集装箱自动化存储、装卸设施的制作方法

专利名称：集装箱自动化存储、装卸设施的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集装箱自动化存储、自动化装卸设施。
背景技术：
自上世纪50年代美国人麦克林建成第一艘专用集装箱船并成功进行营 运以来，集装箱运输走过了探索、试用、验证和成熟阶段。随着集装箱运 输的广泛深入，效率、安全、准时等与效益和服务质量有关的问题愈来愈 受到人们的重视，因而，集装箱自动化存储和装卸的概念和设施便应运而 生。
在码头上，早期荷兰等国的自动化集装箱码头和近年我国上海振华港 机厂在上海复兴岛建造的自动化集装箱码头是非常突出的实际应用例子。 这些自动化集装箱码头的特点一是自动化取送箱，二是几乎无人操作，而 在集装箱的存放方式、场地的布局和使用等方面与传统方式没有太大的变 化。1995年，加拿大CS工I公司研制了一个自动化集装箱存储库，可实现集 装箱的立体分层存放和卡车进出库进行集装箱自动装卸。这种方式彻底改 变了传统意义上的集装箱存放、场地布局和使用等方面的格局，在节约港 口土地资源和提高港口集装箱运输质量方面优势明显。遗憾的是这种方式 至今还没有一个实际应用的例子。从技术上讲，不能不说这种方式是集装 箱运输史上的一种进步，经济上是否可行尚未可知。
在船上，常用的集装箱船都不具备自动化存取和倒箱功能，需要倒箱 时，只能靠码头上的桥吊进行，也有一些船自备龙门吊、塔吊等简易倒箱 设备，但受船舶漂浮、船吊旋转、风、浪和运动惯性影响，工作状态极不 稳定，效率低下，安全性难以保证。
在码头和船之间，50年来一直沿用由码头上的集装箱吊来完成集装箱 的转移，码头上的集装箱装卸船吊要由人来操作，集装箱在码头和船之间 的转移没有自动化。
早期的集装箱装卸船吊类似于现在码头上的门机，可以进fe 360度旋 转，后来发展成现在普遍使用的集装箱装卸桥吊。集装箱装卸桥吊各个走 行和起吊机构全部走直线，装卸效率和安全性大大提高。无论是早期可旋 转集装箱装卸船吊还是现在走直线集装箱装卸桥吊，其共同特点是采用悬 臂式起吊方式起吊集装箱，并配有配重，悬臂越长配重也越大，风荷载、 运动惯性力等不安全因素的计算系数越大，吊机结构强度也必须随之增大。 由于集装箱装卸桥吊直接坐在码头上，包括集装箱装卸桥吊自重、配重、集装箱重量、风荷载、运动惯性力等全部荷载都要由码头来承担，码头结 构必须足够强以抵抗这些外力的作用。因此，采用长悬臂式起吊方式，必 然使吊机和码头投资很大，不利于船和港口经营。此外，长悬臂式或旋转 式起吊方式，集装箱在空中走行运动中，风、运动惯性力、船的波浪运动 等不稳定因素直接影响空中集装箱的稳性，从而降低吊机的效率和安全性， 目前，单箱集装箱桥吊的作业效率在每分钟25-30箱，难以再提高；安全
性也不容忽视，空中的集装箱跌落或损毁的事故经常发生，在台风作用下， 码头上的集装箱桥吊被吹到海里的事件也时有发生。
集装箱船舶大型化发展愈演愈烈，自2006年世界第一艘一万箱集装箱 船下水至今不到两年时间，全世界已建成和在建的万箱以上的船己超过150 艘，速度惊人。船愈大，要求码头上的集装箱装卸桥吊外伸悬臂愈长，最 长的己超过60米。 一个40吨的重箱，甚至两个40吨的重箱(一次吊两个 集装箱)，要在60米长悬臂端部吊起，其悬臂和吊机结构该会多重是普通 人难以想象的。港口要不断适应集装箱船舶大型化带来的加大悬臂长度的 要求，否则就会失去发展机遇，但是，加长悬臂长度不是一件简单的事， 桥吊要重新设计采购，码头要重新建造，港口投资增加， 一系列的问题接 踵而至，让港口难以应付。
