自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝設(shè)計

楊榮+易應(yīng)強

自動化集裝箱碼頭在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過能力等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來港口發(fā)展的必然趨勢。自從1993年荷蘭鹿特丹港建成世界上首個自動化集裝箱碼頭以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化集裝箱碼頭呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。截至2013年底，世界已建和在建自動化集裝箱碼頭共計32個，自動化碼頭成為未來集裝箱碼頭發(fā)展新方向。[1]

在現(xiàn)有裝卸船作業(yè)工藝下：裝船作業(yè)時，需要在集裝箱底部安裝轉(zhuǎn)鎖后再裝船；卸船作業(yè)時，需要將集裝箱底部轉(zhuǎn)鎖拆下后才能將卸船集裝箱放置在地面上，以免造成轉(zhuǎn)鎖損壞。目前，由于人工跨運車工藝具有效率高、投資成本低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于自動化集裝箱碼頭岸邊至堆場的集裝箱雙向水平運輸作業(yè)。由于跨運車在水平運輸時無須帶鎖著箱，為與岸橋配合作業(yè)，集裝箱轉(zhuǎn)鎖拆裝成為跨運車作業(yè)工藝中亟待解決的技術(shù)難題。本文在分析自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝方案。

1 自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展

現(xiàn)狀

1.1 自動化集裝箱碼頭工藝系統(tǒng)概況

自動化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)工藝主要有“自動化軌道吊+自動導(dǎo)引車”“自動化軌道吊+人工跨運車”“帶外伸臂軌道吊+集卡”等典型形式。[2]目前新建自動化集裝箱碼頭一般采用“自動化軌道吊+自動導(dǎo)引車”或“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝。由于“帶外伸臂軌道吊+集卡”裝卸作業(yè)工藝存在外集卡在場內(nèi)定位困難等問題，其應(yīng)用范圍局限于亞洲部分自動化集裝箱碼頭。

在“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝下，人工跨運車無須與其他起重設(shè)備進行對箱交接作業(yè)，可以騎跨在集裝箱上方，利用起升機構(gòu)自行提取或放置集裝箱，從而實現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)間的解耦。人工跨運車工藝一般不采用雙小車岸橋，因為自動運行的岸橋后小車與岸橋下方人工跨運車的配合作業(yè)難度較大，存在較高安全風(fēng)險。鑒于此，采用人工跨運車工藝的自動化集裝箱碼頭多采用單小車岸橋，在岸橋岸側(cè)腿內(nèi)設(shè)中間平臺，以便進行轉(zhuǎn)鎖拆裝和箱號掃描作業(yè)。不過，該平臺方案將集裝箱作業(yè)過程分為兩部分，使岸橋單次作業(yè)需要進行2次加減速，大幅降低岸橋作業(yè)效率（見圖1）。針對該情況，很多自動化集裝箱碼頭直接廢棄中間平臺，選擇在地面進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)；不過，該方案的缺點是人機混雜作業(yè)，容易引發(fā)安全事故。

圖1 帶中間平臺的單小車岸橋作業(yè)

1.2 集裝箱轉(zhuǎn)鎖介紹

目前船用集裝箱轉(zhuǎn)鎖的使用情況十分復(fù)雜，轉(zhuǎn)鎖具體構(gòu)造在國際上沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國相關(guān)標準，集裝箱轉(zhuǎn)鎖可以大致分為分體式、整體式、半自動式和全自動式?？紤]到存在一些固定式連接鎖，需要人工拆卸的集裝箱轉(zhuǎn)鎖至少有6大類100余種。

由于船公司間的競爭關(guān)系，不同船公司的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式往往不同；由于不同船舶的投產(chǎn)時間各不相同以及不同船公司合營同一條航線等原因，同一航線不同船舶的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式也可能不同；甚至對于同一船舶來說，集裝箱轉(zhuǎn)鎖耗損后補充的轉(zhuǎn)鎖未必與原來的轉(zhuǎn)鎖相同，從而造成同一船舶上裝有不同形式的集裝箱轉(zhuǎn)鎖（見圖2）。此外，由于加固要求不同，同一集裝箱不同鎖眼的轉(zhuǎn)鎖形式也不盡相同。例如，對于甲板上的雙20英尺集裝箱來說，其外部兩角的轉(zhuǎn)鎖與內(nèi)部兩角的連接鎖形式完全不同。由此可見，若要開發(fā)可以全兼容的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置，其難度極大。[3-5]

