一种集装箱自动装卸的堆场设施及装卸工艺

1.本发明涉及集装箱堆场设施技术领域，具体是一种集装箱自动装卸的堆场设施及装卸工艺。


背景技术：

2.现在物流中，集装箱是常用的货物存储和搬运设备，货物存储在集装箱内，既安全、又方便搬运，集装箱运输是现代化港口中不可取代的运输方式。
3.目前，大多数港口还采用传统的集装箱装卸工艺。首先，岸桥上的起吊小车将集装箱吊起，然后将集装箱放在岸桥下方的集卡上，集卡将集装箱转运到后方堆场，堆场的门式轨道起重机再将集装箱吊入堆场。虽然该工艺较为成熟，并且可靠性高，但是装卸效率非常低，当港口吞吐量较大时,集装箱转运的集卡容易在堆场道路上发生拥堵，严重影响装卸效率。
4.堆场区也存在以下问题：首先，现在堆场通常是在每个堆场区设计两台轨道吊，轨道吊需要在整个堆场内进行往复作业，当一台轨道吊故障时，只能停止该堆场区作业，不能用其他轨道吊代替，导致堆场区原作业流程终止；而且当两个出入箱区同时作业时,会出现两台轨道吊交叉作业现象，存在避让情况；其次，随着集装箱码头吞吐量的增加，受堆场场地面积的限制，目前堆场堆码朝着8-9层甚至更高层的装卸工艺方向发展，这也对堆场轨道吊提出更高的要求；再者，一般堆场集装箱的堆码强度是集装箱最大重量的180%，大约堆码5层，而空陆水联运集装箱强度仅能堆码两层，远远不能实现堆码8-9层的装卸工艺。因此，集装箱的强度和堆场轨道吊的设计以及装卸工艺都制约着堆场堆码高度的发展。
5.另外，堆场轨道吊在提升集装箱过程中，是将其它能量转化为集装箱的重力势能，而在降低集装箱的过程中，集装箱的重力势能并不能转化为其它能量而存储，存在能量的浪费。另外，集装箱露天堆放存在风力倒推问题，对集装箱的堆码高度有一定限制，目前最高也就只能堆放7～8层左右，且必须堆叠成固定的防风形状或者通过增加辅助设施进行防风。


技术实现要素：

6.为此，针对现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种集装箱自动装卸的堆场设施及装卸工艺，通过该堆场设施实施装卸工艺，可根据堆场场地面积及码头吞吐量来设计堆场堆码高度，而且堆场内集装箱与集装箱之间有间隔，不受集装箱强度的限制，并且通过增加配重发电装置，将集装箱的部分重力势能转化成电能，同时因配重发电装置有平衡集装箱重量的功能，所以可以有效降低动力装置的能量输出，实现节能与发电的功能。
7.本发明提供一种集装箱自动装卸的堆场设施，其特征在于：包括有框架系统、动力驱动装置、升降装置、配重发电装置、伸缩支撑装置；在所述框架系统内部由多道内部横墙平行间隔出多道空间，在每一所述内部横墙上间隔设置有由所述动力驱动装置、升降装置和配重发电装置构成的组合机构，在每一所
述内部横墙上还设置有多个第一方孔，所述升降装置和第一方孔中都设置有所述伸缩支撑装置，且每一所述升降装置和紧邻的一个所述第一方孔中的伸缩支撑装置垂直相对；所述升降装置和配重发电装置由所述动力驱动装置通过钢丝绳在两端驱动连接；所述内部横墙之间的间距，根据集装箱的长度确定；所述内部横墙水平方向上第一方孔之间的间距，即所述内部横墙上升降装置之间的间距，根据集装箱的宽度确定；所述内部横墙高度方向上第一方孔之间的间距，根据集装箱的高度确定。
8.进一步地：所述框架系统包含外围框架和所述内部横墙，所述内部横墙支撑于所述外围框架之内。
9.进一步地：所述内部横墙是一变截面墙，在水平方向上隔段设置有加宽部，在所述加宽部的两侧，沿高度方向上间隔设置有所述第一方孔；在相邻两加宽部之间的墙体的两侧，均设置有升降槽和配重槽，其中，所述升降槽紧临加宽部设置，所述升降槽中放置所述升降装置，所述配重槽中放置所述配重发电装置。
