楊榮+易應強

自動化集裝箱碼頭在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過能力等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來港口發(fā)展的必然趨勢。自從1993年荷蘭鹿特丹港建成世界上首個自動化集裝箱碼頭以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化集裝箱碼頭呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。截至2013年底，世界已建和在建自動化集裝箱碼頭共計32個，自動化碼頭成為未來集裝箱碼頭發(fā)展新方向。[1]

在現(xiàn)有裝卸船作業(yè)工藝下：裝船作業(yè)時，需要在集裝箱底部安裝轉(zhuǎn)鎖后再裝船；卸船作業(yè)時，需要將集裝箱底部轉(zhuǎn)鎖拆下后才能將卸船集裝箱放置在地面上，以免造成轉(zhuǎn)鎖損壞。目前，由于人工跨運車工藝具有效率高、投資成本低等優(yōu)點，被廣泛應用于自動化集裝箱碼頭岸邊至堆場的集裝箱雙向水平運輸作業(yè)。由于跨運車在水平運輸時無須帶鎖著箱，為與岸橋配合作業(yè)，集裝箱轉(zhuǎn)鎖拆裝成為跨運車作業(yè)工藝中亟待解決的技術(shù)難題。本文在分析自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝方案。

1 自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展

現(xiàn)狀

1.1 自動化集裝箱碼頭工藝系統(tǒng)概況

自動化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)工藝主要有“自動化軌道吊+自動導引車”“自動化軌道吊+人工跨運車”“帶外伸臂軌道吊+集卡”等典型形式。[2]目前新建自動化集裝箱碼頭一般采用“自動化軌道吊+自動導引車”或“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝。由于“帶外伸臂軌道吊+集卡”裝卸作業(yè)工藝存在外集卡在場內(nèi)定位困難等問題，其應用范圍局限于亞洲部分自動化集裝箱碼頭。

在“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝下，人工跨運車無須與其他起重設(shè)備進行對箱交接作業(yè)，可以騎跨在集裝箱上方，利用起升機構(gòu)自行提取或放置集裝箱，從而實現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)間的解耦。人工跨運車工藝一般不采用雙小車岸橋，因為自動運行的岸橋后小車與岸橋下方人工跨運車的配合作業(yè)難度較大，存在較高安全風險。鑒于此，采用人工跨運車工藝的自動化集裝箱碼頭多采用單小車岸橋，在岸橋岸側(cè)腿內(nèi)設(shè)中間平臺，以便進行轉(zhuǎn)鎖拆裝和箱號掃描作業(yè)。不過，該平臺方案將集裝箱作業(yè)過程分為兩部分，使岸橋單次作業(yè)需要進行2次加減速，大幅降低岸橋作業(yè)效率（見圖1）。針對該情況，很多自動化集裝箱碼頭直接廢棄中間平臺，選擇在地面進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)；不過，該方案的缺點是人機混雜作業(yè)，容易引發(fā)安全事故。

圖1 帶中間平臺的單小車岸橋作業(yè)

1.2 集裝箱轉(zhuǎn)鎖介紹

目前船用集裝箱轉(zhuǎn)鎖的使用情況十分復雜，轉(zhuǎn)鎖具體構(gòu)造在國際上沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國相關(guān)標準，集裝箱轉(zhuǎn)鎖可以大致分為分體式、整體式、半自動式和全自動式。考慮到存在一些固定式連接鎖，需要人工拆卸的集裝箱轉(zhuǎn)鎖至少有6大類100余種。

由于船公司間的競爭關(guān)系，不同船公司的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式往往不同；由于不同船舶的投產(chǎn)時間各不相同以及不同船公司合營同一條航線等原因，同一航線不同船舶的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式也可能不同；甚至對于同一船舶來說，集裝箱轉(zhuǎn)鎖耗損后補充的轉(zhuǎn)鎖未必與原來的轉(zhuǎn)鎖相同，從而造成同一船舶上裝有不同形式的集裝箱轉(zhuǎn)鎖（見圖2）。此外，由于加固要求不同，同一集裝箱不同鎖眼的轉(zhuǎn)鎖形式也不盡相同。例如，對于甲板上的雙20英尺集裝箱來說，其外部兩角的轉(zhuǎn)鎖與內(nèi)部兩角的連接鎖形式完全不同。由此可見，若要開發(fā)可以全兼容的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置，其難度極大。[3-5]

