干式散貨集裝箱卸料吊具的設(shè)計及應用

馬云飛 杜小東

上海港機重工有限公司 上海 201314

集裝箱作為裝運貨物最常見的一種方式，可以運輸絕大部分的貨物，包括大宗商品及散貨。當前散貨運輸采用集裝箱運輸模式正在快速發(fā)展，對裝卸集裝箱的設(shè)備提出了更多更高要求，為了滿足不同作業(yè)場景、不同既有設(shè)備的要求，系列散貨集裝箱卸料吊具應運而生。

散貨集裝箱卸料吊具根據(jù)貨物進出集裝箱的方式分為端部卸料的傾轉(zhuǎn)吊具、頂部卸料的翻轉(zhuǎn)吊具2種；按照與主機的接口形式分為四吊點吊具、雙吊點吊具、單吊點吊具3種。所有類型的傾轉(zhuǎn)吊具和翻轉(zhuǎn)吊具均可適用于ISO標準集裝箱、中國鐵路標準35 t寬體集裝箱、WTP集裝箱等全品類的集裝箱，特殊的行業(yè)特種集裝箱可在前期提出具體接口要求而得到兼容。傾轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)吊具的動力系統(tǒng)通過純電動系統(tǒng)、液力系統(tǒng)均可實現(xiàn)，可配置蓄電池或柴油機使設(shè)備獨立工作，通過無線傳輸實現(xiàn)控制系統(tǒng)的操作，免除對既有設(shè)備的硬件改造工作，降低設(shè)備升級的整體成本和周期。如有智能、自動化作業(yè)方面的需求，吊具可搭載用于系統(tǒng)智能故障診斷和設(shè)備維護的維保系統(tǒng)、用于自動稱量集裝箱質(zhì)量的稱重系統(tǒng)、用于全自動潤滑的集中潤滑系統(tǒng)等。

1 四吊點傾轉(zhuǎn)吊具

四吊點傾轉(zhuǎn)吊具如圖1所示，用于門式起重機、橋式起重機，原起重機既有配置為4個轉(zhuǎn)銷吊點的主機。此吊具通過頂部4個鎖孔與既有設(shè)備連接，如果早期設(shè)備轉(zhuǎn)銷吊點接口尺寸不一，頂部接口最多可以設(shè)計4種不同的接口尺寸；傾轉(zhuǎn)吊具頂部也可以做成插銷孔結(jié)構(gòu)，與起重機既有配置為4個插銷吊點的主機匹配；吊具額定起重量為40.5 t。

傾倒吊具主要由上部固定架、下部傾轉(zhuǎn)架、傾倒機構(gòu)、壓門機構(gòu)、振動機構(gòu)、轉(zhuǎn)銷機構(gòu)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部件組成。吊具通過轉(zhuǎn)銷機構(gòu)吊起集裝箱后，集裝箱門由人工提前打開，箱門通過壓門機構(gòu)壓緊，防止貨物在吊至貨船前灑落，壓門機構(gòu)動作0o～180°的時間為12 s。吊具的傾轉(zhuǎn)動作由液壓缸或電動推桿驅(qū)動，保證上架平穩(wěn)的同時使得傾轉(zhuǎn)角度足夠大，滿足一般貨物的傾倒卸料。在到達作業(yè)位置后，壓門機構(gòu)抬起，傾倒液壓缸動作可以使集裝箱傾轉(zhuǎn)工作角度為-15°～+65°，傾轉(zhuǎn)動作0o～65°～0o時間不超過90 s，極限傾轉(zhuǎn)角度可達+70°，在傾倒過程中貨物重力使箱門自動打開，貨物從集裝箱端部滑出。

如遇物料潮濕或粘性較大，無法徹底傾倒，啟動吊具自帶的振動機構(gòu)可將粘連在集裝箱上的貨物振動脫落，保證倒箱干凈。無法卸載干凈一直是散貨裝卸作業(yè)存在的問題，特別是遇到粘性大的潮濕石英砂時，甚至需要依賴集裝箱碰撞船艙所產(chǎn)生的振動，才能將貨物傾倒干凈，振動夯這一特殊機構(gòu)，原理就是期望主動通過箱體振動協(xié)助更加干凈的卸載貨物。

