專利名稱：港口集裝箱裝卸系統的設備及工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于物料搬運領域，特別涉及港口裝卸中集裝箱裝卸工藝及設備。
綜觀集裝箱裝卸工藝及設備，大體分為四種類型，如
圖1所示的“集裝箱裝卸工藝概況”。首先看圖的左半部集裝箱船靠泊港口碼頭，由岸橋把集裝箱卸下(裝船為卸船的逆過程)，通常是直接進入堆場，在堆場內使用不同的設備進行堆取作業，故派生出不同的工藝，如底盤車工藝、跨運車工藝、場橋及拖車工藝、叉車、正面吊工藝等，其中場橋及拖車工藝用的最廣泛。
圖1的右半部為近年來超巴拿馬船出現后為港口提出了“大和快”的要求，即除去適應船大、載箱量大之外，裝卸速度必須加快，大的問題不難解決，為了快，世界各港口正在開發的新工藝，其中典型的有代表性的自動化方案，為美國海陸、德國諾爾、日本三菱等方案。從表中可以看出上述三種方案都是由場橋及拖車工藝發展而來。
現行裝卸工藝即場橋及拖車工藝及設備，結合圖2所示簡述如下場橋及拖車工藝設備由三部分構成，第一部分為岸橋11，第二部分為拖車12，第三部分為場橋13。岸橋位于碼頭前沿，在特殊設計的金屬結構上配置有三大機構，其中大車行走機構111可使岸橋沿岸邊鐵路軌道行走；起升機構112可以把集裝箱吊上吊下；起重小車113可以攜帶起升機構沿岸橋大梁上的軌道作垂直于岸線的運動。
拖車12即陸地行駛的能載運集裝箱的汽車。
場橋13與岸橋類似，位于堆場之內，也由大車行走機構(圖中未示)、起重小車131及起升機構132組成。場橋按動力系統不同分為電動場橋，走行于地面上鋪設的鋼軌之上，只能沿軌道運行，不能由某一場轉入另一場作業。而內燃機為動力的場橋則不須鋼軌而靠橡膠輪胎行走于地面，并可以通過橡膠輪90度轉向完成由某一場轉入另一場的轉移。兩者在世界各港中都有應用，統計資料表明，內燃機驅動的場橋數量較大，電動式場橋的跨距較大。
現行的場橋及拖車工藝(以卸船為例，裝船為逆過程)為由岸橋起升機構的吊具將船14上某位集裝箱從圖中A點提升到岸橋B點，起重小車將其由B點移動到岸橋C點，起升機構再將其下降至岸邊D點，并交于在D點等待著的拖車，將其由D點運送到場橋下E點，場橋起升機構將其從拖車上提升至F點，場橋起重小車再將其水平運輸到G點，場橋起升機構最后將其下降，安放到預定位置，如H點。當然為作下一循環，岸橋吊具放完箱后，沿A-B-C-D作D-C-B-A逆過程，拖車逆D-E走E-D回到岸橋下，場橋吊具逆E-F-G-H作H-G-F-E運動。
顯然在上述系統中的工藝方法存在以下不足之處其一，集裝箱的裝卸過程從A到H要經過2次上2次下3次水平運動。在這個工藝過程中，決定生產效率的是起升機構的吊具由A到B，到C，到D，然后再從D回到C,B,A，一個工作循環所需的時間較長。
其二，在場橋及拖車工藝作業中，岸橋小車或場橋小車作水平運動時，起制動都會引起由鋼絲繩吊著的集裝箱的搖擺，并引發包括駕駛室在內的小車一起晃動。為了防搖，人們作了很多工作，但無論是機械式、液壓式、電子式甚至激光式等防搖裝置效果都不理想，因干擾司機操作，影響效率提高，多不能發揮作用。
其三，超巴拿馬船出現前，岸橋軌距多為16米(中國交通部有關規范規定16米，國外也多采用16米左右的軌距)，對于巴拿馬型船裝卸作業，通常采用一臺岸橋、兩臺岸橋，最多三臺岸橋同時配于一船，拖車在岸橋軌道間同時通過三臺是沒問題的，而超巴拿馬船靠泊之后，其在港時間以分鐘為單位進行計算，為了加快裝卸速度，每條船通常要安排6臺岸橋同時作業，即沿船長一臺接一臺擺放岸橋，而按場橋及拖車工藝要有至少18臺拖車參加“會戰”，岸橋主跨下至少有6臺拖車通過，對于16米軌距的岸橋，無論如何難以滿足要求。岸橋后伸距下是擺放倉蓋的區域，不能通車。船舶在港期間，要有服務車輛從港外到船邊，無疑也需要通道。因此解決岸橋下拖車通道的“瓶頸”成了問題的關鍵。
