自厦门港集装箱码头装卸设备优化配置的初步研究.docx

1、自厦门港集装箱码头装卸设备优化配置的初步研究第一章 绪论.1 课题的背景和研究意义3厦门港位于中国南海及台湾海峡西岸,是我国东南沿海主要对外贸易港之一,其优越的自然地理条件和重要的战略位置历来为世人所瞩目。目前的厦门港，周边围绕着经济特区、沿海开放城市、经济开发区、台湾投资区和自由贸易区，北连长江三角洲，南接珠江三角洲经济带，是中国最发达的地区之一。厦门港的通航与对外贸易可追溯到唐宋时期，发展到明朝已颇具规模。鸦片战争后,丧权辱国的清王朝又将厦门港作为“五口通商口岸”之一,被迫“对外开放”,除了台湾、香港、东南亚、日本、朝鲜以外，还开通了英国、荷兰、非洲等航线。新中国成立以后,随着国民经济的复

2、苏，厦门港也引来了新生。1976年1月厦门港东渡港区期工程正式开工，拉开了厦门港新一轮发展的序幕。而在此之前的很长一段时间里,厦门港的年货物吞吐量一直在0万吨上下徘徊。13年2月23日，厦门港集装箱公司成立,3月28日香港“华胜”号集装箱轮首靠新建成的东渡港区# 泊位作业,4月5日举行“厦门香港”集装箱班轮通航典礼，又为厦门港的发展注入了新的推动力。1984年2月28日东渡港区期工程4个万吨级泊位通过国家验收,正式交付使用。其中,1# 泊位为集装箱专用泊位,引进配备了具有八十年代先进水平的日本“ITCHI”集装箱岸桥（额定负荷30.5t,外伸距30m,轨上起升高度2m,轨下12m)和CM集装箱

3、跨运车,成为全国唯一采用跨运车装卸工艺的集装箱码头。厦门港东渡港区期工程中的海天集装箱码头6# 泊位于993年初步建成。当时，厦门港泊位紧张,船舶压港现象较为严重。为了缓解泊位不足，并让投资早日见到效益，海天码头于1993年月日在岸桥、龙门吊等设备尚未到位的情况下，利用集装箱船上的吊机和驳吊配合几台跨运车进行集装箱装卸作业,开始了试投产，创下当年吞吐6千多EU的佳绩，而当时的厦门港集装箱年吞吐量只有5万E。随着订购的集装箱专用设备陆续到货,海天码头于1994年1月正式投产。紧接着建设的厦门港东渡港区期工程海天码头5#、9# 泊位也于202年竣工投入使用。至此，海天码头共拥有5#11# 共7个泊

4、位,510m的岸线，33万m的堆场，成为厦门港最大的集装箱专用码头。与此同时，随着码头堆场的改造，跨运车的使用量也越来越少，仅局限于提箱查验等场合，码头的整体布局逐渐被龙门吊工艺所占据。同中国许多沿海港口一样，厦门港口的发展十分迅速，这一点可以从以下全港193年004年货物吞吐量和集装箱吞吐量增长示意图中管中窥豹。图1-1 厦门港983-004年货物吞吐量增长示意图图1-2 厦门港1932004年集装箱吞吐量增长示意图近年来,随着我国经济的高速发展,特别是在我国加入WTO和全球经济一体化的形势下,集装箱运输在我国以至全世界范围内均空前高速发展,第五、第六代集装箱大型船舶已成为世界远洋干线运输的

5、主要船型,由此对深水集装箱码头的要求越来越迫切。但厦门港现有的东渡及海沧港区的集装箱码头中，除了正在建设的海沧1#、4#、5#泊位外,均不能适应这一战略发展要求。为满足这一要求,必须规划建设能满足集装箱运输发展趋势和干线港要求的大型集装箱港区。24年开始，厦门港与马士基APT合资建设厦门港嵩屿国际集装箱码头。该项目期工程拥有三个泊位，岸线长1246m，码头面积0公顷,码头前沿设计水深-17m，可靠泊10万吨级(第六代)集装箱船舶,年吞吐能力不小于0万TEU。码头拟采用“堆五过六”的龙门吊操作模式,龙门吊堆场布局为背靠背布置,外加一条集卡超车道，堆存长度为2TEU（约7m)。在龙门吊跨距的选择上

