港口散货机械设备的发展趋势及关键技术

港口散货机械设备的发展趋势及关键技术宋建军陈洁孙景永张建国上海振华重工（集团）股份有限公司上海200125摘要：随着矿石、煤炭等运输量的大幅增加和运输船型的不断增大，散货装卸设备不断发展更新，在现代码头管理中，对大型散货设备进行有效控制，进而提高效益、降低对环境的污染，是推动散货设备发展的动力。

关键词：码头；矿石；煤炭；散货机械设备；装车楼；筒仓；圆形料场；自动化；环保中图分类号：U653文献标识码：A文章编号：1001－0785（2011）S0－0001－05Abstract：With the substantial increase of ore and coal transport and the increasing size of transport ship，bulk cargo handling equipment continues to develop and update，and in modern port management，effective control of the large bulk cargo equipment，thereby improving efficiency and reducing pollution on the environment，is the power of promoting the de-velopment of bulk cargo equipment．Keywords：terminal；ore；coal；bulk cargo equipment；loading station；silo；circular stockyard；automation；envi-ronmental protection0前言海关总署公布数据显示，2010年中国进口铁矿石6.2亿t，进口煤炭1.64亿t，极大考验了沿海各港口码头的吞吐装卸能力。

根据国家发展规划，在“十二五”期间，还要加快沿海部分大型钢铁项目的建设和部分项目的前期准备工作，而2011年煤炭进口也将增至1.8亿t。

铁矿石、煤炭等钢铁业的原材料和电力能源物资的运输，将会进一步推动沿海各港口、码头、电厂等的发展。

卸船机、装船机、堆取料机、带式输送机、翻车机、圆形料场、筒仓等散货装卸设备及设施的发展将会面临新的局面。

20世纪90年代前，国内港口的建设比较滞后，大型散货装卸设备基本以进口为主。

从90年代末开始，民族产业开始蓬勃发展，各种大型散货设备得到空前的发展与进步，在短短十几年时间内，完成了整个产业链的发展，从设计、制造、配套、整机总装、运输、服务等环节，均实现了知识产权自主化、产品系列化，国产大型散货设备不仅完全取代了进口设备，还成功进入欧洲、北美、南美、澳洲、中东、非洲等市场，包括美国、法国、荷兰、加拿大、比利时、澳大利亚、阿曼、巴林、印度、日本、韩国、巴西、秘鲁等20多个国家与地区。

设备形式多种多样，以符合各种不同码头的实际条件，在设计上可以采用用户要求的设计规范，满足不同国家的标准。

系列化将设备的应用范围不断扩大，以抓斗卸船机为例，设备的卸载能力从540t/h到3500t/h，形成各种级别的规格，完全能满足5000t 40万t的各种散装货运船型。

设备的可靠性也在不断提高，青岛、曹妃甸、北仑港、日照、大连等主要矿石码头和港口，对铁矿石的年卸货量均接近或超过3000万t，最多的港口在2010年卸货量超过5600万t，这与设备的可靠性、安全性有着重要的关系。