由此，可以说，集装箱船的自动化、集装箱船与集装箱码头间的自动 化是全球集装箱水上运输的薄弱环节。
此外，大部分内河和岛屿内的中小港口不具备集装箱装卸设施，无法 在码头上开展集装箱装卸。集装箱装卸设施造价较高，如果港口或码头的 集装箱量很少，就无法承受高昂的集装箱装卸设施投资，采用简易装卸设 施效率低下，安全上无法保证。此外，集装箱码头结构强度要足够大，以 抵抗集装箱重量、集装箱装卸设施重量和起吊惯性等外力作用，加大了集 装箱码头投资，使小港口和小码头对集装箱运输望而生畏。即使是集装箱 大港口能够开展集装箱业务，但要靠相当规模的集装箱运量来维持，否则， 极其昂贵的专业码头和其上的装卸设施就无法回收。
上述存在问题，世界各国都在探讨新的技术和解决方案，fe挂滚上滚
下运输是其中之一，方法是集装箱由拖车运送到船上，将集装箱和挂车
留在船上，拖头开下船，船到目的港口后再由另外的拖头上船将集装箱和 挂车开下来。这种方式虽然方便，提高了效率，减少了港口码头和设备投 资，但挂车留在船上，大大降低了船的载箱率，加大了船的运行成本，同 时， 一个箱子就要配一台挂车，挂车的数量太多，平时在岸上占用场地太 大，投资加大，难于管理。因此，这种方式难于大规模地推广。2007年10月，中国专利局公布了 "自动化集装箱船、码头及其组成库 化运输系统的使用方法"发明专利，专利号200610048058.9，该专利技 术力图从船和码头两个方面彻底解决目前全球集装箱水上运输中存在的各 种问题，其描述的自动化集装箱船虽然能够全自动化地存储甚至装卸集装 箱，但自动化存储设施和设备使船增加许多额外重量，浪费很多空间，船 舶载箱率下降，影响其推广使用。虽然在船舶建造等方面可以采取一些补 救措施，但让人们接受和改变过去的习惯不是一件容易的事。虽然，50多 年前，集装箱船问世时，也有过类似的遭遇，但是，了解集装箱远洋运输 历史的人都知道，是十年越南战争，才使美国人和世界充分认识和推动集 装箱水上运输，否则，也许已被打入冷宫。伊拉克战争初期，战争突起， 集装箱在船和港口作业都不是自动化，因此，混、错、乱相当严重，教训 深刻，从这个意义上讲，美国人将比他人深知集装箱在船和港口间实现自 动化对未来战争的重要，这将有助于人们认识和推动集装箱船的自动化、 集装箱船与码头间的自动化。
通过上述剖析，我们发现，如果能建立一种全新的集装箱自动化存储 技术，将这种全新的集装箱自动化存储库技术应用到船和码头上，使船和 码头都能够自动存储和装卸集装箱，同时，船在自动化设施增加额外重量、 浪费空间、船舶载箱率下降方面有所改进，在船和码头之间设置集装箱快 速移动机械，取代目前常用的码头上悬臂式集装箱装卸船吊，实现集装箱 在船和码头之间的自动化输送，将彻底克服目前集装箱水上运输中存在的 问题，建立一个全球化、封闭式、计算机管理的集装箱自动化运输系统。

发明内容
为了有效地解决上述问题，本发明的目的是采用链轨、成组式集装 箱存储、倒箱方式，建立一种全新的集装箱自动化存储库，改善自动化存 储设施和设备使船增加许多额外重量、浪费空间、船舶载箱率下降、影响 其推广使用的缺欠，并建立一种短悬臂式和双支撑式集装箱装卸机。将上 述技术应用到船上，使其具有自动存取箱功能并自带集装箱装卸船吊机， 由该机完成集装箱在船和码头之间的转移。 '