6、，马士基PT建议采用跨7排集装箱的龙门吊(跨距为6.40m),认为该布局会比跨6排箱的增加317堆存能力。码头配套装卸设备的采购工作将在2005年下半年启动。本文正是在这个背景下展开的，希望能解决以下问题：1. 海天码头，利用现有的统计数据，研究论证其在现阶段及未来发展过程中，集装箱装卸设备配备数量同码头通过能力以及运营成本的关系。如何让设备发挥最佳的投资效益，使设备的配置与其它资源、生产量相适应?从而提高码头的竞争力。. 嵩屿港区,在投产初期如何借助其它码头的经验,结合吞吐量预测，合理科学地配置装卸设备,既充分发挥设备的效能，保证集装箱船舶装卸的高效率和及时性，为将来集装箱吞吐量的增长打下坚

7、实基础，同时又可以控制先期投资,尽量减少由于设备空闲造成的浪费。我国经济和贸易的高速发展，推动了我国集装箱运输市场的迅猛发展。据统计资料显示:200年我国集装箱总量达到680万TEU，继续保持世界第一,预计在200年前后中国将成为全球最大的集装箱航运中心。16以上问题是集装箱码头在建设和发展中都必须面对和解决的,本文的研究工作可以为上述问题的解决起到一定的借鉴作用。1 目前的研究现状 1现代工业大规模专业化生产，必然带来大量物资交流。相比陆运和空运,水运是最省力、最经济、最方便的运输方式。现代发达国家货物运输,集装箱方式占的比例很高。标准化的集装箱运输大大提高了装卸速度，实现了门到门运输,减少

8、了货损,大大改变了过去码头的杂乱局面。世界上最早的海上集装箱运输出现在上世纪五十年代后半期,最初只限于美国和澳大利亚本国的国内沿海运输航线。六十年代后半期逐步发展到欧洲、北美、日本等工业发达的国家。七十年代后,逐渐形成了以海运为中心的两端向内地延伸的集装箱运输体系。1978年，上海港开辟了军工路码头至澳大利亚的我国第一条集装箱班轮航线，拉开了我国集装箱运输的序幕。表1- 200年204年全球集装箱吞吐量前十五名序号港口国家(地区）20年003年2002年00年200年吞吐量(万U)同比增长吞吐量(万EU)同比增长吞吐量（万EU)同比增长吞吐量（万TEU)同比增长吞吐量(万TEU)1香港中国19

9、3%20591880-2%1802新加坡新加坡2061%1108%16801559%743上海中国15629%11831%8636%6313%564深圳中国136529%10619%76150%50827%35釜山韩国1430%1031%51%7915%7546高雄台湾110%884%8491%54%727鹿特丹荷兰83017709657%610%6308洛杉矶美国7322718811856%4889汉堡德国70%6414%315%46910%510迪拜阿联酋42%15%41035014%3061安特卫普比利时60611%5454%4781422%4082长滩美国574%466%4531%44

10、6-3%46013巴生港马来西亚494806%45321%371%32114青岛中国5414244%4292625%221纽约/新泽西美国40%4151%3713%329052厦门中国83%3333%7536%12919%108资料来源：港口科技动态和“中国港口集装箱网”从以上近几年全球集装箱吞吐量前1名港口所完成的集装箱吞吐量可以看出,集装箱海上运输的发展十分迅速,可以说已经到了如火如荼的地步，尤其是中国大陆的集装箱码头都保持每年两位数的箱量增长。然而多年来，在码头泊位的规划建设中，从工艺设备部分在设计院编制的工可、初设报告中所占的篇幅和内容,足可以说明目前的研究状况，大多还是凭以往的经验。

