基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机设计

自20世纪60年代以来，集装箱运输以势不可挡的趋势迅速改变世界物流发展模式。21世纪初，散货集装箱运输因其高效、安全、环保等优势在我国逐步兴起，其中以北方四港（秦皇岛港、天津港、唐山港、黄骅港）传统块煤集装箱运输业务的周期性波动增长为代表。目前，关于集装箱装箱工艺的研究主要集中于优化件货箱内布局方面，而针对散货集装箱装卸工艺和设备的研究很少，严重制约散货集装箱运输发展。本文以秦皇岛港块煤集装箱业务为例，介绍基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机，其借用集装箱和箱内货物的自重将力传导到集装箱侧壁保护板上，从而防止在倾斜装箱时集装箱发生“涨肚”现象。

1传统散货装箱情况

秦皇岛港自2003年开始开展块煤装箱业务，初期采用在集装箱门水平位置用大块煤垒墙的装箱工艺，自2004年开始采用在块煤堆挖坑后用起重机将集装箱倾斜放入后用装载机将箱装满，再用起重机将集装箱吊出的装箱工艺[1]（见图1）。传统块煤装箱工艺需要在场地上建造固定设施，装箱灵活性较差且效率较低，平均装箱用时左右（见表1）。

图1传统块煤装箱作业现场

表1 随机统计的秦皇岛港4组块煤装箱作业循环时间s

2基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机设计

由于散货装箱难度较大，必须使用专业设备将集装箱装满，才能达到充分发挥运力、降低成本的目的。为此，秦皇岛港设计一系列装卸箱设备。[2-6]

2.1块煤筛分装箱工艺

如图2所示：装载机将需要筛分的块煤装到供料站中，供料站由特殊减压料斗[7]和振动给料机组成；振动给料机将块煤均匀给到移动式大倾角波纹挡边输送机中，输送机将块煤给到移动式振动筛中。振动筛是双层筛，其工作原理为：超过的大块煤从最上层筛面落到破碎机里进行破碎，破碎后的煤炭落到堆垛皮带机上，由皮带机堆垛后重新装入供料站；50~之间的块煤是第二层筛面的筛上物，经由溜槽落下后进入料槽，进而进入与装箱机配套的大倾角波纹挡边皮带机内，给集装箱供料；小于的末煤是第二层筛面的筛下物，经由料斗落下后进入堆垛皮带机进行堆垛。

图2块煤筛分装箱工艺设备配置

2.2设备运行原理

传统块煤装箱仅将集装箱放入倾斜的基坑中，任由装载机将块煤灌入集装箱内，不设任何保护装置。散货对集装箱侧壁的压强与物料深度成正比，其对集装箱侧壁的压力与物料深度的平方成正比。集装箱设计充分考虑在水平位置装载散货时其对集装箱侧壁的压力作用，因此，在该情况下，箱体完全能够承受上述压力。如图3所示：设煤炭体积质量为，重力加速度为g，水平状态物料对集装箱侧壁中心的压强p＝1.3g；当倾斜55€白跋涫保⒒醵约跋洳啾谥行牡难骨縫＝2.27g，是水平装箱时的1.74倍。在倾斜装箱时散货对集装箱侧壁压强的增大是导致传统散货装箱工艺中出现集装箱“涨肚”现象的主要原因。

秦皇岛港每年散货装箱量一般超过10万TEU，因此，有必要考虑在倾斜装箱时对集装箱侧壁的保护问题。为此，秦皇岛港研发多种散货集装箱侧壁保护装置，基于自重护箱原理的装箱机就是其中之一。如图4所示：装箱机行走小车放到换向平台B上，叉车将20英尺空箱放到换向平台B的小车上，换向平台B与换向平台A一起移动；将换向平台B对准大梁，驱动摩擦轮带动小车进入由梁A、梁B和铰点组成的旋转平台上；人工将集装箱开关门器的动臂端部锁轴器固定在集装箱外侧箱门锁杆上；油缸缩回，由主结构平台、梁B和铰点组成的旋转平台带动集装箱旋转；在旋转过程中，集装箱开关门器旋转，空箱逐渐将质量压到3个传力轮上，传力轮通过杠杆铰点和杠杆机构将力传递给靠板；当空箱旋转到位时，开关门器已将集装箱门打开，3个方向的靠板对集装箱起保护作用；启动筛分上料设备，将集装箱装满后关闭筛分上料设备；开关门器将集装箱门关好，集装箱两侧设置站人平台，由人工将集装箱门锁杆锁紧并封好铅封；油缸伸出，旋转平台回转至零位后驱动摩擦轮带动重载集装箱移动到换向平台B上，由叉车将集装箱卸下，完成1个作业循环。