为达到上述目的，本发明的技术方案为
采用链轨、成组式集装箱存储、倒箱方式，建立一种全新的集装箱存 储库并应用到船上，即将船造成多甲板式船，在船底部和每层甲板上，按 一定规律铺设链轨，链轨之上放一层或两层以上的集装箱，并可随链轨沿 船纵向成组移动；将船在纵向分成若干段，每段中部设置一个可垂直和横 向移动集装箱输送机，该输送机的两端与短悬臂式装卸船机(或船岸双支撑式集装箱装卸船机)连接，集装箱在码头上由拖车或其他运载工具 运送到短悬臂式集装箱装卸船机(或船岸双支撑式集装箱装卸船机)下方， 经其上的吊具吊起后经滑道运送到船上横向输送机，再由该机横向送到船 内指定成组链轨位置，再由链轨纵向送至船内指定位置；或者，反过来，
船内指定位置的集装箱由链轨纵向送至船上横向输送机下方，再由该机送 到短悬臂式集装箱装卸船机或双支撑式集装箱装卸船机，再由该机送至其 下方码头上的拖车上，从而完成集装箱在船和码头间的装卸以及集装箱在 船上的位移。
本发明的具体技术方案为 一、建造集装箱自动化存储库
集装箱自动化存储库的主体结构是一个正四方体空间钢结构体，正四 方体空间钢结构体交接在一起、互相垂直的A、 B、高三个边长确定了该
库的三个方向，A和B边在水平面内，边A、边B和高分别按20英尺集装 箱长、宽、高的整数倍数设置；集装箱存储库沿边A方向由钢结构物隔为 数段，每段长度按20英尺集装箱长的倍数设置，沿高方向由钢结构物隔为 数层，每层高度按20英尺集装箱高的倍数设置；每段中部由直立钢结构物 隔出一个通道，沿边A方向通道宽度为20英尺集装箱长的倍数设置，沿边 B方向通道长度为20英尺集装箱宽的倍数设置，通道高度贯通该层的上顶 和下底；在通道两侧沿边A方向每层底面上铺设数组链轨，通道内设有可 使集装箱沿边B和高方向运动的输送机，该输送机可沿边B方向在通道内 运动。
1、通道内的集装箱输送机
通道内可使集装箱沿高和B方向运动的输送机由集装箱抓具、高方向 提升机、水平移动小车、水平轨道、水平轨道梁组成，集装箱抓具与高方 向提升机之间采用滑轮和钢丝绳连接，高方向提升机固定在水平移动小车 上，并随其运动，水平移动小车在水平轨道内沿B方向运动，水平轨道由 水平轨道梁支撑。 .
通道内的集装箱输送机占用的空间一定要比链轨上每列成组集装箱的 最大高度要高，抓具、提升机、移动小车、轨道、支撑梁等各自都需要一 定的空间，因此，将会在每列成组集装箱的最大高度之上形成空间死角。 该空间的利用办法是在每层顶板之下、底面上每列成组集装箱最大高度 之上，加一层隔板，链轨在该隔板之上沿B方向布置，链轨之上仅放置一 个集装箱并可随链轨沿B方向运动，在顶板和隔板之间沿B方向设置一个 通道，通道内设置一个可不同于上述输送机、能垂直提升、水平A、 B向移动集装箱的输送机，完成在隔板上下的集装箱在隔板间的转移。
2、 链轨
链轨由轨道和轨轮组成，每组链轨由两根链轨组成，两根链轨间距与
标准集装箱宽度相同，每组链轨的轨轮之上沿边A方向分列放置集装箱， 每一列沿高方向可放一个以上集装箱，链轨的轨轮可沿边A方向运动并带 动其上各列集装箱成组移动，且每一列都能运动到通道处；
3、 轨轮上爬轨道
每组链轨通道端，沿高方向设有链轨轨轮上爬轨道，当链轨轨轮移动 到通道对面不能再水平移动时，可沿上爬轨道向高方向运动，使离通道较 远的列都能运动到通道处。该轨道靠近通道底面设有轮子，使轨道在通道 底面上沿A方向来回移动，即不阻挡通道两边链轨轨轮的运动，又可使一 个上爬轨道为两边链轨使用。
