鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)裝卸機(jī)械設(shè)備選型研究

摘要對(duì)于各類鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)的建設(shè)，集裝箱裝卸設(shè)備的合理選型是提高集裝箱運(yùn)輸能力，促進(jìn)鐵路貨物運(yùn)輸高速發(fā)展的關(guān)鍵。文章從設(shè)備特點(diǎn)、技術(shù)性能、作業(yè)效率等多方面，對(duì)正面吊、軌道式集裝箱門式起重機(jī)和輪胎式集裝箱門式起重機(jī)等常見集裝箱裝卸設(shè)備進(jìn)行了全面系統(tǒng)的比較分析，并分析了各種裝卸機(jī)械的場(chǎng)地堆箱利用率，為各類鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)的裝卸機(jī)械設(shè)備選型提供了依據(jù)和參考。關(guān)鍵詞鐵路集裝箱；裝卸設(shè)備；設(shè)備配置；選型0引言鐵路集裝箱運(yùn)輸是現(xiàn)代化鐵路貨物運(yùn)輸發(fā)展的方向，是實(shí)施集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的重要環(huán)節(jié)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及“一帶一路”倡議的推進(jìn)，近些年鐵路運(yùn)輸大力發(fā)展多式聯(lián)運(yùn)，拓展現(xiàn)代化物流模式，快速推進(jìn)鐵路貨物集裝化運(yùn)輸[1]。結(jié)合國內(nèi)運(yùn)輸行業(yè)綠色、環(huán)保、數(shù)智的發(fā)展戰(zhàn)略，如煤炭、礦建材料、冷鏈等貨物逐步采取集裝箱運(yùn)輸。同時(shí)，大量公路貨運(yùn)運(yùn)量向鐵路轉(zhuǎn)移，鐵路集裝箱運(yùn)量增長迅速，集裝箱在鐵路貨運(yùn)的占比也越來越高[2]。為了滿足鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，鐵路集裝箱作業(yè)場(chǎng)站逐步向大型化、專業(yè)化、自動(dòng)化發(fā)展。近年來，如鐵路集裝箱中心站、綜合物流園、水鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱裝卸站等，各地大型鐵路集裝箱作業(yè)場(chǎng)的建設(shè)需求日益增高。此外，大量既有鐵路傳統(tǒng)小型貨場(chǎng)、企業(yè)專用線等也開始配套大量升級(jí)改造，調(diào)整貨物品類，開展集裝箱裝卸作業(yè)。因此，對(duì)于各類鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)的建設(shè)，集裝箱裝卸設(shè)備的合理選型是提高集裝箱運(yùn)輸能力，充分發(fā)揮運(yùn)營效率，促進(jìn)鐵路貨物運(yùn)輸高速發(fā)展的關(guān)鍵。1鐵路集裝箱裝卸設(shè)備概述鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)的作業(yè)特點(diǎn)是完成集裝箱裝卸火車、汽車的作業(yè)，并對(duì)集裝箱進(jìn)行短期堆存。目前用于集裝箱裝卸作業(yè)的機(jī)械主要有軌道式集裝箱門式起重機(jī)、輪胎式集裝箱門式起重機(jī)和正面吊等。1.1軌道式集裝箱門式起重機(jī)的特點(diǎn)軌道式集裝箱門式起重機(jī)是鐵路集裝箱貨場(chǎng)傳統(tǒng)的裝卸設(shè)備。其利用液壓伸縮式專用集裝箱吊具進(jìn)行裝卸作業(yè)，軌道內(nèi)堆存集裝箱，軌道外留有外懸臂作業(yè)帶，可裝卸車輛或臨時(shí)堆存集裝箱。軌道式集裝箱門式起重機(jī)采用電力驅(qū)動(dòng)，具有自動(dòng)化程度高、作業(yè)效率高、運(yùn)營成本低、操作簡(jiǎn)單、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、堆場(chǎng)利用率高等優(yōu)點(diǎn)[3]。但設(shè)備購置、安裝及配套工程投資較大，初期建設(shè)成本高，并且由于固定在軌道上行走，作業(yè)范圍相對(duì)受限，因此靈活性較差，一般適用于集裝箱裝卸量較大的集裝箱專業(yè)化裝卸場(chǎng)。1.2輪胎式集裝箱門式起重機(jī)的特點(diǎn)輪胎式集裝箱門式起重機(jī)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外集裝箱碼頭的裝卸及堆碼作業(yè)。其由內(nèi)燃或電力驅(qū)動(dòng)，門架支撐在充氣橡膠輪胎上，在堆場(chǎng)內(nèi)行走，可在固定地點(diǎn)轉(zhuǎn)向90°實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換[4]，有一定靈活性。但其為主要結(jié)構(gòu)尺寸定型的產(chǎn)品，設(shè)備機(jī)構(gòu)復(fù)雜，購置、使用和維修費(fèi)用較高，作業(yè)穩(wěn)定性及安全可靠性遜于軌道式集裝箱門式起重機(jī)。