集裝箱裝卸設備與自動化

1、集裝箱裝卸設備與自動化摘要本文從港口裝卸設備出發(fā)，介紹了港口裝卸的裝卸設備，有集裝箱吊具、岸邊集裝箱起重機、龍門起重機、正面吊、跨運車、叉車、拖車和牽引車等。然后介紹了自動化集裝箱碼頭的基本情況。對單AGV小車自動化碼頭、穿越式自動化碼頭、雙AGV小車自動化碼頭、跨運車自動化碼頭、高架橋型自動化碼頭和拖掛車型自動化碼頭進行了介紹，并對這些自動化碼頭進行了簡單的比較，對碼頭以后的發(fā)展提出了一些簡單的意見。關鍵詞：裝卸設備、自動化、碼頭對比、發(fā)展趨勢1港口裝卸設備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，液壓裝置裝設在吊具上，通過旋鎖機構轉動旋鎖，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。結構簡單、重量輕、只適用于起吊一定尺寸的集裝箱。對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，液壓裝置裝設在基本吊具上。當需要起吊40ft集裝箱時，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專用吊具的旋鎖機構由裝設在20ft專用吊具上的液壓裝置驅動。伸縮式吊具為適應集裝箱的不同尺寸要求，可以進行長短伸縮的一種吊具。其優(yōu)點是變換時間短，缺點是自重大，是目前集裝箱起重機使用最為廣泛的一種吊

3、具。1.2 岸邊集裝箱起重機按前伸臂讓岸邊集裝箱起重機是集裝箱碼頭前沿進行集裝箱船舶裝卸作業(yè)的專用機械。船方式不同：可分為俯仰式（圖a）、折疊式（圖b）和伸縮式（圖c）。俯仰式結構簡單，但仰起后高度較高，不適合于鄰近有機場的港口使用；折疊式前伸臂分為兩段，仰起時前伸臂從中間折疊，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 集裝箱龍門起重機集裝箱龍門起重機專門用于集裝箱貨場進行堆碼和裝卸作業(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，進行

4、裝卸和堆碼作業(yè)。輪胎式集裝箱龍門起重機主要有大車運行、小車行走和起升機構，并設有吊具回轉裝置和減搖裝置。軌道式集裝箱龍門起重機在港口多采用雙梁焊接結構，個別采用L形單主梁焊接結構。集裝箱專用碼頭上軌道式集裝箱龍門起重機的工作速度應與碼頭前沿岸邊集裝箱起重機的生產(chǎn)率相適應，以保證碼頭前沿不停頓地進行船舶裝卸作業(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的載重小車上還裝有回轉機構。1.4 集裝箱正面吊運機正面吊是隨著集裝箱碼頭、集裝箱貨場、中轉站和鐵路場站對多用途的流動式集裝箱裝卸搬運機械的需求而開發(fā)的一種新機型。集裝箱正面吊運機主要由運行機構，臂架伸縮機構,變幅機構和可以回轉、伸

5、縮、橫移的吊具組成。除運行部分外，臂架俯仰、伸縮、轉向及吊具的各項動作均采用液壓驅動。1.5 集裝箱跨運車集裝箱跨運車是用于集裝箱碼頭前沿和堆場之間短途水平搬運和堆碼集裝箱的專用機械。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，進行搬運堆碼。還可用跨運車將集裝箱裝在集裝箱底盤車上，同時也可將集裝箱從底盤車上卸下。舞裝箱跨運車由門型框架、起升機構、動力設備、輪胎式無軌運行機構及其他輔助設備組成,采用機械或液壓傳動。1.6 集裝箱叉式裝卸車集裝箱叉式裝卸車簡稱集裝箱叉車，它是集裝箱碼頭和貨場常用的一種進行集裝箱裝卸、堆碼和搬運的專用機械。它既可采用貨叉插入集裝箱底部叉槽內(nèi)舉

6、升搬運集裝箱；也可在門架上裝一個集裝箱吊具，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，兩者結合組成車組，長距離運輸集裝箱的專用機械，主要用于港口碼頭、鐵路貨場與集裝箱堆場之間的運輸。集裝箱牽引車具有牽引裝置、行駛裝置，但自身不能載運貨物，其內(nèi)燃機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，使牽引車與掛車連接，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。碼頭岸壁海傀軌道,陸閨軌道2自動化集裝箱碼頭2.1 單小車AGV碼頭荷蘭鹿特丹港EC陋頭的自動化集裝箱碼頭采用單小車岸橋-AGV-自動化吊具這種裝卸工藝。這是第一代自動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，運到岸橋跨距內(nèi)自動導引車的停放位置，將集裝箱放到相應的自動導引車上面，然后自動導引車按照過程控制系統(tǒng)給定的路線將集裝箱水平運輸?shù)蕉褕隹拷哆呉粋妊b卸箱區(qū)，等待全自動堆場起重機來卸集裝箱。集裝箱被卸下后，自動導引車再進行下一個集裝箱的水平運輸。堆場沿碼頭岸線垂直方向布置，在堆場靠近碼頭岸邊一側，全自動堆場起重機接運由自動導引車運來的集裝箱，堆放

