集裝箱裝卸設(shè)備與自動(dòng)化

1、集裝箱裝卸設(shè)備與自動(dòng)化摘要本文從港口裝卸設(shè)備出發(fā)，介紹了港口裝卸的裝卸設(shè)備，有集裝箱吊具、岸邊集裝箱起重機(jī)、龍門起重機(jī)、正面吊、跨運(yùn)車、叉車、拖車和牽引車等。然后介紹了自動(dòng)化集裝箱碼頭的基本情況。對(duì)單AGV小車自動(dòng)化碼頭、穿越式自動(dòng)化碼頭、雙AGV小車自動(dòng)化碼頭、跨運(yùn)車自動(dòng)化碼頭、高架橋型自動(dòng)化碼頭和拖掛車型自動(dòng)化碼頭進(jìn)行了介紹，并對(duì)這些自動(dòng)化碼頭進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較，對(duì)碼頭以后的發(fā)展提出了一些簡(jiǎn)單的意見。關(guān)鍵詞：裝卸設(shè)備、自動(dòng)化、碼頭對(duì)比、發(fā)展趨勢(shì)1港口裝卸設(shè)備1.1 集裝箱吊具集裝箱吊具可分為固定式、組合式和伸縮式。直接吊裝式吊具將起吊20ft集裝箱的專用吊具，或者起吊40ft集裝箱的專用吊具

2、，直接懸掛在起升鋼絲繩上，液壓裝置裝設(shè)在吊具上，通過旋鎖機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鎖，與集裝箱的角配組合式吊具的基本吊具為件連接或者松脫。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、只適用于起吊一定尺寸的集裝箱。對(duì)不同尺寸的集裝箱必須更換吊具。20ft集裝箱專用吊具，可起吊20ft集裝箱，液壓裝置裝設(shè)在基本吊具上。當(dāng)需要起吊40ft集裝箱時(shí)，則將40ft集裝箱專用吊具的角配件（與集裝箱角配件相同）與20ft集裝箱專用吊具的旋鎖連接。40ft專用吊具的旋鎖機(jī)構(gòu)由裝設(shè)在20ft專用吊具上的液壓裝置驅(qū)動(dòng)。伸縮式吊具為適應(yīng)集裝箱的不同尺寸要求，可以進(jìn)行長(zhǎng)短伸縮的一種吊具。其優(yōu)點(diǎn)是變換時(shí)間短，缺點(diǎn)是自重大，是目前集裝箱起重機(jī)使用最為廣泛的一種吊

3、具。1.2 岸邊集裝箱起重機(jī)按前伸臂讓岸邊集裝箱起重機(jī)是集裝箱碼頭前沿進(jìn)行集裝箱船舶裝卸作業(yè)的專用機(jī)械。船方式不同：可分為俯仰式（圖a）、折疊式（圖b）和伸縮式（圖c）。俯仰式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但仰起后高度較高，不適合于鄰近有機(jī)場(chǎng)的港口使用；折疊式前伸臂分為兩段，仰起時(shí)前伸臂從中間折疊，仰起后高度降低；伸縮式可直接在船甲板上方伸縮，高度低。1.3 集裝箱龍門起重機(jī)集裝箱龍門起重機(jī)專門用于集裝箱貨場(chǎng)進(jìn)行堆碼和裝卸作業(yè)，按其行走部分不同可分為輪胎式和軌道式兩種。輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)由前后兩片門框和底梁組成門架，支承在橡膠充氣輪胎上，以便在貨場(chǎng)上行走。裝有集裝箱吊具的行走小車沿著門框主梁上的軌道行走，進(jìn)行

4、裝卸和堆碼作業(yè)。輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)主要有大車運(yùn)行、小車行走和起升機(jī)構(gòu)，并設(shè)有吊具回轉(zhuǎn)裝置和減搖裝置。軌道式集裝箱龍門起重機(jī)在港口多采用雙梁焊接結(jié)構(gòu)，個(gè)別采用L形單主梁焊接結(jié)構(gòu)。集裝箱專用碼頭上軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的工作速度應(yīng)與碼頭前沿岸邊集裝箱起重機(jī)的生產(chǎn)率相適應(yīng)，以保證碼頭前沿不停頓地進(jìn)行船舶裝卸作業(yè)。為了便于裝卸集裝箱半掛車和汽車，在軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的載重小車上還裝有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。1.4 集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)正面吊是隨著集裝箱碼頭、集裝箱貨場(chǎng)、中轉(zhuǎn)站和鐵路場(chǎng)站對(duì)多用途的流動(dòng)式集裝箱裝卸搬運(yùn)機(jī)械的需求而開發(fā)的一種新機(jī)型。集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)主要由運(yùn)行機(jī)構(gòu)，臂架伸縮機(jī)構(gòu),變幅機(jī)構(gòu)和可以回轉(zhuǎn)、伸