虽然港口码头的散货装卸设备及系统的发展已经达到一定阶段，但仍有很大的发展空间，本文从大型化、全自动化、环保化、信息化等多个方面进行探讨。

1大型化近年来，铁矿石等原材料的价格不断上涨，相关数据显示，2011年二季度的铁矿石价格有很大的上调倾向，随之而来的就是相关运输费用的浮动。

这种趋势在过去的几年间一直存在（金融危机中有大幅调整）。

为追求利润的最大化，世界各主要运输公司都在发展特大型远洋运输船，最大散货运输船已达40万t级，弦宽65m，满载吃水深度23m。

对如此巨大的船舶作业，整个码头的装、卸工艺系统都需要随之发展，带式输送机、装船机、卸船机的能力不断提高。

目前国内生产的卸载铁矿石的抓斗卸船机，最大生产能力已达3500t/h，其最大卸货能力为4000t/h。

同一泊位配置2台卸船机，平均每小时可从船上卸载矿石3500 4500t。

据了解，国外港口已在规划更大的装卸系统，25万t的矿石散货运输船，要求在24h内卸完，平均每小时卸矿石超过10000t。

装船机的能力更大，国产设备已达12000t/h（铁矿石），国外的同类设备能力更是达到20000t/h，与之配套的堆场设备的生产能力也有向更大发展的趋势。

国内自主设计的斗轮取料机取料能力已突破12000t/h，而来自国外矿石出产区和输出港口码头的消息，设备生产能力还在不断提高。

铁路运输是陆路运输的龙头，与铁路运输配套的装卸设备，其生产能力也在提高，如对车厢卸载作业的专业设备———翻车机，目前的能力为7200t/h。

港口码头配置的火车定量装车系统，装载能力超过5000t/h。

沿江河的设备也在向专业化和大型化发展。

远洋运输的矿石等散装物料，经过沿海港口和码头的中转，通过各种江轮、驳船等沿江河而上，运往内地港口。

这对内地码头的专业化和大型化发展提出要求。

在镇江、南京等内河沿江码头，专业化发展较快，其煤炭、矿石等专业设备的卸载能力已达1250t/h。

散料装卸设备能力的提高，对各种配套零部件的几何参数、性能参数、维护性能等多方面都提出更高要求。

如国内最大抓斗卸船机生产能力是3500t/h，起升钢丝绳下的起重量达80t。

与此相匹配的部件，如抓斗、钢丝绳、滑轮、减速器、制动装置等都要求是创新设计或选型，在生产制造、日常维护等方面都有更高要求。

2自动化2.1卸船机全自动化通常码头作业以3班制为多，在操作设备过程中，司机作业强度较高，精神高度集中，对司机的身体素质要求较高。

因此，卸船机逐步向提高生产效率、降低作业强度的方向发展。

从手动操作发展到目前比较普及的半自动操作，司机的劳动强度大大降低。

而全自动作业方式是将来的发展方向。

全自动作业方式的概念已提出了很长时间，但实际生产及起重设备的发展，还没有达到人们的期望。

目前全自动操作技术在不断探索中，受太多不定因素的影响，技术上还没有取得突出的进步。

船型辨识、舱口的设定、舱内货物的堆积状态、风速、潮汐、卸载舱的选取及卸载量的度量等，均对全自动作业方式提出挑战，尤其是船舱内物料堆积以及动态的变化，对全自动模式的影响最大，虽然有些设备上配置了相关扫描设备，希望借此能对船舱内的物料状态建立模型，但技术仍处于发展阶段。

上海振华重工（ZPMC）向欧洲提供的卸船机上，采用了目前先进的操作模式，在司机室内操作人员的监视下，卸船机能实现一定程度的全自动作业，包括船舱内抓取点的选择、自动抓取物料、作业过程的自动运行、下一循环抓取点自动选择等，与通常的半自动等作业方式比较，司机的劳动强度明显降低，生产效率也有较好的保证，欧洲用户对此表示欢迎。

此作业模式目前并未完善，为了更好地保证生产能力，偶尔仍然需要司机的简单干预。

在设备自动选取抓取点过程中，司机可以根据自己的判断对此过程给予辅助，操作非常简单。

在保证生产能力和安全作业的条件下，更多地减少人员参与，相关技术研究还在进行中。

2.2堆场设备的全自动化堆场设备全自动操作技术在国内外港口码头发展较快。

堆场是规则的存储区域，但需要存储的物料却受到品种、数量、批次、不同所有者、存储时间多变、输入输出变化复杂等很多因素的影响，提高堆场的有效利用率是管理人员常态的工作任务。

1台堆取料设备，配置1条带式输送机，可以较方便地实现全自动化作业，这种模式在国内个别码头堆场中已经出现。

在这种模式中，堆取料设备自身的全自动程度比较高，可以实现无人操作。

通过感应设备系统、数据分析系统，可以在系统生成物料的堆放数据，并对操作中物料变化作实时的分析、整理，数据库内将保留物料堆放情况的实时数据，在接到命令时，系统能自动判断下一步应该采取的动作。

真正意义上的全自动堆取系统还在不断完善中。

2007年在鹿特丹码头出现了多台堆取料设备与运输系统配合工作的方式，对于码头管理人员，整个堆场可以被认为是一个类似“黑匣子”的系统，只需要输入系统物料的进出信息，所有工作将由计算机系统、执行系统顺利完成。

高可靠的扫描设备、各堆取料设备信息的统一管理和分析，是该系统有效运行的关键所在。

所有信息需要软件系统来计算、建模，将堆场、各种物料存储状态、堆取料设备融合在一起，完成各种工作需要。

此系统也在不断完善中，比如个别扫描设备故障（受风、雨、雪、雾影响），由于意外情况需要装载机等流动设备对堆场上的物料进行调整时，会对整个系统的运行造成影响。

还有一种可以称为2.5维的自动化运行系统，所有人员的操作都在中央控制室内进行，在做完相关的工作设置后，设备将按一定的规律全自动运行，达到全自动操作的状态。

在此过程中，司机可以对任务、操作状态进行监视和调整。

1名操作人员可以控制2台或多台堆取料设备。

在这个系统中，人的因素非常重要，对堆场情况的判断都由人来实施，设备仅仅是操作，因而整个系统只能是2.5维。

这种系统的优点是整体投资低，在中东的某些码头有发展趋势。

2.3系统的全自动化港口、码头物料输送系统的整体全自动化是一个复杂的课题，从单机自动化到子系统自动化，再到整个系统自动化，需要逐步进行。

实现系统自动化工作过程中的设备维护、系统生产能力升级、应急措施等，也需要认真考虑和研究。

3环保化矿石、煤炭、硫磺、散装水泥等物料在港口、码头的转运过程中会产生粉尘，对环境造成一定程度的污染，环保化将是散货装卸设备发展的一个必要条件。

3.1通用的设备除尘方式喷水、喷雾除尘系统是目前比较通用的除尘措施，可以大大降低粉尘对环境的污染。

但需要大量消耗淡水，受生产成本、海水污染等因素的影响，在实际生产作业中使用率不高。

添加特殊化学添加剂的新型喷雾除尘系统，可以大大降低淡水的消耗量，目前已经在国外开始应用，在国内的部分港口也有试行。

其初期成本投入比普通喷水喷雾除尘系统偏高，这对其推广使用有一定影响。

随着观念改变和环保力度的加大，这种新型喷水系统有一定的推广潜力。

静电除尘系统也是一种较环保的除尘方式，但它对系统的密闭性有一定要求，在卸船机、装船机、堆取料机、堆场、带式输送机转载站等有较多使用，还需要加大研究力度，寻找合适的方法。

风帘、防沙帘等措施，在堆场设备和堆场都有应用，但效果、使用方便性、材料选用等还需要进一步的探究。

3.2环保型卸船机在保护环境方面，环保型卸船机体现出优异的性能。