码头堆场或集装箱场站装卸设备选型分析.docx
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码头堆场或集装箱场站装卸设备选型分析
码头堆场或集装箱场站装卸设备选型分析
一、集装箱装卸运输设备的发展
国际和国内物流业快速发展带动着各类港口及港口机械制造业的快速发展，集装箱装卸设备的更新换代也在加速。
集装箱运输最早起步于集装箱底盘车系统，即在整个运输过程中，集装箱始终装在底盘车上。
由于集装箱单层堆放需要很大的陆域堆场面积，随着集装箱运输的发展逐渐被集装箱跨运车系统取代。
跨运车单机即可完成集装箱的水平运输、堆场堆垛、装卸集装箱牵引半挂车等多个环节的作业，具有机动灵活、作业方便等优点，但由于集装箱堆码层数较低（一般最高堆3层），堆场利用率低，而且跨运车本身机械完好率低，维修工作量大。
因此，该系统也逐渐被淘汰。
随之出现的是集装箱正面吊运机，与跨运车系统比较，这种工艺增加了水平运输环节，增加了水平运输设备——集装箱牵引半挂车，堆场利用率相对略高，堆场堆箱层数达到4层。
缺点是设备的转弯半径较大，一般需要在箱与箱之间留出15m的作业通道。
目前世界上通用并且成熟的集装箱堆场装卸设备主要是轮胎吊和轨道吊。
标准的轮胎吊（有一种由标准轮胎吊发展成的轻型轮胎吊，将在第二部分介绍），其跨距为23.47m，跨内可堆放6列集装箱和1个集装箱牵引半挂车的通道，一般堆高5层、跨越4层集装箱，堆场利用率较高。
其最大的优点就是机动灵活，我国设计的第1个集装箱泊位——天津港集装箱泊位即采用轮胎式集装箱龙门起重机。
轨道吊与轮胎吊相比较具有：
①沿固定的轨道行走，方便实现自动化和码头相位管理；②因使用电能，营运成本较低；③使用电能，噪声低、污染少；④故障率低等优点。
其缺点是机动性差，基本上不能从1个堆场转到另1个堆场作业。
还有一些如正面集装箱叉车和侧面集装箱叉车、集装箱自装自卸车组、堆高机等，本文就不作分析，仅对轨道吊、轮胎吊、正面吊三种主要的装卸设备进行具体分析比较。
二、三种机械设备的结构特点及主要技术参数
轨道吊由主梁、刚性和柔性门腿、运行小车、起升机构、大车运行机构、电气系统、操作驾驶室等组成。
根据堆场作业工艺，在单门腿方向或双门腿方向外伸悬臂成为单悬臂或双悬臂机型，不外伸成为无悬臂机型。
根据场地、集装箱储运工艺流程及装卸的车辆（集装箱卡车或铁路车辆）确定采用无悬臂、单悬臂和双悬臂的不同结构形式。
主要技术参数（以黄埔仓码公司45T/35M为例）：
起重能力
吊具下35T
跨距
45M
起升高度
16M（满足堆五过六）
悬臂
16M，有效11M
基距
16M
吊具旋摆角
±6度
工作速度
起升22m/min（重载），36m/min（空载）
大/小车：
40/90m/min
工作级别
整机：
A7
起升和小车：
M7
大车：
M6
总装机容量
312Kw
轮压
≤230KN
起重机重量
≤400T
轮胎吊由门形支架、动力传动系统、起升机构、大车运行机构、小车运行机构及伸缩式吊具等组成。
装有集装箱吊具的行走小车沿主梁轨道行走，进行集装箱装卸和堆码作业，轮胎式行走机构可使起重机在货场上行走，并可作90o直角转向，从一个货场转移到另一货场，作业灵活。
主要技术参数（以南京港机厂制造的QGLT40.5－5／6轮胎吊为例）：
起重能力
吊具下40.5T
跨距
23.47M
起升高度
18.35M（堆五过六）
悬臂
无
基距
6.4M
吊具旋摆角
±6度
工作速度
起升22m/min（重载），30m/min（空载）
大/小车：
70/90m/min
工作级别
整机：
A7
起升和小车：
M7
大车：
M6
总装机容量
540Kw
轮压
≤300KN
大车车轮
8个
起重机重量
≤150T
在此也介绍一下由北京水运科学研究所自主研制开发的轻型轮胎吊（第一点中轮胎吊图片为轻型轮胎吊），设备自重轻，轮胎低，且造价仅为通用轮胎吊的1/3~1/2。
