支承上回转。散货物料由供料皮带机供料于后支承上方， 经装船机的伸缩皮带机和溜筒向船舱装载。如图： 图2 弧线摆动式装船机简化模型 直线摆动式装船机( 如图3 ) 创始于7 0 年代。这种机型的摆动桥下的前支 承设有大型回转支承和垂直车轮组及水平侧向轮组：该机的后支承固定在地基 上，且由大型回转支承、垂直车轮组和侧向水平轮组组成，以支承摆动桥下腹部 的轨道。当前支承沿岸边直线轨道运行时，摆动桥摆动且伸缩。就装船的覆盖 面来说，直线摆动式优于弧线摆动式。由于码头轨道的长度较短。因此水工建 筑费用、码头设备投资费用等与岸壁移机式相比有了实质性的减少。在我国裕 溪口煤炭码头运行多年的b s z j l 8 0 0 型直线摆动式装船机( “七五”国家重点科 技攻关项目) 就是很好的例证，该机型应用范围较广，具有很大的推广前景。 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 兰兰! 皇苎兰；：；j 歹z 二= 愁， 锻。一 鸹 f 移 图3 直线摆动式装船机简化模型 i ) 船型3 6 0 0 0 d w t ( 如下图) ，固定武装船机与直线式装船机泊位有关费_ 白j 见表1 图4 采用固定式与直线式装船机的泊位布置 表i 固定式与直线式装船机有关费用比较( 单位：万美元) 一 2 ) 船型6 0 0 0 0 d w t ，采用圆弧式装船机与直线式装船机的洎位( 如图5 ) 费用关系： 圆弧式装船机的泊位总费用= 直线式装船机费用x1 2 5 + 直线式装船机泊 位的水工结构费用1 1 5 。 3 ) 船型1 6 0 0 0 0 d w t 时，如图6 ，采用成对圆弧式装船机与直线式装船机 。 一一。 蓥可 霉一 ，|，歹；，量一影 = 鼍 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 的泊位费用关系： 成对圆弧式装船机的泊位总费用= 直线式装船机总费用1 1 5 + 直线式装 船机泊位的水工结构费用i 2 。 ，芦= = = = = = ：一r 一、 ：鱼；i 士爰一一 ? j ? 五墨墨r r 套t 、一。j 7、s 7 一“。 p ? 一；二三= 二= 二= ：= = ：? ；、 。7 7v ”： 、：翌笙善= j j 受：兰二。 ；= ；= # = = ：= = = ：i ：黜? = = ：= = = = = = 等 。崤毒。蘸：醚薅瑟浆羞一j j 1 + 图5 采用直线式与圆弧式装船机的泊位布置图6 采用直线式、成对圆弧 式、运行式装船机的泊位布置图 采用运行式装船机与直线式装船机的泊位费用关系： 运行式装船机的泊位总费用= 直线式装船机费用1 2 + 直线式装船机泊 位水工结构费用1 7 5 。 美国c a r g i l l 谷物公司体斯敦散粮出口码头，1 9 6 7 年建成投产，装船码头 采用栈桥式，每侧各布置6 个溜管式装船机，码头年运量为7 5 0 万吨，设计最 大船型为8 万吨。美国大陆谷物公司新奥尔良w e s t w e g o 敬粮码头是美国最大 的散粮出口码头之一，位于密西西比河下游1 6 5 公里处，始建于1 9 5 8 年，后 经两次改扩建后，形成年出口散粮1 0 7 0 万吨的能力。码头为栈桥式，同时具 有装船与卸船的功能，装船有两个泊位，每个泊位安装3 台固定式装船机，其 中3 台为伸缩皮带机式，每台的输送能力为1 6 0 0t h ，另3 台为布勒高速埋刮 板装船机，输送能力为1 0 0 0 t h 。德国汉堡港散粮出口码头，1 9 9 0 年建成投产， 年输送能力为2 0 万吨，码头为顺岸式，设计船型为2 5 0 0 0 d w t ，装有一台移动 式装船机，输送效率为1 2 0 0 t h ，由后方高架皮带机供料。澳大利亚的肯布拉 散粮出口码头，于1 9 8 9 年8 月建成投产，是世界上规模最大，技术最先进， 效率最高的散粮出口码头之一。码头为栈桥式，单侧装船，设计船型最大 1 2 0 0 0 0 d w t ，泊位上装有2 台2 5 0 0 t h 移动式装船机。 