11、其中的经验公式和数据难免有些陈旧过时。影响码头水工的潮汐可以通过做流体动力实验来验证其对建设模式的影响程度，而影响码头作业效率的工艺配套组合却没有通过实验手段来予验证。在有关集装箱码头装卸工艺的教科书中,也大都只有码头通过能力和设备生产能力的计算公式，并没有给出如何对码头装卸设备进行优化配置，使其生产效率最高、综合成本最为合理的方法。从参考文献资料来看,已经有许多科研部门或院校对码头装卸设备优化配置进行了积极的研究,并取得一定的成效。只不过他们的研究针对性很强,同实际应用结合也不够紧密,特别是很少贯穿码头建设和管理全过程，所以结论偏于理想化,直接应用有一定的局限性。但是，他们研究问题的思想和方

12、法还是非常有价值，也是很值得借鉴的。.3 本文的组织结构本文共分六章，具体如下：第一章为绪论，主要介绍研究的背景、意义及研究现状；第二章首先系统详尽地介绍本文的研究对象集装箱码头、集装箱装卸设备、以及各类装卸工艺及其比较，既进一步阐述研究对象的现状和问题的由来,又为下一步工作做好准备;第三章以厦门港为例,进一步了解集装箱码头装卸工艺应用情况以及各类装卸设备的使用状况，并通过统计数据对装卸设备生产能力和运行成本等方面做简单介绍，为后边的设备选型提供经验和依据;第四章结合设备选型研究，在介绍影响装卸设备优化配置的因素之后，引入综合成本模型。第五章介绍为计算综合成本模型编写的Matlab开发的GUI

13、程序，并利用该程序对厦门港海天码头的装卸设备优化配置进行分析研究，帮助管理者进一步认识设备配置与生产成本之间的关系;第六章为结论，给出通过以上分析研究后在实际工作中厦门港海天码头应采取的对策,以及本文的基本结论,并指出下一步的工作方向。第二章 集装箱码头装卸设备与装卸工艺认识和研究本章首先对集装箱码头及其装卸设备与装卸工艺进行系统的论述和研究,为下一步工作做好准备。集装箱码头是专业化生产的产物，码头采用专门的设备和特殊的工艺，实现机械化、标准化、自动化，提高生产技术水平和劳动熟练程度，大大增加产量,提高质量,降低成本。2.1 集装箱码头概述港口码头是水路运输和陆路运输的连接点。码头泊位的形式主

14、要有顺岸式、凸堤式、栈桥式等几种。厦门港的码头几乎全部是顺岸式重力码头。码头泊位长度是根据泊位上所停靠的集装箱船的长度来确定的,而泊位的纵深则要考虑集装箱船的到港密度、载箱量、码头装卸工艺方式、以及泊位通过能力等因素。为了使船舶进出港不受潮位制约,泊位还必须有足够的水深。集装箱码头（Cnainer Trna）的主要设施有：前沿、堆场、道路、货运站、检查口、维修车间、供电站、办公楼、调度楼等。航道是船舶进入港口到达码头泊位的一条水道,它的宽度和深度决定了港口所能接纳的船舶的大小。泊位前的航道较宽，便于船舶靠离泊和调头,成为“港池”,有的还专门辟出“调头区”来。厦门港期航道疏浚工程完工后,10万吨

15、船舶可以长驱直入了。每个集装箱装载的货物都是不同的，可能有不同的货主、品种、重量、抵达港，所以每个集装箱有唯一的号码予以识别。在集装箱船装卸作业前必须进行配载,以明确每个作业箱在船上的位置，便于顺序装船、保证船舶的平衡;在装卸作业时,必须记住每个箱子存放在堆场的位置，便于提取。在吞吐量大的码头,以上这些都由计算机管理系统来处理。而信息的传递,则从人工纸卡、语音通讯,发展到无线数据传输系统,使得能够实时地对码头作业进行管理、控制,效率高，不易出错。总之,现代化的港口必须为大规模和高效率进行集装箱装卸、保管、加速车船周转提供必要的技术手段。22 集装箱码头装卸设备分析5对于货运码头来说,货物装卸设

