内河斜坡式码头集装箱装卸工艺

[摘要]分析我国内河斜坡式集装箱码头装卸工艺现状和问题，提出浮式桥式集装箱起重作业工艺及机型方案，探讨开发浮式桥式集装箱起重机的一些关键问题，以提高内河斜坡式集装箱码头的装卸作业效率 [关键词]斜坡式码头；浮式起重机；集装箱起重机；集装箱 0 引言 随着海运集装箱的迅速发展和超大型集装箱船舶的投入使用，原本非常现代化的集装箱枢纽港口也可能存在不适应这种发展的情况。为适应这种发展需要，一些国际集装箱运输专家和咨询、研究机构提出了海上活动浮式集装箱码头的设想[1]，并认为这是国际贸易不断发展、集装箱运量不断攀升的21世纪经济效益高、机动灵活、稳定可靠、环保和节省投资等方面最佳的值得推广的集装箱港口建设战略。我国振华港机公司(ZPMC)也研究提出了浮式装卸作业平台方案[2]该方案将多台岸桥设置在一个大型浮式平台上，实现集装箱船的两舷作业，作业效率可达300TEU/h以上。 为满足大型海运船舶进入内陆河港的需要，常常利用某种减载平台在河口外对其实施减载，如“新双峰海”减载平台[3]。在“新双峰海”减载平台上铺设轨道，安装桥式抓斗卸船机、装船机等装卸设备，以满足大型海运船舶减载作业需要。 我国长江水系集装箱运输发展迅速。长江上游的重庆市是长江上游的经济及航运中心，拥有长江黄金水道、三峡库区开发和承东启西的区位等3大优势。随着重庆市及西南地区对内、对外贸易的不断扩大，集装箱运输量将迅速增长。重庆港地处长江上游，港区水位落差大，过去多建设斜坡式码头，近年来开始尝试建设直立式码头。斜坡式集装箱码头受工艺条件限制，装卸作业效率一直较低。如何提高内河斜坡式集装箱码头的装卸作业效率，一直是业界关注的研究课题。借鉴海港浮式作业平台的经验，开发浮式桥式集装箱起重机(也称“浮式装卸桥”)即是一种探索。结合赤水河(岔角—合江)航运建设工程，在西部交通建设科技资金的资助下，我国已成功研制了5t内河浮式双悬臂桥式起重机，为进一步研制大型浮式桥式集装箱起重机积累了经验。 1 内河斜坡式集装箱码头现状 我国长江上游目前建有2座专用斜坡式集装箱码头，即重庆九龙坡码头和万州红溪沟码头。 重庆九龙坡斜坡式集装箱码头是我国第1个斜坡式集装箱码头，于1997年下半年在重庆港九龙坡动工兴建，设计吞吐量为5万TEU/a。该码头集装箱装卸作业工艺为：通用旋转式浮式起重机二斜坡缆车—轨道式集装箱门式起重机—集装箱搬运车组—集装箱堆场。这种传统的内河集装箱装卸工艺是基于当时的技术条件设计的，设备通用性强，投资少，不愧为一种经济实用的装卸工艺方案。对于内河上游集装箱码头，在装卸量不大的港口，这种作业方式基本上能满足使用要求。但随着经济的发展和集装箱装卸作业量的迅速增长，九龙坡集装箱码头采用的这种传统装卸工艺系统的不足逐渐暴露出来，主要表现在以下几个方面：(1)作业环节多，相互影响和等待造成整体装卸效率降低；(2)装卸作业效率低；(3)需要人力辅助作业；(4)作业安全性差；(5)信息化、自动化程度较低。 九龙坡集装箱码头前沿装卸船作业采用旋转式浮式起重机，作业情况见图1，技术参数见表1 表1九龙坡集装箱码头旋转式起重机技术参数 序号 参数名称 单位 参数值 1 起重量 t 40t/22m，30t/25m 2 起升高度 m 20.5 3 下降深度 m 5 4 工作幅度 m 12~25 5 起升速度 m/min 15 6 变幅速度 m/min 12 7 旋转速度 r/min 0.8 8 趸船型宽 m 18 按照作业144IEU内河集装箱船标准计算工况，九龙坡集装箱码头旋转式浮式起重机工作循环见图2，每轮作业循环时间为353.4s，平均作业效率为10.2循环/h，实际作业效率可达1044TEU/h。 2 提高斜坡式集装箱码头装卸效率的途径 提高斜坡式集装箱码头通过能力的途径可以从以下两个方面考虑。 (1)对现行斜坡式集装箱码头装卸工艺系统进行现代化改造。提高现行集装箱码头装卸工艺系统中设备的性能参数和自动化运行能力，进而提高装卸效率；或是采用新型装卸设备，提高装卸效率，如将斜坡式集装箱码头现用的作旋转运动的集装箱装卸设备改为作直线运动的设备，将会使集装箱装卸作业效率大大提高，同时提高作业安全性，且有利于自动化作业。 (2)采用新型的装卸工艺系统。