5、縮、橫移的吊具組成。除運(yùn)行部分外，臂架俯仰、伸縮、轉(zhuǎn)向及吊具的各項(xiàng)動(dòng)作均采用液壓驅(qū)動(dòng)。1.5 集裝箱跨運(yùn)車集裝箱跨運(yùn)車是用于集裝箱碼頭前沿和堆場(chǎng)之間短途水平搬運(yùn)和堆碼集裝箱的專用機(jī)械。它以門形車架跨在集裝箱上，由裝有集裝箱吊具的液壓升降系統(tǒng)吊起集裝箱，進(jìn)行搬運(yùn)堆碼。還可用跨運(yùn)車將集裝箱裝在集裝箱底盤車上，同時(shí)也可將集裝箱從底盤車上卸下。舞裝箱跨運(yùn)車由門型框架、起升機(jī)構(gòu)、動(dòng)力設(shè)備、輪胎式無(wú)軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備組成,采用機(jī)械或液壓傳動(dòng)。1.6 集裝箱叉式裝卸車集裝箱叉式裝卸車簡(jiǎn)稱集裝箱叉車，它是集裝箱碼頭和貨場(chǎng)常用的一種進(jìn)行集裝箱裝卸、堆碼和搬運(yùn)的專用機(jī)械。它既可采用貨叉插入集裝箱底部叉槽內(nèi)舉

6、升搬運(yùn)集裝箱；也可在門架上裝一個(gè)集裝箱吊具，借助旋鎖件與集裝箱連接，從頂部起吊集裝箱。1.7 牽引車和掛車集裝箱牽引車俗稱拖車，專門用于拖帶集裝箱掛車或半掛車，兩者結(jié)合組成車組，長(zhǎng)距離運(yùn)輸集裝箱的專用機(jī)械，主要用于港口碼頭、鐵路貨場(chǎng)與集裝箱堆場(chǎng)之間的運(yùn)輸。集裝箱牽引車具有牽引裝置、行駛裝置，但自身不能載運(yùn)貨物，其內(nèi)燃機(jī)和底盤的布置與普通牽引車大體相同，只是集裝箱牽引車前后車輪均裝有行車制動(dòng)器，車架后部裝有連接掛車的牽引鞍座。集裝箱掛車按拖掛方式不同，分為半掛車和全掛車兩種。半掛車是掛車和貨物的重量一部分由牽引車直接承受，全掛車是通過牽引桿架，使?fàn)恳嚺c掛車連接，其重量完全考自己的輪子承受。牽引

7、車和掛車通常一起使用。碼頭岸壁?？壍?陸閨軌道2自動(dòng)化集裝箱碼頭2.1 單小車AGV碼頭荷蘭鹿特丹港EC陋頭的自動(dòng)化集裝箱碼頭采用單小車岸橋-AGV-自動(dòng)化吊具這種裝卸工藝。這是第一代自動(dòng)化集裝箱碼頭的典型裝卸工藝，岸橋的小車將集裝箱從集裝箱船上取下后，運(yùn)到岸橋跨距內(nèi)自動(dòng)導(dǎo)引車的停放位置，將集裝箱放到相應(yīng)的自動(dòng)導(dǎo)引車上面，然后自動(dòng)導(dǎo)引車按照過程控制系統(tǒng)給定的路線將集裝箱水平運(yùn)輸?shù)蕉褕?chǎng)靠近岸邊一側(cè)裝卸箱區(qū)，等待全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)來卸集裝箱。集裝箱被卸下后，自動(dòng)導(dǎo)引車再進(jìn)行下一個(gè)集裝箱的水平運(yùn)輸。堆場(chǎng)沿碼頭岸線垂直方向布置，在堆場(chǎng)靠近碼頭岸邊一側(cè)，全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)接運(yùn)由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)來的集裝箱，堆放