轻型轮胎吊采用四组缠绕钢丝绳的圆柱形的卷筒，共同完成货物的起升和运行；它采用支撑在滑轮轴上的滑轮和钢丝牵引方式实现货物起升限位保护；它采用安装叉保护支撑的方式实现轮胎漏气后起重机的防倾覆保护。
优点是结构简单、操作方便、造价低，同时具有轮胎式起重机机动灵活的特点。
正面吊由工程机械底盘，伸缩臂架，集装箱吊具等三部分组成，底盘有发动机，动力换档变速箱，前桥，后桥，转向系统，驾驶室，车架，配重，车轮等部件；伸缩臂架有伸缩油缸，俯仰油缸，臂架等部件；集装箱吊具有旋转机构，上架，联接架，底架，伸缩架，伸缩油缸，防摇油缸，侧移油缸，旋锁油缸等部件。
吊装集装箱时正面吊不一定要与集装箱垂直，可以与集装箱成夹角作业。
在起吊后，可旋转吊具，以便通过比较狭窄的通道。
同时，吊具可以左右侧移各800mm,以便于在吊装时对箱，提高作业效率。
对于场地条件较差的货运站，正面吊也能正常作业。
主要技术参数（以佛山仓码公司DRF450正面吊为例）：
最大起升重量
45T
额定载荷前进速度
21km/h
最大牵引力
362KN
整车自重
68.4T
发动机型号
VolvoTWD1240VE
最大轮压
10T
轮胎尺寸
18.00×25-18.00×25
最大液压压力
20.7MPa
吊臂最大角度
60度
吊具旋转角，顺时针/逆时针
195-105度
吊具侧移
±800mm
三、三种机械设备的装卸工艺特点
利用轨道吊装卸工艺流程包括两种类型：
一种是卸船时用集装箱装卸桥将集装箱从船上卸到码头前沿的集装箱拖挂车上，然后拖到堆场，采用轨道式集装箱龙门起重机进行堆码；装船时相反，在堆场上用轨道式集装箱龙门起重机将集装箱装到集装箱拖挂车上，然后拖到码头前沿，用装卸桥把集装箱装船。
另一种则是在船与堆场之间不使用水平搬运机械，而是由集装箱装卸桥与轨道式集装箱龙门起重机直接转运。
轨道式集装箱龙门起重机将悬臂伸至集装箱装卸桥的内伸距的下方，接力式地将集装箱转送至堆场或进行铁路装卸。
利用轮胎吊装卸工艺流程为：
卸船时，集装箱装卸桥将船上卸下的集装箱装在拖挂车上，运至堆场，再用轮胎式龙门起重机进行卸车和码垛作业；装船时，在堆场由轮胎式龙门起重机将集装箱装上拖挂车，运往码头前沿，等待装卸桥装船。
该方案的特点是集装箱拖挂车只作水平运输，轮胎式集装箱龙门起重机担任堆拆垛作业，从而将集装箱拖挂车快速疏运和轮胎式集装箱龙门起重机堆码层数较多的特点结合起来，达到提高集装箱码头装卸效率的目的。
利用正面吊装卸工艺方案，其工艺流程有以下几种：
1、码头前沿至堆场堆箱作业。
用集装箱正面吊从码头前沿吊起集装箱，运至堆场堆箱，空载返回码头前沿进行第二次循环作业。
2、堆场至半挂车的装箱作业。
用集装箱正面吊从堆场吊起集装箱，运至半挂车上放下，由半挂车运走，然后空载返回堆场准备第二次循环作业。
3.操作循环作业。
正面吊从码头前沿吊运集装箱至堆场堆箱，然后在堆场吊运集装箱回码头前沿放下，再做第二次循环。
四、三种机械设备的综合比较
对三种主要装卸设备的综合比较应该从技术、经济、效率、成本着手，本文从以下几个指标分别进行比较。
1）投资情况：
包括单机价格、附属或配套设施投资等。
2）技术性能：
包括堆场利用率、作业效率、操作性能、安全、环保性能等。
3）运营成本：
包括人力需求、能耗情况、维修保养费用、使用寿命等。
4）实现自动化可能。
5）发展前景、抗风险能力等。
归纳成如下表格：
轨道吊
轮胎吊
正面吊
投资
跨距30米，造价约480万/台，跨距45米，造价约620万/台；建设轨道双向约8000元/米，轨道需满足最大轮胎25T，堆场承受3T/平米压力即可，还需要考虑电力问题
标准轮胎吊（跨距23.47米），造价约700万/台，路道满足最大轮压20T，堆场承受3T/平米压力即可（轻型轮胎吊造价仅为标准1/2，约380万/台）；路轨约600元/米（双向）