圖2 船舶各位置典型集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式

1.3 現(xiàn)有自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

目前，美國RAM公司和馬士基公司均設(shè)計出概念自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置（見圖3～4），并進行了一系列工業(yè)試驗。兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置的基本原理相似，均采用機械臂模擬人手旋轉(zhuǎn)鎖的下部，通過連軸帶動鎖的上部旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖拆裝。兩者的區(qū)別在于：RAM公司設(shè)計的裝置實現(xiàn)完全自動化，但其機構(gòu)較為復(fù)雜；馬士基公司設(shè)計的裝置通過傳送帶將拆下的轉(zhuǎn)鎖傳送到人工作業(yè)平臺，由人工完成后續(xù)作業(yè)，其機構(gòu)較為簡單。目前這兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝技術(shù)尚不成熟，僅適用于70%左右的轉(zhuǎn)鎖類型，不適用于需要人工開關(guān)的連接鎖或帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖（見圖5～6）。

圖3 RAM公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖4 馬士基公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖5 需要人工開關(guān)的連接鎖

圖6 帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖

2 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

設(shè)計

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在自動化集裝箱碼頭使用全自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置仍存在一定難度，為不影響岸橋作業(yè)效率，設(shè)計出可在地面操作的人車分開作業(yè)的新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝。

2.1 與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計

與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺（以下簡稱隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺）結(jié)構(gòu)如圖7所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上設(shè)有電磁式傳感器或光電式傳感器，岸橋上設(shè)置觸發(fā)器；平臺設(shè)置輪胎和液壓支腿，可隨岸橋同步移動，并通過定位傳感器實現(xiàn)其與岸橋之間的定位；平臺轉(zhuǎn)鎖位置設(shè)計為鏤空結(jié)構(gòu)；平臺頂部下方設(shè)置人工轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)空間，并設(shè)置轉(zhuǎn)鎖箱，作業(yè)人員可在此空間內(nèi)進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)。設(shè)計時充分考慮作業(yè)人員安全防護問題，在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺兩端設(shè)置安全區(qū)和電氣連鎖，只有當作業(yè)人員到達安全區(qū)后才允許岸橋進行抓箱或落箱作業(yè)。另外，隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的整體強度設(shè)計滿足在極端情況下對作業(yè)人員的保護要求。

圖7 隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝設(shè)計

應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)如圖8所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于岸橋跨距內(nèi)或后側(cè)外伸臂下，通過電氣控制實現(xiàn)與岸橋隨動和定位。卸船作業(yè)時：岸橋?qū)⒓b箱從船上取下，并放置在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上；平臺下配備1名轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員，集裝箱拆鎖后，由人工跨運車將集裝箱從平臺上吊起并運輸至后方自動化堆場。裝船作業(yè)流程與卸船作業(yè)流程相反。

圖8 應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)

以卸船作業(yè)為例，應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)流程如下：（1）岸橋移動至作業(yè)位置，開啟岸橋上的觸發(fā)器，向平臺上的傳感器發(fā)出信號；平臺傳感器接收信號后，隨岸橋移動并定位于岸橋后大梁下裝卸區(qū)域內(nèi)的指定位置；頂升支腿裝置頂起平臺，使平臺得到穩(wěn)固支撐。（2）作業(yè)人員在安全等待室內(nèi)等待作業(yè)指令。（3）岸橋從船上提取集裝箱后運送至平臺；當岸橋離開平臺時，關(guān)閉觸發(fā)器。（4）作業(yè)人員進入安全走廊，拆下集裝箱底部的轉(zhuǎn)鎖并將其放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)（或者在自動轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置拆鎖后由人工將轉(zhuǎn)鎖放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)）。（5）作業(yè)人員返回安全等待室。（6）跨運車到達岸橋下的裝卸區(qū)域，騎跨在平臺上方提取集裝箱。