1.3正面吊的特點(diǎn)正面吊機(jī)動(dòng)靈活，具有隔箱作業(yè)等功能[5]。正面吊的優(yōu)點(diǎn)是在貨場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)靈活，其作業(yè)范圍可根據(jù)需要方便地調(diào)整，便于調(diào)配；可根據(jù)運(yùn)量增長情況逐步購置。正面吊的主要缺點(diǎn)是故障率較高，維修成本較高，作業(yè)通道寬，箱場(chǎng)利用率低，作業(yè)效率及自動(dòng)化程度相對(duì)較低。一般適用于小型集裝箱裝卸作業(yè)區(qū)或輔助箱區(qū)[6]。2裝卸機(jī)械的性能應(yīng)符合堆場(chǎng)的作業(yè)特性集裝箱堆場(chǎng)按運(yùn)行模式可分為揀選式和整取式兩類。揀選式就是按貨主、箱形、箱種及去向等分類堆碼；取箱時(shí)隨機(jī)選擇，在大批箱子中可能抓取其中一個(gè)。整取式是堆積大垛，取出時(shí)從外側(cè)順序抓取。在現(xiàn)行運(yùn)輸模式中，鐵路集裝箱中心站、大型鐵路物流園等大型鐵路裝卸場(chǎng)站的成百上千個(gè)集裝箱不可能是同一家的，大型鐵路裝卸場(chǎng)站的堆場(chǎng)，一般為揀選式。大型鐵路裝卸場(chǎng)站的空箱堆場(chǎng)是整取式的，重箱發(fā)送區(qū)有一些整取的性質(zhì)。兩類集裝箱堆場(chǎng)對(duì)裝卸設(shè)備的性能要求不同，正面吊一類的流動(dòng)式裝卸設(shè)備在揀選式堆場(chǎng)使用要大打折扣。3鐵路集裝箱裝卸設(shè)備比較3.1特性綜合比較集裝箱門式起重機(jī)（軌道式、輪胎式）與正面吊具體綜合性能特點(diǎn)比較詳見表1。3.2場(chǎng)地堆箱利用率比較（1）場(chǎng)地堆箱利用率是有效堆箱面積與占地總面積的比。雖然堆箱數(shù)還與堆碼層高有關(guān)，因各種機(jī)械也都能做到堆碼重箱3～4層，在堆高相同的條件下，場(chǎng)地利用率只需比較面積利用率。n=S1/S總（1）式中，n——場(chǎng)地堆箱利用率；S1——堆箱面積（箱底面積+間隙面積）；S總——總面積（堆箱面積+各通道面積）。（2）設(shè)計(jì)時(shí)參照設(shè)計(jì)圖，式（1）中的面積利用率是很容易計(jì)算出來的。但為了更加簡(jiǎn)明地判斷幾種設(shè)備的場(chǎng)地堆箱利用率，可以利用單元面積法來分析，選取12m長、50m寬的矩形面積，按即卸即堆方式讓這幾種機(jī)械在上面施展能力，計(jì)算場(chǎng)地利用率。因?yàn)?2m近似一個(gè)40ft箱的長度，鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)以鐵路裝卸線為作業(yè)中心，為提高裝卸作業(yè)效率，箱場(chǎng)一般在裝卸線旁邊縱向布置，50m寬度基本可以滿足上述各類集裝箱裝卸設(shè)備的作業(yè)需求。故50m范圍內(nèi)扣除火車、集卡車通道后，計(jì)算剩余有幾個(gè)箱寬的尺寸，即可比較出它們的場(chǎng)地堆箱利用率，容箱數(shù)越多，場(chǎng)地利用率越高。再大的面積也是由單元面積組成的，所以單元面積法是普遍適用的。Z=L?（L1+L2+L3）/L4（2）式中，Z——單位面積容箱數(shù)（40ft箱）；L——單元面積寬50m；L1——鐵路裝卸線寬4.88m；L2——集卡車通道寬7m；L3——機(jī)械走行作業(yè)占用寬度：門式起重機(jī)8.5m，正面吊15m；L4——集裝箱寬=2.738m（含間隙）。n=Z×2.738/50（3）通過式（3）計(jì)算，軌道式集裝箱門式起重機(jī)：Z=10.8，n=59%；輪胎式集裝箱門式起重機(jī)：Z=5.9，n=32%；正面吊：Z=3，n=16%。輪胎式集裝箱門式起重機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)化定型設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)跨度一般為23.47m，所以在50m長的單元面積上必須設(shè)兩條裝卸作業(yè)線，分別用兩臺(tái)起重機(jī)或用一臺(tái)起重機(jī)去轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)，每臺(tái)跨內(nèi)各設(shè)1條裝卸線及3.5m的集卡車通道，因此計(jì)算輪胎式集裝箱門式起重機(jī)場(chǎng)地堆箱利用率時(shí)，需計(jì)算兩倍的L1、L3。而軌道門式起重機(jī)的主梁長度可達(dá)50m以上。由此可以看出輪胎式門式起重機(jī)除非是定制非標(biāo)準(zhǔn)大跨度設(shè)備，采用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)設(shè)備時(shí)，與鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)適應(yīng)性較差，更加適用于集裝箱碼頭堆箱區(qū)。