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集装箱运输
集装箱装卸设备及各自特点
摘要2
Abstract3
第一章集装箱的发展历程4
1.1世界集装箱运输发展历程4
1.2发达国家公路集装箱发展历程5
1.3发达国家铁路集装箱发展历程6
第二章公路集装箱运输装卸过程6
2.1机械装卸设备6
2.1电气化装卸设备8
2.1.1齿轮齿条驱动的小车运行机构原理8
2.1.2.集装箱正面吊运机9
第三章铁路集装箱装卸设备及特点9
3.1轨道式集装箱龙门起重机10
3.2集装箱正面吊运机的结构特点10
3.3集装箱正面吊运机的类型11
第三章船舶集装箱装卸设备及工艺12
3.1 几种典型的集装箱码头装卸工艺系统12
总结14
第一章集装箱的发展历程
1.1世界集装箱运输发展历程
集装箱作为现代物流业的先进运输装备,其发明、应用和快速发展推动了经济全球化和世界经济一体化,对企业生产方式、组织方式乃至国际分工和全球经济均产生了重大和深刻的影响,其作用和地位已经得到世界范围的普遍认可。
一个结构简单、看似普通的大铁箱子为什么能对世界经济产生如此深远的影响。
时至今日仍蓬勃发展、无法替代,甚至连替代的概念还没有出现。
回顾其发展历程和发展轨迹或许可以找到问题的答案。
纵观世界集装箱运输发展的历程,从1801年英国人提出集装箱运输概念至今只200多年的历史,从其发展阶段来看,大致可以分为四个发展时期:
起步探索期、试行推广期、积极发展期和快速扩张期。
(1)起步探索期(19世纪初~19世纪末)。
英国人安德森博士于1801年率先提出现代集装箱运输概念[1];1845年,英国出现了酷似现代集装箱的载货车箱;1880年美国试制第一艘内河集装箱船;1890年英国正式使用了简陋的集装箱。
(2)试行推广期(20世纪初~50年代)。
1917年美国首先在铁路上试行了集装箱运输;1926年、1928年德国、法国先后出现了集装箱运输;随后,日本、意大利相继开始了集装箱运输。
但此时期各国集装箱标准不一,规格繁杂,港口、船舶、公路、铁路、吊装机械等配套设施发展缓慢,制约了集装箱优势的发挥,集装箱运输没有得到应有的重视。
(3)积极发展期(20世纪50年代~80年代)。
1956年4月26日美国新泽西州纽华克港,理想X号油轮改装后运载58个铝制集装箱驶往休斯顿,开创了集装箱规模化航运的先河;1961年被业内人士称为.集装箱之父的美国人马尔科姆麦克莱恩先生出资在ISO(国际标准化组织)成立了集装箱专业技术委员会,专门研究和制定国际集装箱运输相关技术标准,推动了集装箱在全球范围内标准化、规模化;越战期间,美国人迫于战争后勤补给需要,大量使用集装箱运输作战物资,效果甚佳,改变了战时后勤物资补给混乱无序、效率低下的状况,集装箱运输高效便捷的优势被美国军方一致首肯;1966年,麦克莱恩领导的海陆联运公司在北大西洋航线上开始使用改装的集装箱船费尔号为集装箱直达联运翻开新的一页。
(4)快速扩张期(20世纪80年代至今)。
集装箱航运进入亚洲蓬勃发展,日本、新加坡、韩国、我国香港、台湾地区的集装箱大港层出不穷。
公路、铁路、航空及内河水路多种运输方式衔接的集装箱多式联运快速发展,多式联运体系逐渐完善,优势日益显现。
1.2发达国家公路集装箱发展历程
任何事物的发展都是在一定主管因素、在一定驱动力的推动下进行的,发达国家的集装箱运输也是如此。
从集装箱的运输发展来看,许多学者都是以历史上不同的运输工具的出现和发展时期进行划分的,随着社会经济的不断发展过程,发达国家对公路集装箱运输发展分前运输化、运输化、后运输化三个阶段。