3 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

優(yōu)缺點

新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝主要有以下優(yōu)點：（1）隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計有利于保證岸橋裝卸作業(yè)的連貫性，在一定程度上提升岸橋作業(yè)效率；（2）由于岸橋啟停動作減少，有利于降低岸橋作業(yè)能耗；（3）實現(xiàn)人車分開作業(yè)，有效保證轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員人身安全。新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝的缺點在于：隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計影響跨運車的轉(zhuǎn)彎空間，在岸橋作業(yè)間距較小的情況下，可能引起作業(yè)現(xiàn)場交通擁堵。不過，該缺陷可以通過將相鄰隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于不同車道位置的方式加以彌補。

參考文獻：

[1] 何鋼，張耀周.集裝箱自動化碼頭的形成和發(fā)展[J].港口科技，2013（S1）：54-56.

[2] 楊瑞，謝文寧.自動化集裝箱碼頭的裝卸工藝及設(shè)備[J].集裝箱化，2010，21（3）：2-4.

[3] 丁建軍，陳定方，周國柱，等.集裝箱轉(zhuǎn)鎖裝卸機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2004，28（1）：33-35.

[4] 蔡懷陽.集裝箱轉(zhuǎn)鎖機械手設(shè)計與監(jiān)控[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2001.

[5] 劉洋，張衛(wèi)，莊鑫傳.一種集裝箱固定旋鎖自動拆卸裝置的設(shè)計[J].港口科技，2012（10）：27-28.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）

自動化集裝箱碼頭在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過能力等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來港口發(fā)展的必然趨勢。自從1993年荷蘭鹿特丹港建成世界上首個自動化集裝箱碼頭以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化集裝箱碼頭呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。截至2013年底，世界已建和在建自動化集裝箱碼頭共計32個，自動化碼頭成為未來集裝箱碼頭發(fā)展新方向。[1]

在現(xiàn)有裝卸船作業(yè)工藝下：裝船作業(yè)時，需要在集裝箱底部安裝轉(zhuǎn)鎖后再裝船；卸船作業(yè)時，需要將集裝箱底部轉(zhuǎn)鎖拆下后才能將卸船集裝箱放置在地面上，以免造成轉(zhuǎn)鎖損壞。目前，由于人工跨運車工藝具有效率高、投資成本低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于自動化集裝箱碼頭岸邊至堆場的集裝箱雙向水平運輸作業(yè)。由于跨運車在水平運輸時無須帶鎖著箱，為與岸橋配合作業(yè)，集裝箱轉(zhuǎn)鎖拆裝成為跨運車作業(yè)工藝中亟待解決的技術(shù)難題。本文在分析自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝方案。

1 自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展

現(xiàn)狀

1.1 自動化集裝箱碼頭工藝系統(tǒng)概況

自動化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)工藝主要有“自動化軌道吊+自動導(dǎo)引車”“自動化軌道吊+人工跨運車”“帶外伸臂軌道吊+集卡”等典型形式。[2]目前新建自動化集裝箱碼頭一般采用“自動化軌道吊+自動導(dǎo)引車”或“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝。由于“帶外伸臂軌道吊+集卡”裝卸作業(yè)工藝存在外集卡在場內(nèi)定位困難等問題，其應(yīng)用范圍局限于亞洲部分自動化集裝箱碼頭。

在“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝下，人工跨運車無須與其他起重設(shè)備進行對箱交接作業(yè)，可以騎跨在集裝箱上方，利用起升機構(gòu)自行提取或放置集裝箱，從而實現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)間的解耦。人工跨運車工藝一般不采用雙小車岸橋，因為自動運行的岸橋后小車與岸橋下方人工跨運車的配合作業(yè)難度較大，存在較高安全風(fēng)險。鑒于此，采用人工跨運車工藝的自動化集裝箱碼頭多采用單小車岸橋，在岸橋岸側(cè)腿內(nèi)設(shè)中間平臺，以便進行轉(zhuǎn)鎖拆裝和箱號掃描作業(yè)。不過，該平臺方案將集裝箱作業(yè)過程分為兩部分，使岸橋單次作業(yè)需要進行2次加減速，大幅降低岸橋作業(yè)效率（見圖1）。針對該情況，很多自動化集裝箱碼頭直接廢棄中間平臺，選擇在地面進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)；不過，該方案的缺點是人機混雜作業(yè)，容易引發(fā)安全事故。

