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第19章 科技与技术(6)

(1)桩基结构形式的发展目前在高桩码头桩基中普遍采用600mm×600mm或550mm×550mm的预应力方桩,600mm×600mm方桩极限承载能力为4000~5000千牛。随着码头上机械荷载的增加,地基中淤泥层较厚的状态出现时,要求桩基承载能力及桩端抗弯力距较大。在此情况下,一般考虑采用钢管桩,但钢管桩海水耐久性较混凝土差。为此,我国在“六五”期间,完成了后张预应力大管桩的攻关工作。目前我国预制厂批量生产的大管桩外径可达D=1200mm或D=1400mm,每节4m,管节运输方便,适宜现场拼接。大管桩与钢管桩相比,用钢量为钢管桩的13%~17%,成本为30%~50%,极限承载能力较600mm×600mm方桩提高了约2倍,抗裂弯距提高了3~4倍。连云港庙岭二期工程、镇海电厂码头、乍浦港、赤湾港等都采用了大管桩。现投用于工程的累计总管节长度已超过50万m。

(2)重力式码头上部消浪结构的应用常规的重力式码头胸墙同下部结构(沉箱或方块等)共同构筑直立式岸壁,以供船舶使用。在一些掩护条件较差或港池水域较小的码头,采用直立式实体岸壁易引起较大的波浪反射和水面共振等问题,为解决此类问题,在大连港、秦皇岛港、青岛港等地采用了带消浪室的沉箱结构;赤湾港采用了在沉箱码头胸墙上设置消浪室的结构形式,消浪效果良好。直立式岸壁,设置消浪洞室,开孔率的大小,对消能效果起着决定性的作用,实验资料表明,开孔率在10%~30%为好。开孔范围在水面以下2H-3H(为波高)为宜。因为在此范围内大约集中波浪能量的90%~98%。

③泊位作业时间仿真结果;

④设备利用率仿真结果;

⑤码头、堆场通过能力仿真结果;

⑥散货装卸车(火车、汽车)能力仿真结果;

⑦进出道口集疏运能力仿真结果。大型港口装卸设备技术知几何?装卸作业是港口业务中最主要的组成部分,随着社会的发展和技术进步,装卸设备也在不断地更新换代,科技含量越来越高,并正朝着大型化、高效化、自动化和智能化的方向发展。

港口装卸设备属于起重运输类机械,品种繁多,功能各异,难以全部涵盖,在此仅对现代化港口中常见的几种用于船舶装卸的大型港口装卸设备的功能及技术发展水平略作介绍,借以建立起对大型港口装卸设备的基本认识。门座起重机(简称门机)是一种适用于装卸件货和散货的通用港口起重机。

门机由于具有较高的门架,故而工作范围较大,并且在工作时也不妨碍地面运输车辆在门架下方通行。

此外,门机独特的平衡变幅机构使得门机在装卸船舶时,能够顺利地避开船舶的上层建筑物,即使多台门机集中在一起对同一个船舱进行作业,也不致产生互相干扰。门机盛行于20世纪60年代,那时很多港口都曾出现过门机的壮观场面。

早期的门机,起重量多为3t、5t,后来陆续发展到10t、16t甚至40t。但是门机毕竟是一种起重量较小的起重机,尽管极力提高它的工作速度及采用多机联合作业方案,也远远满足不了港口吞吐量急剧增长的要求。随着集装箱运输和散货专业化码头的发展,门机在港口装卸作业中的地位很快下降,已失去了它在港口起重机中的主角地位。目前,门座起重机在港口主要是应用于件杂货码头、木材码头、钢铁码头、多用途码头及中小型散货码头。件杂货具有货种繁杂的特点,体现在形态上有袋装、捆装、桶装、箱装及裸装等多种形式,木材与钢铁可以看成是品种单一的特殊件货,因此将门机配上不同的吊具用于件杂货、木材、钢铁的装卸最能发挥出门机通用性的优势。多用途泊位是对集装箱及散杂货物进行装卸的泊位,由于多用途泊位承担的集装箱吞吐量一般不大,如配置价格昂贵的专用岸边集装箱起重机会造成巨大的投资浪费。