1996年3月在上海召開了國際學術交流會，專就“超巴拿馬集裝箱船對港口機械和碼頭工藝布局的影響”作了專題交流，在解決這一問題上，國外的經驗是將岸橋軌距加大到80-100英尺(24-30米)甚至更大，以解決拖車通道不足，并把岸橋海側軌道原來到海邊距離3.5米加大到7米，以供為船生活服務的“補給車”通行。
這樣一來，對于老碼頭(如中國各大港)要擴大軌距，要移軌，必須要重作基礎，基建投資龐大且工期甚長。即使是新建碼頭，加寬軌距必然多占“寸土寸金”的碼頭前沿。前軌后移所謂移軌必然加大岸橋的外伸距，無疑要大大加大岸橋的剛度、強度、輪壓，即增大設備基建投資。
另外，美國海陸方案是在場橋及拖車工藝中采用了無人駕駛的場橋及自動導引的拖車，除岸橋外無司機操作，除自動化外，保留了老工藝的特點。
德國諾爾方案，碼頭前沿岸橋做了改進，該方案為一岸橋上設置了兩臺起重小車，一臺轉運小車(實際上的方案是兩臺起重小車通過橋架上的平臺的轉接，分段完成岸橋范圍內的水平運輸)。拖車采用了線性馬達轉運車，場內改為高架式固定軌道上行駛的短腿場橋。
日本三菱方案被稱為MHI橫移車系統，該系統的岸橋后邊是三臺場橋加一自行式橫移車，它位于第一、二臺場橋之間，而岸橋及第三臺場橋上也都附加了橫移車。
無論上述哪種工藝及設備都存在結構復雜、投資大，要防搖，最主要的是效率低等不足之處。
本發明的目的在于，為克服已有技術的不足之處，更好地適應超巴拿馬集裝箱運輸船裝卸工藝的需要，提出一種新型港口集裝箱π型裝卸工藝及其設備，使其具有裝卸工作效率高，小車行駛平穩無搖晃，同時系統建造成本低，節省設備，人力等諸多優點。
本發明提出一種港口集裝箱π型裝卸系統VHV-Ⅰ(之所以稱為π型是因為集裝箱在被搬運過程中的行走路線為垂直一水平一垂直，為敘述方便，我們將其釋成VERTICAL-HORIZONTAL-VERTECAL，取其字頭，簡稱VHV)的設備，由岸橋和場橋組成，其中岸橋包括在岸邊鋪設的軌道上行走的大車行走機構；在臂架及大梁上設置的軌道上運行的起重小車；設置在起重小車上的起升機構。場橋包括在場地上鋪設的軌道上行走的大車行走機構，沿梁上軌道運行的起重小車和裝于小車之上的起升機構三部分。這與通常岸橋、場橋結構無異，其特殊部分在于在普通的岸橋、場橋的起重小車軌道之下又設置了兩道粱和供場橋轉運小車通行的軌道。場橋可采用電動軌道式。由于場橋和岸橋大梁對接處不可能完全密合，如轉運小車的車輪采用鋼輪，就很難通過對接處。本發明轉運小車的車輪最好采用橡膠輪胎，使轉運小車能順利通過對接處。
采用本發明所述港口集裝箱π型裝卸系統的工藝包括以下步驟卸船過程，首先岸橋對準船上要卸的一貝集裝箱，(所謂一貝(BAY)即船的某一斷面上倉內與甲板上載箱總和)場橋大梁與岸橋大梁對接，岸橋的起升機構的吊具抓緊船該貝某一集裝箱后豎直地提升并放到轉運小車上，然后下降抓另一箱。轉運小車沿軌道將集裝箱水平地從岸橋運至場橋，并交給場橋起升機構后再回到岸橋作下一循環；場橋的起升機構的吊具從轉運小車上抓起集裝箱垂直地向下放至場地上，然后起升準備吊下一箱。裝船過程為卸船過程的逆過程。
為更好地適應大型集裝箱船的裝卸，本發明還設計了VHV-Ⅱ裝卸系統，在其設備方面與上述設備區別一是在岸橋與場橋之間增設了一臺小跨距的擺渡橋，其上除設有大車行走機構，起升機構及起重小車外，也設有兩道供場橋轉運小車通行的軌道。二是VHV-Ⅰ岸橋上無轉運小車，而VHV-Ⅱ則在岸橋上增加了一臺岸橋轉運小車。
