码头直装型集装箱装料机的研制研究报告

码头直装型集装箱装料机的研制研究报告

李大成

天津港第四港埠有限公司  天津市  300000

摘要：在国家要求推进大宗货物运输“公转铁、公转水”，减少公路运输量，增加铁路运输量，通过“公转铁”，降低货车柴油消耗量，打响蓝天保卫战。目前，高污染、低效率的传统物流运营方式仍是煤炭等大宗物流的发展主流，加快实现大宗货物由“黑色”物流向“绿色”物流的转变已成为我国大宗物流建设的主导方向。

关键词：码头直装型，集装箱装料机，研制研究

一、项目概述

本项目设计的码头直装型集装箱装料机是根据国家提出的散改集的环保方针指引下，结合实际生产需要注意的事项及我公司长期在此行业积累的行业经验，统筹全局，结合实际布置的设备方案。（1）该设备一机两用，并涵盖了敞口式集装箱定量装箱及标准箱尾部定量装箱，避免了设备资金的重复投入。（2）设备移动就位方便，可以在港区任何满足作业的地点进行就位作业，大大提高设备的使用率。（3）装车效率高，最高可达到5分钟/车。（4）结合我公司开发的装车车辆就位自动检测软件，最终可实现装车自动化，工作人员远程监控。

二、需要解决的技术问题

2.1大容量矿粉灌包机结构设计

    有色矿粉密度约2.2t/m³，要求矿粉灌包机结构同时满足敞口箱顶部装车、集装箱尾部装车，称量斗2次称量完成装车，储料斗满足2车物料的存量，装车效率要求控制在10分钟以内，总体框架高度控制在11m以内。

2.2集装箱尾部装车输送机设计

    要求2分钟完成装车，30吨/车，输送机的效率为900t/h，汽车地到车箱平为1100-1200mm，集装箱高为2600-2900，集装箱宽度为2400mm。区别于传统输送机从集装箱顶部投料的方式，采用侧进料避免扬尘。同时通过结构优化与控制优化，采用输送机逐渐后退行走装料的方式，替代已有的尾部装车机构装车同时需要指挥员引导货车司机缓慢前行的方式，有效降低操作风险。

2.3精准称重与二次放料系统设计

    针对散货颗粒度差异大导致称重不精确以及易堵料问题，采用每箱分二次称重的放料系统。通过精准称重结构和测试系统的设计，能够通过二次放料实现接近重量目标值后的缓慢放料。

三、研究方法以及方案、设计

    本项目采用总体架构设计、核心功能部件设计、测控系统设计、建设实施依次进行的方法，首先设计了如图1的设备总体。

图1 设备总体

    然后在设备总体的基础上进一步细化核心功能部件，在测控系统等相关设计工作完成后在天津港进行了建设实施，设备工作现场如图2。

图2 设备工作现场

四、主要技术措施

    项目主要通过结构优化设计，配合重量精准测量与系统综合控制，实现整体设备的创新设计，主要有以下三部分研究工作：

1.矿粉灌包机结构设计：

    有色矿粉灌装，密度约2.2t/m³，要求该框架结构同时满足敞口箱顶部装车，集装箱尾部装车，称量斗2次称量完成装车，储料斗满足2车物料的存量，储料斗斗壁最小斜度不能低于50度，斜度越大越好，防止斗壁积料。装车效率要求控制在10分钟以内（停车就位到定量装车完毕移位），总体框架高度控制在11m以内。

根据门机抓斗进入料仓内部1/2，然后匀速张开放料，根据作业经验，将斗口控制在6500*6500mm，高度控制在3000mm左右，下方两个喂料口，间距控制在2500mm，储料斗斜度，容积满足设计要求，确定储料斗外形尺寸。

    根据装车要求，需要15t/斗，有效容积必须达到9立方米，根据容积，斜度要求，反推称量斗尺寸，最终确定为4000*2000*1800。称量斗放料口门设计参照储料斗放料口。

2. 集装箱尾部装车输送机设计：

    根据上述参数，要求2分钟完成装车，30吨/车，输送机的效率为900t/h，汽车地到车箱平为1100-1200mm，集装箱高为2600-2900，集装箱宽度为2400mm。