輪胎式集裝箱門式起重機(jī)Z=（50?4.88?4.88?7?8.5?8.5）/2.738=5.9。正面吊只能隔一排箱作業(yè)重箱，因此一般每一個(gè)鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)，裝卸線兩側(cè)各設(shè)置兩排箱位，每側(cè)都需考慮15m寬的正面吊作業(yè)通道，并且每側(cè)各設(shè)3.5m的集卡車通道，因此計(jì)算正面吊場(chǎng)地堆箱利用率時(shí)，需計(jì)算兩倍的L3。正面吊Z=（50?4.88?7?15?15）/2.738=3。由此可見，軌道式集裝箱門式起重機(jī)的場(chǎng)地堆箱利用率遠(yuǎn)高于正面吊，約是輪胎式集裝箱門式起重機(jī)的1.8倍。3.3軌道式與輪胎式集裝箱門式起重機(jī)比較軌道式集裝箱門式起重機(jī)與輪胎式集裝箱門式起重機(jī)是目前在集裝箱箱場(chǎng)使用比較普遍的機(jī)型，在鐵路集裝箱作業(yè)場(chǎng)的裝卸作業(yè)中，主要存在以下不同：（1）輪胎式集裝箱門式起重機(jī)是定型產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)跨距一般為23.47m，在港口堆場(chǎng)定型布置一般為跨內(nèi)6排箱位和1條集卡車通道。若在鐵路集裝箱作業(yè)場(chǎng)采用輪胎式集裝箱門式起重機(jī)，由于跨內(nèi)增加了裝卸線，必然相應(yīng)減少了集裝箱的堆存量，結(jié)合場(chǎng)地堆箱利用率計(jì)算情況，輪胎式集裝箱門式起重機(jī)與鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)適應(yīng)性較差，場(chǎng)地堆箱利用率遠(yuǎn)低于軌道式門式起重機(jī)，并且對(duì)于場(chǎng)區(qū)裝卸線總平面布置有較大不利影響。（2）目前在鐵路集裝箱的運(yùn)輸與裝卸中，存在將集裝箱至少旋轉(zhuǎn)180°的情況。軌道式集裝箱門式起重機(jī)具有旋轉(zhuǎn)功能，可實(shí)現(xiàn)大于180°的旋轉(zhuǎn)，而標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)輪胎式集裝箱門式起重機(jī)一般只能做?5°～+5°的擺動(dòng)。（3）輪胎式集裝箱門式起重機(jī)較軌道式機(jī)構(gòu)復(fù)雜，購置、使用和維修費(fèi)用較高。同時(shí)，鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)內(nèi)，輪胎式集裝箱門式起重機(jī)司機(jī)需經(jīng)常對(duì)大車走形進(jìn)行糾偏，整機(jī)作業(yè)效率受到一定影響，且作業(yè)穩(wěn)定性及安全可靠性低于軌道式集裝箱門式起重機(jī)。根據(jù)綜合比較表及上述兩種設(shè)備特點(diǎn)，綜合比較兩種門式起重機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性，得出結(jié)論：鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)采用門式起重機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)，建議選用軌道式集裝箱門式起重機(jī)。4結(jié)語對(duì)于集裝箱中心站、現(xiàn)代鐵路物流園、多式聯(lián)運(yùn)裝卸站等大型鐵路集裝箱作業(yè)場(chǎng)，集裝箱主箱區(qū)的裝卸作業(yè)量相對(duì)較大，對(duì)裝卸設(shè)備的作業(yè)效率、場(chǎng)地利用率、作業(yè)穩(wěn)定性、自動(dòng)化程度有較高的要求。根據(jù)前文幾種裝卸設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)情況綜合比較，軌道式集裝箱門式起重機(jī)有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。從作業(yè)效率及場(chǎng)地堆箱利用率角度比較，軌道式集裝箱門式起重機(jī)作業(yè)效率約為正面吊的1.25倍，并且其覆蓋作業(yè)箱位也遠(yuǎn)高于正面吊。至于基建及設(shè)備投資大、靈活機(jī)動(dòng)性差的問題，大型鐵路集裝箱作業(yè)場(chǎng)的裝卸運(yùn)量較大，其日均集裝箱作業(yè)量能夠匹配1臺(tái)或多臺(tái)軌道式門式起重機(jī)的作業(yè)能力，并且運(yùn)量相對(duì)穩(wěn)定，因此這些缺點(diǎn)影響極其有限。正面吊難以滿足大運(yùn)量鐵路裝卸作業(yè)區(qū)的裝卸需求，結(jié)合鐵路集裝箱作業(yè)區(qū)自動(dòng)、智能化的發(fā)展需求，運(yùn)量較大的大型鐵路集裝箱裝卸作業(yè)場(chǎng)宜使用軌道式集裝箱門式起重機(jī)進(jìn)行集裝箱的裝卸作業(yè)。對(duì)于集裝箱運(yùn)量較為零散的小型鐵路貨場(chǎng)、物流園及升級(jí)改造的老舊裝卸場(chǎng)站，其集裝箱運(yùn)量相對(duì)較小且不穩(wěn)定，并且建設(shè)投資有