圖2 船舶各位置典型集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式

1.3 現(xiàn)有自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

目前，美國RAM公司和馬士基公司均設(shè)計出概念自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置（見圖3～4），并進行了一系列工業(yè)試驗。兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置的基本原理相似，均采用機械臂模擬人手旋轉(zhuǎn)鎖的下部，通過連軸帶動鎖的上部旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖拆裝。兩者的區(qū)別在于：RAM公司設(shè)計的裝置實現(xiàn)完全自動化，但其機構(gòu)較為復雜；馬士基公司設(shè)計的裝置通過傳送帶將拆下的轉(zhuǎn)鎖傳送到人工作業(yè)平臺，由人工完成后續(xù)作業(yè)，其機構(gòu)較為簡單。目前這兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝技術(shù)尚不成熟，僅適用于70%左右的轉(zhuǎn)鎖類型，不適用于需要人工開關(guān)的連接鎖或帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖（見圖5～6）。

圖3 RAM公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖4 馬士基公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖5 需要人工開關(guān)的連接鎖

圖6 帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖

2 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

設(shè)計

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在自動化集裝箱碼頭使用全自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置仍存在一定難度，為不影響岸橋作業(yè)效率，設(shè)計出可在地面操作的人車分開作業(yè)的新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝。

2.1 與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計

與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺（以下簡稱隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺）結(jié)構(gòu)如圖7所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上設(shè)有電磁式傳感器或光電式傳感器，岸橋上設(shè)置觸發(fā)器；平臺設(shè)置輪胎和液壓支腿，可隨岸橋同步移動，并通過定位傳感器實現(xiàn)其與岸橋之間的定位；平臺轉(zhuǎn)鎖位置設(shè)計為鏤空結(jié)構(gòu)；平臺頂部下方設(shè)置人工轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)空間，并設(shè)置轉(zhuǎn)鎖箱，作業(yè)人員可在此空間內(nèi)進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)。設(shè)計時充分考慮作業(yè)人員安全防護問題，在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺兩端設(shè)置安全區(qū)和電氣連鎖，只有當作業(yè)人員到達安全區(qū)后才允許岸橋進行抓箱或落箱作業(yè)。另外，隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的整體強度設(shè)計滿足在極端情況下對作業(yè)人員的保護要求。

圖7 隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝設(shè)計

應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)如圖8所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于岸橋跨距內(nèi)或后側(cè)外伸臂下，通過電氣控制實現(xiàn)與岸橋隨動和定位。卸船作業(yè)時：岸橋?qū)⒓b箱從船上取下，并放置在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上；平臺下配備1名轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員，集裝箱拆鎖后，由人工跨運車將集裝箱從平臺上吊起并運輸至后方自動化堆場。裝船作業(yè)流程與卸船作業(yè)流程相反。

圖8 應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)

以卸船作業(yè)為例，應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)流程如下：（1）岸橋移動至作業(yè)位置，開啟岸橋上的觸發(fā)器，向平臺上的傳感器發(fā)出信號；平臺傳感器接收信號后，隨岸橋移動并定位于岸橋后大梁下裝卸區(qū)域內(nèi)的指定位置；頂升支腿裝置頂起平臺，使平臺得到穩(wěn)固支撐。（2）作業(yè)人員在安全等待室內(nèi)等待作業(yè)指令。（3）岸橋從船上提取集裝箱后運送至平臺；當岸橋離開平臺時，關(guān)閉觸發(fā)器。（4）作業(yè)人員進入安全走廊，拆下集裝箱底部的轉(zhuǎn)鎖并將其放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)（或者在自動轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置拆鎖后由人工將轉(zhuǎn)鎖放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)）。（5）作業(yè)人員返回安全等待室。（6）跨運車到達岸橋下的裝卸區(qū)域，騎跨在平臺上方提取集裝箱。