圖1 帶中間平臺的單小車岸橋作業(yè)

1.2 集裝箱轉(zhuǎn)鎖介紹

目前船用集裝箱轉(zhuǎn)鎖的使用情況十分復(fù)雜，轉(zhuǎn)鎖具體構(gòu)造在國際上沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國相關(guān)標準，集裝箱轉(zhuǎn)鎖可以大致分為分體式、整體式、半自動式和全自動式?？紤]到存在一些固定式連接鎖，需要人工拆卸的集裝箱轉(zhuǎn)鎖至少有6大類100余種。

由于船公司間的競爭關(guān)系，不同船公司的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式往往不同；由于不同船舶的投產(chǎn)時間各不相同以及不同船公司合營同一條航線等原因，同一航線不同船舶的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式也可能不同；甚至對于同一船舶來說，集裝箱轉(zhuǎn)鎖耗損后補充的轉(zhuǎn)鎖未必與原來的轉(zhuǎn)鎖相同，從而造成同一船舶上裝有不同形式的集裝箱轉(zhuǎn)鎖（見圖2）。此外，由于加固要求不同，同一集裝箱不同鎖眼的轉(zhuǎn)鎖形式也不盡相同。例如，對于甲板上的雙20英尺集裝箱來說，其外部兩角的轉(zhuǎn)鎖與內(nèi)部兩角的連接鎖形式完全不同。由此可見，若要開發(fā)可以全兼容的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置，其難度極大。[3-5]

圖2 船舶各位置典型集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式

1.3 現(xiàn)有自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

目前，美國RAM公司和馬士基公司均設(shè)計出概念自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置（見圖3～4），并進行了一系列工業(yè)試驗。兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置的基本原理相似，均采用機械臂模擬人手旋轉(zhuǎn)鎖的下部，通過連軸帶動鎖的上部旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖拆裝。兩者的區(qū)別在于：RAM公司設(shè)計的裝置實現(xiàn)完全自動化，但其機構(gòu)較為復(fù)雜；馬士基公司設(shè)計的裝置通過傳送帶將拆下的轉(zhuǎn)鎖傳送到人工作業(yè)平臺，由人工完成后續(xù)作業(yè)，其機構(gòu)較為簡單。目前這兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝技術(shù)尚不成熟，僅適用于70%左右的轉(zhuǎn)鎖類型，不適用于需要人工開關(guān)的連接鎖或帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖（見圖5～6）。

圖3 RAM公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖4 馬士基公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖5 需要人工開關(guān)的連接鎖

圖6 帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖

2 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

設(shè)計

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在自動化集裝箱碼頭使用全自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置仍存在一定難度，為不影響岸橋作業(yè)效率，設(shè)計出可在地面操作的人車分開作業(yè)的新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝。

2.1 與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計

與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺（以下簡稱隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺）結(jié)構(gòu)如圖7所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上設(shè)有電磁式傳感器或光電式傳感器，岸橋上設(shè)置觸發(fā)器；平臺設(shè)置輪胎和液壓支腿，可隨岸橋同步移動，并通過定位傳感器實現(xiàn)其與岸橋之間的定位；平臺轉(zhuǎn)鎖位置設(shè)計為鏤空結(jié)構(gòu)；平臺頂部下方設(shè)置人工轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)空間，并設(shè)置轉(zhuǎn)鎖箱，作業(yè)人員可在此空間內(nèi)進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)。設(shè)計時充分考慮作業(yè)人員安全防護問題，在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺兩端設(shè)置安全區(qū)和電氣連鎖，只有當作業(yè)人員到達安全區(qū)后才允許岸橋進行抓箱或落箱作業(yè)。另外，隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的整體強度設(shè)計滿足在極端情況下對作業(yè)人員的保護要求。

