自20世紀(jì)60年代以來(lái)，集裝箱運(yùn)輸以勢(shì)不可擋的趨勢(shì)迅速改變世界物流發(fā)展模式。21世紀(jì)初，散貨集裝箱運(yùn)輸因其高效、安全、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在我國(guó)逐步興起，其中以北方四港（秦皇島港、天津港、唐山港、黃驊港）傳統(tǒng)塊煤集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)的周期性波動(dòng)增長(zhǎng)為代表。目前，關(guān)于集裝箱裝箱工藝的研究主要集中于優(yōu)化件貨箱內(nèi)布局方面，而針對(duì)散貨集裝箱裝卸工藝和設(shè)備的研究很少，嚴(yán)重制約散貨集裝箱運(yùn)輸發(fā)展。本文以秦皇島港塊煤集裝箱業(yè)務(wù)為例，介紹基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)，其借用集裝箱和箱內(nèi)貨物的自重將力傳導(dǎo)到集裝箱側(cè)壁保護(hù)板上，從而防止在傾斜裝箱時(shí)集裝箱發(fā)生“漲肚”現(xiàn)象。

1傳統(tǒng)散貨裝箱情況

秦皇島港自2003年開(kāi)始開(kāi)展塊煤裝箱業(yè)務(wù)，初期采用在集裝箱門(mén)水平位置用大塊煤壘墻的裝箱工藝，自2004年開(kāi)始采用在塊煤堆挖坑后用起重機(jī)將集裝箱傾斜放入后用裝載機(jī)將箱裝滿(mǎn)，再用起重機(jī)將集裝箱吊出的裝箱工藝[1]（見(jiàn)圖1）。傳統(tǒng)塊煤裝箱工藝需要在場(chǎng)地上建造固定設(shè)施，裝箱靈活性較差且效率較低，平均裝箱用時(shí)左右（見(jiàn)表1）。

圖1傳統(tǒng)塊煤裝箱作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

表1 隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的秦皇島港4組塊煤裝箱作業(yè)循環(huán)時(shí)間s

2基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)設(shè)計(jì)

由于散貨裝箱難度較大，必須使用專(zhuān)業(yè)設(shè)備將集裝箱裝滿(mǎn)，才能達(dá)到充分發(fā)揮運(yùn)力、降低成本的目的。為此，秦皇島港設(shè)計(jì)一系列裝卸箱設(shè)備。[2-6]

2.1塊煤篩分裝箱工藝

如圖2所示：裝載機(jī)將需要篩分的塊煤裝到供料站中，供料站由特殊減壓料斗[7]和振動(dòng)給料機(jī)組成；振動(dòng)給料機(jī)將塊煤均勻給到移動(dòng)式大傾角波紋擋邊輸送機(jī)中，輸送機(jī)將塊煤給到移動(dòng)式振動(dòng)篩中。振動(dòng)篩是雙層篩，其工作原理為：超過(guò)的大塊煤從最上層篩面落到破碎機(jī)里進(jìn)行破碎，破碎后的煤炭落到堆垛皮帶機(jī)上，由皮帶機(jī)堆垛后重新裝入供料站；50~之間的塊煤是第二層篩面的篩上物，經(jīng)由溜槽落下后進(jìn)入料槽，進(jìn)而進(jìn)入與裝箱機(jī)配套的大傾角波紋擋邊皮帶機(jī)內(nèi)，給集裝箱供料；小于的末煤是第二層篩面的篩下物，經(jīng)由料斗落下后進(jìn)入堆垛皮帶機(jī)進(jìn)行堆垛。

圖2塊煤篩分裝箱工藝設(shè)備配置

2.2設(shè)備運(yùn)行原理

傳統(tǒng)塊煤裝箱僅將集裝箱放入傾斜的基坑中，任由裝載機(jī)將塊煤灌入集裝箱內(nèi)，不設(shè)任何保護(hù)裝置。散貨對(duì)集裝箱側(cè)壁的壓強(qiáng)與物料深度成正比，其對(duì)集裝箱側(cè)壁的壓力與物料深度的平方成正比。集裝箱設(shè)計(jì)充分考慮在水平位置裝載散貨時(shí)其對(duì)集裝箱側(cè)壁的壓力作用，因此，在該情況下，箱體完全能夠承受上述壓力。如圖3所示：設(shè)煤炭體積質(zhì)量為，重力加速度為g，水平狀態(tài)物料對(duì)集裝箱側(cè)壁中心的壓強(qiáng)p＝1.3g；當(dāng)傾斜55€白跋涫保⒒醵約跋洳啾謚行牡難骨縫＝2.27g，是水平裝箱時(shí)的1.74倍。在傾斜裝箱時(shí)散貨對(duì)集裝箱側(cè)壁壓強(qiáng)的增大是導(dǎo)致傳統(tǒng)散貨裝箱工藝中出現(xiàn)集裝箱“漲肚”現(xiàn)象的主要原因。