    根据已知条件，集装箱长6m，要求输送机进入车厢装车，然后退出车厢，完成装车。（确定机头进入集装箱离头部1m，5m退出集装箱，所以伸缩行程确定为5.5m）

3. 精准称重与二次放料系统设计

码头前沿使用的金属矿石集装箱装料机，由门座式起重机利用抓斗供料，针对散货颗粒度差异大导致称重不精确以及易堵料问题，采用每箱分二次称重的放料系统。设备具有自动称重功能，能够通过二次放料实现接近重量目标值后的缓慢放料，称重精度可控制在0.3%以内。

五、技术创新点

1、码头前沿使用的金属矿石集装箱装料机，由门座式起重机利用抓斗供料，针对散货颗粒度差异大导致称重不精确以及易堵料问题，采用每箱分二次称重的放料系统。

2、设备具有自动称重功能，能够通过二次放料实现接近重量目标值后的缓慢放料，称重精度可控制在0.3%以内。

3、具备自动精确称重、自动装箱、喷淋抑尘、远程控制的散货装填集装箱的大型装备，能够实现金属矿石不落地装箱转运，避免转运过程中的超载、洒漏等现象。

六、技术经济指标分析

1、项目技术指标：

（1）结构外形尺寸：6500*6500*10500；（2）装箱范围：≦35T/箱；（3）称量范围：≦18T /次；（4）称重精度：3‰  即每箱误差≦100kg；（5）进料方式：重力快、慢进料；（6）控制方式：专用称重仪表与可编程序控制器自适应控制 LED ，大屏幕数字显示器、声光报警、语音提示；（7）装箱效率：400t/h；（8）适用物料：粒径80mm以下的有色矿；（9）装机功率：≦40kw；（10）牵引速度：≦3km/h。

2、项目经济指标：

（1）装箱效率：顶装效率由原先的8分钟/箱提升至2分钟/箱；后侧装效率由原先的19-23分钟/箱提升至5分钟/箱，平均装箱效率提升400%。

（2）人机配备：原作业工艺需每台门机需要配备2台装载机辅助装车，1名指挥手负责指挥机械装运，应用此装箱机可以节省2台装载机配备，仅需1名装箱机操作员控制装箱机起停即可。

（3）能源消耗：原作业工艺需要装载机辅助装车作业，柴油装载机装车单耗约为5.6L/百吨，依照2023年接卸码头直装散矿200万吨计算，年节约柴油消耗量96.32吨，合140.35吨标准煤。

七、与国内外成果对比

    关于散货集装箱装料的研究，检索到的文献研制一种可以将集装箱装箱、卸箱、翻箱和称重等功能整合在一起的“三合一”集装箱翻箱器, 包括支架、吊架、测量元件、用于驱动吊架升降的升降机构和用于实现吊架翻转的翻转机构，所述升降机构设置正在所述支架上且与所述吊架连接，翻转机构设置在所述支架的两侧，且与所述吊架的两侧连接，测量元件设置在所述支架的底端，“三合一”翻箱器自身结合了正面吊的“装、卸”、翻箱器的“翻”、移动地磅的“称”等多种动作功能；一种集装箱散货装箱设备，具有三个工位, 由供料系统、装箱料斗闸门以及装箱和辅助工位组成，三个工位相互协作，同时辅以供料系统和装箱料斗的设计，可实现装箱过程连续化；设计研发一种可移动式散货装箱平台，该平台主要由翻转架、支撑架、液压系统和抱门装置等4部分构成；为实现对矿石集装箱重量和重心的准确、快速、一站式检测，运用高精度称重传感器和特定优化算法，改造矿石装箱平台的测重系统；研究了双仓协同连续快速装载工艺及关键技术，分析配仓称重控制模式，提出最优化高效双仓分步配仓控制策略；为使选煤厂快速定量装车系统能够用于装载集装箱，对装车溜槽下料口、平车压实系统、集装箱位置偏移检测装置等进行了设计改造；文献1-6均涉及散货集装箱装料的研究，但装料方法特别是称重方法等与本项目不同。

   本项目相关研究内容经教育部科技查新工作站L13科技查新，国内未见与该查新委托项目以上主要技术特点完全相同的文献报道。