集装箱自动开关箱门装置的研发与应用

◎温宏杰，王 磊，史纬琦，闫发宣，吕晗恺，陈厚斌，张国强，杨海龙

（山东港口集团青岛港董家口分公司，山东 青岛 266000）

1 集装箱自动开关箱门装置开发的目的意义

用翻箱器在岸边通过大料斗直接进行散货市提装箱作业，是港口常见的一种作业模式。常见的翻箱作业，多是在集装箱装满物料后，需要人工进行开关，并借助辅助工具。开关门人员劳动强度大，效率低，高空作业危险性强，甚至有些集装箱门开关非常吃力，容易造成人身伤害。

山东港口集团青岛港董家口分公司针对集装箱门的开关门采用机器替代人工的想法研发了一套全自动开关箱门系统。该系统能够完全替代人工进行全自动的集装箱开关门，完成企业对于生产高效、避免高空作业的要求。本发明可以解决人工劳动强度和自身伤害等弊端，并提出一种全新的结构设计系统的整体布局。

本文所谈集装箱自动开关箱门系统可实现全自动开关箱门并锁紧，实现翻箱作业自动化，优化装箱作业工艺，能够解放更多劳动力，人员安全也能得到保障。

2 设计方案

基于一种市提装箱使用的集装箱自动开关箱门系统，所述的装箱为向集装箱内灌入物料。自动开门系统有两套完全相同的硬件部分和软件部分组成。

硬件部分为锁鼻翻转机构、锁杆夹紧机构、开锁机构、开门机构、转臂机构、伺服顶升机构、锁鼻位置检测机构（AI 视觉）、箱号识别系统（翻箱器专用识别）。

软件部分为AI 深度成像技术、AI 自学习技术。实施案例中，两个结构由运动控制系统统一控制，区别应用于先开门后关，后开门先关的原则进行运动控制。全自动开关箱门机颠覆性的机构设计，能够适用集装箱的各种变化，留有足够的余量空间进行自动调整，设计专用的开锁鼻电机，能够同时打开4 个锁鼻。通过电气、机械、液压和传感器的配合实现多点多方位感知，提高成功率。

通过安装在翻转机构的开门系统，接受到开门指令后，运动机构先将锁鼻翻转至上方位置，当AI 系统检测到锁鼻已经在上方位置后，输出一个IO 信号告知运动控制器，运动控制驱动锁杆夹紧机构握住开门把手，通过运动控制器的力矩模式驱动开锁机构将锁头旋转至开锁的位置，当传感器输出信号时，再驱动开门机构将集装箱门打开。

关门操作和开门相反，先关闭箱门，手柄旋锁机构将箱门关闭，后通过锁鼻旋转机构将锁鼻反转至下方位置。系统操作完成之后，给翻箱器一个信号，至箱子平行于地面。

箱子在平行地面时，通过箱号识别系统识别箱子的号码，经过软件合并后统一采集装货重量、箱号、操作人员等信息形成历史数据保存。

下面结合图1、图2、图3、图4、图5 对本发明的具体实施方式进行阐述。

仿照图1、图2、图3、图4、图5 系统结构形式，采用①开关门主机构、②开锁鼻机构、③可上下移动机构、④夹爪机构、⑤旋转轴锁开锁机构、⑥抚平旋转机构、⑦抚平平移机构、⑧旋转锁轴插销机构等组成，各机构进行配合，完成集装箱门开关门。

图1 外形尺寸示意图

图2 三维立体示意图

图3 各行程机构示意图

图4 开关机构机械示意图

图5 开关机构三维示意图

（1）①开关门主机构，进行开门机闭合动作，使开门机各个机构能够到达预定位置，紧贴集装箱门。

（2）②开锁鼻机构，在动作1 完成后开始进行锁鼻电机旋转动作打开锁鼻。

（3）③可上下移动机构，执行向上动作，使夹爪机构顺利进入扶手可夹持区域。

（4）④夹爪机构，进行夹爪动作，夹紧扶手，同时⑤旋转锁轴插销机构进行动作，插入旋转锁轴内侧。

（5）⑤旋转轴锁开锁机构，执行伸出动作，完成夹住的扶手带动旋转锁轴旋转完成所有箱门的开锁动作。

（6）①开关门主机构，进行开门机主机构与箱门紧密锁在一起，同时箱门锁全部打开，可以进行开门动作。

（7）⑥抚平旋转机构、⑦抚平平移机构，根据需要执行⑥⑦机构动作，进行抚平动作。

（8）关门反之即可。整个工作流程是：1-2-3-4-5-6-7-8 进行循环往复动作即可。整个动作均有控制器进行自动控制，结合各传感器信号进行各个动作的调整，完成开关箱门。

箱子在平行地面时，通过箱号识别系统识别箱子的号码，经过软件合并后统一采集装货重量、箱号、操作人员等信息形成历史数据保存。

3 效益分析

与现有技术相比，本实用新型发明的优点和效果是新型装箱自动开关箱门系统安装在翻转机构的开门系统后，接受到开关门指令后，能自动进行开关箱门，各机构相互配合高效、准确，不再需要工人登高手动开关箱门，保障了作业安全，提升了作业效率，解放了更多的劳动力。

该系统的建设按照以人为本的原则，系统投入使用后全面升级传统作业模式，减少现场的装卸作业工人，全程实现自动化，单条作业线可节省作业人员2 名。该系统全程借助于信息化监控设备，实现市提作业流程标准化、快速化。针对疫情防控，可有效解决集装箱与人员接触，真正实现无人化零接触，有效遏制国外输入疫情。

4 结语

翻箱器应用在市提码头散货市提装箱领域，使用范围较广，本文阐述的集装箱自动开关箱门，结合实际作业特点，综合考虑人员安全、作业效率等因素，从结构方面进一步优化改造，保证市提翻箱作业效率的提升，也保证了人员的安全，节省更多的劳动力，在实际投产使用后，取得了较为满意的效果。实验表明，集装箱自动开关箱门效果较好，市提翻箱作业减少了人员的投入，降低了人员的劳动强度。