现行的斜坡式集装箱码头装卸工艺系统与普通海港集装箱码头装卸工艺系统比较，多出一个斜坡运行中间环节，它是制约斜坡式集装箱码头装卸效率提高的瓶颈。如果能采用一种新的装卸工艺系统和码头结构，消灭这个中间环节，斜坡式集装箱码头的装卸作业效率将大大提高。这样，必须研究新型的装卸工艺系统以及与之配套的装卸设备。 对于像九龙坡斜坡式集装箱码头这样已建成使用多年的码头，改造其结构需大量投资，且影响生产，在此情况下宜采用第1种方式提高其通过能力。不改变九龙坡集装箱码头的现有结构形式，将九龙坡集装箱码头前沿装卸作业的旋转型浮式起重机用新型浮式桥式集装箱起重机替代，使装卸作业效率大大提高。推荐装卸工艺方案为：浮式桥式集装箱起重机—斜坡缆车—轨道式集装箱门式起重机—集装箱搬运车组—集装箱堆场。推荐装卸工艺方案示意见图3。 3 浮式桥式集装箱起重机总体方案 浮式桥式集装箱起重机可借鉴在我国港口已成功使用的轻型岸边集装箱起重机结构形式，可沿趸船纵轴方向的轨道运行，完成对集装箱船舶和陆侧斜坡缆车上集装箱的装卸作业。桥式集装箱起重机为双悬臂结构型式，大车运行机构沿趸船纵向布置的轨道运行，使用的轻型岸边集装箱起重机结构形式，可沿趸船纵轴方向的轨道运行，完成对集装箱船舶和陆侧斜坡缆车上集装箱的装卸作业。桥式集装箱起重机为双悬臂结构型式，大车运行机构沿至船纵向布置的轨道运行，绳索牵引式小车垂直于大车运行方向在大梁结构上运行。起升机构、小车运行驱动机构、俯仰机构和电气设备布置在大梁上方的机器房内。特殊设计的起升钢丝绳缠绕系统、小车运行钢丝绳缠绕系统和俯仰钢丝绳缠绕系统能确保完成桥式集装箱起重机的起升、小车运行和俯仰动作。司机室安装在小车结构底部随小车运行。小车下挂自动伸缩式集装箱吊具，可方便地装卸20ft和40ft集装箱。通过桥式集装箱起重机的大车运行、小车运行、起升等联合动作，可实现对集装箱船舶全船或对全部配套斜坡式集装箱缆车的装卸作业。非工作状态下，起重机前伸臂仰起以让开航道。 浮式桥式集装箱起重机总体方案示意见图47技术参数见表2。 表2 浮式桥式集装箱起重机技术参数 序号 参数名称 单位 参数值 1 起重量 t 40，吊具下30.5 2 起升高高度 m 水下15 3 下降深度 m 5 4 有效前伸臂 m 18 5 有效后伸臂 m 8 6 起升速度（重载/空载） m/min 30/60 7 小车运行速度 m/min 120 8 大车运行速度 m/min 30 按照作业144TEU内河集装箱船标准计算工况，浮式桥式集装箱起重机工作循环见图5，每轮作业循环时间为216.9s平均作业效率为16.6循环/h，实际作业效率可达20~24TEU/h，比旋转式浮式起重机的作业效率提高60%以上。 4 浮式桥式集装箱起重机特殊问题探讨 浮式桥式集装箱起重机是码头前沿的核心设备，其使用频繁、设备完好率要求极高，否则将影响整个码头的运转。浮式桥式集装箱起重机每次起吊一个20ft或40ft集装箱。随着集装箱运输的发展，40ft集装箱所占的比重越来越大，起重机每次起吊的载荷都接近于额定起升载荷，因此，浮式桥式集装箱起重机的整机工作级别宜取最高等级，即A8；对应的整机金属结构的工作级别取E8；起升和小车运行两大主要工作机构的工作级别也宜取最高等级，即M8；大车运行机构不同于一般岸边集装箱起重机，由于斜坡缆车的位置是固定的，装卸船作业时，需要依靠浮式桥式集装箱起重机的大车运行机构进行对位，因此，浮式桥式集装箱起重机的大车运行机构是工作性机构，考虑其实际运行工况，其工作级别宜取M6~M7；前臂俯仰机构与一般岸边集装箱起重机类似，为调整性机构，其工作级别可取较低等级。 浮式桥式集装箱起重机在趸船上运行，其整机质量，尤其是结构质量必须尽量减小。起重机金属结构可采用国内外轻型岸边集装箱起重机常用的结构形式，即前大梁为三角形桁管结构，后大梁为板梁桁架结构，前门框、后门框、梯形架为箱形结构。必须认真计算三角形桁管结构大梁的疲劳寿命，严格选择桁管材料，认真控制大梁加工制造工艺，以确保大梁结构质量。浮式桥式集装箱起重机在至船上运行，趸船的运动会产生对起重机结构的作用力，浮式桥式集装箱起重机金属结构计算中应对此作用力有所考虑。 浮式桥式集装箱起重机作业时可能会使趸船产生纵倾和横倾，为保证起重机在趸船纵倾和其他因素影响下不打滑，大车运<