图4散货装箱机结构

2.3设备结构

2.3.1限位及缓冲机构

当装箱机旋转平台往上旋转时，托板压迫有调节功能的弹簧装置向皮带方向压缩；当靠板完全靠到箱体并施加一定作用力后，集装箱托板接触可调机械限位器，集装箱及托板停止向下移动；当三角构架旋转到55€巴Ｖ故保笄憬遣ㄎ频脖咂ご脊┝希患跋渥奥螅孛抛爸霉厣舷涿牛透咨斐鋈枪辜芑刈两咏?€笆保跋浼巴邪宥源β忠盐扪蛊攘α浚堪宥约跋涫┘拥难沽獬勺爸猛贫跋湫凶咭恍《尉嗬耄豢堪謇肟跋洌跋湓谀Σ谅值那滦惺坏交幌蚱教ˋ。

2.3.2换向平台机构

装箱机的换向平台机构由底座、2个相互连接的平台、平台驱动装置、行走小车驱动摩擦轮等组成。在正常装箱过程中，与集装箱长度方向轴线重合的换向平台是空的，另外一个换向平台已经装好空箱；当集装箱装满回归零位时，摩擦轮驱动满载重箱移位到换向平台A上；摩擦轮驱动换向平台A和B移位，换向平台A离开三角构架对称轴线，换向平台B载着空箱进入与三角构架重合的位置；空箱和行走小车在摩擦轮的驱动下进入三角构架旋转体内，进入下一个作业循环，在装物料的同时，换向平台A上的重箱被卸到运输车上；然后，运输车上的空箱被移至换向平台A上，等待重新进入三角构架旋转体。

装箱机作业时，其主结构平台由6个支腿支撑，以便在作业时保持稳定。装箱机换场行走由行走轮及换场行走轮通过转向机构来实现，其换向行走则由拖头或装载机通过牵引架来实现。

2.3.3供料装置

装箱机的供料装置由大倾角波纹挡边皮带机、供料站、支撑柱、伸缩油缸等组成。当正常供料时，大倾角波纹挡边皮带机的倾斜角度为50€埃坏毙凶呋怀∈保透资账酰笄憬遣ㄎ频脖咂ご那阈苯嵌任?0€埃匦慕档停欣谡凶叩奈榷ㄐ浴?

3基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机设计优点

基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机设计的优点包括：实现从装载机装料到重载集装箱出现在换向平台的全过程自动化，取消传统散货装箱人工开关箱及操作天车卸扣的过程；行走小车功能提高换场效率及物料离装箱点过远时的操作效率；在装箱作业过程中对除集装箱底面以外的其他3个外立面进行靠板加压保护，避免集装箱“涨肚”爆箱现象；利用集装箱进料后的重力实现靠板加压保护，不仅达到缓慢加压的效果，最大限度地节约能源，而且由于不用等传动机构动作，节约作业循环时间；旋转油缸布置在三角构架靠近铰点一侧，最大限度地缩短油缸长度，减小油缸截面积，增加旋转驱动力臂并缩短行程；上料皮带和支撑主结构底盘通过铰点连接，充分发挥支撑主结构宽大、重心低、容易行走的特点，降低换场时皮带机移位难度，增加可靠性；换向平台设计将重箱移开与空箱就位合并为一个过程，且只须横向移动即可，有助于节约装箱后的辅助作业时间。

考虑到装载机、可移动式供料站、筛分机、大倾角波纹挡边皮带机等配套设备能力，设备设计作业能力为/h，设计作业时间见表2。若在堆场将块煤直接装到装箱机上，装箱作业效率为每个集装箱耗时；若通过筛分作业线将块煤分装到装箱机上，装箱作业效率为每个集装箱耗时。可见，与传统集装箱散货装箱作业相比，基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机作业效率大幅提升。

表2基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机设计作业时间s

4结束语

在开阔场地，为最大效率地实现散货专业化筛分装箱作业，可以采取卸车、转运、筛分、装箱等作业环节自动化作业模式；在场地有限或筛分装箱量较小、不足以大规模投资作业设备的情况下，可以采取基于自重护箱原理的集装箱散货装箱机作业模式，具体实施过程中的技术参数应根据实际情况作相应调整。

参考文献：

[1] 党琪，王新茹，陈立志. 集装箱运煤列车拨车机的设计[J]. 港口装卸， 2013（3）：41-43.

[2] 陈立志，党琪. 一种全新的港口煤炭筛分装箱工艺[J]. 港口装卸，2009（4）：26-27.

[3] 陈立志，刘江浩. 一种单缸护箱结构的集装箱散货装箱机[J]. 港口装卸，2009（3）：11-12.

[4] 徐晓卉，刘文英，陈立志，等. 一种单缸护箱结构的集装箱散货装箱机：中国，201043098[P]. 2008-04-02.

[5] 陈立志.无动力护箱移动式集装箱散货自动装箱机：中国，101012030[P]. 2007-08-08.

[6]陈立志. 集装箱散货卸箱机：中国，201023990[P]. 2008- 02-20.

[7] 陈立志. 一种新型灌包装车工艺[J]. 起重运输机械，2003（5）：26-28.

（编辑：曹莉琼收稿日期：2014-01-05）