机械约400万元/台，不需建轨道，但全部堆场需整理为可承受20T轮压；堆场铺方砖或六角砖大约110元/平方
堆存
能力
利用率高，可堆五过六，少通道。
堆存能力约1400TEU/万平米
利用率较高，配堆五过六，少通道。
堆存能力约1200TEU/万平米
利用率一般，一般堆三层高，需留较多通道，堆存能力约700TEU/万平米
堆场利用率
约81.3%
约78%
约48%
技术
特点
沿铁轨行走，跨距可自由选择，维修量小，能耗电能无污染，结构简单，可靠程度高，操作简单
沿路轨行走，可自由转场，维修量较大，有污染和噪音，可靠程度高，操作简单
路面自由行走，对路面要求和通道要求高，维修量较大，有污染和噪音，操作较为复杂
装卸
效率
高，翻柜少
高，翻柜少
一般，翻柜较多时效率差
安全性
控制系统先进，操作安全性高；沿固定轨道行走，发生碰撞几率小
控制系统先进，操作安全性高；沿较为固定路轨行走，发生碰撞几率小
控制系统先进，操作安全性高；流动性较大，发生碰撞几率高
单箱
能耗
约2.78元/TEU
约5.21元/TEU
约12.3元/TEU
维护
保养
国产化程度高，维修成本低，使用寿命长，通常按25年折旧
国产化程度高，维修成本较轨道吊高（增加发动机、发电机维修），使用寿命长，通常按25年折旧
维修成本高，使用寿命较其他两者低，通常按15年折旧
自动化
采用PLC控制，容易实现自动化作业
采用PLC控制，容易实现自动化作业
不容易实现
风险
1.基础建设投入较大，如迁移或变更堆场，投资浪费较大；2.我国煤炭资源丰富，国家电力保证
1.基础投资相对较小，迁移容易；2.中东等产油地区形势仍不稳定，燃油价格仍然存在着继续上涨的风险
1.基础投资相对较小，迁移容易；2.中东等产油地区形势仍不稳定，燃油价格仍然存在着继续上涨的风险
表格说明：
1、单箱能耗参考《01年东江仓码公司发展规划》及《集装箱轨道吊和轮胎吊的“穿插、混合”使用》计算出。
2、堆场能力以瑞驰物流公司9631平米的场地推算出。
从上表可以归纳三种装卸设备的优缺点：
轨道吊
轮胎吊
正面吊
优点
1.能耗低，维护成本低；
2.易操作、效率高；
3.环保、安全性高；
4.堆场利用率高；
5.易实现自动化作业。
1.机动灵活，可跨区作业；
2.易操作，效率较高；
3.堆场利用率较高
4.易实现自动化作业。
1.机动灵活，可跨区作业；
2.早期投资低
缺点
1.机动性差，作业范围受限制；
2.早期投资高。
1.能耗高，维护成本高；
2.噪音、污染较大；
3.早期投资较高。
1.能耗高，维护成本高；
2.噪音、污染较大；
3.堆场利用率低。
五、对集装箱装卸设备的选型建议
从上面的分析可以看出，轨道吊在堆场利用率、维护成本、作业效率等方面都具有较强的优势，那是不是所有的堆场或场站选择轨道吊都比较合适呢？
答案是否定的，正所谓兵无常势，水无常形。
我们所描述的优点和缺点都是相对而论，只有合适才是最重要。
例如，建立临时的集装箱堆场，没有必要大规模进行基础建设，电力增容等，这是选择轮胎吊、轻型轮胎吊或正面吊会比较合适。
还有一些港口，由于吞吐量增长不快，码头建成后需数年才能达产。
如一次性投资过大，会影响投资效益，因此，往往是基础设施先期建成，设备分期购置。
在这种情况下，选用轮胎吊或轻型轮胎吊会比选用轨道吊更为灵活。
在非常不规则的堆场，也不适用使用轨道吊，但有一些码头或堆场靠近居民区，有排放废气及噪音的限制要求时，通常应选择轨道吊。
由此可见，无论轨道吊还是轮胎吊目前都有着对方无法替代的优点，在一定的时间内它们都还将凭借各自的优势在适合自己的环境中得到继续发展。
相对而言，轮胎吊或正面吊较适宜于集装箱运输尚处于起步阶段、临时的堆场或集装箱运输发展不稳定的港口，对于集装箱运输已经发展到一定规模且发展势头良好的港口或堆场，则宜考虑采用轨道吊方案。
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