圖7 隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝設(shè)計

應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)如圖8所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于岸橋跨距內(nèi)或后側(cè)外伸臂下，通過電氣控制實現(xiàn)與岸橋隨動和定位。卸船作業(yè)時：岸橋?qū)⒓b箱從船上取下，并放置在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上；平臺下配備1名轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員，集裝箱拆鎖后，由人工跨運車將集裝箱從平臺上吊起并運輸至后方自動化堆場。裝船作業(yè)流程與卸船作業(yè)流程相反。

圖8 應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)

以卸船作業(yè)為例，應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)流程如下：（1）岸橋移動至作業(yè)位置，開啟岸橋上的觸發(fā)器，向平臺上的傳感器發(fā)出信號；平臺傳感器接收信號后，隨岸橋移動并定位于岸橋后大梁下裝卸區(qū)域內(nèi)的指定位置；頂升支腿裝置頂起平臺，使平臺得到穩(wěn)固支撐。（2）作業(yè)人員在安全等待室內(nèi)等待作業(yè)指令。（3）岸橋從船上提取集裝箱后運送至平臺；當岸橋離開平臺時，關(guān)閉觸發(fā)器。（4）作業(yè)人員進入安全走廊，拆下集裝箱底部的轉(zhuǎn)鎖并將其放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)（或者在自動轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置拆鎖后由人工將轉(zhuǎn)鎖放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)）。（5）作業(yè)人員返回安全等待室。（6）跨運車到達岸橋下的裝卸區(qū)域，騎跨在平臺上方提取集裝箱。

3 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

優(yōu)缺點

新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝主要有以下優(yōu)點：（1）隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計有利于保證岸橋裝卸作業(yè)的連貫性，在一定程度上提升岸橋作業(yè)效率；（2）由于岸橋啟停動作減少，有利于降低岸橋作業(yè)能耗；（3）實現(xiàn)人車分開作業(yè)，有效保證轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員人身安全。新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝的缺點在于：隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計影響跨運車的轉(zhuǎn)彎空間，在岸橋作業(yè)間距較小的情況下，可能引起作業(yè)現(xiàn)場交通擁堵。不過，該缺陷可以通過將相鄰隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于不同車道位置的方式加以彌補。

參考文獻：

[1] 何鋼，張耀周.集裝箱自動化碼頭的形成和發(fā)展[J].港口科技，2013（S1）：54-56.

[2] 楊瑞，謝文寧.自動化集裝箱碼頭的裝卸工藝及設(shè)備[J].集裝箱化，2010，21（3）：2-4.

[3] 丁建軍，陳定方，周國柱，等.集裝箱轉(zhuǎn)鎖裝卸機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2004，28（1）：33-35.

[4] 蔡懷陽.集裝箱轉(zhuǎn)鎖機械手設(shè)計與監(jiān)控[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2001.

[5] 劉洋，張衛(wèi)，莊鑫傳.一種集裝箱固定旋鎖自動拆卸裝置的設(shè)計[J].港口科技，2012（10）：27-28.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）

自動化集裝箱碼頭在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過能力等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來港口發(fā)展的必然趨勢。自從1993年荷蘭鹿特丹港建成世界上首個自動化集裝箱碼頭以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化集裝箱碼頭呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。截至2013年底，世界已建和在建自動化集裝箱碼頭共計32個，自動化碼頭成為未來集裝箱碼頭發(fā)展新方向。[1]

在現(xiàn)有裝卸船作業(yè)工藝下：裝船作業(yè)時，需要在集裝箱底部安裝轉(zhuǎn)鎖后再裝船；卸船作業(yè)時，需要將集裝箱底部轉(zhuǎn)鎖拆下后才能將卸船集裝箱放置在地面上，以免造成轉(zhuǎn)鎖損壞。目前，由于人工跨運車工藝具有效率高、投資成本低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于自動化集裝箱碼頭岸邊至堆場的集裝箱雙向水平運輸作業(yè)。由于跨運車在水平運輸時無須帶鎖著箱，為與岸橋配合作業(yè)，集裝箱轉(zhuǎn)鎖拆裝成為跨運車作業(yè)工藝中亟待解決的技術(shù)難題。本文在分析自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝方案。