此时,在普通门机基础上发展起来的多用途门机应是最佳选择。多用途门机的起重量一般为40t,用于集装箱装卸时效率可达15~20TEU/h。

与多用途码头类似,中小型散货码头由于吞吐量规模不大,一般也不配专用的散货装卸设备,或至少不全部配置,通常的做法是采用门机配上抓斗来完成装卸船作业。用于散货装卸的门机除了普通门机之外,还有一种带斗门机,在国外被形象地称之为KangarooCrane(袋鼠型门机)。顾名思义,带斗门机就是在机上增设一只料斗,卸船时,抓斗将物料卸入料斗中,再通过机上传输系统,将物料输送到地面皮带机上。带斗门机由于每一作业循环的时间较普通门机大大缩短,因此卸船效率也较普通门机大大增加,一般可达到600~700t/h。岸边集装箱起重机是集装箱船舶与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备,部分码头还利用它的大跨距和大后伸距直接进行堆场作业。

岸边集装箱起重机是桥架型起重机的典型代表,因此它也常常被称为集装箱装卸桥,简称岸桥。近几年来,岸桥随着集装箱运输船舶的大型化也呈现出明显的大型化趋势,同时在高效化与自动化方面也取得了长足的发展。

1.机型大型化岸桥机型的大型化,突出反映在外伸距、轨距和起升高度等尺寸参数的大型化上。目前岸桥的外伸距最大已达67.5m,轨距35m,而起升高度已有48m的趋势。岸桥的起重量更是成倍增长,吊具下的额定起重量逐步从30.5吨增大到61吨,最大已达65吨,从而使整机自重也高达2000吨。目前世界上最大的第六代集装箱船甲板上载箱17列,若岸桥每侧的行驶轨道距码头前沿按3.5m考虑,外伸距48m的岸桥就可满足这类船舶装卸的需要,而现在外伸距超过60m的岸桥比比皆是,外伸距67.5m的岸桥完全能够满足甲板上载箱24列箱的船舶装卸需要。由此可见,岸桥的大型化已为船舶的进一步大型化做好了充分的准备。

2.作业高效化与自动化岸桥作业的高效化主要体现在机构运行的高速化和采用双箱吊具及采用双小车系统3个方面。自动化则使驾驶员在每个作业循环中,只需在海陆两头参与操作,其他时间岸桥自动运行,大大减轻了驾驶员的劳动强度。长期以来,岸桥小车的极限速度是240m/min。当外伸距越来越大时,小车的运行速度对提高岸桥的效率越来越重要。

随着电控设备与控制系统的发展,岸桥上各环节的运行速度逐步得到提高。上海振华港口机械股份(集团)有限公司在一台新近完成并正在进行工业测试的岸桥上,对小车的起动、制动、运行做了彻底的改进,采用了全新的小车供电系统,使小车速度成功达到350m/min,每一作业循环的时间大大减少,平均每小时可完成30~40TEU。

国际标准集装箱在长度上有40ft与20ft两种,通常情况下,岸桥每次只起吊1个集装箱,但在20ft箱比较集中的情况下,采用双箱吊具一次起吊2个20ft箱,会极大地提高作业效率。目前,已有不少港口在积极采用双箱吊具。

为进一步提高单机作业效率,自20世纪80年代初开始有些公司还开发出了双小车岸桥,岸桥上设有一个中间平台,由两部小车接力完成装卸作业。由于早期的双小车岸桥造价较高,使用效果与运营成本也不理想,因此并未得到全面推广。

但近年来出现的新型双小车岸桥则为它的普及带来了新的希望。

这种双小车岸桥的陆侧小车是全自动的,无人操作,海侧小车虽然配有一名驾驶员,但他仅负责在船侧的对箱操作,其余操作全部由控制系统自动完成。

这种双小车岸桥与地面上的自动导向车(AGVs)系统配合使用,可比单小车岸桥装卸效率高40%。目前,德国的汉堡港已配有该种岸桥,在我国的青岛、宁波等港,虽然还未配置,但码头在承载能力等方面均已按该型岸桥设计,将来可视需要随时配置。

散货卸船机分几种?1、桥式抓斗卸船机桥式抓斗卸船机是由美国德拉芙(Dravo)公司设计的一种大型散货卸船设备,经过不断改进,从20世纪60年代后期起逐渐普遍应用于世界各大港口的大型新建散货码头。从外形上看,桥式抓斗卸船机与岸边集装箱起重机相似。

与门机相比,桥式抓斗卸船机没有复杂的旋转机构和变幅机构,更重要的是在运动简化的基础上大大提高了抓斗起升与闭合机构的工作速度而不必顾虑惯性荷载、偏摆荷载等附加荷载对整机稳定性的影响,有利于设备向大型化、高效化方向发展。

