38 t长撑杆四索双瓣矿石抓斗扩容改造
蒋欢
（国投镇江港有限公司金港分公司，江苏镇江，212000）
为提高抓斗利用率，提出抓斗扩容改造的设计思路。通过理论计算和软件模拟验证，扩容后的抓斗满足使用要求，抓斗斗容由7.8 m3扩容至11 m3，能提高矿石卸载效率。
港口；矿石抓斗；扩容改造
国投镇江港有限公司金港分公司# 12泊位主力卸船设备为2台40 t卸船机，配置四索双瓣煤炭抓斗4台，斗容为20 m3，配置四索双瓣矿石抓斗9台，斗容分别为7.8 m3（2台）、8.6 m3（2台）和9 m3（3台）。2016年，好望角型船在该泊位靠泊已趋于常态化，低比重矿石作业量越来越多。目前，现有的煤炭抓斗和矿石抓斗无法满足生产需求。斗容大的煤炭抓斗抓取该类散货时，因散货比重大，易造成卸船机超载；斗容小的矿石抓斗抓取该类散货时，装卸效率不高，影响船期进度。因此，提高大型船舶作业效率已迫在眉睫。
考虑到购置2台新抓斗的费用高、制造周期长，无法满足当前码头生产需求，且影响好望角型船作业的品牌效应。现有的7.8 m3矿石抓斗相对利用率不高，为满足比重在2 t/m3的矿石卸载需求，将原有斗容7.8 m3的38 t矿石抓斗进行扩容设计并实施改造，以此提高好望角型船卸载效率。这样不仅满足码头生产需求，而且节约购置抓斗的成本，提高抓斗利用率。
对抓斗的扩容设计提出2种方案：第1种方案是通过在斗瓣弧形板上口增设钢板的方式来扩容；第2种方案是以扩大斗口板长度为基础，通过加强斗瓣内部结构的方式来扩容。考虑到第1种方案扩容容积有限，因此决定采用第2种方案。
已知原矿石抓斗技术参数：卸船机额定起重量38 t，抓斗斗容7.8 m3，散货比重3.0 t/m3，抓斗自重14.6 t。当使用抓斗的起重机额定起重量一定时，起重机额定起重量为抓斗自重与被抓物料质量之和。抓斗的扩容会增加抓斗自重，抓斗自重为抓斗额定起重量与抓斗自重系数的乘积。因抓斗自重系数随物料堆积密度的不同而改变，当物料堆积密度为2 t/m3时，抓斗自重系数为0.41。经测算，扩容后的抓斗自重理论值为15.58 t，考虑实际改造中抓斗斗瓣内部钢结构需加强，改造后的抓斗自重取16 t。经计算可知，抓斗扩容后斗容可达11 m3。抓斗斗容为抓斗斗体宽度与抓斗双瓣斗体侧面积的乘积。经测量，原抓斗斗体宽度为2.45 m，在斗体侧面积不变的情况下，经计算得出抓斗扩容后的斗体宽度为3.46 m。
通过理论设计分析得出改造前后的抓斗相关技术参数，并采用Autodesk Inventor三维可视化实体模拟软件绘制斗体结构三维建模图，见图1。
a）改造前
b）改造后
图1 改造掐后的抓斗斗体结构三维建模图
抓斗改造前后的斗体结构应力分析图见图2。
a）改造前
b）改造后
图2 抓斗改造前后的斗体结构盈利分析图
对抓斗改造前后的斗体结构应力进行分析、比较，发现改造后的抓斗在满载起吊的工况下，最大应力出现在与改造前相同的位置，均为290 MPa左右,小于Q345B的屈服强度345 MPa，强度上未受太大影响，满足设计要求。
改造后的抓斗在实际使用中可能会发生斗体结构钢板因磨损变薄等情况，造成抓斗斗口板、侧面板等有局部变形。为确保改造后的抓斗结构强度，对改造后的抓斗斗体结构进行适当的刚性加强。在抓斗斗内原加强筋两侧各加装1块斗内筋板，见图3。抓斗斗侧内加装2根Φ130 mm的无缝钢管，见图4。
图3 斗内加装的筋板
图4 斗内加装的无缝钢管
如果申购2台38 t新抓斗，费用约76万元，制造周期在45 d以上；但2台抓斗同时进行扩容改造及后期斗体结构改进用时仅15 d，改造人工及材料费约11.6万元，可节约抓斗购置费用约64万元。抓斗扩容改造后，斗容由7.8 m3增至11 m3，从而提高2台卸船机的作业能力，超大型船舶的卸船效率提升近40%。
抓斗扩容改造，可以节约抓斗购置成本，进一步提升码头生产能力，同时为各类矿石抓斗维修和改造积累宝贵的经验。