1 自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展

現(xiàn)狀

1.1 自動化集裝箱碼頭工藝系統(tǒng)概況

自動化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)工藝主要有“自動化軌道吊+自動導(dǎo)引車”“自動化軌道吊+人工跨運車”“帶外伸臂軌道吊+集卡”等典型形式。[2]目前新建自動化集裝箱碼頭一般采用“自動化軌道吊+自動導(dǎo)引車”或“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝。由于“帶外伸臂軌道吊+集卡”裝卸作業(yè)工藝存在外集卡在場內(nèi)定位困難等問題，其應(yīng)用范圍局限于亞洲部分自動化集裝箱碼頭。

在“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝下，人工跨運車無須與其他起重設(shè)備進行對箱交接作業(yè)，可以騎跨在集裝箱上方，利用起升機構(gòu)自行提取或放置集裝箱，從而實現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)間的解耦。人工跨運車工藝一般不采用雙小車岸橋，因為自動運行的岸橋后小車與岸橋下方人工跨運車的配合作業(yè)難度較大，存在較高安全風(fēng)險。鑒于此，采用人工跨運車工藝的自動化集裝箱碼頭多采用單小車岸橋，在岸橋岸側(cè)腿內(nèi)設(shè)中間平臺，以便進行轉(zhuǎn)鎖拆裝和箱號掃描作業(yè)。不過，該平臺方案將集裝箱作業(yè)過程分為兩部分，使岸橋單次作業(yè)需要進行2次加減速，大幅降低岸橋作業(yè)效率（見圖1）。針對該情況，很多自動化集裝箱碼頭直接廢棄中間平臺，選擇在地面進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)；不過，該方案的缺點是人機混雜作業(yè)，容易引發(fā)安全事故。

圖1 帶中間平臺的單小車岸橋作業(yè)

1.2 集裝箱轉(zhuǎn)鎖介紹

目前船用集裝箱轉(zhuǎn)鎖的使用情況十分復(fù)雜，轉(zhuǎn)鎖具體構(gòu)造在國際上沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國相關(guān)標準，集裝箱轉(zhuǎn)鎖可以大致分為分體式、整體式、半自動式和全自動式。考慮到存在一些固定式連接鎖，需要人工拆卸的集裝箱轉(zhuǎn)鎖至少有6大類100余種。

由于船公司間的競爭關(guān)系，不同船公司的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式往往不同；由于不同船舶的投產(chǎn)時間各不相同以及不同船公司合營同一條航線等原因，同一航線不同船舶的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式也可能不同；甚至對于同一船舶來說，集裝箱轉(zhuǎn)鎖耗損后補充的轉(zhuǎn)鎖未必與原來的轉(zhuǎn)鎖相同，從而造成同一船舶上裝有不同形式的集裝箱轉(zhuǎn)鎖（見圖2）。此外，由于加固要求不同，同一集裝箱不同鎖眼的轉(zhuǎn)鎖形式也不盡相同。例如，對于甲板上的雙20英尺集裝箱來說，其外部兩角的轉(zhuǎn)鎖與內(nèi)部兩角的連接鎖形式完全不同。由此可見，若要開發(fā)可以全兼容的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置，其難度極大。[3-5]

圖2 船舶各位置典型集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式

1.3 現(xiàn)有自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

目前，美國RAM公司和馬士基公司均設(shè)計出概念自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置（見圖3～4），并進行了一系列工業(yè)試驗。兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置的基本原理相似，均采用機械臂模擬人手旋轉(zhuǎn)鎖的下部，通過連軸帶動鎖的上部旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖拆裝。兩者的區(qū)別在于：RAM公司設(shè)計的裝置實現(xiàn)完全自動化，但其機構(gòu)較為復(fù)雜；馬士基公司設(shè)計的裝置通過傳送帶將拆下的轉(zhuǎn)鎖傳送到人工作業(yè)平臺，由人工完成后續(xù)作業(yè)，其機構(gòu)較為簡單。目前這兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝技術(shù)尚不成熟，僅適用于70%左右的轉(zhuǎn)鎖類型，不適用于需要人工開關(guān)的連接鎖或帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖（見圖5～6）。

