戰(zhàn)略后方大型倉庫集裝箱龍門起重機(jī)選型配置研究

劉海英 （軍事交通學(xué)院，天津300161）

LIU Hai-ying (Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

軍用集裝箱裝卸作業(yè)機(jī)械化為戰(zhàn)略后方大型倉庫的裝卸高效化提供了良好的條件。在倉庫集裝箱的多種作業(yè)中，堆場作業(yè)起著至關(guān)重要的作用，絕大多數(shù)的集裝箱作業(yè)或以堆場為起點(diǎn)進(jìn)行裝運(yùn)，或以堆場為緩沖地等待疏運(yùn)。為適應(yīng)我軍未來軍用集裝箱運(yùn)輸發(fā)展的需要，提高集裝箱的集疏運(yùn)能力，目前主要選定輪胎式龍門吊和軌道式龍門吊作為大型倉庫集裝箱堆場的裝卸機(jī)械。因兩種機(jī)械有不同的性能指標(biāo)，在選定時(shí)應(yīng)根據(jù)集裝箱場站建設(shè)的具體情況進(jìn)行確定，并進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化配置。

1 集裝箱龍門起重機(jī)簡介

1.1 輪胎式龍門吊

輪胎式龍門吊（輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)） 是集裝箱場站用于集裝箱堆碼作業(yè)的專用機(jī)械，它是由前、后門框和底梁組成的門架，支承在充氣橡膠輪胎上，在堆場上行走。裝有集裝箱吊具的行走小車沿著門框橫梁上的軌道行走，用以底盤車裝卸和堆垛作業(yè)。輪胎式龍門吊采用機(jī)械液壓裝置或無線電感應(yīng)裝置，保持在堆場上的直線行走。其主要特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活、通用性好。它不僅能前進(jìn)、后退，而且還能左右轉(zhuǎn)向90°，設(shè)有轉(zhuǎn)向裝置，可以由一個(gè)堆場轉(zhuǎn)向另一個(gè)堆場進(jìn)行作業(yè)。與軌道式龍門吊相比，運(yùn)行平衡性較差，除了起重重量以外，其他主要技術(shù)參數(shù)均小于軌道式龍門吊的相應(yīng)參數(shù)。

1.2 軌道式龍門吊

軌道式龍門吊（軌道式集裝箱龍門起重機(jī)） 是集裝箱場站堆場進(jìn)行裝卸、搬運(yùn)和堆碼作業(yè)的專用機(jī)械。它是由兩片雙懸的門架組成，兩側(cè)門腿用下橫梁連接，支承在行走臺車上，并在軌道上行走。它的龍門吊跨度較大，堆碼層數(shù)多，能充分利用場地面積。適應(yīng)于場地面積較小但較方正的集裝箱堆場。軌道式龍門吊是沿著場地上的軌道行走的，因此，只能限制在設(shè)有軌道的場地范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。軌道式龍門吊定位能力較強(qiáng)，較易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化裝卸，是自動(dòng)化集裝箱場站較理想的一種機(jī)械。與輪胎式龍門吊相比，它機(jī)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、操作方便、安全可靠，不易發(fā)生貨損和機(jī)損事故，易實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)控制。軌道式龍門吊在兩軌間和外伸距內(nèi)能“堆4 過5”或“堆5 過6”，堆放8～15 行集裝箱；在軌道上移動(dòng)時(shí)，動(dòng)作準(zhǔn)確，事故很少。但軌道式龍門吊對兩條軌道的要求很高，要求車輪所在的兩條平行通道高差形成的坡度及每條通道在其運(yùn)行方向的坡度都小于1‰，因此對地基要求十分高。

2 集裝箱龍門起重機(jī)比選方案

2.1 方案設(shè)置說明

集裝箱龍門起重機(jī)的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，不是各類單機(jī)的數(shù)量、價(jià)格、性能等的比較，而是整個(gè)系統(tǒng)工藝的先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性的綜合比較。因此，一般根據(jù)建設(shè)規(guī)模、條件和投資情況，設(shè)置一個(gè)、二個(gè)或多個(gè)方案，從多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較。

