国际集装箱码头_课程设计.docx

目录1.集装箱码头简介31.1集装箱码头在国际物流中的作用31.2集装箱码头主要设施31.3集装箱码头装卸机械41.3.1岸壁装卸机械41.3.2水平运输装置51.3.3场地装卸机械62.基本设计资料92.1集装箱码头设计年吞吐量92.2可用设计岸线长度92.3设计代表船型主尺度92.4各种集装箱所占比例92.5海铁联运比重93.集装箱码头装卸工艺94.集装箱码头泊位数114.1集装箱岸壁起重机的总数量114.2集装箱码头泊位数115.集装箱码头泊位的主尺寸115.1泊位长度115.2泊位水深125.3泊位纵深126集装箱码头装卸机械配置136.1岸壁集装箱起重机136.2场地装卸机械156.2.1轨道式龙门起重机技术参数156.2.2轨道龙门吊配置数量156.3平面运输机械166.3.1牵引车和挂车166.3.2 设计中集卡技术参数166.3.3 牵引车和挂车的配置167集装箱码头泊位堆场布置187.1 车道在轨道吊跨中堆场布置187.2集装箱泊位堆场容量的确定208集装箱码头泊位平面布置方案208.1 集装箱码头前沿208.2 货运站228.2.1货运站的形式228.2.2货运站的宽度228.2.3货运站的长度228.3维修车间238.3.1维修车间的规模238.3.2维修车间的面积238.4控制室238.5大门248.5.1大门车道数量248.5.2大门平面布局原则258.6停车场259.集装箱码头设计吞吐能力最终设计2610.集装箱码头设计中的体会。261.集装箱码头简介1.1集装箱码头在国际物流中的作用海上集装箱运输是国际物流最主要的一种运输方式，因此集装箱码头作为国际集装箱运输的集散点具有很重要作用。集装箱码头的设计水平直接影响国际物流货物在码头的滞留时间，直接影响物流成本。先进的集装箱码头需要有先进的设施设备去支持。1.2集装箱码头主要设施集装箱码头的主要设施包括码头前沿、岸壁集装箱起重机轨道、集装箱堆场、集装箱货运站、维修车间、集装箱清洗场、冷藏箱电源装置、照明设备、控制塔、办公室、大门等。图1集装箱码头设施1. 维修车间2. 集装箱清洗场3. 办公室4. 大门5. 控制塔6.停车场7. 冷藏箱电源装置8.集装箱货运站9. 供油站10. 变电所11. 照明设备12. 码头前沿13. 岸壁集装箱起重机14.岸壁集装箱起重机轨道1.3集装箱码头装卸机械1.3.1岸壁装卸机械(1)岸壁集装箱起重机岸壁集装箱起重机是集装箱码头装卸集装箱船舶的专用机械。世界各集装箱专用码头均采用这种设备装卸集装箱。图2岸壁集装箱起重机集装箱装卸桥技术参数主要有以下几项：起重量起升高度外伸距内伸距轨距基距工作速度 等；(2)多用途门座起重机多用途门座起重机是港口通用杂货门座起重机的一种变形，是为了适应船舶混装运输需要而发展起来的。根据不同需要，配置不同的装卸工具，如集装箱用吊具、吊钩和抓斗等，并设置相应的附加装置，可进行集装箱、件杂货、散货等的装卸作业。多用途门座起重机主要由起升机构、旋转机构、变幅机构、和大车行走机构组成。如下图所示。图3多用途门座起重机图4牵引车和挂车1.3.2水平运输装置(1)牵引车和挂车牵引车简单说就是车头和车箱之间是用工具牵引的(也就是该车车头可以脱离原来的车箱而牵引其它的车箱，而车箱也可以脱离原车头被其它的车头所牵引)一般的大型货车（半挂车）。 牵引车的分类前面有驱动能力的车头叫牵引车，后面没有牵引驱动能力的车叫挂车，挂车是被牵引车拖着走的。牵引车和挂车的连接方式有两种：第一种是挂车的前面一半搭在牵引车后段上面的牵引鞍座上，牵引车后面的桥承受挂车的一部分重量，这就是半挂；第二种是挂车的前端连在牵引车的后端，牵引车只提供向前的拉力，拖着挂车走，但不承受挂车的向下的重量，这就是全挂。