3 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

優(yōu)缺點

新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝主要有以下優(yōu)點：（1）隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計有利于保證岸橋裝卸作業(yè)的連貫性，在一定程度上提升岸橋作業(yè)效率；（2）由于岸橋啟停動作減少，有利于降低岸橋作業(yè)能耗；（3）實現(xiàn)人車分開作業(yè)，有效保證轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員人身安全。新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝的缺點在于：隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計影響跨運車的轉(zhuǎn)彎空間，在岸橋作業(yè)間距較小的情況下，可能引起作業(yè)現(xiàn)場交通擁堵。不過，該缺陷可以通過將相鄰隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于不同車道位置的方式加以彌補。

參考文獻：

[1] 何鋼，張耀周.集裝箱自動化碼頭的形成和發(fā)展[J].港口科技，2013（S1）：54-56.

[2] 楊瑞，謝文寧.自動化集裝箱碼頭的裝卸工藝及設(shè)備[J].集裝箱化，2010，21（3）：2-4.

[3] 丁建軍，陳定方，周國柱，等.集裝箱轉(zhuǎn)鎖裝卸機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2004，28（1）：33-35.

[4] 蔡懷陽.集裝箱轉(zhuǎn)鎖機械手設(shè)計與監(jiān)控[D].武漢：武漢理工大學，2001.

[5] 劉洋，張衛(wèi)，莊鑫傳.一種集裝箱固定旋鎖自動拆卸裝置的設(shè)計[J].港口科技，2012（10）：27-28.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）

自動化集裝箱碼頭在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過能力等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來港口發(fā)展的必然趨勢。自從1993年荷蘭鹿特丹港建成世界上首個自動化集裝箱碼頭以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化集裝箱碼頭呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。截至2013年底，世界已建和在建自動化集裝箱碼頭共計32個，自動化碼頭成為未來集裝箱碼頭發(fā)展新方向。[1]

在現(xiàn)有裝卸船作業(yè)工藝下：裝船作業(yè)時，需要在集裝箱底部安裝轉(zhuǎn)鎖后再裝船；卸船作業(yè)時，需要將集裝箱底部轉(zhuǎn)鎖拆下后才能將卸船集裝箱放置在地面上，以免造成轉(zhuǎn)鎖損壞。目前，由于人工跨運車工藝具有效率高、投資成本低等優(yōu)點，被廣泛應用于自動化集裝箱碼頭岸邊至堆場的集裝箱雙向水平運輸作業(yè)。由于跨運車在水平運輸時無須帶鎖著箱，為與岸橋配合作業(yè)，集裝箱轉(zhuǎn)鎖拆裝成為跨運車作業(yè)工藝中亟待解決的技術(shù)難題。本文在分析自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝方案。

1 自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展

現(xiàn)狀

1.1 自動化集裝箱碼頭工藝系統(tǒng)概況

自動化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)工藝主要有“自動化軌道吊+自動導引車”“自動化軌道吊+人工跨運車”“帶外伸臂軌道吊+集卡”等典型形式。[2]目前新建自動化集裝箱碼頭一般采用“自動化軌道吊+自動導引車”或“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝。由于“帶外伸臂軌道吊+集卡”裝卸作業(yè)工藝存在外集卡在場內(nèi)定位困難等問題，其應用范圍局限于亞洲部分自動化集裝箱碼頭。

在“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝下，人工跨運車無須與其他起重設(shè)備進行對箱交接作業(yè)，可以騎跨在集裝箱上方，利用起升機構(gòu)自行提取或放置集裝箱，從而實現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)間的解耦。人工跨運車工藝一般不采用雙小車岸橋，因為自動運行的岸橋后小車與岸橋下方人工跨運車的配合作業(yè)難度較大，存在較高安全風險。鑒于此，采用人工跨運車工藝的自動化集裝箱碼頭多采用單小車岸橋，在岸橋岸側(cè)腿內(nèi)設(shè)中間平臺，以便進行轉(zhuǎn)鎖拆裝和箱號掃描作業(yè)。不過，該平臺方案將集裝箱作業(yè)過程分為兩部分，使岸橋單次作業(yè)需要進行2次加減速，大幅降低岸橋作業(yè)效率（見圖1）。針對該情況，很多自動化集裝箱碼頭直接廢棄中間平臺，選擇在地面進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)；不過，該方案的缺點是人機混雜作業(yè)，容易引發(fā)安全事故。