傾倒吊具主要技術(shù)特點為：1）采用輕量化設(shè)計。優(yōu)化主梁和旋轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)，使整機質(zhì)量僅為7.5 t，滿足40 t門座起重機改造卸載散貨集裝箱時起吊35 t貨物的需求，市場上同類型產(chǎn)品一般自重達10 t以上，使起重量需降低到32 t，限制了產(chǎn)品的適應性；2）180°動作范圍的壓門機構(gòu)設(shè)計。利用多連桿機構(gòu)動作原理轉(zhuǎn)換空間角度，保證動作角度的情況下極大節(jié)省了布局空間，將液壓缸的行程轉(zhuǎn)化為壓門板的轉(zhuǎn)動，在使用中，壓門機構(gòu)轉(zhuǎn)動到上極限位置，可以讓吊具進倉不受限制，另外在運輸過程中，壓門機構(gòu)不會占用長度方向的空間，有效減少運輸成本；3）輔助卸料的振動夯設(shè)計。吊具尾部的振動夯裝置可以產(chǎn)生高速振動，然后通過振動夯底部的支架傳遞給集裝箱，從而使貨物被震動脫落，以達到卸貨干凈的目的。

2 單吊點傾轉(zhuǎn)吊具

單吊點傾轉(zhuǎn)吊具如圖2所示，用于門座起重機，原起重機既有配置為單吊點的主機。吊具頂部接口可以為一組插銷孔與既有設(shè)備連接。

單吊點傾轉(zhuǎn)吊具與四吊點傾轉(zhuǎn)吊具的下半部分均通用，區(qū)別在于上部結(jié)構(gòu)的不同，以實現(xiàn)與起重機既有接口的連接。單吊點的結(jié)構(gòu)形式，繞連接軸圓周方向自由度無限制，會使作業(yè)中吊具在連軸圓周方向的穩(wěn)定性偏弱，雖設(shè)計中已通過質(zhì)量配比保持空載狀態(tài)吊具自身的平衡，但在作業(yè)中偏載時這種傾斜狀態(tài)仍會出現(xiàn)，傾斜角度與偏載程度成正比。

3 雙吊點傾轉(zhuǎn)吊具

雙吊點傾轉(zhuǎn)吊具包括不可伸縮的20 ft定尺吊具和可在20 ft、40 ft位置變換的可伸縮吊具。

定尺吊具是與單吊點和四吊點傾轉(zhuǎn)吊具類似的產(chǎn)品，吊具的下半部分均通用，區(qū)別在于上部結(jié)構(gòu)的不同，用于門座起重機、集裝箱正面起重機、船用起重機等，原起重機既有配置為2組吊點的主機。吊具頂部接口可設(shè)計為2個銷軸、2個平衡梁、2個轉(zhuǎn)動滑輪等多種變換形式，保證與既有設(shè)備連接的兼容。

如圖3所示，可伸縮傾轉(zhuǎn)吊具多采用20 ft固定不可伸縮的集裝箱吊具，傾轉(zhuǎn)機構(gòu)采用單鉸點中心旋轉(zhuǎn)方案，在水平狀態(tài)下使用液壓缸維持吊具的平衡，作為常規(guī)吊具起吊和堆垛集裝箱使用時，無法實現(xiàn)40 ft集裝箱的吊裝，對吊具的通用性有一定限制。雙鉸點傾轉(zhuǎn)機構(gòu)裝置的旋轉(zhuǎn)中心放置在吊具中心的一側(cè)，吊具可達到更大傾斜角度，與插銷機構(gòu)配合實現(xiàn)常規(guī)作業(yè)與傾斜作業(yè)2種模式任意切換。底部采用具備20 ft和40 ft 2個位置狀態(tài)的通用吊具，可滿足設(shè)備多種不同任務需求的吊裝作業(yè)，設(shè)備通用性增強。