10.进一步地：所述升降槽和配重槽都沿墙体高度方向通长设置。
11.进一步地：所述动力驱动装置包括动力装置、动力轮和随动轮，动力装置驱动连接动力轮，动力轮驱动连接随动轮，动力轮和随动轮上设置有槽，槽中绕有钢丝绳，所述钢丝绳一端连接在动力驱动装置上，另一端连接在配重发电装置上；所述升降装置上设置有第二方孔，所述第二方孔内安装有伸缩支撑装置；所述配重发电装置包括发电装置和驱动轮，所述驱动轮绕接所述钢丝绳。
12.进一步地：所述伸缩支撑装置包括基座、电动推杆装置、伸缩柱，所述基座内部设置有内腔和滑槽，所述电动推杆装置安装在内腔里，所述伸缩柱安装在滑槽内，所述电动推杆装置推动所述伸缩柱伸缩，所述伸缩柱的外端结构与集装箱角件侧孔的结构相匹配。
13.本发明还提供一种根据集装箱自动装卸的堆场设施的装卸工艺，其特征在于：定义所述框架系统底部内部横墙以下的空间为0层，所述0层的高度大于载有集装箱的agv车的高度；定义所述0层以上每两个第一方孔之间的空间为一堆码层；定义每四角相对的四个升降装置围成的空间为一堆码位；所述装卸工艺包括集装箱上架过程和下架过程：所述上架过程是由载有集装箱的agv车将集装箱运达到预定的堆码位所在的0层，然后由所述升降装置将集装箱提升到预定层，再由预定层第一方孔中的伸缩支撑装置支撑住集装箱；所述下架过程是空载的agv车到达预定的堆码位所在的0层等待，然后由所述升降装置将集装箱吊起，同时取消第一方孔中的伸缩支撑装置的支撑，然后所述升降装置将集装箱下降到0层等待的空载的agv车上。
14.进一步地，所述上架过程具体包括如下步骤：1）根据指令，载有集装箱的agv车进场到达0层预定位；2）在0层预定位，对应的四个动力驱动装置同步驱动四个升降装置下降到agv车上方；3）然后升降装置上安装的伸缩支撑装置将集装箱顶部四角吊起；
4）然后四个动力驱动装置继续驱动四个升降装置上升，所述升降装置带动集装箱上升；5）当升降装置带动集装箱上升到预定层时，与预定层相对应的第一方孔中的四个伸缩支撑装置伸出伸缩柱，将集装箱底部四角支撑住；6）然后集装箱顶部四角内的伸缩柱缩回至各自伸缩支撑装置中，升降装置与集装箱脱离。
15.进一步地，所述下架过程具体包括如下步骤：1）根据指令，空载的agv车进场到达0层预定位；2）由预定位所在的四个动力驱动装置同步驱动四个升降装置到达预定层，升降装置上安装的伸缩支撑装置将集装箱顶部四角吊起；3）然后原本支撑在集装箱底部四角的伸缩柱缩回至各自的伸缩支撑装置中；4）然后四个动力驱动装置继续驱动四个升降装置下降，直至到达已到位的agv车上方；5）然后集装箱顶部四角内的伸缩柱缩回至各自的伸缩支撑装置中；6）然后载有集装箱的agv车出场。
16.进一步地：所述装卸工艺还包括倒箱过程，所述倒箱过程是下架过程和上架过程的结合，先执行下架过程，将集装箱由原位原层下降到原位0层，然后由agv车移至预定位0层，然后再执行上架过程，将集装箱提升到预定层。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：1、本发明提供的一种集装箱自动装卸的堆场设施，没有集装箱轨道式龙门吊，不受集装箱轨道式龙门吊的限制，因此集装箱层数的设计可以超过目前大多数堆场的层数，更加有优势。
18.2、本发明提供的一种集装箱自动装卸的堆场设施，集装箱层与层之间是有间隔的，不需要底层的集装箱承受上边集装箱的重力，因此不受集装箱重量的影响制约集装箱的层数，层数的多少主要根据港口需要进行设计。
19.3、本发明提供的一种集装箱自动装卸的堆场设施，将集装箱的部分重力势能转化成电能。同时，因为配重发电装置既平衡了集装箱重量，又有效降低动力驱动装置的能量输出，从而实现了发电与节能的功能。