在前运输化阶段,经济活动范围较小,人类主要从事游牧业、农业、小手工业和工场手工业生产。
而游牧业和传统农业要运输的货物较少,小手工业和工场手工业的原料多数在当地就可以解决。
所以,在这个阶段构成水陆运输量的主要是农产品和手工业品。
这段时期运输的主要特征是:
运输工具落后,运输速度慢,运输成本高,运输能力不足,社会运输设施增加缓慢,经济活动产生的人和物的位移总量很小。
运输化是随着工业化的发生而出现的,在发达国家的工业化从纺织工业到冶金原材料工业、到机电化学工业、到高度加工工业的进程中,运输化也经历了一个从发生到发展、到完善的演变。
运输化分为初步运输化阶段和完善运输化阶段。
在初步运输化阶段,工业处在纺织和冶金原材料工业阶段。
这时期,总运输量的增长超过国民生产总值的增长,社会经济对运输业的需要主要表现在量的方面,要求迅速建成四通八达的铁路和水运网,大规模的提高运输能力。
在完善运输化阶段,工业处在机电和化学工业为主的发展阶段。
这时期,综合性的运输体系已经形成,但货物运输量的增长速度却开始放慢,逐渐与国民生产总值的增长变为同步或略低的增长,社会经济对运输的需要更多地表现在质量的方面,即运输需求出现多样化,要求更迅速、更方便、更完善的运输网,以满足多方面的运输需求。
在后运输话阶段,发达国家经济的增长已经向提高加工层次、获得更大的附加价值方向,向更多的依赖深度加工、依赖技术、依赖信息方向转变。
经济的转变、信息技术的发展,带来后工业化社会的出现,而作为工业化主要特征之一的运输化,也必然会发生向后运输化转变的趋势。
运输业的基础地位有所减弱,增长速度明显放慢,货运量和周转量逐渐减少,运输业在国民经济结构中的比重进一步缩小。
但是,在运输质量方面却提出更严格的要求,运输速度和频率加快,小批量和特种运输的数量增加,运输服务更加方便可靠。
1.3发达国家铁路集装箱发展历程
集装箱运输作为一种重要的货物运输方式,由于其货物损耗小、便于“门到门”、方便多式联运等特点,而得到人们的普遍采用。
作为中国铁路运输中的重要组成部分,其集装箱运输取得的成绩令人鼓舞,存在的问题也令人担忧。
回顾铁路集装箱运输的发展历程,铁路从1955年开始发展集装箱运输,至今已有50多年的历史。
到2005年底,铁路集装箱货物发送量已达到277.2万TEU,比2000年增长了25.4%,货物发送吨数2005年也达到5564.9万吨,比2000年净增长了 68.6%。
铁路集装箱运输装备,目前拥有1吨、10吨集装箱,20英池、40英尺以及48英尺国际通用箱,另外还有冷藏、保温,发电、油罐,干散货、水煤浆集装箱等一系列专用集装箱和集装箱专用平车装备。
目前,全路共拥有609个集装箱办理站,铁路连接港站港口已达12个。
德国铁路集装箱运量达到其总运量的20%、英国达到30%、法国达到40%、并以6%~9%的速度年均增长。
日本也基本上把全部适箱货物都纳入集装箱运输,印度这个数字也高达27.5%。
第二章公路集装箱运输装卸过程
使用集装箱转运货物,可直接在发货人的仓库装货,运到收货人的仓库卸货,中途更换车、船时,无须将货物从箱内取出换装。
因此集装箱是一种伟大的发明。
集装箱最大的成功在于其产品的标准化以及由此建立的一整套运输体系。
能够让一个载重几十吨的庞然大物实现标准化,并且以此为基础逐步实现全球范围内的船舶、港口、航线、公路、中转站、桥梁、隧道、多式联运相配套的物流系统,这的确堪称人类有史以来创造的伟大奇迹之一了。
2.1机械装卸设备
一、集装箱吊环
集装箱吊具分不可伸缩的固定式吊具、组合式吊具和伸缩吊具三种。
1.固定式吊具包括:
(1)直接吊装式吊具
(2)悬梁式吊具
2.组合式吊具
3.伸缩式吊具
二.岸边集装箱起重机
1.按门架结构形式可分为:
A形门架、H形门架、AH组合形门架及门框行门架。
2.按前大梁结构形式可分为:
俯仰式、折叠式和伸缩式。
3.按行走小车牵引方式可分为:
自行小车式、全绳索牵引小车式、半绳索牵引小车式和导杆牵引小车式。
三.集装箱龙门起重机
集装箱龙门起重机分为轮胎式集装箱龙门起重机和轨道式集装箱龙门起重机。
1.轮胎式集装箱龙门起重机
(1)结构
由前后两片门框和底梁组成门架,橡胶充气轮胎组成行走机构,小车沿门框上横梁上行走,进行堆码作业或装卸底盘车。
多采用内燃机-电力驱动
(2)回转和减摇装置
吊具可在±50的小范围内回转,以便吊具对正集装箱锁孔。
因大、小车经常移动,必在前后、左右四个方向上设减摇装置。
(3)行走微动措施
行走小车位置的变化或吊重的变化,轮胎充气压力不完全一致等,导致辆两侧轮胎变形量不同,出现走偏或蛇行。
防止措施:
A.设走偏指示杆和行走限位报警器B.无线电感应轨迹自动控制装置
(4)小车运行机构
分别驱动:
两台电动机分别通过减速驱动左右车轮。
集中驱动:
一台电动机采用低速成共轴形式驱动左右车轮。
(5)轮胎龙门起重机的转向
A.定轴转向:
转弯半径大,适用于宽敞、设备台数少,使用不频繁的堆场。
B.900直角转向:
在每个支腿下安装一900转向装置。
(6)轮胎式龙门起重机的主要参数
◆起重量
由额定起重量和吊具重量决定
◆跨距
取决于跨下所需堆码的集装箱列数和底盘车的通道宽度。
多按6列集装箱和1条底盘车考虑,取23.5m
◆起升高度
取决于起重机下所堆放的集装箱层数和高度。
一般按堆放四层,通过三层考虑取11—12m
◆运行速度
有普通型和高速型两种
2.1电气化装卸设备
2.1.1齿轮齿条驱动的小车运行机构原理
1-联轴节2-齿条3-小车运行轨道4-小车行走轮5-驱动齿轮6-驱动半轴7-减速器
8-联轴节9-电动机
特点:
小车定位准确,恶劣气候不出现打滑
2.1.2.集装箱正面吊运机
集装箱正面吊动机是一种多用途的流动式集装箱装卸搬运机械
性能特点(与叉车比较):
机动性高
稳定性好
轮压小
堆码层数高
可隔箱作业、堆场利用率高
组成:
运行机构
臂架伸缩机构
变幅机构
可回转、伸缩、转向的吊具
第三章铁路集装箱装卸设备及特点
3.1轨道式集装箱龙门起重机
适用于堆场面积有限和吞吐量较大的集装箱专用码头
(1)结构
两片双悬臂的门架由上、下横梁连接,门架通过大车运行机构沿地面固定的轨道运行
(2)轨道式集装箱龙门起重机的配置
岸边集装箱起重机将集装箱从船上卸至码头前沿挂车上,拖至堆场后,由轨道式集装箱龙门起重机进行装卸堆码作业,或者相反。
为适应岸边集装箱起重机生产率的要求,一般采用一个泊位两台岸边机+三台轨道机,其中两台供前方船舶装卸作业,一台供后方进箱和提箱用。
(3)回转机构
回转机构装在载重小车上,驱动方式:
A、转盘下装四个滚轮,两个主动两个从动。
由两台对称布置的驱动装置驱动。
B、采用大直径滚柱轴承,回转较平稳,只需一套驱动装置。
3.2集装箱正面吊运机的结构特点
A.有可伸缩和左右回转1200的吊具
悬挂在伸缩臂架上的吊具可绕轴线回转,且可左右移动各800mm,几乎可以在任何条件下在集装箱堆场进行作业
B.有能带载变幅的伸缩臂架
集装箱的升降运动由臂架伸缩和变幅来共同完成,无专门起升机构,伸缩和变幅可同时进行,升降速度大,生产效率高
C.作业幅度大,能堆码多层集装箱及跨箱作业
具有集装箱叉式装卸车和跨运车的共同特点,能吊装四到五个箱高,且可跨箱作业