圖1 帶中間平臺的單小車岸橋作業(yè)

1.2 集裝箱轉(zhuǎn)鎖介紹

目前船用集裝箱轉(zhuǎn)鎖的使用情況十分復雜，轉(zhuǎn)鎖具體構(gòu)造在國際上沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國相關(guān)標準，集裝箱轉(zhuǎn)鎖可以大致分為分體式、整體式、半自動式和全自動式?？紤]到存在一些固定式連接鎖，需要人工拆卸的集裝箱轉(zhuǎn)鎖至少有6大類100余種。

由于船公司間的競爭關(guān)系，不同船公司的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式往往不同；由于不同船舶的投產(chǎn)時間各不相同以及不同船公司合營同一條航線等原因，同一航線不同船舶的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式也可能不同；甚至對于同一船舶來說，集裝箱轉(zhuǎn)鎖耗損后補充的轉(zhuǎn)鎖未必與原來的轉(zhuǎn)鎖相同，從而造成同一船舶上裝有不同形式的集裝箱轉(zhuǎn)鎖（見圖2）。此外，由于加固要求不同，同一集裝箱不同鎖眼的轉(zhuǎn)鎖形式也不盡相同。例如，對于甲板上的雙20英尺集裝箱來說，其外部兩角的轉(zhuǎn)鎖與內(nèi)部兩角的連接鎖形式完全不同。由此可見，若要開發(fā)可以全兼容的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置，其難度極大。[3-5]

圖2 船舶各位置典型集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式

1.3 現(xiàn)有自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

目前，美國RAM公司和馬士基公司均設(shè)計出概念自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置（見圖3～4），并進行了一系列工業(yè)試驗。兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置的基本原理相似，均采用機械臂模擬人手旋轉(zhuǎn)鎖的下部，通過連軸帶動鎖的上部旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖拆裝。兩者的區(qū)別在于：RAM公司設(shè)計的裝置實現(xiàn)完全自動化，但其機構(gòu)較為復雜；馬士基公司設(shè)計的裝置通過傳送帶將拆下的轉(zhuǎn)鎖傳送到人工作業(yè)平臺，由人工完成后續(xù)作業(yè)，其機構(gòu)較為簡單。目前這兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝技術(shù)尚不成熟，僅適用于70%左右的轉(zhuǎn)鎖類型，不適用于需要人工開關(guān)的連接鎖或帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖（見圖5～6）。

圖3 RAM公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖4 馬士基公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖5 需要人工開關(guān)的連接鎖

圖6 帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖

2 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

設(shè)計

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在自動化集裝箱碼頭使用全自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置仍存在一定難度，為不影響岸橋作業(yè)效率，設(shè)計出可在地面操作的人車分開作業(yè)的新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝。

2.1 與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計

與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺（以下簡稱隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺）結(jié)構(gòu)如圖7所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上設(shè)有電磁式傳感器或光電式傳感器，岸橋上設(shè)置觸發(fā)器；平臺設(shè)置輪胎和液壓支腿，可隨岸橋同步移動，并通過定位傳感器實現(xiàn)其與岸橋之間的定位；平臺轉(zhuǎn)鎖位置設(shè)計為鏤空結(jié)構(gòu)；平臺頂部下方設(shè)置人工轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)空間，并設(shè)置轉(zhuǎn)鎖箱，作業(yè)人員可在此空間內(nèi)進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)。設(shè)計時充分考慮作業(yè)人員安全防護問題，在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺兩端設(shè)置安全區(qū)和電氣連鎖，只有當作業(yè)人員到達安全區(qū)后才允許岸橋進行抓箱或落箱作業(yè)。另外，隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的整體強度設(shè)計滿足在極端情況下對作業(yè)人員的保護要求。

圖7 隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝設(shè)計

應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)如圖8所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于岸橋跨距內(nèi)或后側(cè)外伸臂下，通過電氣控制實現(xiàn)與岸橋隨動和定位。卸船作業(yè)時：岸橋?qū)⒓b箱從船上取下，并放置在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上；平臺下配備1名轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員，集裝箱拆鎖后，由人工跨運車將集裝箱從平臺上吊起并運輸至后方自動化堆場。裝船作業(yè)流程與卸船作業(yè)流程相反。

