集装箱装卸设备与自动化

1、集装箱装卸设备与自动化摘要本文从港口装卸设备出发，介绍了港口装卸的装卸设备，有集装箱吊具、岸边集装箱起重机、龙门起重机、正面吊、跨运车、叉车、拖车和牵引车等。然后介绍了自动化集装箱码头的基本情况。对单AGV小车自动化码头、穿越式自动化码头、双AGV小车自动化码头、跨运车自动化码头、高架桥型自动化码头和拖挂车型自动化码头进行了介绍，并对这些自动化码头进行了简单的比较，对码头以后的发展提出了一些简单的意见。关键词：装卸设备、自动化、码头对比、发展趋势1港口装卸设备 1.1集装箱吊具集装箱吊具可分为固定式、组合式和伸缩式。直接吊装式吊具将起吊20ft集装箱的专用吊具，或者起吊40ft集装箱的专用吊具

2、，直接悬挂在起升钢丝绳上，液压装置装设在吊具上，通过旋锁机构转动旋锁，与集装箱的角配件连接或者松脱。结构简单、重量轻、只适用于起吊一定尺寸的集装箱。对不同尺寸的集装箱必须更换吊具。组合式吊具的基本吊具为20ft集装箱专用吊具，可起吊20ft集装箱，液压装置装设在基本吊具上。当需要起吊40ft集装箱时，则将40ft集装箱专用吊具的角配件（与集装箱角配件相同）与20ft集装箱专用吊具的旋锁连接。40ft专用吊具的旋锁机构由装设在20ft专用吊具上的液压装置驱动。伸缩式吊具为适应集装箱的不同尺寸要求，可以进行长短伸缩的一种吊具。其优点是变换时间短，缺点是自重大，是目前集装箱起重机使用最为广泛的一种吊

3、具。1.2岸边集装箱起重机岸边集装箱起重机是集装箱码头前沿进行集装箱船舶装卸作业的专用机械。按前伸臂让船方式不同：可分为俯仰式（图a）、折叠式（图b）和伸缩式（图c）。俯仰式结构简单，但仰起后高度较高，不适合于邻近有机场的港口使用；折叠式前伸臂分为两段，仰起时前伸臂从中间折叠，仰起后高度降低；伸缩式可直接在船甲板上方伸缩，高度低。1.3集装箱龙门起重机集装箱龙门起重机专门用于集装箱货场进行堆码和装卸作业，按其行走部分不同可分为轮胎式和轨道式两种。轮胎式集装箱龙门起重机由前后两片门框和底梁组成门架，支承在橡胶充气轮胎上，以便在货场上行走。装有集装箱吊具的行走小车沿着门框主梁上的轨道行走，进行装卸

4、和堆码作业。轮胎式集装箱龙门起重机主要有大车运行、小车行走和起升机构，并设有吊具回转装置和减摇装置。轨道式集装箱龙门起重机在港口多采用双梁焊接结构，个别采用L形单主梁焊接结构。集装箱专用码头上轨道式集装箱龙门起重机的工作速度应与码头前沿岸边集装箱起重机的生产率相适应，以保证码头前沿不停顿地进行船舶装卸作业。为了便于装卸集装箱半挂车和汽车，在轨道式集装箱龙门起重机的载重小车上还装有回转机构。1.4集装箱正面吊运机正面吊是随着集装箱码头、集装箱货场、中转站和铁路场站对多用途的流动式集装箱装卸搬运机械的需求而开发的一种新机型。集装箱正面吊运机主要由运行机构，臂架伸缩机构，变幅机构和可以回转、伸缩、横

5、移的吊具组成。除运行部分外，臂架俯仰、伸缩、转向及吊具的各项动作均采用液压驱动。1.5集装箱跨运车 集装箱跨运车是用于集装箱码头前沿和堆场之间短途水平搬运和堆码集装箱的专用机械。它以门形车架跨在集装箱上，由装有集装箱吊具的液压升降系统吊起集装箱，进行搬运堆码。还可用跨运车将集装箱装在集装箱底盘车上，同时也可将集装箱从底盘车上卸下。集装箱跨运车由门型框架、起升机构、动力设备、轮胎式无轨运行机构及其他辅助设备组成，采用机械或液压传动。1.6集装箱叉式装卸车集装箱叉式装卸车简称集装箱叉车，它是集装箱码头和货场常用的一种进行集装箱装卸、堆码和搬运的专用机械。它既可采用货叉插入集装箱底部叉槽内举升搬运集