D.具有多种保护装置,能保证作业安全
●防倾覆保护
限制各种工作幅度下的起重量允许值。
超起重量时臂架不能伸缩、俯仰,吊具不能回转,有红色信号灯警告
●旋锁动作保护
旋锁完全进入集装箱角配件孔中,旋锁才动作;或是旋锁不在全开或全闭的状态下,臂架伸缩、俯仰和吊具回转都不能动作,同时也有信号灯指示
●高速保护
●起吊集装箱后,整机不能用高速档行驶,否则发动机自行停止运转
●变速杆入档后,发动机不能启动
●臂架最大仰角的限位保护
●入档后再拉手制动,发动机即停止
E.加装吊钩后,可吊装其他重大件货物
能实现所谓集成吊运,即将集装箱连同公路运输的拖车一同吊装上火车。
F.轮压低
由于满载后整车的重心位置仍在前后轮之间的接近中心处,并有八个轮胎接地,因此轮压比叉车低。
3.3集装箱正面吊运机的类型
1.单臂架集装箱正面吊运机
起重臂为单箱式结构,用两个变幅油缸支撑
吊运倾斜的集装箱时,用吊具与臂架间的摆动进行对位
吊具与臂架是单支点连接,吊运装载重心偏移的集装箱要通过横移吊具保持平衡。
吊机行走时,路面不平易导致摇摆。
双油缸驱动变幅,易出现油缸工作不同步,使臂架受扭
2.双臂架集装箱正面吊运机
采用箱形结构双起重臂
双臂架集装箱正面吊运机的主要特点:
(1)用两个小断面的臂架代替一个大断面臂架。
两个臂架都可以伸缩,并由两个变幅油缸分别支撑,两个臂架可以分别动作,也可同步动作,其结构和液压控制系统比较复杂
(2)臂架与吊具是双支承连接,吊具稳定性较好,即使遇到集装箱装载偏心或路面不平的情况,也不会引起吊具摆动。
(3)双臂架集装箱正面吊运机受力比较简单,变幅油缸不存在同步问题。
(4)两臂架中间距离较大,驾驶室可放在中间,并可以适当提高其高度,使驾驶员视野较好
(5)为使吊具旋转较大的角度,必须在平衡架下再安装吊具旋转机构,整个吊具高度较大,降低了有效起升高度
(6)在吊运倾斜的集装箱时,可使两臂架采用不同的高度而使吊具就位,也可让两臂架伸出不同的长度来使集装箱转动一定的角度
3.集装箱正面吊运机的主要技术参数
(1).起重量
根据额定起重量和吊具的重量来确定。
额定起重量一般按所吊运的集装箱最大总重量确定,其吊具重量约为10t。
(2).起升高度
即堆码高度,一般为四层箱高,起升高度一般为11m左右.要求堆五层箱高时,一般为13m左右
(3).工作幅度
通常能跨一排箱作业。
一般要求在对第一排箱作业时,前轮外沿离集装箱的距离为700m左右,工作幅度最小应距前轮外沿2m。
在对第二排箱作业时,前轮离第一排集装箱的距离为500mm左右,工作幅度最小距离前轮外沿4.1m
(4).车身外形尺寸
主要用于货场作业,要求能适应狭小的场地条件,对通过性能要求较高,需要控制车身宽度和长度
一般要求正面吊运机能在7.5m左右的直角通道上转弯,在9.5m左右的通道内能900转向。
要求最小转弯半径在8.5m左右,最大轴距为5.5m左右,车体带臂架长度约为7.5~8m左右,车宽一般为3.5~4m左右
(5).行走速度
其运行距离一般在40〜50m以内较为合理。
如距离太远,则应在前沿机械与堆场间用拖挂车来作水平运输。
满载时只允许低速行驶,因集装箱正面吊运机自重较大,如行驶速度过快,则对爬坡、制动、整机稳定性以及发动机功率都有较大影响,故满载时最高速度一般不超过10km/h。
空载时可高速行驶,一般为25km/h左右。
第三章船舶集装箱装卸设备及工艺
3.1 几种典型的集装箱码头装卸工艺系统
集装箱码头的装卸工艺有几种典型的系统,底盘车系统、跨运车系统、龙门吊系统及混合型系统。
一、底盘车系统(TrailerChassisSystem)