圖3 RAM公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖4 馬士基公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖5 需要人工開關(guān)的連接鎖

圖6 帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖

2 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

設(shè)計

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在自動化集裝箱碼頭使用全自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置仍存在一定難度，為不影響岸橋作業(yè)效率，設(shè)計出可在地面操作的人車分開作業(yè)的新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝。

2.1 與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計

與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺（以下簡稱隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺）結(jié)構(gòu)如圖7所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上設(shè)有電磁式傳感器或光電式傳感器，岸橋上設(shè)置觸發(fā)器；平臺設(shè)置輪胎和液壓支腿，可隨岸橋同步移動，并通過定位傳感器實現(xiàn)其與岸橋之間的定位；平臺轉(zhuǎn)鎖位置設(shè)計為鏤空結(jié)構(gòu)；平臺頂部下方設(shè)置人工轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)空間，并設(shè)置轉(zhuǎn)鎖箱，作業(yè)人員可在此空間內(nèi)進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)。設(shè)計時充分考慮作業(yè)人員安全防護問題，在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺兩端設(shè)置安全區(qū)和電氣連鎖，只有當作業(yè)人員到達安全區(qū)后才允許岸橋進行抓箱或落箱作業(yè)。另外，隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的整體強度設(shè)計滿足在極端情況下對作業(yè)人員的保護要求。

圖7 隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝設(shè)計

應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)如圖8所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于岸橋跨距內(nèi)或后側(cè)外伸臂下，通過電氣控制實現(xiàn)與岸橋隨動和定位。卸船作業(yè)時：岸橋?qū)⒓b箱從船上取下，并放置在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上；平臺下配備1名轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員，集裝箱拆鎖后，由人工跨運車將集裝箱從平臺上吊起并運輸至后方自動化堆場。裝船作業(yè)流程與卸船作業(yè)流程相反。

圖8 應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)

以卸船作業(yè)為例，應(yīng)用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)流程如下：（1）岸橋移動至作業(yè)位置，開啟岸橋上的觸發(fā)器，向平臺上的傳感器發(fā)出信號；平臺傳感器接收信號后，隨岸橋移動并定位于岸橋后大梁下裝卸區(qū)域內(nèi)的指定位置；頂升支腿裝置頂起平臺，使平臺得到穩(wěn)固支撐。（2）作業(yè)人員在安全等待室內(nèi)等待作業(yè)指令。（3）岸橋從船上提取集裝箱后運送至平臺；當岸橋離開平臺時，關(guān)閉觸發(fā)器。（4）作業(yè)人員進入安全走廊，拆下集裝箱底部的轉(zhuǎn)鎖并將其放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)（或者在自動轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置拆鎖后由人工將轉(zhuǎn)鎖放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)）。（5）作業(yè)人員返回安全等待室。（6）跨運車到達岸橋下的裝卸區(qū)域，騎跨在平臺上方提取集裝箱。

3 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

優(yōu)缺點

新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝主要有以下優(yōu)點：（1）隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計有利于保證岸橋裝卸作業(yè)的連貫性，在一定程度上提升岸橋作業(yè)效率；（2）由于岸橋啟停動作減少，有利于降低岸橋作業(yè)能耗；（3）實現(xiàn)人車分開作業(yè)，有效保證轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員人身安全。新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝的缺點在于：隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計影響跨運車的轉(zhuǎn)彎空間，在岸橋作業(yè)間距較小的情況下，可能引起作業(yè)現(xiàn)場交通擁堵。不過，該缺陷可以通過將相鄰隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于不同車道位置的方式加以彌補。

參考文獻：

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（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）