集装箱跨运车集装箱跨运车是集装箱装卸设备中的主力机型，通常承担由码头前沿到堆场的水平运输以及堆场的集装箱堆码工作。由于集装箱跨运车具有机动灵活、效率高、稳定性好、轮压低等特点，得到普遍的应用。尤其是采用集装箱跨运车作业对提高码头前沿设备的装卸效率十分有利。集装箱跨运车从20世纪60年代问世以来，经过几十年的发展，已经与轮胎式集装箱门式起重机一样，成为集装箱码头和堆场的关键设备。图5集装箱跨运车1.3.3场地装卸机械轮胎式龙门起重机图6轮胎式龙门起重机轮胎式龙门起重机（俗称轮胎吊），使用于各港口码头、火车中转站等需大件起重并移动的场合，其中以集装箱装卸使用最为普遍。专用发电机组就作为动力源配套，安装在起重机的中下部，提供起吊、移动、行走、控制、空调等电力。轨道式龙门起重机图7轨道式龙门起重机轨道式龙门吊起重机的工艺流程下图主要轨道式龙门起重机工艺流程图集装箱船集装箱装卸桥牵引车底盘车轨道式龙门起重机火车轨道式龙门起重机集装箱堆场牵引车底盘车图8轨道式龙门起重机工艺流程图叉车图9叉车内燃叉车内燃叉车又分为普通内燃叉车、重型叉车、集装箱叉车和侧面叉车。电动叉车 以电动机为动力，蓄电池为能源。承载能力 1.04.8吨，作业通道宽度一般为3.55.0米。由于没有污染、噪音小，因此广泛应用于对环境要求较高的工况，如医药、食品等行业。由于每个电池一般在工作约8小时后需要充电，因此对于多班制的工况需要配备备用电池。仓储叉车 仓储叉车主要是为仓库内货物搬运而设计的叉车。除了少数仓储叉车（如手动托盘叉车）是采用人力驱动的，其他都是以电动机驱动的，因其车体紧凑、移动灵活、自重轻和环保性能好而在仓储业得到普遍应用。在多班作业时，电机驱动的仓储叉车需要有备用电池。集装箱正面吊运机图10正面吊正面吊是用来装卸集装箱的一种吊车，属于起重设备的一种，也可以说是流动机械，一般以法拉利最为出名。 分类：正面吊一般没有什么分类，集装箱虽然有大箱、小箱之分，但正面吊的吊具大小可以根据箱的大小进行调节。 具体的用处:1、将集卡上面的集装箱卸下来；2、将集装箱在集装箱堆场堆高；3、抓取集装箱，移动到想要的地方；4、将集装箱从堆场装上车。 正面吊具有机动灵活,收箱速度快的特点 但由于高度的限制,所以无法充分利用堆场。一般只能摆两个高，而轮胎吊可以摆4个高。2.基本设计资料2.1集装箱码头设计年吞吐量200/225/250万teu/年2.2可用设计岸线长度1200m，路域面积有限；（顺岸式集装箱码头）2.3设计代表船型主尺度航线载箱量（teu）总长（）型宽（）型深（）吃水（）载重量（）远洋525028039.823.614692856418318.242.824.41484900800034545.32514140000远洋、近海1152170.228.4149.6520900169620128.415.510.733340276123632.218.81240000长江268106335江海直达42412320.58.7670002.4各种集装箱所占比例重箱：75%空箱：20%冷藏箱：4%危险品箱：1%2.5海铁联运比重：8%3.集装箱码头装卸工艺集装箱码头的装卸工艺系统有很多种，如底盘车系统（trailer chassis system）、跨运车系统(straddle carrier system)、轮胎式龙门吊系统(rubber-tired transtainer system)、轨道式龙门吊系统(rail mounted transtainer system)、叉车系统(fork lift system)和正面吊运机系统(front-handling mobile crane system)等。在决定采用何种装卸工艺方式时，需要综合比较很多要素，下面是一张各装卸工艺的定性特点的比较表 。