增加了擺渡橋的裝卸系統VHV-Ⅱ的工藝可包括三種，第一種和上述的工藝完全相同。即載箱的轉運小車從岸橋、擺渡橋直接運至場橋后卸貨稱為過渡工藝。第二種隨著船型再增大(4000-5000-8000-10000TEU)轉運小車運距必隨之加長，為保生產率不受影響，將水平運動分段完成，即岸橋轉運小車將箱運至擺渡橋上，交于擺渡橋起重小車即返回，擺渡橋起重小車原地不動再轉手交于場橋轉運小車運至場橋起重小車卸下，稱之為中轉工藝。第三種當船上一貝集裝箱在岸橋、擺渡橋、場橋三橋成一線順利卸于陸地空場后，岸橋保持原位不動，場橋移至旁邊準備裝船的成排的集裝箱上，擺渡橋首先與場橋對接，接受場橋轉運小車運來的箱子，待場橋轉運小車撤離后，擺渡橋沿岸線(順其軌道)方向跑車從場橋移向岸橋并對接，然后將箱交于岸橋轉運小車后返回與場橋再對接作下一循環，岸橋起重小車則把轉運小車運來的箱子卸進剛剛卸空的船內，被稱為擺渡工藝。
這樣，VHV-Ⅱ增加了一臺短跨距擺渡橋，可大大提高VHV系統的機動機和靈活性。當然還可根據情況由一岸橋，一擺渡加兩場橋組成，隨船型適當組合。
本發明具有以下顯著的優點。
其一，裝卸效率較高。因場橋及拖車工藝的效率取決于吊具吊箱運行A-B-C-D再加吊具空載運行D-C-B-A所消耗的時間，而VHV-Ⅰ的效率取決于A-B,B-A所消耗的時間，顯然后者比前者耗時少的多。
此外，場橋及拖車工藝中集裝箱從A到H要經過兩次上，兩次下，三次水平運動，而VHV-Ⅰ則只需要一次上，一次下，一次水平運動，其消耗的功率也將大幅度降低。
其二，無須防搖。在場橋及拖車工藝中，岸橋小車或場橋小車作水平運動時，起、制動都會引起由鋼絲繩吊著的集裝箱的搖擺，并引發包括駕駛室在內的小車一起晃動，為了防搖，人們做了大量工作，但無論是機械式、液壓式、電子式、甚至激光式防搖裝置，效果都不理想，因干擾司機操作，影響效率提高，在港口實踐中多不能發揮作用。
VHV-Ⅰ系統在工作中，無論岸橋還是場橋起重小車從不帶箱作水平運動，(水平運動只是在改變操作對象時的移位，屬輔助運動)根不產生搖動，當然就無須防搖了。
其三，經濟。VHV系統與場橋及拖車系統比，電力取代了內燃機作為場橋動力，設備投資、動力消耗、維修成本都低的多；一臺電動轉運小車至少可代替三臺內燃拖車，除節省設備投資等項費用外，每一條作業線至少可節省(四班三運轉)3×4=12名司機；取消了大量拖車在碼頭場地上往返交叉運行，安全生產又是顯而易見的優點。
其四，巧妙地解決了岸橋軌道16米軌距不能適應大船作業的難題。采用VHV系統，轉運小車取代拖車并被搬到空中，一臺轉運小車代替三臺拖車，根本不從岸橋下的碼頭面上通過，為補給車留出了足夠的通道，既不要加寬軌道，也不要后移軌道，岸橋外伸距也不要加大，相反，16米窄軌距卻變成了優點，不但不占寶貴的碼頭前沿且可以使轉運小車在裝卸過程中少跑路程而提高作業效率。
其五，本發明VHV系統從場橋及拖車工藝發展而來又包容了場橋及拖車工藝，可隨時恢復場橋及拖車工藝，對于老碼頭改造，具有單工藝、雙工藝、混合工藝多種選擇的余地。
其六，經計算，本發明VHV配置6條作業線占用碼頭岸線長500-600米，可相當于場橋及拖車工藝的8-9條作業線占用碼頭岸線900-1100米，節省占地45％；VHV的裝卸速度在岸橋技術參數(起升、下降速度、小車運行速度)相同的情況下較之場橋及拖車工藝快一倍以上，提高效率100％；操作人員VHV系統配人每班每條線只要1-2名，而拖車及場橋系統則要2+3+2=7人，節省司機200％以上。