溜管式装船机在新设计的散粮码头中己不再采用，主流机型为固定式装船 机和移动式装船机，这两种装船机都处于迸一步优化与完善中，各有优势和缺 点，在具体设计中可依照实际灵活选用。 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 13 开发目标及主要技术指标 本文的开发目标是在总结大连港散粮装、卸船机长期使用经验的基础上， 借鉴国内、外现有散粮装船机的先进技术，通过分析比较，自主研制开发适合 于国内港口散粮码头使用的达到9 0 年代国际同类产品先进水平的气垫式散粮 装船机，其主要技术指标： 1 ) 适用货种：散粮( 小麦、大麦、大豆、玉米等) ； 2 ) 额定装船效率：1 0 0 0 t h 3 ) 最大装船效率：1 2 0 0 t h 4 ) 适用船型：0 5 5 万吨 5 ) 溜管升降速度：5 m m i n 6 ) 溜管直径：1 3 2 0 m l i l 7 ) 臂架回转角度( 臂架垂直于码头岸线) 9 0 。 8 ) 臂架外伸距( 海侧轨道中心至溜筒中心) 3 0 m 9 ) 臂架俯仰速度：9 7 m i n 工作周期，俯仰角度一1 0 。7 0 。 3 ) 轨距：1 0 5 m 4 ) 基距： 1 0 5 m 5 ) 最大轮压： 3 0 0 k n 轮 6 ) 轨道型号p 5 0 7 ) 水平旋转速度：0 2 r m i n 8 ) 大车走行：2 0 m m i n 9 ) 气垫机带速：3 15 m s 1 0 ) 溜管升降速度：6 4 m m i n 1 1 ) 臂架高度( 臂架处于水平，其下底面至轨面距离) ：l5 m 1 2 ) 最大工作幅度( 海侧轨道中心至伸缩溜管中心距离) ：2 5 2 m l3 ) 提升机起升高度：2 4 m 1 4 ) 结构型式：气垫带式散粮装船机 现将本次自主开发的气垫带式散粮装船机与国内、外的散粮装船机在主要 技术性能方面作一比较，见表2 。 新型气垫带式敬粮装船机的技术研究 表2国内、外同类散粮装船机技术性能比较 1 4 主要研究内容 在接到营口气垫带式散粮装船机的招标文件后，参考了大连港等国内其它 港口装船机的实际使用情况，并结合营口港以下资料： 码头水位 设计高水位：4 0 3 m 设计低水位：0 2 6 m 平均海平面：2 0 1 m 码头主要参数 码头面标高：5 ，5 m ( 相对于当地理论高程) 码头岸线长：2 4 0 m 海侧轨距码头前沿距离：2 5 m ：浚深改造后为：8 5 m 护舷宽：1 1 5 m 轨距：1 0 5 m 轨道长( 加长后) ：2 1 6 m 码头皮带机栈桥顶面标高：1 3 m 码头允许工艺荷载和走行轨道荷载 堑里苎垫堂垫墼矍鲨塑塑堕苎查婴壅 一 码头前沿1 8 m 以内地面的设计荷载： 3 0 k n m 2 装船机荷载 一最大轮压：海侧： 5 5 0 体积密度( g cm3 ) ： 35 耐磨度p = 7 6 nn = 8 0 0r mi nt = 3 0 ： i2 扯断延伸率( ) ： 2 5 0 邵氏硬度( 度) ：6 0 一7 0 扯断永久变形( ) ： 4 0 装船机的皮带输送机速度不高，物料的冲击速度小，采用陶瓷作为抗侵蚀 材料，是比较理想的。但在实际运用时发现，陶瓷材料与原有基体的联接( 粘 接) 是一个问题，经考察了解，采用陶瓷作为抗磨材料的部位有脱落的现象， 特别在一些隐蔽部位，脱落不能及时发现，会造成一定的损失，而且费用较高。 本次设计将选材的重点放在聚合物上。聚合物和聚合物复合物作为工程材 料广泛地应用在磨擦性能重要的领域中。聚合物接触点上的材料破坏作用取矿 于应力一应变相互关系的组合情况。此关系的大致测量值是断裂应力s 和断裂 拉伸率e 的乘积。可通过下述相互关系概括塑料磨擦的研究： v l ，= k f n h s e v = 磨擦体积 l = 滑动距离 h = 聚合物表面的硬度 s 和e 分别是聚合物断裂时的拉伸应力应变。k 是一个比例常数。由于乘积，s 。 与应力一应变曲线下的面积相关。