秦皇島港每年散貨裝箱量一般超過(guò)10萬(wàn)TEU，因此，有必要考慮在傾斜裝箱時(shí)對(duì)集裝箱側(cè)壁的保護(hù)問(wèn)題。為此，秦皇島港研發(fā)多種散貨集裝箱側(cè)壁保護(hù)裝置，基于自重護(hù)箱原理的裝箱機(jī)就是其中之一。如圖4所示：裝箱機(jī)行走小車(chē)放到換向平臺(tái)B上，叉車(chē)將20英尺空箱放到換向平臺(tái)B的小車(chē)上，換向平臺(tái)B與換向平臺(tái)A一起移動(dòng)；將換向平臺(tái)B對(duì)準(zhǔn)大梁，驅(qū)動(dòng)摩擦輪帶動(dòng)小車(chē)進(jìn)入由梁A、梁B和鉸點(diǎn)組成的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上；人工將集裝箱開(kāi)關(guān)門(mén)器的動(dòng)臂端部鎖軸器固定在集裝箱外側(cè)箱門(mén)鎖桿上；油缸縮回，由主結(jié)構(gòu)平臺(tái)、梁B和鉸點(diǎn)組成的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)帶動(dòng)集裝箱旋轉(zhuǎn)；在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，集裝箱開(kāi)關(guān)門(mén)器旋轉(zhuǎn)，空箱逐漸將質(zhì)量壓到3個(gè)傳力輪上，傳力輪通過(guò)杠桿鉸點(diǎn)和杠桿機(jī)構(gòu)將力傳遞給靠板；當(dāng)空箱旋轉(zhuǎn)到位時(shí)，開(kāi)關(guān)門(mén)器已將集裝箱門(mén)打開(kāi)，3個(gè)方向的靠板對(duì)集裝箱起保護(hù)作用；啟動(dòng)篩分上料設(shè)備，將集裝箱裝滿(mǎn)后關(guān)閉篩分上料設(shè)備；開(kāi)關(guān)門(mén)器將集裝箱門(mén)關(guān)好，集裝箱兩側(cè)設(shè)置站人平臺(tái)，由人工將集裝箱門(mén)鎖桿鎖緊并封好鉛封；油缸伸出，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)回轉(zhuǎn)至零位后驅(qū)動(dòng)摩擦輪帶動(dòng)重載集裝箱移動(dòng)到換向平臺(tái)B上，由叉車(chē)將集裝箱卸下，完成1個(gè)作業(yè)循環(huán)。

圖4散貨裝箱機(jī)結(jié)構(gòu)

2.3設(shè)備結(jié)構(gòu)

2.3.1限位及緩沖機(jī)構(gòu)

當(dāng)裝箱機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)往上旋轉(zhuǎn)時(shí)，托板壓迫有調(diào)節(jié)功能的彈簧裝置向皮帶方向壓縮；當(dāng)靠板完全靠到箱體并施加一定作用力后，集裝箱托板接觸可調(diào)機(jī)械限位器，集裝箱及托板停止向下移動(dòng)；當(dāng)三角構(gòu)架旋轉(zhuǎn)到55€巴Ｖ故?，大倾角波晤l脖咂ご脊┝?；集装箱讑W螅孛拋爸霉厴舷涿?，油缸伸出三綐尮架回转謨稍?€笆?，集装箱及托板对传力轮饮}捫蠱攘α浚堪宥約跋涫┘擁難沽獬?，弹簧装置拓毌集装箱袃催一小段距离；靠板离开集装箱，集装箱哉槮舱徶的驱动蠟葱蕢慕换向平台A。

2.3.2換向平臺(tái)機(jī)構(gòu)

裝箱機(jī)的換向平臺(tái)機(jī)構(gòu)由底座、2個(gè)相互連接的平臺(tái)、平臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置、行走小車(chē)驅(qū)動(dòng)摩擦輪等組成。在正常裝箱過(guò)程中，與集裝箱長(zhǎng)度方向軸線重合的換向平臺(tái)是空的，另外一個(gè)換向平臺(tái)已經(jīng)裝好空箱；當(dāng)集裝箱裝滿(mǎn)回歸零位時(shí)，摩擦輪驅(qū)動(dòng)滿(mǎn)載重箱移位到換向平臺(tái)A上；摩擦輪驅(qū)動(dòng)換向平臺(tái)A和B移位，換向平臺(tái)A離開(kāi)三角構(gòu)架對(duì)稱(chēng)軸線，換向平臺(tái)B載著空箱進(jìn)入與三角構(gòu)架重合的位置；空箱和行走小車(chē)在摩擦輪的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入三角構(gòu)架旋轉(zhuǎn)體內(nèi)，進(jìn)入下一個(gè)作業(yè)循環(huán)，在裝物料的同時(shí)，換向平臺(tái)A上的重箱被卸到運(yùn)輸車(chē)上；然后，運(yùn)輸車(chē)上的空箱被移至換向平臺(tái)A上，等待重新進(jìn)入三角構(gòu)架旋轉(zhuǎn)體。

