新型通用集裝箱吊具及集裝箱的適應性改造

本文對現在普遍應用的集裝箱專用吊具進行了改進，并設計修改了集裝箱的結構與之適應、匹配，分析了這種改進的優勢及可行性，指出了有待解決的問題。

簡單實用的新型集裝箱吊具

眾所周知，集裝箱吊具是集裝箱裝卸轉運的大型專用機具。適合貨運倉儲、水運港口和碼頭，因其為專用設備所以具有可靠性高、運行平穩、作業效率高等特點，是起重設備重要的輔助機具。相應的常用集裝箱吊具有以下幾種基本型式：固定式集裝箱吊具、組裝式集裝箱吊具、伸縮式集裝箱吊具等。目前雙吊式集裝箱雙箱吊具、并列式集裝箱雙箱吊具也開始推廣起來。

雖然集裝箱吊具正在日異月新的發展著，多箱吊具越來越受青睞，但是起吊能力愈來愈大的集裝箱吊具已經“不堪自重了”。

以岸橋用集裝箱吊具為例，普通的20ft單箱吊具只有1.5噸左右，而雙箱伸縮式吊具自重卻在11.5噸左右。它的額定起重量為50噸±10％偏心載荷，2×32.5噸（雙箱）。當起吊的只是一個20ft的集裝箱時，吊具的自重就占了起升重量的30%多，顯然有些“殺雞用牛刀”，況且有時岸橋還要用這些重型“武器”來對付大量的空箱。毫無疑問，這是對能源的極大浪費，能源利用率極低，也違背了現在提倡建設節約型社會的大環境的要求。

針對這種情況，筆者設計了一種簡單實用的新型集裝箱吊具，并研究了集裝箱對這種新型吊具的適應性改造。

這種新型的集裝箱吊具以在不影響現有起吊能力的前提下減輕自重，達到節省能源的目的為設計理念，在20ft單箱固定式集裝箱吊具和伸縮式吊具的基礎上，融合了二者的優點設計而成，只是在現有20ft單箱固定式吊具的基礎上加上了一副可伸縮的導板。由于整體架構是20ft單向固定式吊具，伸縮式導板又沒有承重任務，其連桿只需能承受端部導板的重量即可，所以后加上的附屬總成自重非常有限，只有大約0.5噸。由于這種吊具需同時起吊2個20ft重箱，所以結構強度要在原有20ft單箱吊具的基礎上進行局部加強，尤其是四個鈕鎖的額定起重量應達到15噸×4，所以吊具的總重經計算達到2.5噸左右，如圖1所示。

新型集裝箱吊具可行性分析

1.標準可行性

新型集裝箱吊具可以裝卸一個20ft重箱、一個40ft重箱或者兩個20ft空箱（不提倡同時起吊兩個20ft重箱，但具備這種能力。）

顯然，一個以20ft固定式吊具為基礎設計出來的集裝箱吊具是無論如何也不能起吊一個40ft的集裝箱的，更不用說同時起吊兩個20ft標準集裝箱了。所以必須對現有的集裝箱進行細微的改動，而且不違反國際集裝箱標準。

在現有40ft集裝箱的基礎上，再增加四個角件。具體位置在集裝箱兩條上側梁每條增加兩個（如圖2所示），每個角件距離側梁中點的距離是半個20ft集裝箱長度3.029米。這樣經過改造的40ft集裝箱便可以被20ft集裝箱吊具裝卸了，當然也包括上述新型吊具。同樣，45ft及其它各種型號的集裝箱都可以如此改造。這樣就不必要為那些非標準集裝箱的裝卸發愁了，新設計的吊具可以“以不變應萬變”。

對于20ft集裝箱，同樣可以增加四個角件。但是這四個角件的位置都集中靠近集裝箱的中部，每個角件距離中點3.8厘米（如圖3所示），兩個角件之間的距離正好是一個40ft箱和兩個20ft箱的長度差7.6厘米，這樣可以保證新型吊具在正常積載狀態下可以順利同時起吊兩個20ft箱。由于吊具的吊點都不是在集裝箱的正中間，所以起吊時會產生明顯的偏移量，而這個偏移量會在集裝箱的兩端產生一個傾斜力矩，吊具在平衡掉這個力矩時就會使集裝箱的內側端抵緊集裝箱吊具，也就達到了在起吊集裝箱時保持其穩定的目的。

由于經改造的集裝箱的起吊點不同于普通集裝箱，尤其20ft集裝箱在雙箱起吊時吊點更是不在箱體中部，起吊點集裝箱的吊點都不是在集裝箱的正中間，所以會產生明顯的偏移量普通集裝箱的結構強度就不能滿足要求了，必須予以加強。為了節省改造成本，在此不需要改變集裝箱的整體架構用料標準，只需把普通集裝箱用以保護側壁的側柱排列方式改變一下（如3圖所示）。這樣既可以減少用料，簡化加工過程，又可以加強集裝箱的整體強度，很好的把吊點處的拉力傳遞到底板上。

2.適應性可行性

普通的伸縮式吊具一般只能裝卸20ft和40ft集裝箱，一部分也能兼顧45ft集裝箱。但是面對其他非標準集裝箱就無能為力了。新型吊具雖然四個鈕鎖的位置固定不變，但是它的起吊對象只受可伸縮導板的伸縮幅度限制，不受鈕鎖的位置限制。新型吊具的可伸縮導板由于沒有承重，質量很小，在設計時伸縮幅度可以很靈活，可同時滿足20ft、35ft、40ft、45ft等不同規格甚至更多其他非標準集裝箱的長度要求。因此，新型吊具的適應性比傳統的伸縮式吊具要更好一些。