表装卸工艺定性特点比较表底盘车系统跨运车系统轮胎式龙门吊系统轨道式龙门吊系统叉车系统正面吊运机系统混合系统储存能力差好优优中好优投资费用差好好好优好优工艺简单性优好好好优好优装卸效率优好好好差中优作业灵活性优好差差好优中减轻箱损坏优差好好好好好降低维修成本好差好优好好中可扩张性优好差差好好好自动化差差好优差差中与铁路联运差差好优中好好从上表可以看出轮胎式龙门吊系统、轨道式龙门吊系统都是较理想的码头装卸工艺， 再考虑以下的装卸工艺的一般选择原则表，最终本课程设计的码头装卸工艺采用轨道式龙门吊系统。表2装卸工艺的一般选择原则表工艺方式条件底盘车系统跨运车系统轮胎式龙门吊系统轨道式龙门吊系统每年的集装箱吞吐量6000teu600010000teu10000130000teu130000teu以上船舶装载量装载量少装载量多装载量很多码头的形状近似正方形沿岸呈长方形不规则形突堤式码头内陆集疏运方式以公路集疏运为主以铁路集疏运为主以内河驳船疏运为主对垛层数1层层层自动化程度自动化方便4.集装箱码头泊位数4.1集装箱岸壁起重机的总数量由如下计算公式：n=q/(8760*e*k)其中：n集装箱岸壁起重机台数；q集装箱岸壁起重机装卸工作量（teu年）；本设计中集装箱码头设计年吞吐量为250teu。e单台装卸效率（teu/小时）；本设计中集装箱岸壁起重机的装卸效率取60自然箱小时，集装箱标准箱折算系数取1.5；k机械利用率。本设计中集装箱岸壁起重机的机械利用率取50%。得到n=q/(8760*e*k)=250*104/(8760*60*1.5*0.5)6.34，因此需要集装箱岸壁起重机的数量为7台。4.2集装箱码头泊位数考虑到我国港口的实际情况，这里按照两个供远洋船舶停靠的泊位共用台装箱岸壁起重机，还有一个供近洋船舶停靠的泊位使用台装箱岸壁起重机，这样总共有三个泊位。5.集装箱码头泊位的主尺寸集装箱码头泊位的主尺寸主要包括泊位长度、水深、纵深和相应的码头面积。5.1泊位长度集装箱码头的泊位长度根据泊位上停靠的最大集装箱船的长度来确定。远洋的设计代表船型的总长最大的为345米，近洋的设计代表船型的总长最大的为236米，为方便取240米。现在三个泊位：两个供远洋船舶停靠，一个供近洋船舶停靠。设计的示意图如下：图11泊位长度示意图l1，l2，l3设计船长d1,d2,d3,d4的取值按下表选取，d2,d3的选取需要综合考虑两个相邻泊位船舶的停靠要求。l(m)300d(m)581012151820222530根据上表选取数值绘成下图图12泊位长度示意图 (单位：m)码头岸线总长度 1015米。5.2泊位水深泊位水深由停靠本泊位的设计船型满载吃水和必要的富裕水深构成，富裕水深主要考虑水深误差，波浪引起的船舶垂直升降、配载增加的吃水等因素。泊位水深利用下式计算：d=t+z1+z2+z3+z4式中：d泊位设计水深(m)；t设计船型满载吃水(m),取14米z1龙骨下最小富裕深度(m)，取0.4mz2波浪富裕深度(m)；装载纵倾富裕深度(m)，杂货船和集装箱船可不计，油船和散货船取0.15m；取0米。z3船舶因配载不均匀而增加的尾吃水(m)，杂货船可不计。取0.15米z4备淤深度(m)。应根据两次控泥间隔期的淤积量确定，不宜小于0.4m。取0.4m则d=14+0.3+0+0.15+0.4=14.95m 参考浅析海港码头水深的计算问题 杨长义 2006年6月，港工技术，这与海港总平面设计规范中推荐使用的公式计算，k取1.1得到的数值15.4米相差2.9%。差别不是很大，这里设计的泊位水深取15米。5.3泊位纵深见码头泊位平面图6集装箱码头装卸机械配置6.1岸壁集装箱起重机岸壁集装箱起重机有很多公司的产品，下页表3是几种品质较好的产品性能参数的比较表。