圖8 應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)

以卸船作業(yè)為例，應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)流程如下：（1）岸橋移動至作業(yè)位置，開啟岸橋上的觸發(fā)器，向平臺上的傳感器發(fā)出信號；平臺傳感器接收信號后，隨岸橋移動并定位于岸橋后大梁下裝卸區(qū)域內(nèi)的指定位置；頂升支腿裝置頂起平臺，使平臺得到穩(wěn)固支撐。（2）作業(yè)人員在安全等待室內(nèi)等待作業(yè)指令。（3）岸橋從船上提取集裝箱后運送至平臺；當岸橋離開平臺時，關(guān)閉觸發(fā)器。（4）作業(yè)人員進入安全走廊，拆下集裝箱底部的轉(zhuǎn)鎖并將其放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)（或者在自動轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置拆鎖后由人工將轉(zhuǎn)鎖放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)）。（5）作業(yè)人員返回安全等待室。（6）跨運車到達岸橋下的裝卸區(qū)域，騎跨在平臺上方提取集裝箱。

3 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

優(yōu)缺點

新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝主要有以下優(yōu)點：（1）隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計有利于保證岸橋裝卸作業(yè)的連貫性，在一定程度上提升岸橋作業(yè)效率；（2）由于岸橋啟停動作減少，有利于降低岸橋作業(yè)能耗；（3）實現(xiàn)人車分開作業(yè)，有效保證轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員人身安全。新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝的缺點在于：隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計影響跨運車的轉(zhuǎn)彎空間，在岸橋作業(yè)間距較小的情況下，可能引起作業(yè)現(xiàn)場交通擁堵。不過，該缺陷可以通過將相鄰隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于不同車道位置的方式加以彌補。

參考文獻：

[1] 何鋼，張耀周.集裝箱自動化碼頭的形成和發(fā)展[J].港口科技，2013（S1）：54-56.

[2] 楊瑞，謝文寧.自動化集裝箱碼頭的裝卸工藝及設(shè)備[J].集裝箱化，2010，21（3）：2-4.

[3] 丁建軍，陳定方，周國柱，等.集裝箱轉(zhuǎn)鎖裝卸機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2004，28（1）：33-35.

[4] 蔡懷陽.集裝箱轉(zhuǎn)鎖機械手設(shè)計與監(jiān)控[D].武漢：武漢理工大學，2001.

[5] 劉洋，張衛(wèi)，莊鑫傳.一種集裝箱固定旋鎖自動拆卸裝置的設(shè)計[J].港口科技，2012（10）：27-28.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）

自動化集裝箱碼頭在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過能力等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來港口發(fā)展的必然趨勢。自從1993年荷蘭鹿特丹港建成世界上首個自動化集裝箱碼頭以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化集裝箱碼頭呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。截至2013年底，世界已建和在建自動化集裝箱碼頭共計32個，自動化碼頭成為未來集裝箱碼頭發(fā)展新方向。[1]

在現(xiàn)有裝卸船作業(yè)工藝下：裝船作業(yè)時，需要在集裝箱底部安裝轉(zhuǎn)鎖后再裝船；卸船作業(yè)時，需要將集裝箱底部轉(zhuǎn)鎖拆下后才能將卸船集裝箱放置在地面上，以免造成轉(zhuǎn)鎖損壞。目前，由于人工跨運車工藝具有效率高、投資成本低等優(yōu)點，被廣泛應用于自動化集裝箱碼頭岸邊至堆場的集裝箱雙向水平運輸作業(yè)。由于跨運車在水平運輸時無須帶鎖著箱，為與岸橋配合作業(yè)，集裝箱轉(zhuǎn)鎖拆裝成為跨運車作業(yè)工藝中亟待解決的技術(shù)難題。本文在分析自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝方案。

1 自動化集裝箱碼頭轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝發(fā)展

現(xiàn)狀

1.1 自動化集裝箱碼頭工藝系統(tǒng)概況

自動化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)工藝主要有“自動化軌道吊+自動導引車”“自動化軌道吊+人工跨運車”“帶外伸臂軌道吊+集卡”等典型形式。[2]目前新建自動化集裝箱碼頭一般采用“自動化軌道吊+自動導引車”或“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝。由于“帶外伸臂軌道吊+集卡”裝卸作業(yè)工藝存在外集卡在場內(nèi)定位困難等問題，其應用范圍局限于亞洲部分自動化集裝箱碼頭。