8、在堆場(chǎng)的指定箱位，或把堆場(chǎng)上要裝船的集裝箱裝到自動(dòng)導(dǎo)引車上。而在堆場(chǎng)的另一側(cè)，即靠近陸側(cè)，堆場(chǎng)起重機(jī)全自動(dòng)或通過中控室遙控完成裝卸集裝箱拖掛車作業(yè)。支翌裝船岸橋小車岸一自動(dòng)導(dǎo)引東£動(dòng)導(dǎo)引車裝卸寤區(qū)堆場(chǎng)起翻匡1岸橋與AGV、ARMG裝卸工藝2.2 穿越式AGV碼頭德國(guó)漢堡港CAT1動(dòng)化集裝箱碼頭采用雙小車岸橋-AGV-穿越式自動(dòng)化吊具這種裝卸工藝，這種工藝系統(tǒng)的岸橋?yàn)殡p小車形式，由前小車和后小車構(gòu)成，這種形式的岸橋?qū)⒓b箱的作業(yè)分成幾個(gè)環(huán)節(jié)，可以同時(shí)進(jìn)行，有效地降低了集裝箱交接過程的對(duì)位時(shí)間。岸橋的前小車負(fù)責(zé)集裝箱船和岸橋大梁后伸出下轉(zhuǎn)接平臺(tái)之間的集裝箱裝卸作業(yè)，集裝箱在轉(zhuǎn)接平臺(tái)上進(jìn)行

9、轉(zhuǎn)鎖的固定或脫開操作。前小車不用等待自動(dòng)導(dǎo)引車來取集裝箱，而是直接在進(jìn)行下一個(gè)集裝箱的裝卸。后小車在起重機(jī)后伸距范圍內(nèi)工作，負(fù)責(zé)預(yù)先定位的自動(dòng)導(dǎo)引車與轉(zhuǎn)接平臺(tái)之間的集裝箱裝卸，然后由自動(dòng)導(dǎo)引車再將集裝箱自動(dòng)運(yùn)送到堆場(chǎng)靠近岸邊一側(cè)。CTA碼頭岸橋后伸距范圍內(nèi)布置了4條平行的自動(dòng)導(dǎo)引車車道。堆場(chǎng)沿碼頭岸線重直方向布置，在堆場(chǎng)靠近碼頭岸邊一側(cè)，全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)接運(yùn)由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)來的集裝箱，堆放在堆場(chǎng)的指定箱位，或把堆場(chǎng)上要裝船的集裝箱裝到自動(dòng)導(dǎo)引車上。堆場(chǎng)內(nèi)的每個(gè)箱垛布置一高一低兩臺(tái)全自動(dòng)軌道式集裝箱門式起重機(jī)(ARMG)軌距不同并運(yùn)行在不同軌道上，可以相互穿越運(yùn)行，每臺(tái)全自動(dòng)軌道式集裝箱門式起重機(jī)

10、(ARMG都可以獨(dú)立完成箱垛任何一部分的裝卸作業(yè)，極大地提高了裝卸效率和靈活性。集我靖船岸橋前小車必接平直岸橋后小車自動(dòng)導(dǎo)引車自動(dòng)導(dǎo)引車裝卸箱區(qū)雙軌式L據(jù)場(chǎng)起我機(jī)、圖2雙小車岸橋與AGV、穿越式ARMG裝卸工藝2.3 雙小車AG涮頭荷蘭鹿特丹港的Euromax自動(dòng)化集裝箱碼頭采用這種裝卸工藝，這種工藝系統(tǒng)結(jié)合了前兩種工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)，碼頭前沿采用了雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)，提高了作業(yè)效率；后方堆場(chǎng)采用了ECT已經(jīng)熟悉了的ARMG系統(tǒng)。岸橋的前小車將集裝箱從集裝箱船上取下后放在轉(zhuǎn)接平臺(tái)上，之后前小車不用等待就可以進(jìn)行下一次取箱。后小車在前小車離開后取出轉(zhuǎn)接平臺(tái)的集裝箱并運(yùn)到岸橋跨距內(nèi)自動(dòng)導(dǎo)引車的停放