表3国内外较有影响的几家公司的岸壁集装箱起重机的性能参数 参见/blog/blogthread.aspx?entryid=5093kalma stsnoellkoneihi*上海港口上海振华吊具下额定起重量 t656565656565外伸距 m564861636568.2后伸距 m2525/161823轨距 m3022/303530.48轨上起升高度m3834/403841轨下起升高度 m2219/16.22019.5空吊具起升速度 m180180150180150180满载起升速度 m/min906075906090小车运行速度 m/min240190180240240250大车运行速度 m/min454545/4560 *ihi为日本石川岛磨重工业株式会社比较以上岸壁集装箱起重机的性能参数可以看出上海振华港机的外伸距最大，其他性能都很好，是最理想的机型，因此本设计选用上海振华港机，图4是正在卸集装箱的振华港机。图13振华双40英尺箱的岸边集装箱起重机表4双40箱岸桥性能参数（参照向上海港和迪拜港供货的双40英尺箱的起重机）起重量双吊具下80t单吊具下（吊两个20箱）65t吊钩横梁下100t速度主起升80t负荷90m/min空吊具180m/min小车行走250m/min大车行走60m/min仰俯时间（单轨）5min轨距30.48m前伸距68.2m后伸距23m最大轮压海侧1050(1300)kn 8轮 陆侧1050(1300)kn 8轮起升高度轨上41m轨下19.5m主要特点：1、机房内有两套独立的起吊系统，它通过小车上滑轮与二个标准的可伸缩吊具相联，两套吊具的上架通过油缸装置，令二个吊具改变相对位置即分离、合拢、呈八字形等，可以进行双40英尺箱作业。2、zpmc开发的吊具下共80t吊双40英尺箱起重机有两种机构供选: zpmc开发的吊双40英尺箱起重机不是将二套起升机构简单的合并，它的一个重要特色是开发了专用的差动型起升齿轮减速箱。这个减速箱可以实现功率的分解和叠加，即它可以将二只电机的输出功率既分配给二个吊具，又可叠加在一起只供给一个吊具。只有如此，才可使起重机在使用一个吊具时实现高速高效。满足起重机进行双40英尺箱作业，本产品二个吊具上架既可连接又可自动分离，同时依靠二个上架的各种不同相对位移，实现适用8种不同工况作业的要求。3、如果两个40英尺箱超过80t时，不能同时进行两个40英尺箱作业，吊具上架油缸可以快速脱开使二个吊具独立，起升机构可将其中一个吊具升至最高点固定，使用另一套吊具既可实现一个双20英尺箱或一个单40英尺或45英尺箱作业，当吊二个20英尺箱时最大负荷可达65t。6.2场地装卸机械：轨道式龙门起重机6.2.1轨道式龙门起重机技术参数表5 技术参数总重180t吊具重量15t(双箱吊具)吊架重量3t(2.3t)起重量（吊具下）61t(双箱)发动机侧额定负荷下（风速）33t(32t)发动机在非工作状态下（风速）25t(40t)发动机侧在大车无负荷运行条件下（风速）20t(18t)跨距33m基距16m悬臂伸距10m起升高度18.24m(堆6过7)速度满载(米/分)空载(米/分)起升4080下降4080小车120120大车601206.2.2轨道龙门吊配置数量n=q*m/(8760*e*k)式中：n装卸机械台数e轨道龙门吊装卸效率，本设计选取25自然箱/小时k轨道龙门吊机械利用率，本设计取54%q装卸能力（teu/年）（吞吐量）m操作量系数轨道式龙门吊操作量系数=2(1-中转比重/2)+其它/吞吐量中转比重：本设计取8%;其他：包括查验箱操作量和移箱操作量，其他/吞吐量：本设计分别取2.0%和7.1%。m=2*(1-8%/2)+(2.0%+7.1%)=2.011则n=q*m/(8760*e*k)=250*104*2.011/(8760*18*54%)59为方便在堆场布置，轨道龙门吊配置60台。