20.4、本发明提供的一种集装箱的自动装卸的工艺，基于所述堆场设施，在集装箱上架或下架过程中，都由升降装置自动执行，省时省力，且伸缩支撑装置自动执行伸缩支撑作用，全场无需人工操作。
附图说明
21.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
22.图1为本发明实施例示出的堆场设施立体结构示意图；图2为堆场设施的主视图；图3为堆场设施的俯视图；图4为堆场设施的内部横墙部位剖视图；图5为内部横墙的局部放大图；
图6为动力驱动装置、升降装置和配重发电装置的联合结构示意图；图7为升降装置结构示意图；图8为伸缩支撑装置结构剖视图；图9为动力驱动装置结构示意图；图10为配重发电装置结构示意图；图11a为实施例示出的载有集装箱的agv车达到堆场预定位的示意图；图11b为升降装置上将集装箱吊起的示意图；图11c为升降装置上的伸缩支撑装置将集装箱支撑住的示意图；图11d为内部横墙上的伸缩支撑装置将集装箱支撑住的示意图。
23.图中：1-框架系统；2-升降装置；3-伸缩支撑装置；4-动力驱动装置；5-配重发电装置；6-钢丝绳；7-agv车；11-外围框架；12-内部横墙；111-支撑柱；112-横梁；113-纵梁；114-顶梁；121-加宽部；122-第一方孔；123-升降槽；124-配重槽；201-第二方孔；31-基座；32-电动推杆装置；33-伸缩柱；41-动力装置；42-动力轮；43-随动轮；51-发电装置；52-驱动轮。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
25.本发明提供一种集装箱自动装卸的堆场设施及装卸工艺，该堆场设施是通过在框架系统上设置升降装置、伸缩支撑装置、动力驱动装置、配重发电装置等装置而构成，所述动力驱动装置通过钢丝绳驱动所述升降装置进行升降运动，升降装置带动伸缩支撑装置支撑的集装箱上升、下降或固定，并且通过配重发电装置进行节能与发电，从而实现了集装箱的上架、下架和倒箱过程，提高了集装箱的吞吐效率。
26.如图1、图6所示，该堆场设施包括框架系统1、升降装置2、伸缩支撑装置3、动力驱动装置4、配重发电装置5、钢丝绳6。所述升降装置2、动力驱动装置4、配重发电装置5设置在框架系统1上，并且升降装置2、动力驱动装置4、配重发电装置5通过所述钢丝绳6连接，所述伸缩支撑装置3在在框架系统1上和升降装置2上都有设置。
27.如图1～图5所示，所述框架系统1包含外围框架11和内部横墙12，所述外围框架是由支撑柱111、横梁112、纵梁113、顶梁114等构成的一方形框架，内部横墙12是横设于外围框架之内的一面墙；支撑柱111、横梁112、纵梁113、顶梁114只用于框架系统的外围成型，内部横墙12是用于框架系统的内部支撑以及零部件的安装基础。横梁112亦可用最外围的一面内部横墙12充当。
28.在框架系统1内部平行设置有多道内部横墙12，相邻两道内部横墙12之间的空间是用于码放集装箱的空间，相邻两道内部横墙12之间的间隔根据集装箱的长度确定，略大于集装箱的长度。
29.进一步地，内部横墙12是一变截面墙，在正常墙体上隔段设置有加宽部121，加宽
部的宽度宽于正常墙体宽度。在加宽部121两侧宽出正常墙体的部分上设置有第一方孔122，第一方孔122沿墙体跨度方向开设。每两加宽部121之间的墙体两侧设置有凹槽，并且单侧各至少间隔设置有4个凹槽，其中，紧临加宽部121开设的凹槽作为升降槽123，次临加宽部121开设的凹槽作为配重槽124，升降槽123和配重槽124之间由墙体间隔，升降槽123和配重槽124都沿墙体高度方向通长设置。每相邻的升降槽123和配重槽124作为一组，在升降槽123中安装升降装置2，在配重槽124中安装配重发电装置5，升降装置2和配重发电装置5由钢丝绳6跨越过墙体连接。进一步地，在升降槽123和配重槽124中设置有安装轨道，以便于升降装置2和配重发电装置5按照轨道直线升降。两加宽部121之间的跨度是根据集装箱的宽度确定，略大于集装箱的宽度。因此，由两面横墙上相对的四个加宽部构成了一个集装箱的堆码位。