根據(jù)國內(nèi)外集裝箱龍門起重機(jī)選擇一般原則，結(jié)合我軍的實(shí)際情況和集裝箱堆場裝卸工藝的最新動(dòng)向及發(fā)展趨勢，為進(jìn)一步提高集裝箱堆場利用率，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)、信息數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集裝箱堆場裝卸自動(dòng)化，擬設(shè)軌道式龍門吊和輪胎式龍門吊兩個(gè)方案，對技術(shù)參數(shù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等進(jìn)行綜合分析、比較。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)界定

集裝箱軌道式龍門吊工藝方案采用新的機(jī)型，在跨度、高度、各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度等方面均比輪胎式龍門吊具有較大的潛力，并具有不斷拓展高技術(shù)含量的優(yōu)勢，通過系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以減少機(jī)械配置數(shù)量。但鑒于該類機(jī)型目前在技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求上尚待進(jìn)行系列優(yōu)化論證，故本文比選方案中配置的軌道式龍門吊的跨度、堆碼高度等外形尺寸只能按堆場的條件進(jìn)行配置。

2.3 堆場面積及堆場能力計(jì)算

為便于方案比較，現(xiàn)以某戰(zhàn)略后方大型倉庫的集裝箱堆場為方案比較研究對象。

堆場面積為：554.758×450.52=249 929.5742m2，根據(jù)布置：

輪胎式龍門吊方案：（12 排+30 排+31 排）×（6 列×15 樁）=6 570 箱位，堆場容量為2.14 萬TEU，堆場年堆存量為216.49 萬TEU。

軌道式龍門吊方案：（12 排+30 排+31 排）×（12 列×9 樁）=7 884 箱位，堆場容量為2.56 萬TEU，堆場年堆存量為259.79 萬TEU。

2.4 機(jī)械配置數(shù)量計(jì)算

根據(jù)該戰(zhàn)略后方大型倉庫集裝箱堆場平面布置和堆場年堆存量情況，并考慮堆場操作系數(shù)為1.54，以此計(jì)算堆場集裝箱龍門起重機(jī)配置數(shù)量，如表1 所示。

表1 堆場集裝箱龍門起重機(jī)配置數(shù)量計(jì)算表

2.5 機(jī)械與設(shè)施

堆場集裝箱龍門起重機(jī)配置及相應(yīng)設(shè)施和配套工程見表2 所示。

表2 機(jī)械配置與設(shè)施一覽表

3 集裝箱龍門起重機(jī)配置方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 主要技術(shù)參數(shù)比較

集裝箱堆場輪胎式龍門吊和軌道式龍門吊因堆場條件和要求不同，其跨度、起升高度等技術(shù)參數(shù)可能有一定的變化，但其主要型式基本不變?，F(xiàn)選擇技術(shù)參數(shù)如表3。

表3 主要技術(shù)性能參數(shù)比較表

3.2 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

3.2.1 指標(biāo)計(jì)算及說明

根據(jù)本文研究的具體條件和要求，主要是對輪胎式龍門吊與軌道式龍門吊方案進(jìn)行比較，為便于全面地進(jìn)行方案比較，選定的比較指標(biāo)和指標(biāo)定義及計(jì)算都盡可能地反映兩種機(jī)型的不同特點(diǎn)。

（1） 投資。兩種方案所需要的投資費(fèi)用不同（見表4），如軌道式龍門吊需要鋪設(shè)軌道，配置高壓柜，而輪胎式龍門吊場地需鋪設(shè)特殊要求的車行道。有關(guān)堆場、道路、給排水等工程項(xiàng)目的投資費(fèi)用，兩個(gè)方案基本相同。

表4 投資比較表

各方案投資計(jì)算結(jié)果如下：T輪=30 983 萬元，T軌=31 644 萬元。

（2） 堆場工作成本。本文設(shè)置的兩個(gè)方案堆場工作成本費(fèi)用估算，工資及福利費(fèi)用參照后勤倉庫一般技術(shù)人員的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，裝卸機(jī)械消耗燃料、動(dòng)力及照明費(fèi)用根據(jù)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，折舊費(fèi)按各類固定資產(chǎn)的年折舊率計(jì)算，修理費(fèi)根據(jù)庫區(qū)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，管理費(fèi)及其他支出參照其它集裝箱場站統(tǒng)計(jì)資料估算。具體見表5。