在试验的聚合物中，聚氨脂和超高分子聚乙 稀明显具有较好的抗磨耗性。抗磨耗性较差的聚合物有p e t ( 聚对苯二甲酸乙二 醇酯) 、a b s ( 丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物) 及p m m a ( 聚甲基丙烯酸甲脂) 。聚氨 脂和超高分子聚乙稀具有硬度和韧性的最好结合效果，同时还展现较好的抗磨 韧性，是理想的选择。 超高分子量聚乙烯在国际上通称uh mw pe 材料，是一种新型的耐磨 材料，填补了耐磨材料的空白。uhm w pe 的分子量范围为3 x 1 0 3 6 i 0 3kg m0 i 。从分子结构来看，随着聚乙烯分子量的增大，其聚合链的长度 增长。通过聚合反应后，乙烯单体受到个连续的结合过程，形成很长的链状高 分子，很难使之断裂，从而使材料的耐磨性能得到提高，寿命也得到延长。该材 料制成的板材主要具有以下优点： ( i )耐磨性好，使用寿命长： ( 2 )表面光滑，摩擦系数小，不易与物体粘结： ( 3 )基本上不吸收水分： ( 4 )抗腐蚀性强，耐酸碱腐蚀，不易老化： ( 5 )具有较高的抗冲击强度。 这是该材料的突出特点。它是韧性极高的高分子聚合物，其抗冲击强度随分子 量的增大而升高。 聚氯脂是一种介于橡胶和塑料之间的高分子聚合物，它不仅具有塑料的耐 高温性，同时又具有橡胶的高弹性，它的伸长率大，硬度范围广( 从邵氏a 1 0 的橡胶到邵氏d 一8 5 的抗冲击材料) ，并具有优异的耐油、耐用低温、耐臭氧、 堑型墨兰萱苎墼型茎塑盟竺垫查堕塞 嗣辐射、绝热和吸震的特性和良好的机械性能。它的负重性、电性能、耐部分 化学介质、耐盐雾也很优越。尤其是它的耐磨性更为突出，有“耐磨王”的美 称，聚氨脂的耐磨性与其它材料相比较结果如下： 表12 耐磨性比较8 1 再加上聚氨脂使用的原材料品种繁多，配方多种多样，可调范围大，可任意硼 备不同硬度和机械性能的异形制品。若将聚氨脂与无机非金属硬质填料结合伟i 成复合材料，则既可以增加材料的耐磨强度，又可以缓解研磨体对衬板的冲击 能力。 它无毒、防静电等特性，适合粮食的输送。具体性能指标见下表： 表1 3 散粮系统中耐磨衬板部分指标5 聚氨脂复合衬板既具有橡胶类物质的弹性，又具有钢性衬板的特点，加 其本身耐磨度高，抗腐蚀性能好，其磨损数据如下： 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 根据磨耗试验，以钢球为研磨体，石英砂为研磨物料，经过长时间磨耗后， 其磨耗量与钢球的磨耗量之比为0 0 2 ：1 8 4 = l ：9 2 。通常，钢衬板与钢球的 磨耗比为l ：7 ，橡胶衬板与钢球的磨耗比为l ：2 0 。由此可见，聚氨脂复合耐 磨衬板的耐磨度远高于钢衬板和橡胶衬板。 采用超高分子聚乙烯耐磨材料，船装3 0 万吨玉米即磨损，而改用聚氨脂 耐磨材料，已装船近百万吨完好如初。本次设计考虑到安装耐磨材料的部位和 频繁更换的难易性，综合成本考虑，决定采用聚氨脂作为耐磨材料，安装使用 后至今没有出现问题。 新型气地带式散粮装船机的技术砂究 5 1 研究结论 第五章结论与展望 气垫带式散粮装船机是一种新型装船设备，由于具有许多优点，已逐渐被 人们所认识和接受。目前国内有几家大型港口机械制造厂生产散粮装船机，据 不完全统计每年在国内、外销售十多台。随着我国即将加入w t o 和国际贸易量 的快速增长，散粮装船机的需求量必将增大。随着我国经济的发展，人们对研 境保护的要求越来越高。所以气垫带式散粮装船机是散粮码头装船用首选设 备，具有广阔的市场前景 1 9 7 9 年大连港最先使用国产散粮装、卸船机。在使用中积累了丰富的经验， 并做了一些改进。同时对散粮装船机的使用性能，维修性能等有了深刻的认识， 为后来自身的研究开发奠定了基础。实际上，大连港从1 9 8 4 年起就开始消化、 吸收所引进的气垫机先进技术，查阅了大量资料，进行了理论研究，设计出了 气垫机样机图纸，为日后将气垫机应用在装船机上做了很多技术储备工作。 