基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機設計

自20世紀60年代以來，集裝箱運輸以勢不可擋的趨勢迅速改變世界物流發(fā)展模式。21世紀初，散貨集裝箱運輸因其高效、安全、環(huán)保等優(yōu)勢在我國逐步興起，其中以北方四港（秦皇島港、天津港、唐山港、黃驊港）傳統(tǒng)塊煤集裝箱運輸業(yè)務的周期性波動增長為代表。目前，關于集裝箱裝箱工藝的研究主要集中于優(yōu)化件貨箱內布局方面，而針對散貨集裝箱裝卸工藝和設備的研究很少，嚴重制約散貨集裝箱運輸發(fā)展。本文以秦皇島港塊煤集裝箱業(yè)務為例，介紹基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機，其借用集裝箱和箱內貨物的自重將力傳導到集裝箱側壁保護板上，從而防止在傾斜裝箱時集裝箱發(fā)生“漲肚”現(xiàn)象。

1傳統(tǒng)散貨裝箱情況

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

圖1傳統(tǒng)塊煤裝箱作業(yè)現(xiàn)場

表1 隨機統(tǒng)計的秦皇島港4組塊煤裝箱作業(yè)循環(huán)時間s

2基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機設計

由于散貨裝箱難度較大，必須使用專業(yè)設備將集裝箱裝滿，才能達到充分發(fā)揮運力、降低成本的目的。為此，秦皇島港設計一系列裝卸箱設備。[2-6]

2.1塊煤篩分裝箱工藝

如圖2所示：裝載機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]和振動給料機組成；振動給料機將塊煤均勻給到移動式大傾角波紋擋邊輸送機中，輸送機將塊煤給到移動式振動篩中。振動篩是雙層篩，其工作原理為：超過的大塊煤從最上層篩面落到破碎機里進行破碎，破碎后的煤炭落到堆垛皮帶機上，由皮帶機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)由溜槽落下后進入料槽，進而進入與裝箱機配套的大傾角波紋擋邊皮帶機內，給集裝箱供料；小于的末煤是第二層篩面的篩下物，經(jīng)由料斗落下后進入堆垛皮帶機進行堆垛。

圖2塊煤篩分裝箱工藝設備配置

2.2設備運行原理

傳統(tǒng)塊煤裝箱僅將集裝箱放入傾斜的基坑中，任由裝載機將塊煤灌入集裝箱內，不設任何保護裝置。散貨對集裝箱側壁的壓強與物料深度成正比，其對集裝箱側壁的壓力與物料深度的平方成正比。集裝箱設計充分考慮在水平位置裝載散貨時其對集裝箱側壁的壓力作用，因此，在該情況下，箱體完全能夠承受上述壓力。如圖3所示：設煤炭體積質量為，重力加速度為g，水平狀態(tài)物料對集裝箱側壁中心的壓強p＝1.3g；當傾斜55€白跋涫保⒒醵約跋洳啾謚行牡難骨縫＝2.27g，是水平裝箱時的1.74倍。在傾斜裝箱時散貨對集裝箱側壁壓強的增大是導致傳統(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10萬TEU，因此，有必要考慮在傾斜裝箱時對集裝箱側壁的保護問題。為此，秦皇島港研發(fā)多種散貨集裝箱側壁保護裝置，基于自重護箱原理的裝箱機就是其中之一。如圖4所示：裝箱機行走小車放到換向平臺B上，叉車將20英尺空箱放到換向平臺B的小車上，換向平臺B與換向平臺A一起移動；將換向平臺B對準大梁，驅動摩擦輪帶動小車進入由梁A、梁B和鉸點組成的旋轉平臺上；人工將集裝箱開關門器的動臂端部鎖軸器固定在集裝箱外側箱門鎖桿上；油缸縮回，由主結構平臺、梁B和鉸點組成的旋轉平臺帶動集裝箱旋轉；在旋轉過程中，集裝箱開關門器旋轉，空箱逐漸將質量壓到3個傳力輪上，傳力輪通過杠桿鉸點和杠桿機構將力傳遞給靠板；當空箱旋轉到位時，開關門器已將集裝箱門打開，3個方向的靠板對集裝箱起保護作用；啟動篩分上料設備，將集裝箱裝滿后關閉篩分上料設備；開關門器將集裝箱門關好，集裝箱兩側設置站人平臺，由人工將集裝箱門鎖桿鎖緊并封好鉛封；油缸伸出，旋轉平臺回轉至零位后驅動摩擦輪帶動重載集裝箱移動到換向平臺B上，由叉車將集裝箱卸下，完成1個作業(yè)循環(huán)。