30.加宽部上的第一方孔122，沿墙体高度方向上设置多个，且间隔距离根据集装箱的高度确定，略高于集装箱高度即可，用于方孔内安装的伸缩支撑装置3伸缩支撑集装箱。第一方孔122之间的间隔也决定了堆码层的高度。
31.顶梁114是盖设于框架系统顶部的框架梁，也可设置次横纵梁和次纵梁，如果设置，则其中次横梁的跨度和内部横墙12的跨度一致，次纵梁的跨度和横墙上加宽部121的跨度一致，以保证顶梁114不干涉堆码空间。顶梁114的顶部用于安放动力驱动装置4，顶梁114上设置有规律的圆孔，用于穿过钢丝绳6；顶梁114也可不放，此时动力驱动装置4可安放在内部横墙的加宽部121顶部位置。
32.因此，整个框架系统1的长、宽、高根据预计堆码的集装箱行数、列数和层数确定。
33.如图6、图7所示，所述升降装置2安装在升降槽123内，升降装置2顶部连接钢丝绳6，在动力驱动装置4连接的钢丝绳6拽动下可上、下滑动，升降装置2用于拽动集装箱的上升或下降。所述升降装置2上设置有第二方孔201，所述第二方孔201内也安装有伸缩支撑装置3。进一步地，第一方孔122和第二方孔201 相互垂直方向设置，如图5所示，用于伸缩支撑装置3从不同的方向支撑集装箱。
34.如图8所示，所述伸缩支撑装置3包括基座31、电动推杆装置32、伸缩柱33。所述基座31内部设置有内腔和滑槽，所述电动推杆装置32安装在内腔里，所述伸缩柱33安装在滑槽内，电动推杆装置32提供动力，带动伸缩柱33在滑槽内做直线伸缩运动。伸缩柱33的外端结构与集装箱角件侧孔的结构相匹配，当伸缩柱33工作时，伸缩柱33的外端可以插入至集装箱角件侧孔内，与之匹配。
35.所述内部横墙12上的第一方孔122和所述升降装置2上的第二方孔201都用于安装伸缩支撑装置3，支撑集装箱。当集装箱定位后，所述内部横墙12上的伸缩支撑装置3用于从集装箱底部四角将集装箱支撑住，当预吊起集装箱时，所述升降装置2上的伸缩支撑装置3用于从集装箱顶部四角将集装箱吊起。
36.如图9所示，所述动力驱动装置4设置在顶梁之上或者内部横墙之上，动力驱动装置4包括动力装置41、动力轮42和随动轮43。动力装置41直接驱动动力轮42，动力轮42再驱动连接随动轮43，动力轮42和随动轮43上设置有槽，槽上绕有钢丝绳6，钢丝绳6一端连接在动力驱动装置4上，另一端连接在配重发电装置5上。
37.如图10所示，所述配重发电装置5设置在所述配重槽124内，配重发电装置5包括发电装置51和驱动轮52，所述驱动轮52绕接钢丝绳6，用于驱动发电装置51发电，所述配重发
电装置5除具有发电功能外，还有平衡集装箱重量的功能。
38.如图9所示，所述钢丝绳6一端连接配重发电装置5，另一端连接升降装置2，中间部分绕过动力驱动装置4上的动力轮42和随动轮43，通过动力轮42带动钢丝绳6运动，钢丝绳6带动升降装置2上升或下降，同时带动与钢丝绳6相连的配重发电装置5下降或上升，配重发电装置5的运动方向与升降装置2的运动方向相反。
39.当集装箱在提升时，动力驱动装置4需要克服集装箱的重力与配重发电装置5的重力势能差。当集装箱在下降时，集装箱的重力与配重发电装置5的重力势能差，可以通过配重发电装置5转化为可以用于存储的部分电能，通过控制电能的转化效率控制集装箱的下降速度，达到节能、降能的目的。因此在集装箱下降过程中，通过钢丝绳6带动配重发电装置5中的驱动轮52沿着轨道滑动发电，将集装箱的部分重力势能转化成电能。同时，因为配重发电装置5既平衡了集装箱重量，又有效降低动力驱动装置4的能量输出，从而实现发电与节能的功能。