8、在堆場的指定箱位，或把堆場上要裝船的集裝箱裝到自動導引車上。而在堆場的另一側，即靠近陸側，堆場起重機全自動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導引東£動導引車裝卸寤區(qū)堆場起翻匡1岸橋與AGV、ARMG裝卸工藝2.2 穿越式AGV碼頭德國漢堡港CAT1動化集裝箱碼頭采用雙小車岸橋-AGV-穿越式自動化吊具這種裝卸工藝，這種工藝系統(tǒng)的岸橋為雙小車形式，由前小車和后小車構成，這種形式的岸橋將集裝箱的作業(yè)分成幾個環(huán)節(jié)，可以同時進行，有效地降低了集裝箱交接過程的對位時間。岸橋的前小車負責集裝箱船和岸橋大梁后伸出下轉接平臺之間的集裝箱裝卸作業(yè)，集裝箱在轉接平臺上進行

9、轉鎖的固定或脫開操作。前小車不用等待自動導引車來取集裝箱，而是直接在進行下一個集裝箱的裝卸。后小車在起重機后伸距范圍內(nèi)工作，負責預先定位的自動導引車與轉接平臺之間的集裝箱裝卸，然后由自動導引車再將集裝箱自動運送到堆場靠近岸邊一側。CTA碼頭岸橋后伸距范圍內(nèi)布置了4條平行的自動導引車車道。堆場沿碼頭岸線重直方向布置，在堆場靠近碼頭岸邊一側，全自動堆場起重機接運由自動導引車運來的集裝箱，堆放在堆場的指定箱位，或把堆場上要裝船的集裝箱裝到自動導引車上。堆場內(nèi)的每個箱垛布置一高一低兩臺全自動軌道式集裝箱門式起重機(ARMG)軌距不同并運行在不同軌道上，可以相互穿越運行，每臺全自動軌道式集裝箱門式起重機

10、(ARMG都可以獨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導引車自動導引車裝卸箱區(qū)雙軌式L據(jù)場起我機、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自動化集裝箱碼頭采用這種裝卸工藝，這種工藝系統(tǒng)結合了前兩種工藝系統(tǒng)的特點，碼頭前沿采用了雙小車岸邊集裝箱起重機，提高了作業(yè)效率；后方堆場采用了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接平臺上，之后前小車不用等待就可以進行下一次取箱。后小車在前小車離開后取出轉接平臺的集裝箱并運到岸橋跨距內(nèi)自動導引車的停放

11、位置，將集裝箱放到相應的自動導引車上面，然后自動導引車按照過程控制系統(tǒng)給定的路線將集裝箱水平運輸?shù)蕉褕隹拷哆呉粋妊b卸箱區(qū)，等待全自動堆場起重機來卸集裝箱。集裝箱被卸下后，自動導引車再進行下一個集裝箱的水平運輸。集裝箱船搜檢前小車.L_J哥mIji碼頭岸甲轉接平臺二F8BT一、海側軌道裝卸箱區(qū)運行路/圖3雙小車岸橋與AGV.ARMG裝卸工藝對于三種AGV、車的比較SingleRMGCross-overRMGsTwinRMGs通過能力最低較局最高機動性最差最高較局復雜程度較簡單最復雜T運行成本較低最高建設成本最低最高較局2.4 跨運車型自動化碼頭巴塞南歐碼頭采用“單40英尺岸橋+跨運車+自動化軌

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。岸橋軌道間為跨運車與岸橋作業(yè)交接區(qū)；陸側軌道后布置艙蓋板堆放區(qū)，其后布置2條跨運車高速車道；陸側軌道距離集裝箱堆場邊93m?？邕\車起重能力50t,適于“堆一過二”作業(yè)方式。每塊堆場配置設2臺起重能力為40t的自動化軌道吊，采用全自動化作業(yè)方式，不支持雙箱作業(yè)；堆場有效長度（約325m）適于直線單層堆放集裝箱50TEU,自動化軌道吊跨距內(nèi)可堆放9排集裝箱，堆高為“堆五過一”；陸側堆場采用集卡倒車工藝方式，陸側堆場邊至自動化軌道吊車擋距離不小于2輛集卡的長度。巴塞南歐碼頭采用的是人工跨運車的作業(yè)方式，而