傾轉(zhuǎn)吊具主要由上轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支承、上支撐架、下支撐架、插銷機構(gòu)、傾斜液壓缸、側(cè)移液壓缸、吊具主梁、左伸縮梁、右伸縮梁、伸縮液壓缸等組成。上轉(zhuǎn)臺上端不同的接口裝置可實現(xiàn)和不同既有起重機的連接，下部和回轉(zhuǎn)支承螺栓連接，上部固接有回轉(zhuǎn)馬達，回轉(zhuǎn)馬達齒輪帶動回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)支承帶動固接在下面的上支撐架轉(zhuǎn)動，可實現(xiàn)吊具的回轉(zhuǎn)動作。

傾轉(zhuǎn)動作由設(shè)置于上支撐架和下支撐架之間的傾轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動，通過液壓缸的伸長實現(xiàn)傾轉(zhuǎn)動作，液壓缸工作于無桿腔，又能保證提供更大的輸出力。

主梁內(nèi)側(cè)分別套裝有左伸縮梁和右伸縮梁，主梁與左伸縮梁之間設(shè)置有伸縮液壓缸，伸縮液壓缸驅(qū)動20 ft和40 ft位置的切換；主梁與右伸縮梁之間也設(shè)置有伸縮液壓缸；左伸縮梁與右伸縮梁會同時伸出和縮回。主梁與左伸縮梁或右伸縮梁之間設(shè)置有滑塊，減少伸縮時的摩擦力，使伸縮更加順暢。左伸縮梁與右伸縮梁下部設(shè)置有鎖頭，可以起吊標準集裝箱。

傾轉(zhuǎn)吊具旋轉(zhuǎn)中心偏心布置在吊具中心的一側(cè)，可以實現(xiàn)較大傾斜角度，超過絕大多數(shù)物料最大的安息角，從而滿足卸料需求。通過與插銷機構(gòu)的配合，可快速進行常規(guī)作業(yè)吊具、傾轉(zhuǎn)作業(yè)吊具2種模式之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)散貨裝卸和常規(guī)集裝箱裝2的目的。

由于40 ft位置的載荷偏心量較大，且在40 ft狀態(tài)傾斜后高度方向空間需求較大，故產(chǎn)品在四吊點和單吊點的設(shè)計上限制較大，不易實現(xiàn)。

4 四吊點翻轉(zhuǎn)吊具

四吊點翻轉(zhuǎn)吊具如圖4所示，用于門式起重機、橋式起重機、集裝箱正面起重機等，原起重機配置為4個轉(zhuǎn)銷吊點的主機。頂部轉(zhuǎn)銷接口如四吊點傾轉(zhuǎn)吊具一樣，可做成最多同時具備4種吊點接口尺寸，頂部也可做成插銷孔結(jié)構(gòu)。

標準型翻轉(zhuǎn)吊具自重為11.5 t，額定起重量為40.5 t。如懸掛于正面吊下使用，為適應鐵路35 t標準集裝箱的作業(yè)需要，吊具自重設(shè)計為10 t的輕量化產(chǎn)品，滿足額定起重量為45 t的集裝箱正面起重機的起重量需求。可在起吊作業(yè)中進行360°翻轉(zhuǎn)動作，以實現(xiàn)快速卸貨。

翻轉(zhuǎn)吊具由外框架、內(nèi)框架、夾緊橫梁、轉(zhuǎn)銷機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)等組成。外框架用于與起重機既有接口連接，外框架上設(shè)有動力單元和電氣控制系統(tǒng)用于和主機控制連接，外框架與內(nèi)框架通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)軸連接，通過液壓馬達或電動機驅(qū)動框架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)360°翻轉(zhuǎn)，配有導電滑環(huán)和液壓旋轉(zhuǎn)接頭，為內(nèi)部轉(zhuǎn)銷機構(gòu)和夾緊橫梁提供動力和信號，0o～360°動作時間30 s。轉(zhuǎn)銷機構(gòu)與集裝箱角配件連接起吊集裝箱，在內(nèi)框架側(cè)壁上設(shè)置抗剪塊來保護轉(zhuǎn)銷，使轉(zhuǎn)銷最大程度承受拉力，提高轉(zhuǎn)銷壽命，可吊起1.8～2.9 m的集裝箱進行倒箱工作。夾緊橫梁沿集裝箱長度方向夾持集裝箱側(cè)壁，夾緊機構(gòu)0～150 mm行程的動作時間7 s。