40.堆场设施布局如图2、3所示，将框架系统内部横墙以下的空间定义为0层，0层是载有集装箱的agv车7的行驶层，0层的高度大于载有集装箱的agv车7的高度；0层以上是堆码层，1层、2层、3层
…
，根据集装箱的高度设置堆码层的高度，由内部横墙上的第一方孔位置决定堆码层的高度，每两个第一方孔之间的空间为一堆码层，堆码层的高度略大于集装箱的高度。
41.由内部横墙上每前、后、左、右四角相对的四个加宽部围成的空间构成一集装箱的堆码位，也就是四个四角相对的升降装置围成的空间构成一堆码位。
42.由堆码层与堆码位构成了堆场空间，由堆码层与堆码位确定了集装箱在堆场空间中的位置。
43.集装箱的装卸工艺，包括上架过程和下架过程以及倒箱过程。
44.集装箱上架过程：1）如图11a所示，根据指令，载有集装箱的agv车7进场到达0层预定位；2）在0层预定位，此时预定位对应的四个动力驱动装置4同时驱动四根钢丝绳6，带动四个升降装置2下降到载有集装箱的agv车7上方；3）然后升降装置2上安装的伸缩支撑装置3伸出伸缩柱33至集装箱顶部四个角件侧孔内，与之配合，如图11b、11c所示，吊住集装箱的顶部四角；4）然后四个动力驱动装置4同时驱动四根钢丝绳6带动四个升降装置2上升，升降装置2带动集装箱上升；升降装置2上升的同时，与四根钢丝绳6另一端连接的四个配重发电装置5与升降装置2运动方向相反，向下运动，只触发配重功能，减少了动力输出，达到节能目的；5）agv车7与集装箱脱离后，移走执行下一指令；6）四个动力驱动装置4继续驱动四个钢丝绳6，带动四个升降装置2上升，当升降装置2带动集装箱上升到预定层时，与预定层、预定位相对应的内部横墙上的第一方孔中的四个伸缩支撑装置3伸出伸缩柱33，如图11d所示，对应至集装箱底部的四个角件侧孔内，与之配合，支撑住集装箱；7）然后集装箱顶部四个角件内的伸缩柱33缩回至各自伸缩支撑装置3中，此时升降装置2与集装箱脱离，集装箱在预定的高度定位；
8）然后动力驱动装置4驱动钢丝绳6，带动升降装置2下降到预定高度，等待下一步指令。
45.集装箱下架过程：1）根据指令，空载的agv车7进场到达0层预定位；2）由预定位所在的四个动力驱动装置4同步驱动四个钢丝绳6，带动四个升降装置2到达预定层，每个升降装置2内安装的伸缩支撑装置3伸出伸缩柱33，至集装箱顶部四个角件侧孔内，吊住集装箱的顶部四角；3）然后原本支撑在集装箱底部四个角件内的伸缩柱33缩回至对应的伸缩支撑装置3中；4）然后四个动力驱动装置4驱动四个钢丝绳6，带动四个升降装置2下降，升降装置2带动集装箱下降，直至到达已到位的agv车7位置；升降装置2下降的同时，与钢丝绳6另一端连接的四个配重发电装置5与升降装置2运动方向相反，处于上升的运动方向，触发配重和发电功能，将集装箱的部分重力势能转化为电能，且通过转化电能效率控制集装箱下降速度，从而减少动力输出和增加电能，达到节能目的；5）集装箱到达agv车7 顶部后，集装箱顶部四个角件内的伸缩柱33缩回至各自的伸缩支撑装置3中；6）根据指令，载有集装箱的agv车7出场。
46.进一步地，在堆场还可以实现倒箱，集装箱倒箱过程是下架过程和上架过程的结合，先执行下架程序将集装箱由原位原层移至原位0层，然后由agv车7移至预定位0层，然后再执行上架过程到达预定层。
47.上述集装箱的上架过程、下架过程和倒箱过程可以多个工位同时进行，从而提高了集装箱装卸效率。