4、 弹性缓冲器
在每组链轨远离通道的端部库结构物上设有弹性缓冲器，弹性缓冲器 可以是弹簧或其他弹性体，用来吸收链轨及其之上的集装箱沿库长方向运 动时的能量。
5、 格栅
在A方向、临近和远离通道的端部库结构物上、两组链轨间、设有格 栅，用来阻挡集装箱横向倾斜。
6、 锁定装置
当库作为船使用时，每组链轨设有止动装置，防止库(船)运动中的 惯性作用，链轨与库产生不正常的位移，影响库(船)稳性。每组链轨上 也设有将集装箱自动固定在链轨上锁定装置，防止库(船)运动中的惯性 作用，集装箱与链轨产生不正常的位移，影响库(船)稳性。
二、集装箱装卸机
在集装箱自动化存储库外设集装箱装卸机，以完成集装箱在库内外的 转移。集装箱装卸机有悬臂式和双支撑式两种，分别叙述如下 1、悬臂式集装箱装卸机 ' 悬臂式集装箱装卸机由悬臂轨道、拉绳和巻扬机组成，悬臂轨道一端 与集装箱自动化存储库铰连接，另一端为自由端，拉绳一端与悬臂轨道自 由端相连，另一端与设在集装箱自动化存储库上巻扬机相连，集装箱装卸 机悬臂轨道可在拉绳作用下围绕悬臂轨道一端与集装箱自动化存储库相连 的铰旋转，转到垂直位置，与集装箱自动化存储库靠在一起，转到水平位 置，集装箱自动化存储库通道内输送机轨道与集装箱装卸机悬臂轨道相通，使集装箱能在集装箱自动化存储库通道内输送机轨道与悬臂式集装箱装卸 机悬臂轨道间运动。
2、双支撑式集装箱装卸机
上述悬臂集装箱装卸机在船上应用时，将给船带来一个额外的横倾力 矩，使船倾斜，尤其在空船时影响更大，只有在船足够大时，这个横倾力 矩才能忽略不计，因此，为消除这个横倾力矩，可在船和码头间使用双支 撑式集装箱装卸机，该集装箱装卸机由横梁、支撑杆、折叠调制机构、抓 具、提升机、移动小车组成，横梁有两个支撑点， 一个设在船上， 一个设 在码头上，其中一个是固定端，另一个是可移动端；当固定端在船上时， 横梁固定端与船连接，横梁可移动端通过支撑杆落在码头上，横梁可移动 端与支撑杆一端连接，横梁上有可沿横梁运动的移动小车，移动小车上有 提升机，提升机上设有可带动集装箱垂直运动的抓具，支撑杆固定在支撑 轮中心，支撑轮可围绕此中心转动，支撑轮落在码头上，支撑杆可以随横 梁的上下移动伸縮，装卸机工作时，支撑杆的长度由锁定机构锁定；当固 定端在码头上时，横梁固定端与码头上的固定建筑物连接，横梁可移动端 通过支撑杆落在船上，横梁可移动端与支撑杆一端连接，横梁上有可沿横 梁运动的移动小车，移动小车上有提升机，提升机上设有可带动集装箱垂 直运动的抓具，支撑杆固定在支撑轮中心，支撑轮可围绕此中心转动，支 撑轮落在船上，支撑杆可以随横梁的上下移动伸縮，装卸机工作时，支撑 杆的长度由锁定机构锁定。
横梁固定端与船铰连接，船横方向上设有轨道，该铰下面、轨道上面 设有可移动支座，横梁上设有支撑支座，横梁可沿船轨道运动，以便使双 支撑式集装箱装卸船机收回到船上。在工作状态时，可移动支座由锁定机 构锁定。
当横梁固定端在船上时，横梁固定端与船连接点最好设在靠近船纵中 剖面处，即船横向的中部，以最大限度减少船的横顷。当横梁可移动端在 船上时，与横梁可移动端连接的支撑杆的支撑点最好落在靠近船纵中剖面 处，即船横向的中部，以最大限度减少船的横顷。 '
三、集装箱自动化存储、输送、装卸设施在集装箱船上的应用