6、装箱；也可在门架上装一个集装箱吊具，借助旋锁件与集装箱连接，从顶部起吊集装箱。1.7牵引车和挂车集装箱牵引车俗称拖车，专门用于拖带集装箱挂车或半挂车，两者结合组成车组，长距离运输集装箱的专用机械，主要用于港口码头、铁路货场与集装箱堆场之间的运输。集装箱牵引车具有牵引装置、行驶装置，但自身不能载运货物，其内燃机和底盘的布置与普通牵引车大体相同，只是集装箱牵引车前后车轮均装有行车制动器，车架后部装有连接挂车的牵引鞍座。集装箱挂车按拖挂方式不同，分为半挂车和全挂车两种。半挂车是挂车和货物的重量一部分由牵引车直接承受，全挂车是通过牵引杆架，使牵引车与挂车连接，其重量完全考自己的轮子承受。牵引车和挂车通

7、常一起使用。2自动化集装箱码头2.1单小车AGV码头 荷兰鹿特丹港ECT码头的自动化集装箱码头采用单小车岸桥-AGV-自动化吊具这种装卸工艺。这是第一代自动化集装箱码头的典型装卸工艺， 岸桥的小车将集装箱从集装箱船上取下后，运到岸桥跨距内自动导引车的停放位置，将集装箱放到相应的自动导引车上面，然后自动导引车按照过程控制系统给定的路线将集装箱水平运输到堆场靠近岸边一侧装卸箱区，等待全自动堆场起重机来卸集装箱。集装箱被卸下后，自动导引车再进行下一个集装箱的水平运输。堆场沿码头岸线垂直方向布置，在堆场靠近码头岸边一侧，全自动堆场起重机接运由自动导引车运来的集装箱，堆放在堆场的指定箱位，或把堆场上要装

8、船的集装箱装到自动导引车上。而在堆场的另一侧，即靠近陆侧，堆场起重机全自动或通过中控室遥控完成装卸集装箱拖挂车作业。2.2穿越式AGV码头 德国汉堡港CAT自动化集装箱码头采用双小车岸桥-AGV-穿越式自动化吊具这种装卸工艺，这种工艺系统的岸桥为双小车形式，由前小车和后小车构成，这种形式的岸桥将集装箱的作业分成几个环节，可以同时进行，有效地降低了集装箱交接过程的对位时间。岸桥的前小车负责集装箱船和岸桥大梁后伸出下转接平台之间的集装箱装卸作业，集装箱在转接平台上进行转锁的固定或脱开操作。前小车不用等待自动导引车来取集装箱，而是直接在进行下一个集装箱的装卸。后小车在起重机后伸距范围内工作，负责预先

9、定位的自动导引车与转接平台之间的集装箱装卸，然后由自动导引车再将集装箱自动运送到堆场靠近岸边一侧。CTA 码头岸桥后伸距范围内布置了4 条平行的自动导引车车道。堆场沿码头岸线重直方向布置，在堆场靠近码头岸边一侧，全自动堆场起重机接运由自动导引车运来的集装箱，堆放在堆场的指定箱位，或把堆场上要装船的集装箱装到自动导引车上。堆场内的每个箱垛布置一高一低两台全自动轨道式集装箱门式起重机(ARMG)，轨距不同并运行在不同轨道上，可以相互穿越运行，每台全自动轨道式集装箱门式起重机(ARMG)都可以独立完成箱垛任何一部分的装卸作业，极大地提高了装卸效率和灵活性。2.3双小车AGV码头 荷兰鹿特丹港的Eur

10、omax自动化集装箱码头采用这种装卸工艺，这种工艺系统结合了前两种工艺系统的特点，码头前沿采用了双小车岸边集装箱起重机，提高了作业效率；后方堆场采用了ECT 已经熟悉了的ARMG 系统。岸桥的前小车将集装箱从集装箱船上取下后放在转接平台上，之后前小车不用等待就可以进行下一次取箱。后小车在前小车离开后取出转接平台的集装箱并运到岸桥跨距内自动导引车的停放位置，将集装箱放到相应的自动导引车上面，然后自动导引车按照过程控制系统给定的路线将集装箱水平运输到堆场靠近岸边一侧装卸箱区，等待全自动堆场起重机来卸集装箱。集装箱被卸下后，自动导引车再进行下一个集装箱的水平运输。对于三种AGV小车的比较Single

11、 RMGCross-over RMGsTwin RMGs通过能力最低较高最高机动性最差最高较高复杂程度较简单最复杂一般运行成本较低最高一般建设成本最低最高较高2.4跨运车型自动化码头 巴塞南欧码头采用“单40 英尺岸桥+跨运车+自动化轨道吊”作业工艺。岸边船舶作业采用单40英尺岸桥，其起重能力61 t，起升高度41 m，外伸距66 m。岸桥轨道间为跨运车与岸桥作业交接区；陆侧轨道后布置舱盖板堆放区，其后布置2 条跨运车高速车道；陆侧轨道距离集装箱堆场边93 m。跨运车起重能力50 t，适于“堆一过二”作业方式。每块堆场配置设2 台起重能力为40 t 的自动化轨道吊，采用全自动化作业方式，不支持