13、澳大利亞布里斯班碼頭采用的是自動化人工跨運車的作業(yè)方式。跟黃箱船岸僑蒯、本耳接平臺岸價二小勺2.5 高架橋型自動化碼頭高架橋型自動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40英尺集裝箱的“軌道穿梭車”首先運行至岸橋后伸距下的“卸箱點”進行“接箱”；“接箱”后的“軌道穿梭車”根據(jù)堆場“箱管”系統(tǒng)的要求沿高架軌道運行至堆碼箱區(qū)對應的“轉箱點”，由提前在此等候跨于其上的“自行軌道式轉運起重機”將集裝箱從“軌道穿梭車”轉至“地面進場軌道小車”；“自行軌道式轉運起重機”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旋轉9

14、0。，卸至地面正下方已經(jīng)就位的“地面進場軌道小車”上；裝載集裝箱的“地面進場軌道小車”沿軌道向所在箱區(qū)的縱深運行?！暗孛孢M場軌道小車”根據(jù)“箱管”系統(tǒng)的指令等候ARMG各“地面進場軌道小車”的一個40英尺集裝箱吊起，ARMG±小車橫向運行并碼放至相應箱位上。然后視第2個40英尺集裝箱在這個箱區(qū)的箱位情況，“地面進場軌道小車”再移動車位或保持車位由ARMGf行第2個40英尺集裝箱的裝卸和堆碼作業(yè)；上述各動作逆行，完成集裝箱從堆場到船的裝船流程。這種裝卸工藝系統(tǒng)要求接送箱集卡不進入堆場箱區(qū)，而在堆場一端交接，以利堆場實現(xiàn)完全自動化。目前采用這種工藝的自動化碼頭有上海振華長興島基地、華電重

15、工等。碼頭岸(7制軌道輔測軌道:2鄧加華電超前研軌道穿程車地面進場就道小車堆場圖6岸梆與高架式軌道穿梭系蛇、ARMG裝卸工2.6 岸橋-拖掛車-高架棧橋式自動化碼頭新加坡港巴西班讓(PasirPanjang)自動化集裝箱碼頭采用這種裝卸工藝。堆場沿與碼頭岸線平行方向布置。岸橋將集裝箱從集裝箱船上取下后，轉卸到岸橋跨距內(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位置，待全自動橋式集裝箱起重機來卸載集裝箱。集裝箱被卸下后，集裝箱拖掛車再進行下一個集裝箱的水平運輸。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各種自動化碼頭的對比分析

16、為了便于實現(xiàn)堆場自動化，碼頭的堆場一般按照垂直于岸線布置，這樣集卡可以只在堆場兩頭裝卸而不進入堆場，可以實現(xiàn)堆場的完全自動化，但是日本名古屋TC則頭因為自身的原因，不僅堆場平行岸線布置，門機也采用的是自動化輪胎式龍門起重機。這說明碼頭的布置要因地制宜，符合當?shù)氐沫h(huán)境和其他因素。對于岸橋選型，采用AGV自動化模式的一般使用雙小車岸橋提高工作效率，而采用跨運車型的單小車就能滿足其工作效率，當然，也可以采用雙小車模式。兩者相比，跨運車型的自動化碼頭堆箱效率更高，但是缺點就是跨運車型的自動化碼頭堆場的堆高層數(shù)比較小，這種方式更適合于面積較大的碼頭。至于堆場自動化，大多采用軌道式龍門起重機，因為軌道式門機易于實現(xiàn)大車糾偏、定位和高速行駛，同時軌距大，堆場面積利用高。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，這需要視具體情況而定。除此之外，碼頭自動化程度越來越高，逐漸從半自動化朝著全自動化發(fā)展，而且全球對環(huán)境保護的意識越來越高，建造資源利用率更高、自動化程度越高、更加環(huán)保的碼頭也是一種趨勢。參考文獻：1何繼紅，林浩，姜橋，等.自動化集裝箱碼頭裝卸工藝設計J.中國港灣建設，2016,36(4):67-70.2鄭見粹，李海波，謝文寧，等.自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)比較研究J.水運科學研究，2011(2):26-33.3李勛，李