将上述集装箱自动化存储库、通道内的集装箱输送机和悬臂式集装箱 装卸机应用到船上，将使船具有自动存储、输送和港口装卸船功能，库长 方向即船纵向，库宽方向即船横向、库高方向即船垂向。
1、集装箱装卸船作业流程
装船集装箱在码头上由拖车或其他运载工具运送到悬臂式集装箱装卸船机下方，经其上的吊具吊起后经悬臂滑道上的移动小车运送到船上横 向输送机，再由该机横向送到船内指定成组链轨位置，再由链轨纵向送至
船内指定位置；
卸船船内指定位置的集装箱由链轨纵向送至船上横向输送机下方， 再由该机的抓具抓起、提升，之后随移动小车送到悬臂式集装箱装卸船机， 再由该机送至其下方码头上的拖车上，从而完成集装箱在船和码头间的装 卸以及集装箱在船上的位移。
2、集装箱在船内倒箱流程，
(1) 、分段内倒箱
分段内的任意位置的集装箱可以经纵向链轨、横向输送机转移到分段 内任意指定位置，当有堵塞时，要将堵塞箱子先移动到另外的空位置处， 然后再移动要移动的箱子。
(2) 、分段间倒箱
考虑了船的抗沉性要求，在满载吃水以上，在分段间设置一个或几个 纵向通道，采用纵向输送机完成集装箱在分段间的转移，技术上是可行的， 但应尽量减少集装箱在分段间的移动，除非确有必要。
3 、满载吃水以下舱底层集装箱的装卸船
舱底层内的横向输送机可能在满载吃水以下，无法水平送至码头上， 因此，要在舱底层的上一层的船舯部或船两边设最少一个纵向通道，该纵 向通道贯通底层和上层，上层顶部设集装箱提升和水平输送机，该机可沿
船纵方向运动至上一层横向通道处；纵向通道两边沿船宽方向铺设链轨， 其上的集装箱随链轨沿船宽方向运动，每一列集装箱都能运动到纵向通道 处，由纵向通道上方集装箱提升和水平输送机抓取、提升、纵向水平送至 上一层横向通道处，放下，再由上一层横向通道处顶部的集装箱提升和水 平横向输送机送至装卸船机，然后，送至码头拖车上；装船过程与之类似， 方向相反。
4、横向通道内输送机造成的多余空间的利用
除满载吃水以下的层之外的其他层，由于横向通道内的输i机一定要 占用比通道两边集装箱更高的空间，因此，通道两边纵向空间损失较大， 为将此部分空间利用起来，可在该层船舯部或船两边设最少一个纵向通道， 通道内设纵向输送机，通道两边靠近该层最顶部集装箱顶面设短甲板，在 该短甲板底面上、纵向通道两边、沿船横向布置链轨，方法同沿纵向布置 相同，不同的是，链轨之上的集装箱不能随链轨横向运动至纵向通道，只 需运动到纵向通道边缘，再由纵向通道内纵向输送机取出，然后垂直送至本层底面上的链轨上或其上的集装箱上。纵向输送机比普通的输送机不同 之处是它多了一个可带动集装箱抓具、向纵向通道外、横向移动一个集装 箱宽度、抓取集装箱后移动回纵向通道内的功能。
5、 自动化装卸集装箱船最上一层通道超过最上层集装箱顶面之上部分
和与其连带的装卸船机可做成折叠式
自动化装卸集装箱船最上一层通道超过最上层集装箱顶面之上支撑结 构和与其连带的装卸船机相应部分结构可向下折叠，以最大限度减少水面
以上船的高度，使船后部的驾驶楼视野更开阔。对于内河小型船，最大限 度减少水面以上船的高度，可以满足河道建筑物下的净空要求。折叠结构 构造为船侧边一个装卸机支撑点向船内横方向移动，移动距离等于最上 层集装箱顶面与通道上层顶面之间的高度差加上悬臂绳支撑杆的长度，通 道顶部支撑结构形成一个平行四边体结构，四边体四角构件采用铰接方式， 使该四边形向移动过的装卸机船边支撑点方向折叠；两侧装船机悬臂分别 与库支撑杆绞接，并可绕该铰向库方向折叠。悬臂和平行四边形结构向反 方向运动，将恢复到工作状态，工作状态的结构稳定性可采取液压油缸支 撑机构保证。