附圖簡要說明圖1為目前港口集裝箱裝卸系統及工藝概況示意圖表。
圖2為現有裝卸工藝即場橋及拖車設備及工藝示意圖。
圖3為本發明丌型裝卸系統(VHV-Ⅰ)的設備及工藝示意圖。
圖4為本發明的另一種丌型裝卸系統(VHV-Ⅱ)的設備及工藝示意圖。
圖5為圖4的俯視結構示意圖。
本發明所述設備及工藝的兩種實施例，如圖3-圖5所示，結合附圖，詳細描述如下本實施例1為港口集裝箱裝卸系統VHV-Ⅰ的設備及工藝，其設備由兩部分構成，如圖3所示，第一部分為岸橋21它也由大車行走機構211、起升機構212、起重小車213三大機構構成，特殊之處是在普通岸橋小車軌道之下又平行設置了兩道梁214，并設置了供場橋上的轉運小車運行的軌道，因轉運小車車輪為橡膠輪，因此該軌道無須鋪設鋼軌。
第二部分為場橋22，該場橋為大跨距電動軌道式，與普通場橋相比，除同樣設置有大車行走機構(圖中未示)、起升機構221、起重小車222之外，另設置了電動、橡膠輪胎的轉運小車223，它行走于起重小車軌道之下某一位置與起重小車軌道平行設置的軌道224之上，它可以像汽車一樣轉運集裝箱，是載箱而不是吊箱轉運。
本實施例工藝方法以卸船為例，如圖3所示，船24靠碼頭，岸橋對準船上要卸的一貝后，場橋通過跑大車與岸橋置于同一線上。
岸橋起升機構將箱從A提升至B，交于場橋轉運小車，待轉運小車離開后再下降去取另一箱。轉運小車沿岸橋、場橋對接的軌道由B將箱運到C，交于場橋起升機構之后，返回到B等待下一循環。
場橋起升機構將箱從C下降到D，然后再回到C作好下一循環的準備。
圖中兩橋之間的地面上有一拖車23，其功能是遇有特種箱如危險品箱、冷藏箱等，轉運小車接箱后從B運行到C’，場橋起升機構則將箱從轉運小車上取下然后下降到D’交于拖車轉運到指定的庫或場。
實施例2為港口集裝箱裝卸系統VHV-Ⅱ的設備及工藝。VHV-Ⅱ是在VHV-Ⅰ的基礎上設計的，如圖4所示，在設備方面二者區別一是在岸橋31與場橋32之間增設了一臺小跨距的擺渡橋33。其上除設有大車行走機構、起升機構(圖中未示)及起重小車331外，也設有兩道供場橋轉運小車通行的軌道332。二是VHV-Ⅰ岸橋上無轉運小車而VHV-Ⅱ則在岸橋上增加了一臺轉運小車312。
VHV-Ⅱ的工藝是在VHV-Ⅰ的基礎上增加了擺渡橋功能，即過渡、中轉、擺渡。
1)過渡岸橋轉運小車可穿過擺渡橋直接進入場橋(當然場橋轉運小車也可以穿過擺渡橋直接進入岸橋)，類似VHV-Ⅰ，稱之為過渡。
2)中轉隨著船型再增大(4000-5000-8000-10000以上TEU)轉運小車運距必隨之加長，為保生產效率不受影響，將水平運輸分段完成，即岸橋31轉運小車312將箱運至擺渡橋33上交于擺渡橋起重小車331即返回，擺渡橋小車331原地不動再轉手把箱交于場橋轉運小車322運至場橋起重小車321下卸于堆場之內，稱之為中轉。
3)擺渡如圖5所示。
當船上的一貝在岸橋41、擺渡橋43、場橋42三橋一線的情況下順利卸于陸地空場(如圖中1、3、5作業線)后，岸橋保持原位不動，場橋移至旁邊已準備好的要裝船的一排箱子44之上(如圖中2、4作業線)，擺渡橋首先與場橋對接，接受場橋轉運小車運來的箱子，待場橋之轉運小車撤離后，擺渡橋攜箱沿其大車軌道跑向岸橋并對接。岸橋小車跑上擺渡橋將箱子接下并交其起升機構卸入剛剛卸空的艙內。當然，擺渡橋在岸橋小車離去之后，會重新回去與場橋對接作下一循環。這種工藝過程稱之為擺渡。