6.3平面运输机械6.3.1牵引车和挂车牵引车挂车主要承担码头前沿与堆场内不同箱区之间的集装箱水平拖运。而码头堆场一般使用的拖挂车要求回转半径小、机动灵活、视线好，故采用平头式半拖挂车。这种车型的优点是司机室短，视线好转弯半径小，并且全长较短，驱动力大，倒车转向灵活，安全可靠。6.3.2 设计中集卡技术参数表6 技术参数最大允许载荷65000kg最大行驶速度40km/h第五轮允许载荷25000kg第五轮形式2英寸主削（固定式）最小转弯半径6600mm最大爬坡度不小于15%后轴承载25000kg6.3.3 牵引车和挂车的配置配置要求：1） 应满足港区内水平运输量的要求；2） 为了确保前沿装卸机械能力的发挥，水平运输机械的运输能力应大于完成水平量的需求；3） 进出港区的运输机械另行考虑。配置数量：计算式：n=q3/（8760*e*k） =q*m/（8760*e*k）式中：n集卡台数 e集卡运输效率，本设计选取6.5自然箱/小时 k集卡利用率，本设计取42% q3品面运输量 q装卸能力（teu/年）（吞吐量） m操作量系数根据有关集装箱码头历年统计资料，港区内集装箱卡车的水平运输量一般为装卸桥操作量的1.05-1.15倍，这里取1.05。根据操作过程分析计算，平面运输操作量系数m确定如下：港区内集卡操作运量系数=1+其他/吞吐量=1+查验箱比重+移箱比重=1+2%+7.1%=1.091因此，n=250*104*1.05*1.091/（8760*6.5*0.42）=119.75120牵引车挂车配备120台可满足水平运输需求。7集装箱码头泊位堆场布置7.1 车道在轨道吊跨中堆场布置图14车道在轨道吊跨中堆场布置平面示意图（单位：米）图14中的有一个区域的道路是30米，比其他区的道路窄，这主要是考虑到该区的前沿泊位设计停靠的船只是远洋近海的，货物不是很多，所以道路相应的设计的窄一点。图15车道在轨道吊跨中堆场布置断面示意图（单位：米）从图15可以看出，龙门吊起重机中间有3.72米的道路，这是供集卡在里面等候起重机装箱。如图16所示堆场的有一排“+”，这块区域专供冷藏箱供电。图中的o形是照明灯，每一个路口设置一个。冷藏区也堆放危险品箱，堆放时与冷藏箱之间空开一个集装箱距离不堆放集装箱，以确保堆场安全。图16冷藏箱区示意图（单位：米）按图14方式堆放，整个堆场分为60个区，每个区摆放16列集装箱。在堆放一层的情况下，堆场的最大堆存量为26880teu，在摆放6层的情况下，场的最大堆存量为161280teu每个区列数：16列每个区行数：196(6.508+0.3)=28行每个区teu：1628=448teu60个区合计：44860=26880teu60个区堆放一层时堆场的最大堆存量s：26880teu堆放六层时堆场的最大堆存量s：626880=161280teu7.2集装箱泊位堆场容量的确定堆场能力计算公式：q=s*t*c/ts需要的堆场容量，teu；q堆场年通过能力，teu/年；t堆场年营运天数，取355天；c堆场容量利用系数，取0.8；t集装箱平均堆存时间，我国港口一般为710天，这里取8.5天。公式变形得s=qt/（tc）=250*104*8.5/(355*0.8)=74824teu.可见在选定的装卸工艺方式下的堆场布置形式，集装箱的最大堆存量远远满足s。7.3堆场各箱区平面布局重箱区：一般位于堆场靠近码头前沿的作业区。重箱区内还可以根据目的地、进出口或航线等类别进行分类堆放。空箱区：一般设置在集装箱堆场后方靠近集装箱货运站或维修车间的位置。冷藏箱区：可以归在重箱区内，也可以单独设置。由于冷藏箱在存储过程中需要电力支持，因此冷藏箱也可以布置在接近供电设施的地方。特种箱区：特种箱区一般都单独设置，位于堆场后方。8集装箱码头泊位平面布置方案8.1 集装箱码头前沿集装箱码头前沿指沿着码头岸线从岸壁到堆场前的面积。