本文研究开发的散粮装船机具有以下先进性： ( 1 ) 船机结构的整体建模及计算。采用整体建模及计算，结构的 应力、应变等计算值准确可靠。 ( 2 ) 供料输送设备采用了全气室气垫机。用先进的气垫机替代传 统的普通托辊输送机，解决了物料在输送过程中出现撒漏、冒灰等问题，且，j 行平稳、耗能小、维修量少。 ( 3 ) 采用无尘伸缩溜管，解决装船粉尘问题。采用无尘伸缩溜管，经测量挚 船机周围的粉尘浓度控制在l o m g m 3 内；船舱v 1 处的粉尘浓度控制在1 2 0 m g m 1 内i 除尘器的排放浓度低于l 2 0 m g m 3 。均达到了国家规定要求。除尘器收集的 粉尘能自动送回至粮流流程。 ( 4 ) 氨脂耐磨材料，解决粮流冲击磨损问题。若采用超高分子聚乙烯耐磨 材料，装船3 0 万吨玉米即磨损，而改用聚氨脂耐磨材料，已装船1 2 0 万吨完 好如初。聚氨脂具有耐磨损、耐冲击、无毒、防静电等特性。 ( 5 ) 采用全轮制动，解决防阵风问题。采用全轮制动，结构简单， 安全可靠，能有效的防止装船机工作时遇有阵风( 3 5 m s ) 产生滑移，导致撞车 或倾翻。 通过实际使用和测量，本文研究开发的气垫带式散粮装船机其技术先进 结构合理，使用性能好，过载能力强，维护方便，安全可靠，整机性能达到了 9 0 年代国际同类产品先进技术水平。 新型气垫带式散狠装船帆的技术研究 5 。2 工作展望 通过对相关资料的分析，散粮装船机将在以下几个方面得到更加快速的发 展和完善。 1 ) 输送量向大能力方向发展 陆运、海运、空运的竞争式发展，促使海运的船舶向着大型化的 方向迅速过渡，1 5 万吨甚至3 0 万吨的船舶不断出现。相应地各国的港口也积 极进行改扩建，以吸引大型化的船舶到港，提高其在国内、国际中的竞争力 船舶的大型化同时也向与之配套的装船机提出了更高的输送能力要求，设计辄 送能力由以往的6 0 08 0 0 t h 提高到1 0 0 0 2 0 0 0 t h ，近两年，随着各地矿石 码头的不断建设，输运能力为2 5 0 0 t h 3 0 0 0 t h 的装船机也纷纷出现。 2 ) 散货装船机向环保型发展 在装船输送供料系统中大都采用了普通托辊带式输送机，但该机因输送机 封闭性不好在使用中经常出现撒漏、冒灰等现象，加上装船溜管无除尘设施， 设备本身及舱口附近粉尘污染很大。但随着各国在环保方面的要求越来越高， 类似气垫带式输送机等一系列密封性能好，噪音低、节能的商效供料系统开始 在散货装船机上广泛使用。性能较先进的还在供料系统、装船溜管等易产生粉 尘的部位加装了除尘系统。进一步降低了周围空气的污染程度，达到了较高的 环保标准。 3 ) 不断涌现出耘型式的装船机 在世界各地的散货装船码头上有数万台各种上类型的装船机，其中平行轨 道运行式装船机( 简称运行式装船机) 所占比重最大，圆弧轨道回转运行式装 船机( 简称圆弧式装船机) 与直线轨道回转运行式装船机简称直线式装船机) 所占比重较小。但最近十年来，一些国家港口业主对后者已愈来愈有兴趣。 生产卸船机的许多国际著名装卸设备制造厂商均毫无例外地在设计制 造多种类型的装船机，这些厂齑中首推美国s o r o sa s s o c i a t e s c o n s u l t i n g e n g i n e e r s ，m c n a l l y w e l l m a n ，加拿大s t e p h n s a d a m s o n 以及德国p w h 等 公司。他们最近设计制造的装船机大多采用直线式或圆弧式装船机。如在巴西 t u b a r a o 矿石码头圆弧式装船机泊位、澳大利亚t a s m a n i al a t t a 码头圆 弧式装船机泊位、阿根廷p u n t ac o l o r a d a 矿石码头圆弧式装船机泊位、 美国南部乔治亚州s a v a n n a h 码头圆弧式装船机泊位、挪威n a r v i k 矿石码 头直线式装船机泊位等。 弧线摆动式装船机( 如图所示) 是国际上6 0 年代后才被采用的种机型该 机型由固定式装船机转化而形成。 