12、双箱作业；堆场有效长度（约325 m）适于直线单层堆放集装箱50 TEU，自动化轨道吊跨距内可堆放9 排集装箱，堆高为“堆五过一”；陆侧堆场采用集卡倒车工艺方式，陆侧堆场边至自动化轨道吊车挡距离不小于2 辆集卡的长度。巴塞南欧码头采用的是人工跨运车的作业方式，而澳大利亚布里斯班码头采用的是自动化人工跨运车的作业方式。2.5高架桥型自动化码头 高架桥型自动化码头装卸工艺流程为：集装箱由码头前沿配置的双40 英尺岸桥从船上卸下，可容纳2 个40 英尺集装箱的“轨道穿梭车”首先运行至岸桥后伸距下的“卸箱点”进行“接箱”；“接箱”后的“轨道穿梭车”根据堆场“箱管”系统的要求沿高架轨道运行至堆码箱区对应

13、的“转箱点”，由提前在此等候跨于其上的“自行轨道式转运起重机”将集装箱从“轨道穿梭车”转至“地面进场轨道小车”；“自行轨道式转运起重机”将位于“轨道穿梭车”上的集装箱抓起，在“轨道穿梭车”移出留下部门空间后，将集装箱下降的同时旋转90°，卸至地面正下方已经就位的“地面进场轨道小车”上；装载集装箱的“地面进场轨道小车”沿轨道向所在箱区的纵深运行。“地面进场轨道小车”根据“箱管”系统的指令等候ARMG 将“地面进场轨道小车”的一个40 英尺集装箱吊起，ARMG 上小车横向运行并码放至相应箱位上。然后视第2 个40 英尺集装箱在这个箱区的箱位情况，“地面进场轨道小车”再移动车位或保持车位由

14、ARMG 进行第2 个40 英尺集装箱的装卸和堆码作业；上述各动作逆行，完成集装箱从堆场到船的装船流程。这种装卸工艺系统要求接送箱集卡不进入堆场箱区，而在堆场一端交接，以利堆场实现完全自动化。目前采用这种工艺的自动化码头有上海振华长兴岛基地、华电重工等。2.6岸桥-拖挂车-高架栈桥式自动化码头新加坡港巴西班让（Pasir Panjang） 自动化集装箱码头采用这种装卸工艺。堆场沿与码头岸线平行方向布置。岸桥将集装箱从集装箱船上取下后，转卸到岸桥跨距内的集装箱拖挂车上，集装箱拖挂车需要人工驾驶，它按照控制系统给定的指令行驶到指定堆场位置，等待全自动桥式集装箱起重机来卸载集装箱。集装箱被卸下后，集

15、装箱拖挂车再进行下一个集装箱的水平运输。3各种自动化码头的对比分析为了便于实现堆场自动化,码头的堆场一般按照垂直于岸线布置，这样集卡可以只在堆场两头装卸而不进入堆场，可以实现堆场的完全自动化，但是日本名古屋TCB码头因为自身的原因，不仅堆场平行岸线布置，门机也采用的是自动化轮胎式龙门起重机。这说明码头的布置要因地制宜，符合当地的环境和其他因素。对于岸桥选型，采用AGV自动化模式的一般使用双小车岸桥提高工作效率，而采用跨运车型的单小车就能满足其工作效率，当然，也可以采用双小车模式。两者相比，跨运车型的自动化码头堆箱效率更高，但是缺点就是跨运车型的自动化码头堆场的堆高层数比较小，这种方式更适合于面

16、积较大的码头。至于堆场自动化，大多采用轨道式龙门起重机，因为轨道式门机易于实现大车纠偏、定位和高速行驶，同时轨距大，堆场面积利用高。但是也有码头根据自身的情况和岸桥的布置采用轮胎上门机，这需要视具体情况而定。除此之外，码头自动化程度越来越高，逐渐从半自动化朝着全自动化发展，而且全球对环境保护的意识越来越高，建造资源利用率更高、自动化程度越高、更加环保的码头也是一种趋势。参考文献：1何继红, 林浩, 姜桥,等. 自动化集装箱码头装卸工艺设计J. 中国港湾建设, 2016, 36(4):67-70.2 郑见粹, 李海波, 谢文宁,等. 自动化集装箱码头装卸工艺系统比较研究J. 水运科学研究, 2011(2):26-33.3 李勋, 李强, 赵德成. 全球典型自动化集装箱码头对比J. 集装箱化, 2014, 25(12):11-