11、位置，將集裝箱放到相應(yīng)的自動(dòng)導(dǎo)引車上面，然后自動(dòng)導(dǎo)引車按照過程控制系統(tǒng)給定的路線將集裝箱水平運(yùn)輸?shù)蕉褕?chǎng)靠近岸邊一側(cè)裝卸箱區(qū)，等待全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)來卸集裝箱。集裝箱被卸下后，自動(dòng)導(dǎo)引車再進(jìn)行下一個(gè)集裝箱的水平運(yùn)輸。集裝箱船搜檢前小車.L_J哥mIji碼頭岸甲轉(zhuǎn)接平臺(tái)二F8BT一、海側(cè)軌道裝卸箱區(qū)運(yùn)行路/圖3雙小車岸橋與AGV.ARMG裝卸工藝對(duì)于三種AGV、車的比較SingleRMGCross-overRMGsTwinRMGs通過能力最低較局最高機(jī)動(dòng)性最差最高較局復(fù)雜程度較簡(jiǎn)單最復(fù)雜T運(yùn)行成本較低最高建設(shè)成本最低最高較局2.4 跨運(yùn)車型自動(dòng)化碼頭巴塞南歐碼頭采用“單40英尺岸橋+跨運(yùn)車+自動(dòng)化軌

12、道吊”作業(yè)工藝。岸邊船舶作業(yè)采用單40英尺岸橋，其起重能力61t,起升高度41m,外伸距66m。岸橋軌道間為跨運(yùn)車與岸橋作業(yè)交接區(qū)；陸側(cè)軌道后布置艙蓋板堆放區(qū)，其后布置2條跨運(yùn)車高速車道；陸側(cè)軌道距離集裝箱堆場(chǎng)邊93m?？邕\(yùn)車起重能力50t,適于“堆一過二”作業(yè)方式。每塊堆場(chǎng)配置設(shè)2臺(tái)起重能力為40t的自動(dòng)化軌道吊，采用全自動(dòng)化作業(yè)方式，不支持雙箱作業(yè)；堆場(chǎng)有效長(zhǎng)度（約325m）適于直線單層堆放集裝箱50TEU,自動(dòng)化軌道吊跨距內(nèi)可堆放9排集裝箱，堆高為“堆五過一”；陸側(cè)堆場(chǎng)采用集卡倒車工藝方式，陸側(cè)堆場(chǎng)邊至自動(dòng)化軌道吊車擋距離不小于2輛集卡的長(zhǎng)度。巴塞南歐碼頭采用的是人工跨運(yùn)車的作業(yè)方式，而

13、澳大利亞布里斯班碼頭采用的是自動(dòng)化人工跨運(yùn)車的作業(yè)方式。跟黃箱船岸僑蒯、本耳接平臺(tái)岸價(jià)二小勺2.5 高架橋型自動(dòng)化碼頭高架橋型自動(dòng)化碼頭裝卸工藝流程為：集裝箱由碼頭前沿配置的雙40英尺岸橋從船上卸下，可容納2個(gè)40英尺集裝箱的“軌道穿梭車”首先運(yùn)行至岸橋后伸距下的“卸箱點(diǎn)”進(jìn)行“接箱”；“接箱”后的“軌道穿梭車”根據(jù)堆場(chǎng)“箱管”系統(tǒng)的要求沿高架軌道運(yùn)行至堆碼箱區(qū)對(duì)應(yīng)的“轉(zhuǎn)箱點(diǎn)”，由提前在此等候跨于其上的“自行軌道式轉(zhuǎn)運(yùn)起重機(jī)”將集裝箱從“軌道穿梭車”轉(zhuǎn)至“地面進(jìn)場(chǎng)軌道小車”；“自行軌道式轉(zhuǎn)運(yùn)起重機(jī)”將位于“軌道穿梭車”上的集裝箱抓起，在“軌道穿梭車”移出留下部門空間后，將集裝箱下降的同時(shí)旋轉(zhuǎn)9