前沿的宽度主要根据集装箱装卸桥的跨距，以及使用的装卸机械种类而定。码头前沿的宽度由以下四个部分距离构成：（1）从岸壁线到装卸桥第一条轨道（海侧轨道）的距离（）：这个距离，她的面积主要用于靠泊时进行系缆作业、上下船舶时放置舷梯、设置系缆桩、船用给水阀及电缆管线等。一般e取2-3米，在这里取2.5米。（2）装卸桥的轨距（sr）本设计中选用的振华双40英尺箱的岸边集装箱起重机的轨距是30.48米。装卸桥 有一部分结构突出在轨距内，其宽度在海侧和陆侧各为1.5米，这样装卸桥轨距内的净宽度为27.48米，每个集卡车道宽度取3.5米，这样可以设置7条拖车道，剩余2.98米分配到道路两侧，车道布置如下图所示：图18装卸桥第2条轨道（陆侧轨道）到装卸桥后伸距的最大距离（单位：米）图17装卸桥轨距内车道布置图（单位：米）（）装卸桥第2条轨道（陆侧轨道）到装卸桥后伸距的最大距离（）装卸桥后伸距米，布置条车道。（）超过装卸桥最大后伸距到前方堆场的距离，取米。故，码头前沿宽度sr60.98米，具体见下图。图19码头前沿布置图（单位：米）8.2 货运站货运站一般建在码头后方，靠近铁路的区域。8.2.1货运站的形式本设计货运站采用高台式，地面与集装箱拖车车底板相平。8.2.2货运站的宽度货运站的总宽度w=w0+w1+w2+w3+w4w0货运站内可用于堆存货物的宽度；w1集装箱侧站台的宽度，取1.5米；w2货运站内部集装箱侧的通道宽度，取6米；w3集装箱内部卡车侧的通道宽度，取6米；w4卡车侧站台宽度，取6米；其中，w0（s-b）=a2dt/(m*t1)式中 s1个车位的长度；半挂车总长为16.5米，预留0.5米空歇，s取17米。b车位内箱与箱之间的间隙；取0.3米。a20英尺箱的内部底面积；20英尺箱内尺寸（毫米）：586723302350，因此a=14.3m2。d进口货物平均滞留天数；取8.5天。m站内和箱内的高度；据20英尺箱内尺寸，m为2.35米。t货运站一天的作业时间；按8小时计算。t 1进口拼箱货集装箱从箱内取出货物的平均时间；缺乏相关资料，粗略估计为40分钟。求得：w0= a2dt/(m*t1*（s-b）)=14.3*2*8.5*8*60/(2.35*40*(17-0.3)=74.4米，取75 米。w=w0+w1+w2+w3+w475+1.5+6+6+6=94.5米。此外，在货运站外面卡车侧，集装箱侧留有集装箱拖车运行的车道，宽度设计为30米。8.2.3货运站的长度货运站的长度根据车位数来确定，而车位数由货运站的装拆箱速度和拼箱货得数量决定。由于未来船舶巨型化、港口吞吐量上升等原因，货运站的长度会增加，第五、六代集装箱货运站的长度达到150米以上。由于资料缺乏，这里参考老师的建议长度，取200米。这样货运站的平面图如下图所示：图20货运站平面图（单位：米）8.3维修车间维修车间是对集装箱和码头上的各种装卸机械设备进行保养修理的地方。维修车间配备维修集装箱和装卸机械所需要的设备。8.3.1维修车间的规模每个泊位一般都单独设置一个维修车间。集装箱的定期检查修理量具有每月集装箱保有量的3-5%，大修和小修的修理量具有每月集装箱保有量的2%。8.3.2维修车间的面积每1000个集装箱保有量需要5-6个修理箱位，同时需要300400m2的露天修理场地，这样1000个集装箱保有量需要场地12.192*(2.438+0.4)*5+300=473m2。堆场最大堆存能力为74824teu，堆场利用系数为0.8。需要维修车间面积为74824*0.8*473/1000=28 313.401628314m2。对于维修车间具体布置见码头泊位泊位平面图。8.4控制室控制室设置见码头泊位泊位平面图8.5大门8.5.1大门车道数量计算公式：上式中，：是所需要的进出大门的总车道数；：是日高峰小时需要通过大门的车辆数