16、备是至关重要的。集装箱码头之所以快速发展,就是因为它使用了大量技术含量高的现代化装卸设备，大大提高了装卸效率。码头装卸设备一般分为起重机械、运输机械和装卸搬运车辆等三类。起重机械是一种循环、间歇运动的机械，用来垂直升降物品或兼作物品的水平移动，以满足物品的装卸、转载和安装等作业要求。码头起重机械则是专门设计、制造,用在码头和货场，担负货物装卸、转载的起重机械，具有工作速度快、装卸效率高、起制动频繁等特点。起重机械由金属结构、运行机构、电气系统等部分组成。常见的码头起重机械有门座起重机、轮胎起重机、汽车起重机、装卸桥、门式起重机、浮式起重机等。码头运输机械是指可以沿一定的输送路线从装料点到卸料点

17、均匀连续输送物料的输送机械,有些输送机械还具有取料和堆料的功能。运输机械一般都用于大宗散货如煤、矿石、散粮、化肥、水泥等的运输装卸,动作单一,结构简单,通用性差，每种机型只能适用于一定类型的货种。常见的码头运输机械有带式输送机、埋刮板输送机、斗式提升机、链斗卸船机、气力卸船机、装船机、堆取料机等。近来，也有人想把这种连续输送机械的概念引入集装箱堆场,用连续运转的集装箱托盘取代牵引挂车作为集装箱的水平运输设备。码头装卸搬运车辆主要是在码头货场、仓库、船舱等处对各种件杂货、散货和集装箱进行装卸、堆垛、清理、转运等作业,可独立或与其它码头机械配合作业。机动性好、可到处行走的车辆底盘和配备多种工属具等

18、是装卸搬运车辆的显著特点,装卸搬运车辆一般由动力装置、行走底盘、电器设备、工作装置等组成。码头常见的装卸搬运车辆多是以柴油机为动力的。常见的装卸搬运车辆有具备装卸和搬运两种功能的叉车、装载机、集装箱跨运车、正面吊、堆高机等,和只具备搬运功能的载货汽车、牵引车、挂车等。随着集装箱运输的迅速发展，装卸工艺方式不断革新，装卸搬运机械的机型、品种和规格日益增多，其性能和结构日趋完善。以下分岸边、堆场、水平运输三方面,着重对集装箱码头常用的装卸设备作逐一介绍。2.2.1 岸边装卸设备岸边装卸设备的任务是将集装箱从船上卸下或将集装箱装上船，它的作业效率和可靠性直接影响码头的生产效率和装卸船的及时与否。.1

19、. 驳吊在某些地区集装箱海运初期,人们沿用了过去重大件货物运输装卸的经验和设备，驳吊就是其中之一。在很长的一段时间里，海面上来来往往的拖轮和驳吊,成为香港维多利亚湾里的一道风景线。厦门港最多的时候曾同时使用5艘驳吊。图21驳吊当码头泊位紧张或岸边设备缺乏时,可以进行装卸船和过驳作业的驳吊成为投资少、见效快的一种装卸工具。驳吊还可以用来装卸一些重大件货物,如大型机器等。它一般都是用旧船体改装而成，有的甚至连柴油机也是旧的。起重量从二三十吨到近百吨都有,载货量可达二三千吨。航行时需要拖轮拖带。结构是在船舱的一头设置生活区，另一头竖起一个坚固的人字架，用来安装滑轮组拉住圆管制成的起重臂。动力部分则由

20、一台柴油机通过分动箱再分别驱动起升、变幅、旋转机构工作,而这三大机构最终都是使用钢丝绳牵引动作的。货物的下降动作采用动力下降，所以装卸效率还比较高的。另外,为了在系泊后可自行沿岸壁移动，驳吊一般还在生活区的甲板上安装了一套绞车。2.2.1.2 门机门机是货运码头用的最多的装卸船起重机械,几乎已成为货运码头的标志,在设计制造上已标准化、系列化。由于门机下方还要通行载货汽车，甚至是火车，所以门机的下部结构做得像门座,故称为门座式起重机（Portal rane),简称门机。一般使用吊钩装卸件杂货,或使用抓斗装卸散货,也可以直接用吊钩配以索具吊空箱或配上专用吊具装卸集装箱。海天码头在很长的一段时间里，