大型桥式抓斗卸船机的起重量一般达50~85t,作业对象为20万~30万t级的大型散货船。用于卸出铁矿石时,平均卸船效率可达1800~2500t/h。

桥式抓斗卸船机作业时。抓斗的开斗卸料实际上是一次扬尘动作,虽然目前在卸料口和物料转载点设置了喷水或吸尘装置,收到了较好的效果,但开斗卸料扬起的粉尘现时还无法彻底消除。多年来世界各国都在争先研制连续式卸船机,希望能够代替抓斗卸船机,但由于这些机型大多数具有结构复杂、技术要求高及对货种适应性差等特点,目前推广使用还受到一定的限制;而抓斗卸船机所固有的优点,如技术成熟可靠、作业受波浪影响小等优点仍是散货卸船机型选择的首选因素,因此,目前国内外现有的或即将建设的吞吐量大、作业效率要求高的大型散货接卸港大多采用了间歇式作业的桥式抓斗卸船机。可以预见,桥式抓斗卸船机在今后相当长的时期内仍将是散货卸船作业的主导机型。

2.连续卸船机连续卸船机中包括链斗卸船机、夹皮带卸船机、螺旋卸船机、斗轮卸船机、气力卸船机等。与桥式抓斗卸船机相比,连续式卸船机在卸船过程中没有起升和小车走行的反复过程,机械效率较高,并可最大限度地减少清仓量;由于机械冲击小、振动小,还可提高设备的使用寿命;在同样能力下,能源消耗低、自重轻,并可减少设备投资与码头水工投资;此外连续卸船机还具有噪声小、对环境污染小等优点。

当然,由于连续卸船机是一种专用的港口装卸设备,灵活性差,并且对高粘度、大力度、含水量大、高腐蚀性、磨削性的物料的适应性也差,应当慎重选用。目前连续卸船机主要是用化肥、粮食、沙、水泥及部分煤炭码头上。

一般采用螺旋卸船机卸化肥、粮食,采用链斗卸船机卸沙,卸煤炭时多采用斗轮卸船机。

装船机是散货码头装船时使用的大型散货机械。装船机通常是连续装船作业,因此,必须有与之配套的设备提供连续的物料流使装船机可连续装船。从技术含量、制造难易程度上看,装船机要逊于卸船机。近年来我国沿海煤炭的出口和北煤南运在不断增加。

北方的秦皇岛港、天津港、黄骅港、青岛港、日照港及连云港等大型煤炭码头有大量的装船机在使用,效率多为6000t/h。在世界上有些港口,矿石和煤炭装船机的台时效率已分别达到16000t/h和10000t/h。除了以上提到的几种机型外,其他大型装卸船设备还有浮式起重机、流动起重机及输油臂等。

大型港口装卸设备目前已比较普遍地采用了可编程控制器(PC)或可编程逻辑控制器(PLC),大大提高了机械的自动化程度。

今后还将向开放式的功能更强的PLC技术发展,为用户提供一个自行开发的环境,实现更多的自动控制功能,也为实现控制的智能化提供支撑。由于大多数大型港口装卸设备是一种高效、重载、频繁起制动、作业频次高的专用设备,需要很好的调速和起制动性能,采用全交流驱动与变频调速系统是目前的发展趋势之一。

根据大型港口装卸设备的工作特点,在目前与近期内,应该作为科学研究的几个重点问题是:

①以发展大型、专用设备为主;

②改进电力驱动系统的性能,广泛采用自动控制技术;

③提高设备的工作速度,增加设备的通过能力;

④适应工作要求的人体工程学及环境保护方面的研究;

⑤新型装卸船方式的研究。经过改革开放后20余年的发展,国内在大型港口装卸设备的设计及制造领域均取得了长足的进步,已基本达到世界先进水平,部分产品已处于世界领先地位。

同时,也涌现出了一批以上海振华港口机械股份(集团)有限公司为代表的世界级港机制造企业,使我国基本实现了从港机进口大国到出口强国的腾飞。

目前,在集装箱装卸设备领域,上海振华港机已连续4年赢得全球订单第一的桂冠,占据了全球40%的市场份额,从加拿大温哥华到巴西桑托斯,从德国汉堡到荷兰阿姆斯特丹,从澳大利亚阿德莱德到阿曼萨拉拉,几乎在全球所有的知名大港,都能看到打着ZPMC标志的上海振华港机巨人般的雄姿。

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