擺渡橋起升機構按其功能又作了不同設計，當需要將集裝箱卸于擺渡橋跨下(卸船)或自擺渡橋跨下將集裝箱提升上橋(裝船)時，與普通起升機構無異，但當其發揮擺渡功能時，起升機構與起重小車將呈剛性連接，這是為了使集裝箱無論隨擺渡橋作牽聯運動還是沿擺渡橋作相對運動都不會發生搖擺晃動而影響作業效率。
顯然，VHV-Ⅱ增加了一臺小跨距擺渡橋后，可大大提高VHV系統的機動和靈活性，并解決了在同一泊位實現同時裝船卸船而不須移泊的問題。
權利要求
1.一種港口集裝箱π型裝卸系統的設備，由岸橋和場橋兩部分組成，其中岸橋包括在岸邊鋪設的軌道上行走的大車行走機構；在臂架及大梁上設置的軌道上運行的起重小車；設置在起重小車上的起升機構，場橋包括在場地上鋪設的軌道上行走的大車行走機構，沿梁上軌道運行的起重小車機構和裝于小車之上的起升機構三部分；其特征在于，在所說的岸橋、場橋的起重小車軌道之下設置了兩道與其平行的軌道及在該軌道上通行的場橋轉運小車。
2.如權利要求1所述設備的工藝，包括以下步驟卸船過程，首先岸橋對準船上要卸的一貝集裝箱，場橋大梁與岸橋大梁對接，岸橋的起升機構的吊具抓緊船該貝某一集裝箱后豎直地提升并放到轉運小車上，然后下降機抓另一箱；轉運小車沿軌道將集裝箱水平地從岸橋運至場橋，并交給場橋起升機構后再回到岸橋下一循環；場橋的起升機構的吊具從轉運小車上抓起集裝箱垂直地向下放至場地上，然后起升吊下一箱；裝船過程為卸船過程的逆過程。
3.如權利要求1所說的設備，其特征在于，在岸橋與場橋之間增設了一臺小跨距的擺渡橋，其上設有大車行走機構，起升機構及起重小車，以及設有兩道供場橋轉運小車通行的軌道；所說的岸橋上增加一臺轉運小車。
4.如權利要求3所述設備的工藝，包括以下步驟卸船過程，首先岸橋對準船上要卸的一貝集裝箱，場橋大梁與岸橋大梁對接，岸橋的起升機構的吊具抓緊船該具某一集裝箱后豎直地提升并放到轉運小車上，然后下降抓另一箱；轉運小車沿軌道將集裝箱水平地從岸橋通過擺渡橋運至場橋，并交給場橋起升機構后再回到岸橋作下一循環；場橋的起升機構的吊具從轉運小車上抓起集裝箱垂直地向下放至場地上，然后起升吊下一箱；裝船過程為卸船過程的逆過程。
5.如權利要求4所述的工藝，其特征在于，增設中轉工藝，岸橋轉運小車將箱運至擺渡橋上，交于擺渡起重小車即返回，擺渡橋起重小車原地不動再轉手并于場橋轉運小車運至場橋起重小車卸下。
6.如權利要求4所述的工藝，增設擺渡工藝，當船上一具集裝箱在岸橋、擺渡橋、場橋三橋成一線順利卸于陸地空場后，岸橋保持原位不動，場橋移至旁邊準備裝船的成排的集裝箱上，擺渡橋首先與場橋對接，接受場橋轉運小車運來的箱子，待場橋轉運小車撤離后，擺渡橋沿岸線(順其軌道)方向跑車從場橋移向岸橋并對接，然后將箱交于岸橋轉運小車后返回與場橋再對接作下一循環，岸橋起重小車則把轉運小車運來的箱子卸進剛剛卸空的船內。
7.如權利要求1所說的設備，其特征在于，所說的場橋可采用電動軌道式，所說的轉運小車車輪為橡膠輪胎車輪。
全文摘要
本發明屬于物料搬運領域。包括岸橋和場橋兩部分,岸橋包括在岸邊鋪設的軌道上行走的大車行走機構;在臂架及大梁上設置的軌道上運行的起重小車;設置在起重小車上的起升機構,場橋包括大車行走機構、起重小車和起升機構三部分;在岸橋、場橋的起重小車軌道之下還設置了兩道與其平行的軌道及在該軌道上通行的場橋轉運小車。本發明具有裝卸工作效率高,小車行駛平穩無搖晃,同時系統建造成本低,節省設備,人力等諸多優點。
文檔編號B65G67/60GK1212231SQ98102389
公開日1999年3月31日 申請日期1998年6月12日 優先權日1998年6月12日
發明者張占成 申請人:張占成