码头的前沿采用岸边集装箱装卸桥承担船舶的装卸作业,进口集装箱由装卸桥直接卸到底盘车上,集装箱牵引车将载有集装箱的底盘车拖到堆场停放,出场时集装箱牵引车将载有集装箱的底盘车从堆场上直接拖出港区。
出口集装箱由集装箱牵引车将载有集装箱的底盘车从港区停放在堆场上,装船时再由集装箱牵引车将载有集装箱的底盘车从堆场拖到码头前沿,由岸边集装箱装卸桥将箱吊装上船。
该系统的主要特点是,集装箱在码头堆场的整个停留期间均放置在底盘车上。
1.底盘车系统的主要优点
(1)集装箱在港的操作次数减少,装卸效率高,损坏率小;
(2)工作组织简单,对装卸工人和管理人员的技术要求不高。
2.底盘车系统的主要缺点
(1)底盘车的需求量大,投资大,在运量高峰期可能会出现因底盘车不足而间断作业的现象;
(2)不易实现自动化。
3.底盘车系统主要适用集装箱码头的起步阶段,特别是整箱货比例较大的码头
二、跨运车系统
码头前沿采用岸边集装箱装卸桥承担船舶的装卸作业,跨运车承担码头前沿与堆场之间的水平运输,以及堆场的堆码和进出场车辆的装卸作业。
即“船到场”作业是由装卸桥将集装箱从船上卸到码头前沿,再由跨运车将集装箱搬运至码头堆场的指定箱位;“场到场”、“场到集装箱拖运车”、“场到货运站”等作业均由跨运车承担。
1.跨运车系统的主要优点。
(1)跨运车一机完成多种作业(包括自取、搬运、堆垛、装卸车辆等),减少码头的机种和数量,便于组织管理;
(2)跨运车机动灵活、对位快,岸边装卸桥只需将集装箱卸在码头前沿,无需准确对位,跨运车自行抓取运走,充分发挥岸边集装箱装卸桥的效率;
(3)机动性强,既能搬运又能堆码,减少作业环节;
(4)堆场的利用率较高,所需的场地面积较小。
2.跨运车系统的主要缺点。
(1)跨运车机械结构复杂,液压部件多,故障率高,对维修人员的技术要求高,且造价昂贵;
(2)跨运车的车体较大,司机室位置高、视野差,操作时需配备助手;
(3)司机的操作水平要求较高,若司机对位不准,容易造成集装箱损坏。
3.跨运车系统适用的码头。
该系统适用于进口重箱量大、出口重箱量小的集装箱码头。
三、轮胎式龙门起重机系统
轮胎式龙门起重机系统的码头前沿采用岸边集装箱装卸桥承担船舶的装卸作业,轮胎式龙门起重机承担码头堆场的装卸和堆码作业,从码头前沿至堆场、堆场内箱区间的水平运输由集卡完成。
轮胎式龙门起重机一般可跨6列和1列集卡车道,堆高为3至5层集装箱。
轮胎式龙门起重机设有转向装置,能从一个箱区移至另一个箱区进行作业。
轮胎式龙门起重机系统适用于陆地面积较小的码头。
我国大部分集装箱码头采用这种工艺系统。
四、轨道式龙门起重机系统
轨道式龙门起重机系统与轮胎式龙门起重机系统相比,堆场机械的跨距更大,堆高能力更强。
轨道式龙门起重机可堆积4~5层集装箱?
可跨14列甚至更多列集装箱。
轨道式龙门起重机系统适用于场地面积有限,集装箱吞吐量较大的水陆联运码头。
五、跨运车-龙门吊混合系统
从经济性和装卸性能的观点来看,前四项工艺系统方案各有利弊,目前世界上有些港口采用了前述工艺方案的混合系统,跨运车一龙门吊混合系统,其主要特点是:
(1)船边的装卸由岸边集装箱装卸桥承担;
(2)进口集装箱的水平运输、堆码和交货装车由跨运车负责完成;
(3)出口箱的货场与码头前沿之间的水平运输由集装箱半挂车完成,货场的装卸和堆码由轨道式龙门起重机完成。
由于混合系统能充分发挥各种机械的特点,扬长避短,更加趋于合理和完善,目前世界上已有不少码头采用了这种方案。
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