21、曾使用门机装卸空箱，不仅效率高，成本也很低。1-变幅机构-司机室-回转机构4-起升机构5电气系统6-电缆卷筒7-行走机构8-门架-转柱10转盘11机器房12-人字架13-平衡系统14-臂架系统15-吊钩门机是一种典型的、用途最广泛的起重机，其构造可分为上部回转和下部运行两部分。上部回转部分包括臂架系统、人字架、回转平台、机器房、司机室等;下部运行部分由门架、平衡梁、运行台车等组成。它有起升、变幅、旋转、行走四大机构,工作面广、幅度大，灵活简便，适应性强。图2-2 门机上图所示的门机是目前码头使用的最具有代表性的机型,它的回转支承采用了转柱式。货运码头用于集装箱的门机规格主要为16/33和40t

22、4m（额定起重量最大工作幅度)等。轨距一般是10.5和16m。2.21. 高架吊一种在上世纪七十年代末期开始出现,而现在发展速度较快的自行式高架集装箱轮胎起重机正在为中小型集装箱码头和新开发的集装箱码头所接受，同时它也被大型集装箱码头当成较好的临时应急补充设备，作业繁忙时可调来使用,不需要时可移到其它地方使用。1-补偿滑轮组2起重臂3-立柱 4-变幅驱动装置-回转部分6-底盘 7-抓斗 8-集装箱吊具 -吊钩图2-3 高架吊自行式高架吊（Mobi Hrbor Cran,MH）可以进行使用抓斗、集装箱吊具、吊钩等进行作业,它的主要结构是在轮胎起重机的底盘基础上,在回转转盘上部增设较高的立柱,用来

23、支撑长起重臂、变幅驱动机构和滑轮补偿装置。除了具有起升、变幅、回转和运行功能外,它的起重臂和立柱还可以放倒,以方便转移使用。从结构图可以看出，高架吊的起重臂下铰点很高,对船舶进行装卸作业时，即使伸幅较大，起重臂也不致于与船舷相碰。由于采用了滑轮补偿装置,高架吊还同一般门座式起重机一样，在变幅过程中实现货物水平移动。同时，它又具有轮胎起重机的基本特点，可以在公路、码头上不受轨道限制自由运行。高架吊的最大起重能力一般在247之间,作业幅度在1047m,支腿压力0180KN。我们国家海港的码头生产专业化程度都较高,这种自行式高架吊造价又不菲，所以很少看到它的身影。.2.1. 岸桥岸边集装箱起重机(简

24、称岸桥或桥吊,QuaysiContanrCrne,简称QC或S)，是集装箱码头前沿装卸集装箱船舶的专用起重机械，它是随着集装箱海上运输的发展,由装卸桥演化而来的。现在的岸桥越造越高大,早已成为集装箱码头单机造价最高的设备,同时它的装卸效率也是最高的。岸桥的基本结构是：由海侧和陆侧门框与斜撑拉杆组合成门架结构,用于支撑垂直于码头岸线的大梁,运行小车沿着大梁前后运动,通过悬挂在运行小车下的吊具完成对集装箱船舶上的集装箱的装卸作业。为方便司机观察吊具对箱和开闭锁动作,习惯上将司机室布置在运行小车后下方并跟随小车运行。为避让船舶，岸桥的前伸梁必须仰起或缩进海侧门框内。随着集装箱船舶的大型化发展,岸桥也

25、越造越高大。目前许多集装箱码头，特别是自动化码头，已逐渐采用新型双小车岸桥来取代常规单小车岸桥,以追求更高的装卸效率,以及实现岸桥与水平运输设备间的自动衔接。下图是PMC最新的一种双小车岸桥总图，它的吊具下起重量达到1t，可以满足双2 箱作业，前伸距63m，轨上起升高度2。前小车由司机驾驶，卸船时把集装箱从船上卸到海侧立柱后的转运平台上,该步骤也可实现全自动或半自动(对箱由司机操作,后边的动作自动完成)。后小车可实现无人驾驶，自动地把转运平台上的集装箱卸到拖挂车上。由于将卸船动作分成二个步骤，并且前小车省去陆侧对箱的时间，所以装卸效率可大大提高。图2-4 双小车岸桥外形图就在最近,几家岸桥制造

