600 t/h移动式悬链斗卸船机结构设计及其稳定性分析

刘 青 熊光宝 霍同乾

中国电建集团武汉重工装备有限公司

1 引言

600 t/h移动式悬链斗卸船机为孟加拉PAYRA 1 320 MW燃煤电厂码头工作平台配套设备，主要用于船舶卸煤。电厂位于孟加拉湾北侧Payra河入海口处，净能力为1×350 MW，设计煤种年耗煤量996 400 t。燃煤粒度≤300 mm，散状密度0.8～1.0 t/m3，煤质杂物较多，粘结性强，易堵煤。本电厂地域台风期风速大，位于80 m/s风速区内(时距为3 s、重现期为50年一遇、风速高度为10 m)。卸船机适应船型设计高水位1.80 m，低水位-1.14 m。针对这种状况，设计了一种600 t/h移动式悬链斗卸船机，解决了传统固定式悬链斗卸船仅机适用于水位差变化小且水域较宽港口的问题。

2 卸船机结构与参数

2.1 卸船机结构

该项目中，卸煤码头最大服务船型8 000 t驳船，船舶主尺度见表1。

表1 卸船机设计适应船型

600 t/h移动式悬链斗卸船机由前后立柱、横移机构、链斗机构、悬臂梁、升降机构、接料皮带机系统、大车行走机构、平衡系统、司机室等组成(见图1)。卸船机以链条为牵引构件，以料斗为承载兼取料构件，料斗按一定节距固定在链条上，呈封闭环状，在料层中靠重力自行取料，取料段呈自由悬垂状。

1.链斗机构 2.接料皮带机系统 3.横移机构 4.悬臂梁 5.立柱 6.升降机构 7.平衡配重系统 8.支撑腿梁 9.大车行走机构 10.地面接料系统 11.驳船

移动式悬链斗卸船机通过大车行走机构沿着与码头平行布置的行走轨道前进或后退，链斗机构迎着驳船长度方向挖掘煤炭，完成驳船长度方向的卸船作业。卸船机悬臂梁垂直于码头,与驳船的宽度方向一致，横移机构带动链斗机构沿悬臂梁长度方向移动工作，以完成驳船宽度方向的卸船作业。升降机构带动悬臂梁、链斗机构、横移机构及接料皮带机等沿立柱轨道上下运动，可根据水位和驳船煤炭挖取情况，调整链斗作业高度，完成驳船深度方向的卸船作业。从煤驳船上卸下原煤，经链斗机构料斗、接料漏斗、机上带式输送机和煤斗，最终落入布置在码头上的带式输送机上，进入电站输煤系统中。该卸船机设计为双排链斗机构，即在悬臂梁上设置2套横移机构和链斗机构，可根据作业要求，并拢、分开或单独卸船作业。

2.2 主要技术参数

600 t/h移动式悬链斗卸船机的主要技术参数见表2。

表2 600 t/h移动式悬链斗卸船机的主要技术指标

3 移动式悬链斗卸船机载荷与稳定性分析

该600 t/h移动式悬链斗卸船机在使用环境下，面临着台风期长、风速大等不利条件，非工作风速达到78.4 m/s。因此需对卸船机进行工作状态和非工作状态稳定性分析，考虑无风工作的载荷情况、带风工作的载荷情况、受到特殊载荷的工作或非工作情况，着重考虑非工作状态风速达到78.4 m/s时的载荷情况。

3.1 卸船机载荷分析

3.1.1 基本载荷分析

基本载荷中，自重载荷PG=6 400 kN。起升载荷PQ计算如下：

PQ=PQ1+PQ2

(1)

式中，PQ1为设计最大起升载荷，料斗满载重量为1 656 kN，轨道上任一瞬时满斗数量取n=18，则PQ1=1 656×18=29.81 kN；PQ2为设计输送荷重16.56 kN，取动载系数k2=1.1，则PQ2=16.56×1.1=18.22 kN。

正常挖掘阻力PL，按经验公式得：

PL=fL×L

(2)

式中，fL为线比阻力，对褐煤取fL=50～250 N/cm；L为取料斗挖掘总长度，L=175.7cm。计算得PL=8 785～43 925 N，取PL=8 785 N。

经常性动载荷因加减速度小于0.2 m/s2，忽略不计。

设备的倾斜载荷是指位于斜坡(轨道)上的起重机自重载荷及起升载荷沿斜坡面的分力。依据《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)，对于轨道式起重机，当轨道坡度不超过0.5%时，不考虑坡道载荷,否则按出现的实际坡度计算坡道载荷。悬链斗卸船机链斗机构横移小车轨道安装坡度最大为0.2%，故此处不考虑设备的倾斜载荷[1-2]。

3.1.2 附加载荷分析

设备工作时的风载荷为：

PW=CKnqA

(3)

式中，PW为作用在卸船机上的风载荷；C为风力系数，平均取C=1.6；Kn为风压高度变化系数，工作状态Kn=1；非工作状态，P<10 m高度，Kn=1；10～20 m高度，Kn=1.15；20～30 m高度，Kn=1.25；q为计算风压，工作状态风压q1=250 Pa；非工作状态风q2=1 500 Pa；A为迎风面积。

计算得工作状态风载荷：侧面风载PW侧=138.4 kN；正面风载PW正=103.2 kN。非工作状态风载荷：侧面风载∑PW01=949.2 kN；正面风载∑PW02=694.7 kN。

3.2 卸船机稳定性分析

针对孟加拉PAYRA 1 320 MW燃煤电厂项目需求，600 t/h移动式悬链斗卸船机的稳定性分析主要考虑暴风侵袭，其荷载组合为设备自重荷载+暴风载荷，风向为侧面来风。

对卸船机建模并设定材料的密度，由程序计算自重并加载。暴风载荷则通过对结构表面施加风压的方式加载，风压取1 500 Pa。经计算，卸船机主体机构的最大综合变形为214.41 mm，发生在顶部平台的端部，其变形云图见图2，整体应力云图见图3。

图2 主应变云图

图3 应力云图

从图中可以看出，卸船机的整体等效应力小于345 MPa，局部应力相对较大，位于前立柱底部、腿梁与大车行走机构连接处，设计过程中针对应力集中现象进行优化改进。从分析结果可知，该卸船机在承受较大非工作风速时其稳定性符合设计要求。

4 结语

该600 t/h移动式悬链斗卸船机可沿港口码头前后移动，机动灵活性增强；可沿同一行走轨单排并列多台设备，提高卸料效率，降低装机容量和能量损耗，减少环境污染。该技术已申请国家实用新型专利[3]。