新型气挚带式教粮装船机的技术研究 塾型塾墨! ：兰垒亏；= ：；i l ! 警i ：j 一 图3 4 弧线摆动式装船机简化模型 弧线摆动式装船机的摆动桥下设有前、后支承，前支承在圆弧形轨道上、7 行，而后支承仅在大型回转支承上回转。散货物料由供料皮带机供料于后支承 上方，经装船机的伸缩皮带机和溜筒向船舱装载。经过3 0 多年的发展，圆弧式 装船机技术上较成熟，它载荷明确，结构处理比较简单，在回转作业时不产生 水平载荷，且在设备初始费用及码头建设费用方面有一定优势。 直线摆动式装船机( 如图所示) 创始于7 0 年代。 型塑兰j 犷黑。 锻。- 勘泓矿； 移 尸4 ，。 图3 5 直线摆动式装船机简化模型 这种机型的摆动桥下的前支承设有大型回转支承和垂直车轮组及水平侧 向轮组；该机的后支承固定在地基上，且由大型回转支承、垂直车轮组和侧向水 平轮组组成，以支承摆动桥下腹部的轨道。当前支承沿岸边直线轨道运行时，摆 动桥摆动且伸缩。就装船的覆盖面来说，直线摆动式优于弧线摆动式。由于码 头轨道的长度较短。因此水工建筑费用、码头设备投资费用等与岸壁移机式相 比有了实质性的减少。在我国裕溪口煤炭码头运行多年的b s z j l 8 0 0 型直线摆 动式装船机( “七五”国家重点科技攻关项目) 就是很好的例证，该机型应用范围 较广，具有很大的推广前景。 对偶直线式装船机( 如图所示) 出现在9 0 年代初， 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 图3 6 对偶直线式装船机简化模型 它类似于直线摆动式，所不同的是摆动桥的下部具有结构相同f 由大型回转 支承、垂直车轮组和侧向水平轮组组成) 的前支承和后支承。当前支承沿岸边 直线轨道驱动摆动桥的前端时，后支承沿垂直于岸边轨道中心线的另一组直线 轨道一一对偶直线轨道随动。对偶直线式装船机与直线摆动式装船机相比，其 摆动桥的长度较短，但是需要配置一套移动式供料系统以使物料始终供料于后 支承点的上方；而且该机的两组轨道均会受到很大的水平载荷，运行阻力的增加 促使驱动功率增大处理不当容易卡轨。很明显，这两点是技术难点。 此外，装船机的臂架也大多采用臂架小车移动。臂架伸缩式装船机由于许 多易损机械部件藏于伸缩臂内，安装、维修与更换部件不及臂架小车移动式方 便，从现有资料看，国外圆弧式与直线式装船机均采用臂架小车移动方式。 堑型皇竺望鉴墼塑堑塑垫塑垫查塑壅 参考文献 1 交通部水运司编，港1 2 1 起重运输机械设计手册，人民交通出版社，2 0 0 1 2 曾晨孟文俊编，气垫带式输送机设计选用手册，机械工业出版社，1 9 9 9 3 王官逊国内外圆弧式与直线式装船机使用概况，港口装卸，1 9 9 8 。( 2 ) 4 魏恒洲国外散粮装船机与装船码头工艺布置，港口裟卸，! , 9 9 5 ( 1 ) 5 j 一贤玉丁相东，谈谈固定式散粮装船机的设计，粮食流通技术，1 9 9 8 ( 2 ) 6 运输机械设计选用手册编委会主编，运输机械设计选用手册，化学工业出版1 1 9 9 9 l 7 成大先，机械设计手册。化学工业出版社，2 0 0 2 8 宋伟刚，气垫带式输送机的理论与计算，连续输送技术，1 9 8 9 ( 3 ) 9 g r e a d ，a i rs u p p o r t e db e l tc o n v e y o r s ，b u l ks o l i d sh a n d l i n g ，v 0 1 5 1 9 8 5 ( 5 j 1 0 l ? u a l l i n e a rl o a d e r c o s tb r e a k t h r o u g hi ns h i p t o a d i n g ，b u lks o l i d sh a n d l i n g 1 9 9 3 13 1 1 g - b o u n l a ns ，g r a i n h a n d l i l q 【ga n ds t o r a g e ，n e t h e r l a n d s ，e l s