26、商又推出了双40 吊具或双40 起升系统的岸桥,目的在于最大可能地提高设备工作效率,加快船舶周转。这些岸桥的轮压达到00t以上,对码头主体建筑的要求也越来越高了。2.2. 水平运输设备水平运输设备的任务是把集装箱从码头岸边的起重机下运输到堆场,或货运站、仓库等地方,实现码头前沿和后方的货物连接。2.2.1 拖挂车 拖挂车是被世界上大多数集装箱码头所使用的水平运输设备,它分为牵引车(俗称拖头）和半挂车两部分,且可以分离，不仅有助于产品功能专业化，还提高了牵引车的周转利用率。在集装箱码头，人们普遍称集装箱拖挂车为“集卡”。牵引车（Taer or ruck）其实就象只有驾驶室和底盘的载重汽车，在后轴

27、的主梁上安装了一个鞍座,又称第五轮,用来同半挂车的牵引销相连接。根据牵引吨位的大小，牵引车有双轴式和三轴式之分，驱动方式有单轴驱动、双轴驱动和三轴驱动三种，一般常见的有42型和6型的。1-牵引车; 2-半挂车图25 集装箱拖挂车半挂车又称底盘车（Chassis)，它以可伸缩的支腿代替前轴,比较便宜，也更为通用。根据载重量的不同，后轴常见的有二轴和三轴的。根据底盘骨架上是否铺设平板,又分为平板式和骨架式两种,前者不但可以放集装箱，还可以装其它货物。半挂车四周相应位置设有旋锁，在公路运输时必须锁住集装箱。在码头内使用的半挂车,为了提高装卸效率,可以不设旋锁，但增加导板以方便司机对箱并限制集装箱移动

28、。码头上俗称这类半挂车为“聪明架”。牵引车通过可快速插拔的气管和电缆向半挂车提供制动气源和信号电源。拖挂车除了油耗外，轮胎是比较大的成本支出，所以码头上经常会使用翻胎。轮胎寿命的长短同码头前沿和道路的路面好坏有关系。为了提高装卸船效率和安全性,目前海天码头大量采用低速的码头专用牵引车和带导板的专用半挂车。22.22 跨运车集装箱跨运车(StackerCrrier or Strde Carrers,S）是一种应用于集装箱码头和货运站的集装箱专用装卸机械,其作用是实现集装箱的水平搬运、堆码、以及对集装箱半挂车进行装卸作业。跨运车不仅可以一机多用，减少作业环节，还有机动性好,作业灵活,取箱对位快,作

29、业效率高等优点。但因其结构、机构较复杂,又过多地依赖液压系统，所以维修保养困难,配件成本较高；作为水平运输车辆，跨运车的车体窄、质心高,行走稳定性较差，对路面和司机操作技术水平的要求都比较高。1-车架2-动力及传动系统3-液压系统4-电控系统5-吊具与升降系统6-转向、行驶和制动系统图6 集装箱跨运车跨运车的车架由两片门型的框架连接而成，下部净空可跨过拖挂车或堆垛的集装箱，又可带箱运行,故此得名。跨运车采用柴油机作为动力，一般有顶置单发动机和两侧分置双发动机两种。传动系统将柴油机的动力传递到车轮使车辆行驶，并驱动液压系统带动吊具工作。除此之外，有些制造厂商也采用电传动系统来替代复杂的机械传动。同其它车辆一样,跨运车也配备有行驶、转向、制动和电器等系统，这里就不一一赘述了。值得一提的是,为了能提供尽量小的转弯半径,跨运车通常都采用全轮(8轮）同时转向。跨运车的司机室一般设在上部门框的一侧，在方便司机驾驶的同时，还要兼顾有良好的对箱视角。跨运车的吊具常用液压油缸-链条、液压马达-链条或钢丝绳卷筒等方式实现升降运动,以往曾采用组合式(子母式）的,目前多采用可伸缩式的，能适应SO标准的204 集装箱。跨运车的额定起重量多为305t4t,堆码和通过能力基本上有堆二过