表5 堆場工作成本比較表

（3） 堆場裝卸能力。本文設(shè)置的兩個(gè)方案，由于選擇機(jī)械的不同，堆場容量也不相同；由于機(jī)械的生產(chǎn)效率不同，兩種堆場機(jī)械的裝卸能力也不同。

計(jì)算公式：Pch=TyNρηK1

式中：Pch——堆場裝卸能力，TEU

Ty——日歷臺時(shí)，h

N——龍門吊配置數(shù)量，臺

ρ——實(shí)際工作生產(chǎn)效率，ρ軌取14.58 自然箱/h，ρ輪取12.93 自然箱/h

η——機(jī)械利用率，取η＝0.5

K1——集裝箱標(biāo)準(zhǔn)箱折算系數(shù)，取K1=1.5

計(jì)算結(jié)果：

3.2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較見表6。

表6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

從表6 可見：

（1） 按某戰(zhàn)略后方大型倉庫的集裝箱堆場為方案比較前提，由于堆場布置的不同，輪胎式龍門吊方案年堆存量為216.5 萬TEU，而軌道式龍門吊則為259.8 萬TEU；輪胎式龍門吊需配置40 臺，而軌道式龍門吊只要配置29 臺；輪胎吊方案基礎(chǔ)設(shè)施投資和總投資比軌道吊方案小，主要是軌道式龍門吊對軌道平直度、偏差度要求高的緣故。

（2） 輪胎式龍門吊方案年堆場裝卸能力為339.80 萬TEU，而軌道式龍門吊方案為406.59 萬TEU，主要是受到兩種機(jī)型各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度的差異而形成的單機(jī)平均工作效率差別的影響。由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制，輪胎式龍門吊各運(yùn)行機(jī)構(gòu)速度都受到很大的制約，而軌道式龍門吊不受這方面的制約。相反，當(dāng)堆場條件在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改善優(yōu)化后，軌道式龍門吊跨度、高度等方面有新的拓展時(shí)，軌道式龍門吊的起升、小車、大車各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度還可提高，因此堆場裝卸能力還有很大潛力。

（3） 機(jī)械設(shè)備價(jià)格性能方面，輪胎式龍門吊由于增加柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，因此造價(jià)無法降低，而軌道式龍門吊則相對較低，但兩者差別不明顯。為進(jìn)一步提高軌道式龍門吊單機(jī)性能和適應(yīng)系統(tǒng)控制，目前都配置了較先進(jìn)的自動(dòng)定位系統(tǒng)，這方面的價(jià)格占的比重較大，所以該類機(jī)型的價(jià)格性能比相對較高。

（4） 堆場工作成本的組成，除工資、福利和燃料、動(dòng)力及照明費(fèi)外，其余的折舊費(fèi)、修理費(fèi)、管理費(fèi)等均與設(shè)備投資有關(guān)。由于機(jī)械配置數(shù)量增加，引起操作人員配置數(shù)量增加。因此，堆場工作成本輪胎式龍門吊比軌道式龍門吊高5.1 元／TEU。

4 結(jié) 論

（1） 方案比較表明，軌道式龍門吊具有生產(chǎn)效率高，可以減少堆場機(jī)械配置臺數(shù)，定位能力強(qiáng)，易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化裝卸，是自動(dòng)化集裝箱場站的一種理想機(jī)械。若從進(jìn)一步發(fā)揮計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊和自動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)勢，在具備條件的新建和改建集裝箱場站堆場，宜采用軌道式龍門吊。

（2） 根據(jù)該戰(zhàn)略后方大型倉庫集裝箱堆場的地質(zhì)條件和目前對地質(zhì)處理的技術(shù)，由于軌道式龍門吊對軌道平直度、偏差度要求很高，要達(dá)到它的條件，其土建及相關(guān)配套工程的投資比輪胎式龍門吊大一倍。因此從投資風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)成熟度等方面考慮，采用輪胎式龍門吊方案較為穩(wěn)妥。

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