在“自動化軌道吊+人工跨運車”裝卸作業(yè)工藝下，人工跨運車無須與其他起重設(shè)備進行對箱交接作業(yè)，可以騎跨在集裝箱上方，利用起升機構(gòu)自行提取或放置集裝箱，從而實現(xiàn)各作業(yè)環(huán)節(jié)間的解耦。人工跨運車工藝一般不采用雙小車岸橋，因為自動運行的岸橋后小車與岸橋下方人工跨運車的配合作業(yè)難度較大，存在較高安全風險。鑒于此，采用人工跨運車工藝的自動化集裝箱碼頭多采用單小車岸橋，在岸橋岸側(cè)腿內(nèi)設(shè)中間平臺，以便進行轉(zhuǎn)鎖拆裝和箱號掃描作業(yè)。不過，該平臺方案將集裝箱作業(yè)過程分為兩部分，使岸橋單次作業(yè)需要進行2次加減速，大幅降低岸橋作業(yè)效率（見圖1）。針對該情況，很多自動化集裝箱碼頭直接廢棄中間平臺，選擇在地面進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)；不過，該方案的缺點是人機混雜作業(yè)，容易引發(fā)安全事故。

圖1 帶中間平臺的單小車岸橋作業(yè)

1.2 集裝箱轉(zhuǎn)鎖介紹

目前船用集裝箱轉(zhuǎn)鎖的使用情況十分復雜，轉(zhuǎn)鎖具體構(gòu)造在國際上沒有統(tǒng)一的標準。根據(jù)我國相關(guān)標準，集裝箱轉(zhuǎn)鎖可以大致分為分體式、整體式、半自動式和全自動式?？紤]到存在一些固定式連接鎖，需要人工拆卸的集裝箱轉(zhuǎn)鎖至少有6大類100余種。

由于船公司間的競爭關(guān)系，不同船公司的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式往往不同；由于不同船舶的投產(chǎn)時間各不相同以及不同船公司合營同一條航線等原因，同一航線不同船舶的集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式也可能不同；甚至對于同一船舶來說，集裝箱轉(zhuǎn)鎖耗損后補充的轉(zhuǎn)鎖未必與原來的轉(zhuǎn)鎖相同，從而造成同一船舶上裝有不同形式的集裝箱轉(zhuǎn)鎖（見圖2）。此外，由于加固要求不同，同一集裝箱不同鎖眼的轉(zhuǎn)鎖形式也不盡相同。例如，對于甲板上的雙20英尺集裝箱來說，其外部兩角的轉(zhuǎn)鎖與內(nèi)部兩角的連接鎖形式完全不同。由此可見，若要開發(fā)可以全兼容的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置，其難度極大。[3-5]

圖2 船舶各位置典型集裝箱轉(zhuǎn)鎖形式

1.3 現(xiàn)有自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

目前，美國RAM公司和馬士基公司均設(shè)計出概念自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置（見圖3～4），并進行了一系列工業(yè)試驗。兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置的基本原理相似，均采用機械臂模擬人手旋轉(zhuǎn)鎖的下部，通過連軸帶動鎖的上部旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)鎖拆裝。兩者的區(qū)別在于：RAM公司設(shè)計的裝置實現(xiàn)完全自動化，但其機構(gòu)較為復雜；馬士基公司設(shè)計的裝置通過傳送帶將拆下的轉(zhuǎn)鎖傳送到人工作業(yè)平臺，由人工完成后續(xù)作業(yè)，其機構(gòu)較為簡單。目前這兩種自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝技術(shù)尚不成熟，僅適用于70%左右的轉(zhuǎn)鎖類型，不適用于需要人工開關(guān)的連接鎖或帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖（見圖5～6）。

圖3 RAM公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖4 馬士基公司設(shè)計的自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置