3.技術可行性

從這種新型集裝箱吊具的結構和組成來看，沒有任何的新技術被運用到，整個系統都是由現有的模板和技術組合而成的。新型吊具的鈕鎖是在位置永遠固定的情況下動作的，而雙箱伸縮式吊具的鈕鎖需要在伸縮條件下實現開啟和鎖閉功能，所以單從技術運用上來看，新型吊具的結構技術顯然要比雙箱伸縮式的集裝箱吊具簡單實用?？傊?，新型吊具運用的技術都是不需要科研攻關的現成技術，而且簡單實用。因此這種新型吊具的生產使用都不存在問題，這點為它的順利推廣打下了良好的基礎。

同樣的道理，對現有集裝箱的適應性改造也沒有涉及到任何新技術、新工藝，只是增加了四個角件并改變了一下側柱的排列方式，所以在推廣應用時也不存在技術障礙。

4.成本可行性

由新型吊具的技術參數可知，它比雙箱岸橋及場橋用伸縮式集裝箱吊具“減肥”達8.0噸之多，稍作簡單的計算就可以得出這8.0噸“贅肉”耗費了多少能量了。還是以岸橋裝卸為例，假設岸橋吊具每次起升、降落的高度為40ft米，則岸橋每工作一個循環電機需要做功8000kg×9.8牛/kg×40米×2=6.272×106焦耳。換算成電能則是6.272×106焦耳/(1000瓦×3600秒)=1.74度。這只是保守估計，因為集裝箱岸橋在工作當中會有起升加速度和下降止落加速度以及由于負重而造成的構件之間的摩擦加大等因素，因此實際耗能要高于上述計算值。也就是說集裝箱岸橋使用這種新型的吊具每一個操作循環至少可以節省1.74度電能，以年吞吐量1000萬標箱的集裝箱碼頭來算，每年可節省成本1.74×0.5×1000萬=870萬。這僅僅是岸橋的成本降低值，現有的裝卸工藝，一般來講一個集裝箱的進出港口平均要經過6個裝、卸操作過程，所以一個港口每年加上場橋、跨運車等堆場內的裝卸機械的電能節省就至少可以達到1000萬。

從技術可行性分析也可以看到，新型吊具的技術簡單實用，而且重量大大降低，這勢必會節省大量的材料。無論從哪一方面講，吊具本身的生產成本就會有一個相當可觀的降低空間，而且，新型吊具的出現可以很好的適應并加快集裝箱大型化的發展，集裝箱的大型化又是有效降低運輸成本的捷徑，所以這種新型吊具又可以為降低集裝箱的運輸成本打開一條通路。

5.效率提高可行性

當然，重量的降低絕不僅僅是對電能的節省這一項貢獻。由于重量的減輕，起重機鋼絲繩與各滑輪、各傳動部件之間的摩擦力都會大大減小，甚至呈指數型減小，這就會為提高機械的運行效率加上了“潤滑油”。更重要的一點，港口起重機械尤其是集裝箱裝卸機械，要想提高運行速度單純靠提高勻速運動速度效果是很微弱的，必須想方設法提高機械的起升和制動加速度。但是這樣就對起重機械的電機功率提出了更高的要求。要想達到一個可觀的加速效果，現有的技術條件很困難，即使勉強達到了，在成本上也是劃不來的。所以唯一有效可行的辦法就是減輕起升重量，但這似乎與起重機的初衷相悖，因此對集裝箱裝卸機械來說只能從集裝箱動輒十幾噸的吊具上做文章了。

6.推廣銜接的可行性

新型吊具及改造后的集裝箱的推廣可以很好的和現有設備、標準相適應。這在推廣時是極為有利的優勢，在對各種集裝箱的改造過程中并未涉及到外形的標準變化，原有的四個角件也都保留不變，所以改造后的集裝箱在裝卸搬運過程中和任何起重設備、搬運機具都不發生沖突。新型吊具在推廣過渡階段也可以當作固定式20ft集裝箱吊具被應用到堆場內的場橋等起重設備上，這樣，基本解決了新吊具在逐步推廣過程中難于對原有未改造的20ft以上集裝箱“下手”的弊端。

這種新型吊具的出現改變了以往集裝箱吊具被動來適應集裝箱的大小的傳統思路，代之以“以不變應萬變”的新思路，很好地解決了集裝箱大型化帶來的吊具不能適應集裝箱大型化的要求的問題。

當然，任何事物都不可能是完美無缺的，這種新型吊具也同樣如此。新型吊具要求所有集裝箱都主動來適應吊具，這就勢必涉及到集裝箱的改造加工，增加制造成本。但是，我們可以簡單估算一下這樣做到底是否值得?，F在集裝箱班輪班期大多是周班，所以集裝箱每周至少會在兩個以上的港口經過裝卸作業，而每次進出港口集裝箱平均都要經過大約6次裝和卸的過程，所以一個集裝箱每天都會有至少一次裝或卸作業過程?，F在集裝箱的報廢年限是15年，而實際上大多集裝箱被當作二手箱轉手后繼續在航運業“服役”，所以每個集裝箱在生命周期中至少要經過365×15×1/2=2737.5次裝卸。以每次裝卸節省電能1.5度來算，每個集裝箱在用新型吊具裝卸直至報廢可以節省成本1.5×0.5×2737.5=2053.1元。顯然，改造每個集裝箱都不可能耗費兩千元人民幣之多，因此對集裝箱的改造是值得的，也是必要的。