e v i e rs ct e 、1 p l b l i s h e r sb v 1 9 8 5 12 李金堂，浅谈无尘装料管的结构原理与选用，粮食流通技术，1 9 9 6 ( i ) 1 3 张卓青唐学军，内河散粮装船机及其粉尘控制机构，港口装卸，1 9 9 8 ( 3 ) 1 4 d c lc o t n p a n y ，u s a b u l kl o a d i n gs y s t e m s ，产品样本 l 5 陈宗生，s j z l 0 0 0 t l 型直线摆动式装船机结构特性，超重动输机械1 9 9 9 ( 1 0 ) 1 6 洪致育林良明，连续运输机，机械工业出版社，1 9 8 2 17 黄嵩邢贵华，z c 3 散水泥装船机，起重运输机械，1 9 9 4 ( 2 ) 1 8 s o r o sa ss o c i a t e sc o n s u l t in ge n g i n e e r s ，p o r ti ) e v e l o p m e n t1 3 u i kh a n d l i n g s ys t e r f lo f f s h o r e t e r m i n a l 19 d u a l 一l i r l e a rl e a d e re v a l u a t i 0 1 3 ，b u l ks o l i d sh a n d l i n gv 1 3 n o 41 9 9 3 1 2 2 0 交通部第三航务工程勘察设计院，国内外散货码头工程及机械设备资料汇编( 二) 1 9 9 4 1 0 2 1 刘暾刘育华利世杰静压气体润滑，哈尔滨_ 业大学出版社，1 9 9 0 2 2 a n al a d u f r e s h l 2 e m a n ds ir t c l a irg 1 3 ，“s o m es i m u l a t i o i l0 f r e y n o l d s l i q u a t i or l ”，a s m ej o u r n a lo ft r i b o l o g y v o l 1 17 。1 9 9 5 2 3 w h i t ej w a n dn i g a ma ，“af a c t o r e di m p l i c ils c h e l i l ef o rt h en u m e r i c a s 0 1 u t io no ft h ere y n o l ds e q u a t i o n a t v e r y l o w s p a c i n g ”，a s m ej ou f n a l ，1 l u b r i c a t i o f t f e c h n o i o g y v 0 1 1 0 2 1 9 8 0 2 4 李删岭，带式输送机皮带跑偏限位装置，矿山机械，19 9 4 ( 6 ) 2 5 齐纪渝国内外耐磨材料的研究与应用，电力情报，i9 9 6 年0 3 期 2 6 潘林，耐磨材料的选择国外塑料，1 9 9 9 年0 4 期 2 7 郎毅翔关山赵风华，超高分子量聚乙烯耐磨村板使用及安装，煤矿机械，2 0 0 g 4 1 新型气垫带式散粮装船机的技术研究 10 期 2 8 张吉太王芳，超高分子量聚乙烯衬板镶衬技术金属矿山，1 9 9 6 年0 2 期 2 9 刘旭伟，提高粮食溜管耐磨性的涂覆技术，管道技术与设备1 9 9 6 年0 4 期 3 0 m b p e t e r s o n w0 w i h e r ，w e a rc o n t r o lh a n d b o o k ，机械工业出版社，北京 3 2 p r e e ce ，c m ，e d t r e a t js e o n m a t e r i a lss c i e n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 y ，v 0 11 6 a c a d e m i op r es s ，n e wy o r k