裝箱機(jī)作業(yè)時(shí)，其主結(jié)構(gòu)平臺(tái)由6個(gè)支腿支撐，以便在作業(yè)時(shí)保持穩(wěn)定。裝箱機(jī)換場(chǎng)行走由行走輪及換場(chǎng)行走輪通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其換向行走則由拖頭或裝載機(jī)通過(guò)牽引架來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3.3供料裝置

裝箱機(jī)的供料裝置由大傾角波紋擋邊皮帶機(jī)、供料站、支撐柱、伸縮油缸等組成。當(dāng)正常供料時(shí)，大傾角波紋擋邊皮帶機(jī)的傾斜角度為50€埃壞斃兇呋懷∈?，油纲Y賬?，大倾角波晤l脖咂ご那閾苯嵌任?0€?，整机謪Q慕檔?，有利又q兇叩奈榷ㄐ浴?

3基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)包括：實(shí)現(xiàn)從裝載機(jī)裝料到重載集裝箱出現(xiàn)在換向平臺(tái)的全過(guò)程自動(dòng)化，取消傳統(tǒng)散貨裝箱人工開(kāi)關(guān)箱及操作天車(chē)卸扣的過(guò)程；行走小車(chē)功能提高換場(chǎng)效率及物料離裝箱點(diǎn)過(guò)遠(yuǎn)時(shí)的操作效率；在裝箱作業(yè)過(guò)程中對(duì)除集裝箱底面以外的其他3個(gè)外立面進(jìn)行靠板加壓保護(hù)，避免集裝箱“漲肚”爆箱現(xiàn)象；利用集裝箱進(jìn)料后的重力實(shí)現(xiàn)靠板加壓保護(hù)，不僅達(dá)到緩慢加壓的效果，最大限度地節(jié)約能源，而且由于不用等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，節(jié)約作業(yè)循環(huán)時(shí)間；旋轉(zhuǎn)油缸布置在三角構(gòu)架靠近鉸點(diǎn)一側(cè)，最大限度地縮短油缸長(zhǎng)度，減小油缸截面積，增加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力臂并縮短行程；上料皮帶和支撐主結(jié)構(gòu)底盤(pán)通過(guò)鉸點(diǎn)連接，充分發(fā)揮支撐主結(jié)構(gòu)寬大、重心低、容易行走的特點(diǎn)，降低換場(chǎng)時(shí)皮帶機(jī)移位難度，增加可靠性；換向平臺(tái)設(shè)計(jì)將重箱移開(kāi)與空箱就位合并為一個(gè)過(guò)程，且只須橫向移動(dòng)即可，有助于節(jié)約裝箱后的輔助作業(yè)時(shí)間。

考慮到裝載機(jī)、可移動(dòng)式供料站、篩分機(jī)、大傾角波紋擋邊皮帶機(jī)等配套設(shè)備能力，設(shè)備設(shè)計(jì)作業(yè)能力為/h，設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)間見(jiàn)表2。若在堆場(chǎng)將塊煤直接裝到裝箱機(jī)上，裝箱作業(yè)效率為每個(gè)集裝箱耗時(shí)；若通過(guò)篩分作業(yè)線將塊煤分裝到裝箱機(jī)上，裝箱作業(yè)效率為每個(gè)集裝箱耗時(shí)?？梢?jiàn)，與傳統(tǒng)集裝箱散貨裝箱作業(yè)相比，基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)作業(yè)效率大幅提升。

表2基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)間s

4結(jié)束語(yǔ)

在開(kāi)闊場(chǎng)地，為最大效率地實(shí)現(xiàn)散貨專(zhuān)業(yè)化篩分裝箱作業(yè)，可以采取卸車(chē)、轉(zhuǎn)運(yùn)、篩分、裝箱等作業(yè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化作業(yè)模式；在場(chǎng)地有限或篩分裝箱量較小、不足以大規(guī)模投資作業(yè)設(shè)備的情況下，可以采取基于自重護(hù)箱原理的集裝箱散貨裝箱機(jī)作業(yè)模式，具體實(shí)施過(guò)程中的技術(shù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整。

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（編輯：曹莉瓊收稿日期：2014-01-05）