这种新型的无悬臂与单侧悬臂自动化轨道吊组合的堆场布置形式,可以较好解决堆场容量、工艺系统能力匹配、水水中转比例较高、冷藏箱区布置等问题,特别适用于大型集装箱码头以及多泊位连续布置的集装箱码头。

一、自动化集装箱堆场常用工艺形式

到目前为止,全球建成和在建的全自动化、半自动化集装箱码头已超过40 座,堆场几乎全部采用垂直码头岸线布置,堆场装卸设备以自动化轨道吊为主流,每个箱区配置2 台轨道吊,海侧轨道吊主要承担与装卸船相关的作业。该工艺布置形式使得码头与堆场间的车流和提送箱集卡车流相分离,便于自动化堆场的封闭管理和港区交通组织。

自动化轨道吊分为无悬臂或带悬臂形式。

无悬臂轨道吊的自动化堆场工艺因其堆场容量较大、设备较轻等优点应用实例较多,其水平运输设备(如海侧AGV 或跨运车、陆侧集卡)只在箱区的两端与轨道吊进行交接作业,不进入箱区,同一箱区只有1 台轨道吊能直接为岸桥服务,轨道吊需承担集装箱装卸以及箱区内的水平运输作业,因此箱区长度对轨道吊效率有一定影响,无悬臂轨道吊大车速度一般要求达到200 m/min 以上。

带悬臂轨道吊的自动化堆场有零星应用实例,其水平运输设备需进入堆场,与轨道吊的交接位于箱区的侧面、轨道吊悬臂下,同一箱区的2 台轨道吊都能对海侧水平运输设备作业;水平运输设备需行驶至箱区的指定排位,轨道吊不需承担箱区内集装箱的水平运输,因此箱区长度大小对轨道吊的效率影响不大,其大车速度一般要求120 m/min 即可,能耗较低。

二、自动化堆场工艺布置需考虑的几个问题

1. 堆场容量以及堆场海侧设备与码头岸桥能力匹配问题

大型集装箱码头岸桥与堆场海侧轨道吊的配机数量比一般需达到1:(2.5~3.0),以保障装卸船工艺环节能力匹配和提高效率。虽然堆场采用无悬臂轨道吊箱区并列布置方式能够最大限度地解决堆场容量问题,但是要满足轨道吊与岸桥匹配提高船时效率要求就需要增加堆场箱区,而箱区的增加在指定的陆域条件下必然导致堆场容量降低和设备投资、轨道基础投资增加。因此在自动化堆场工艺布置中,保障堆场容量与工艺系统能力匹配往往存在矛盾,需要设计时优化。

2. 对水水中转箱装卸适应性问题

港区水陆转运的集装箱需经过陆侧装卸环节和海侧装卸环节完成,而水水中转箱的装卸工艺环节均在海侧,均为装卸船作业,如果堆场全部采用无悬臂轨道吊箱区布置形式,会导致海侧轨道吊和陆侧轨道吊作业量差异较大,尤其是对于水水中转比例较高的码头,这种差异会更大,应尽可能规避。

3. 自动化堆场内冷藏箱区布置问题

冷藏箱堆场装卸作业的特点在于装卸过程中需要工作人员进入箱区进行电源插拔操作,以及堆存期需进场检查核对冷藏箱温度异常情况等。对于自动化集装箱码头来说,当冷藏箱布置在自动化堆场内时,就会存在自动化作业与人工作业时相互干扰和安全问题,因此必须在自动化集装箱堆场工艺布置中解决。

三、堆场自动化工艺布置新形式

1. 无悬臂轨道吊和单侧悬臂轨道吊组合的工艺布置

(1)无悬臂轨道吊箱区

在以堆存水陆转运箱为主的集装箱区采用整机重量较轻、堆场面积利用率高的无悬臂轨道吊,集装箱装卸交接区设在箱区的两端,海侧设置轨道吊与AGV 交接区,每个箱区设4~6个AGV 支架或伴侣;陆侧设置轨道吊与集卡交接区,每个箱区设4~6 个集卡装卸位。同一箱区配置2 台轨道吊,各自承担相应端交接区的装卸作业,作业繁忙时可相互协作完成同一箱区海、陆侧间的长距离运输,提高作业效率。

(2)单侧悬臂轨道吊箱区

单侧悬臂轨道吊箱区以堆放水水中转箱为主。与AGV 交接区设在轨道吊的悬臂下,采用AGV 将集装箱运输至箱区的指定排位进行交接,减少轨道吊的大车运行距离。同一箱区的2 台轨道吊可同时对AGV 作业,直接为海侧装卸系统服务,提高海侧的作业效率以及对水水中转箱装卸适应性,均衡海、陆侧轨道吊作业量。悬臂箱区采用成对、单侧悬臂端相对布置的方式,相对的两悬臂下两侧各布置1 条作业通道,中间布置2 条AGV 行驶车道。集卡装卸车位可适当减少,可设2~3 个,布置在箱区陆侧端。

(3)冷藏箱区布置

冷藏箱在自动化堆场内的布置可按照“相对集中”的原则,并根据泊位数量分别配置相应区域,布置于悬臂箱区陆侧端,便于人员进出冷藏箱区,也使各泊位到冷藏箱箱区的运输距离较短。冷藏箱区在单侧悬臂轨道吊跨内方向冷藏箱与普通箱分区布置,同时在冷藏箱与集卡交换区间可设置2 排普通标准箱位,便于在对集卡装卸时轨道吊能在大车行走时同步调整小车位置,提高作业效率,同时兼顾人员进出的便利。

2. 主要工艺布置参数

(1)悬臂箱区数量

根据码头吞吐量中水水中转比例确定悬臂箱区布置的箱容量应占总箱容量比例,从而确定悬臂箱区的数量,如码头吞吐量中水水中转比例占50%,悬臂箱区布置的箱容量应占总箱容量约1/3。

(2)轨道吊轨距

自动化轨道吊轨距的确定应以堆场容量和工艺环节能力匹配为原则,分析不同轨距对堆场容量的影响、与码头最大通过能力的匹配度以及轨道吊和岸桥作业效率的匹配度。

3. 主要特点

一是能够解决堆场海侧设备与码头岸桥能力匹配问题。位于同一个箱区的2 台单侧悬臂轨道吊可同时对海侧水平运输设备AGV 作业,均可直接为海侧装卸系统服务;与全部采用无悬臂轨道吊工艺方式相比,在不增加堆场设备数量和投资的前提下,可增加直接为岸桥服务的轨道吊数量,使海侧装卸系统中岸桥与轨道吊的配置数量满足能力匹配的要求,提高海侧装卸系统效率,满足船舶大型化对装卸效率的要求。

二是单侧悬臂轨道吊箱区以堆放水水中转箱为主,无悬臂轨道吊箱区以堆放水陆转运箱为主,堆场容量大,箱区功能明确,具有较大的灵活性。单侧悬臂箱区数量可根据水水中转比例确定,相对均匀地分布于整个堆场中,可减少水水中转箱在泊位间转运的运输距离,可实现堆场容量、工艺环节能力匹配以及设备投资的最优化。

三是单侧悬臂轨道吊箱区内由于2 台轨道吊可以同时对AGV 作业,使得以堆存水水中转箱为主的海侧、陆侧轨道吊装卸量较为均衡。

四是冷藏箱区布置在单侧悬臂箱区的陆侧,采用冷藏箱和普通箱在轨内并列布置的方式,解决传统冷藏箱布置中存在的自动化与冷藏箱人工作业时的相互干扰、安全问题。

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