圖5 需要人工開關(guān)的連接鎖

圖6 帶卡扣的轉(zhuǎn)鎖

2 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

設(shè)計

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在自動化集裝箱碼頭使用全自動化轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置仍存在一定難度，為不影響岸橋作業(yè)效率，設(shè)計出可在地面操作的人車分開作業(yè)的新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝。

2.1 與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計

與岸橋隨動的輔助轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺（以下簡稱隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺）結(jié)構(gòu)如圖7所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上設(shè)有電磁式傳感器或光電式傳感器，岸橋上設(shè)置觸發(fā)器；平臺設(shè)置輪胎和液壓支腿，可隨岸橋同步移動，并通過定位傳感器實現(xiàn)其與岸橋之間的定位；平臺轉(zhuǎn)鎖位置設(shè)計為鏤空結(jié)構(gòu)；平臺頂部下方設(shè)置人工轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)空間，并設(shè)置轉(zhuǎn)鎖箱，作業(yè)人員可在此空間內(nèi)進行轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)。設(shè)計時充分考慮作業(yè)人員安全防護問題，在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺兩端設(shè)置安全區(qū)和電氣連鎖，只有當作業(yè)人員到達安全區(qū)后才允許岸橋進行抓箱或落箱作業(yè)。另外，隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的整體強度設(shè)計滿足在極端情況下對作業(yè)人員的保護要求。

圖7 隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝設(shè)計

應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)如圖8所示。隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于岸橋跨距內(nèi)或后側(cè)外伸臂下，通過電氣控制實現(xiàn)與岸橋隨動和定位。卸船作業(yè)時：岸橋?qū)⒓b箱從船上取下，并放置在隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺上；平臺下配備1名轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員，集裝箱拆鎖后，由人工跨運車將集裝箱從平臺上吊起并運輸至后方自動化堆場。裝船作業(yè)流程與卸船作業(yè)流程相反。

圖8 應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)工藝系統(tǒng)

以卸船作業(yè)為例，應用隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺的岸邊作業(yè)流程如下：（1）岸橋移動至作業(yè)位置，開啟岸橋上的觸發(fā)器，向平臺上的傳感器發(fā)出信號；平臺傳感器接收信號后，隨岸橋移動并定位于岸橋后大梁下裝卸區(qū)域內(nèi)的指定位置；頂升支腿裝置頂起平臺，使平臺得到穩(wěn)固支撐。（2）作業(yè)人員在安全等待室內(nèi)等待作業(yè)指令。（3）岸橋從船上提取集裝箱后運送至平臺；當岸橋離開平臺時，關(guān)閉觸發(fā)器。（4）作業(yè)人員進入安全走廊，拆下集裝箱底部的轉(zhuǎn)鎖并將其放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)（或者在自動轉(zhuǎn)鎖拆裝裝置拆鎖后由人工將轉(zhuǎn)鎖放置于轉(zhuǎn)鎖箱內(nèi)）。（5）作業(yè)人員返回安全等待室。（6）跨運車到達岸橋下的裝卸區(qū)域，騎跨在平臺上方提取集裝箱。

3 自動化集裝箱碼頭新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝

優(yōu)缺點

新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝主要有以下優(yōu)點：（1）隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計有利于保證岸橋裝卸作業(yè)的連貫性，在一定程度上提升岸橋作業(yè)效率；（2）由于岸橋啟停動作減少，有利于降低岸橋作業(yè)能耗；（3）實現(xiàn)人車分開作業(yè)，有效保證轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)人員人身安全。新型轉(zhuǎn)鎖拆裝工藝的缺點在于：隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺設(shè)計影響跨運車的轉(zhuǎn)彎空間，在岸橋作業(yè)間距較小的情況下，可能引起作業(yè)現(xiàn)場交通擁堵。不過，該缺陷可以通過將相鄰隨動轉(zhuǎn)鎖拆裝作業(yè)平臺布置于不同車道位置的方式加以彌補。

參考文獻：

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[3] 丁建軍，陳定方，周國柱，等.集裝箱轉(zhuǎn)鎖裝卸機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2004，28（1）：33-35.

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[5] 劉洋，張衛(wèi)，莊鑫傳.一種集裝箱固定旋鎖自動拆卸裝置的設(shè)計[J].港口科技，2012（10）：27-28.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）