14、0。，卸至地面正下方已經(jīng)就位的“地面進(jìn)場(chǎng)軌道小車”上；裝載集裝箱的“地面進(jìn)場(chǎng)軌道小車”沿軌道向所在箱區(qū)的縱深運(yùn)行?！暗孛孢M(jìn)場(chǎng)軌道小車”根據(jù)“箱管”系統(tǒng)的指令等候ARMG各“地面進(jìn)場(chǎng)軌道小車”的一個(gè)40英尺集裝箱吊起，ARMG±小車橫向運(yùn)行并碼放至相應(yīng)箱位上。然后視第2個(gè)40英尺集裝箱在這個(gè)箱區(qū)的箱位情況，“地面進(jìn)場(chǎng)軌道小車”再移動(dòng)車位或保持車位由ARMGf行第2個(gè)40英尺集裝箱的裝卸和堆碼作業(yè)；上述各動(dòng)作逆行，完成集裝箱從堆場(chǎng)到船的裝船流程。這種裝卸工藝系統(tǒng)要求接送箱集卡不進(jìn)入堆場(chǎng)箱區(qū)，而在堆場(chǎng)一端交接，以利堆場(chǎng)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。目前采用這種工藝的自動(dòng)化碼頭有上海振華長(zhǎng)興島基地、華電重

15、工等。碼頭岸(7制軌道輔測(cè)軌道:2鄧加華電超前研軌道穿程車地面進(jìn)場(chǎng)就道小車堆場(chǎng)圖6岸梆與高架式軌道穿梭系蛇、ARMG裝卸工2.6 岸橋-拖掛車-高架棧橋式自動(dòng)化碼頭新加坡港巴西班讓(PasirPanjang)自動(dòng)化集裝箱碼頭采用這種裝卸工藝。堆場(chǎng)沿與碼頭岸線平行方向布置。岸橋?qū)⒓b箱從集裝箱船上取下后，轉(zhuǎn)卸到岸橋跨距內(nèi)的集裝箱拖掛車上，集裝箱拖掛車需要人工駕駛，它按照控制系統(tǒng)給定的指令行駛到指定堆場(chǎng)位置，待全自動(dòng)橋式集裝箱起重機(jī)來卸載集裝箱。集裝箱被卸下后，集裝箱拖掛車再進(jìn)行下一個(gè)集裝箱的水平運(yùn)輸。處裝箱船圖5岸橋與拖掛車、高架棧橋裝卸工藝WHO型通集裝軸括掛1Wks3各種自動(dòng)化碼頭的對(duì)比分析

16、為了便于實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)自動(dòng)化，碼頭的堆場(chǎng)一般按照垂直于岸線布置，這樣集卡可以只在堆場(chǎng)兩頭裝卸而不進(jìn)入堆場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)的完全自動(dòng)化，但是日本名古屋TC則頭因?yàn)樽陨淼脑?，不僅堆場(chǎng)平行岸線布置，門機(jī)也采用的是自動(dòng)化輪胎式龍門起重機(jī)。這說明碼頭的布置要因地制宜，符合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和其他因素。對(duì)于岸橋選型，采用AGV自動(dòng)化模式的一般使用雙小車岸橋提高工作效率，而采用跨運(yùn)車型的單小車就能滿足其工作效率，當(dāng)然，也可以采用雙小車模式。兩者相比，跨運(yùn)車型的自動(dòng)化碼頭堆箱效率更高，但是缺點(diǎn)就是跨運(yùn)車型的自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)的堆高層數(shù)比較小，這種方式更適合于面積較大的碼頭。至于堆場(chǎng)自動(dòng)化，大多采用軌道式龍門起重機(jī)，因?yàn)檐壍朗介T機(jī)易于實(shí)現(xiàn)大車糾偏、定位和高速行駛，同時(shí)軌距大，堆場(chǎng)面積利用高。但是也有碼頭根據(jù)自身的情況和岸橋的布置采用輪胎上門機(jī)，這需要視具體情況而定。除此之外，碼頭自動(dòng)化程度越來越高，逐漸從半自動(dòng)化朝著全自動(dòng)化發(fā)展，而且全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來越高，建造資源利用率更高、自動(dòng)化程度越高、更加環(huán)保的碼頭也是一種趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)：1何繼紅，林浩，姜橋，等.自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸工藝設(shè)計(jì)J.中國(guó)港灣建設(shè)，2016,36(4):67-70.2鄭見粹，李海波，謝文寧，等.自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)比較研究J.水運(yùn)科學(xué)研究，2011(2):26-33.3李勛，李