翻轉(zhuǎn)吊具主要技術(shù)特點如下：1)集裝箱的翻轉(zhuǎn)速度快，360°翻轉(zhuǎn)倒箱可以提升卸貨效率，倒箱干凈，降低散貨粘連集裝箱側(cè)壁概率；2)不同高度集裝箱的適應能力強，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)充足的扭矩值設(shè)計滿足不同高度集裝箱翻轉(zhuǎn)的動力需求，可實現(xiàn)單臺設(shè)備起吊多種不同高度的集裝箱，減少設(shè)備投入和使用中的切換；3)配置集裝箱側(cè)壁的輔助受力機構(gòu)，采用橫梁在側(cè)壁支撐變形集裝箱，在集裝箱翻轉(zhuǎn)過程中緊貼集裝箱側(cè)壁，當貨物擠壓時起到支撐作用，有效減緩集裝箱的變形，防止翻轉(zhuǎn)過程中載荷加劇變形導致的撕裂。

當翻轉(zhuǎn)吊具用于起吊帶箱蓋的集裝箱時，吊具配置自動箱蓋開啟機構(gòu)，實現(xiàn)箱蓋的抬起、放下動作，不需要人工進行箱蓋的拆裝工作。當作業(yè)場所對翻卸料過程中的空氣質(zhì)量有較高要求時，吊具配置自動噴淋系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)作業(yè)面覆蓋整個集裝箱頂部箱口，可有效抑制翻卸料過程中的粉塵。

5 雙吊點翻轉(zhuǎn)吊具

雙吊點翻轉(zhuǎn)吊具用于門座起重機、船用起重機等，原起重機既有配置為2組吊點的主機。與雙吊點傾轉(zhuǎn)吊具類似，吊具頂部接口可設(shè)計為2個銷軸、2個平衡梁、2個轉(zhuǎn)動滑輪等多種變換形式，保證與既有設(shè)備連接的兼容。雙吊點翻轉(zhuǎn)吊具是與4吊點傾轉(zhuǎn)吊具類似的產(chǎn)品，吊具的下半部分均通用，上部結(jié)構(gòu)與雙吊點傾轉(zhuǎn)吊具類似。

6 單吊點翻轉(zhuǎn)吊具

單吊點傾轉(zhuǎn)吊具用于各類門座式起重機、克令吊等，原起重機既有配置為單吊點的主機。吊具頂部接口可以為一組插銷孔與既有設(shè)備連接。單吊點翻轉(zhuǎn)吊具是的下半部分也是通用部件，上部結(jié)構(gòu)與單吊點傾轉(zhuǎn)吊具類似。該吊具繞連接軸圓周方向自由度也無限制，會使作業(yè)中吊具在連軸圓周方向的穩(wěn)定性偏弱，但翻轉(zhuǎn)吊具作業(yè)采用360°翻轉(zhuǎn)動作實現(xiàn)，非傾轉(zhuǎn)動作，故整體過程中穩(wěn)定性會優(yōu)于單吊點傾轉(zhuǎn)吊具。

7 結(jié)語

目前，研發(fā)應用的產(chǎn)品為各類作業(yè)場景提供了一些適用的解決方案，具備較好的兼容性、通用性，包括節(jié)能、環(huán)保、智能自動化方向的功能均有解決方案，隨著技術(shù)的發(fā)展，各設(shè)備廠家會陸續(xù)推出更多種類、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，為生態(tài)環(huán)境建設(shè)更好的服務，隨著綠色環(huán)保、公轉(zhuǎn)鐵、散改集等政策的進一步落地，整個行業(yè)也會得到前所未有的機遇。