圖4散貨裝箱機結構

2.3設備結構

2.3.1限位及緩沖機構

當裝箱機旋轉平臺往上旋轉時，托板壓迫有調節(jié)功能的彈簧裝置向皮帶方向壓縮；當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機械限位器，集裝箱及托板停止向下移動；當三角構架旋轉到55€巴Ｖ故保笄憬遣ㄎ頻脖咂ご脊┝希患跋渥奧螅孛拋爸霉厴舷涿牛透咨斐鋈槍辜芑刈兩詠?€笆保跋浼巴邪宥源β忠鹽捫蠱攘α浚堪宥約跋涫┘擁難沽獬勺爸猛貧跋湫兇咭恍《尉嗬耄豢堪謇肟跋洌跋湓諛Σ諒值那灤惺壞交幌蚱教ˋ。

2.3.2換向平臺機構

裝箱機的換向平臺機構由底座、2個相互連接的平臺、平臺驅動裝置、行走小車驅動摩擦輪等組成。在正常裝箱過程中，與集裝箱長度方向軸線重合的換向平臺是空的，另外一個換向平臺已經(jīng)裝好空箱；當集裝箱裝滿回歸零位時，摩擦輪驅動滿載重箱移位到換向平臺A上；摩擦輪驅動換向平臺A和B移位，換向平臺A離開三角構架對稱軸線，換向平臺B載著空箱進入與三角構架重合的位置；空箱和行走小車在摩擦輪的驅動下進入三角構架旋轉體內，進入下一個作業(yè)循環(huán)，在裝物料的同時，換向平臺A上的重箱被卸到運輸車上；然后，運輸車上的空箱被移至換向平臺A上，等待重新進入三角構架旋轉體。

裝箱機作業(yè)時，其主結構平臺由6個支腿支撐，以便在作業(yè)時保持穩(wěn)定。裝箱機換場行走由行走輪及換場行走輪通過轉向機構來實現(xiàn)，其換向行走則由拖頭或裝載機通過牽引架來實現(xiàn)。

2.3.3供料裝置

裝箱機的供料裝置由大傾角波紋擋邊皮帶機、供料站、支撐柱、伸縮油缸等組成。當正常供料時，大傾角波紋擋邊皮帶機的傾斜角度為50€埃壞斃兇呋懷∈保透資賬酰笄憬遣ㄎ頻脖咂ご那閾苯嵌任?0€埃匭慕檔停欣謖兇叩奈榷ㄐ浴?

3基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機設計優(yōu)點

基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機設計的優(yōu)點包括：實現(xiàn)從裝載機裝料到重載集裝箱出現(xiàn)在換向平臺的全過程自動化，取消傳統(tǒng)散貨裝箱人工開關箱及操作天車卸扣的過程；行走小車功能提高換場效率及物料離裝箱點過遠時的操作效率；在裝箱作業(yè)過程中對除集裝箱底面以外的其他3個外立面進行靠板加壓保護，避免集裝箱“漲肚”爆箱現(xiàn)象；利用集裝箱進料后的重力實現(xiàn)靠板加壓保護，不僅達到緩慢加壓的效果，最大限度地節(jié)約能源，而且由于不用等傳動機構動作，節(jié)約作業(yè)循環(huán)時間；旋轉油缸布置在三角構架靠近鉸點一側，最大限度地縮短油缸長度，減小油缸截面積，增加旋轉驅動力臂并縮短行程；上料皮帶和支撐主結構底盤通過鉸點連接，充分發(fā)揮支撐主結構寬大、重心低、容易行走的特點，降低換場時皮帶機移位難度，增加可靠性；換向平臺設計將重箱移開與空箱就位合并為一個過程，且只須橫向移動即可，有助于節(jié)約裝箱后的輔助作業(yè)時間。

考慮到裝載機、可移動式供料站、篩分機、大傾角波紋擋邊皮帶機等配套設備能力，設備設計作業(yè)能力為/h，設計作業(yè)時間見表2。若在堆場將塊煤直接裝到裝箱機上，裝箱作業(yè)效率為每個集裝箱耗時；若通過篩分作業(yè)線將塊煤分裝到裝箱機上，裝箱作業(yè)效率為每個集裝箱耗時。可見，與傳統(tǒng)集裝箱散貨裝箱作業(yè)相比，基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機作業(yè)效率大幅提升。

表2基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機設計作業(yè)時間s

4結束語

在開闊場地，為最大效率地實現(xiàn)散貨專業(yè)化篩分裝箱作業(yè)，可以采取卸車、轉運、篩分、裝箱等作業(yè)環(huán)節(jié)自動化作業(yè)模式；在場地有限或篩分裝箱量較小、不足以大規(guī)模投資作業(yè)設備的情況下，可以采取基于自重護箱原理的集裝箱散貨裝箱機作業(yè)模式，具體實施過程中的技術參數(shù)應根據(jù)實際情況作相應調整。

參考文獻：

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[7] 陳立志. 一種新型灌包裝車工藝[J]. 起重運輸機械，2003（5）：26-28.

（編輯：曹莉瓊收稿日期：2014-01-05）