6、 集装箱卡车直接开上、开下船取送集装箱
当船足够大时，船内可设置集装箱卡车运输通道，通道上方设置集装 箱装卸机，完成集装箱卡车直接进到港库内进行集装箱取送作业。
7、 集装箱船海上过驳
当船足够大时，在风浪稳定的海域，两艘自动化装卸集装箱船可以直 接靠在一起，交换集装箱。
本发明的优点与积极效果为
1. 极大地节省港口建设投资
港口不再需要庞大的集装箱装卸桥吊，不再需要为集装箱装卸桥吊配 置专用码头，只要能靠船，就可进行集装箱装卸，因此，码头造价将会大 大降低。
2. 自动化装卸集装箱船设计更趋合理 '
自动化装卸集装箱船有许多常规集装箱船无法比拟的优点，但是，同 时也存在增加许多额外重量、浪费很多空间、船舶载箱率下降等问题，影 响了其推广和使用，让人们接受和改变过去的习惯不是一件容易的事。本
发明既有常规集装箱船无法比拟的优点，又在增加重量、浪费空间、载箱 率下降等方面得到了很好的改善，无疑是一个利国利民的好事。
3. 容易适应船舶大型化的发展需要取消码头集装箱装卸设施，可以说，不论船造多大，集装箱装卸船机 都可以不变，照常使用，港口都可以在增加很少投资的情况下来适应船舶 大型化，码头适应性和抗风险的能力增强，使港口获得最大的收益。
4. 为实现集装箱船海上过驳创造条件
船自带可收放式集装箱装卸船机，在集装箱船足够大和海域海况允许 的情况下，两船可在国际远洋干线航线适当海域靠泊在一起，利用各自携 带的集装箱装卸船机，实现集装箱船海上过驳，或大船与小船在海上对接， 集装箱由大船过驳到小船后，由小船将集装箱分散运到周边各港口，同时， 大船减载后，便可降低对港口水深等各种苛刻限制而顺利进港，或者直接 由小船驳空、驳满后返航。在此情况下，理论上，将来的远洋集装箱船可 以造得尽量大，以满足航运公司对船舶大型化的需求，而港口不必要造得 很大，小船可以从各个小港四面出击吃掉大船的货或向大船喂给。
5. 提高集装箱装卸效率
船自带可收放式集装箱装卸船机，取消码头集装箱装卸设施，将大大 縮短集装箱在空中的走行距离，同时，操作稳性增加、难度降低，必将成 倍提高集装箱装卸效率，使港口集装箱运输实现真正意义上的快捷、安全、 准时。
6. 降低集装箱装卸成本
上述效果将降低集装箱装卸成本，提高港口经济效益。
7. 减少不安全因素
取消码头集装箱装卸设施，縮短了集装箱在空中的走行距离，操作稳 性增加、难度降低，集装箱空中跌落或损毁事故和集装箱桥吊被台风吹到 海里的事件发生几率几乎为零。
8. 节省土地资源
在港口和内陆企业，建立自动化存储、装卸集装箱库，在提高效率和 管理水平的同时，可大大节约土地资源。
9. 为军事后勤保障和应对突发事件提供支持
集装箱自动化存储、输送、装卸设施在军事应用上意义重k，美国在 越战中体验到了集装箱对军事后勤保障的优越，但在伊拉克战争中，却饱 尝了集装箱非自动化处理之苦，近年来，世界上海啸、恐怖袭击等自然和 人为的突发事件接连不断，因此， 一个全自动化集装箱运输系统必将对未 来战争的后勤保障和人类应对自然和社会上的各种突发事件提供强有力的 支持。
10. 开发内河和岛屿运输资源据交通部《全国内河航道与港口布局规划》，目前，全国内河航道通航
里程12.3万公里，主要分布在长江、珠江和淮河水系，可通航500吨级船 舶的四级及以上航道15328公里，其中可通航千吨级船舶的三级及以上航 道8631公里，如此庞大的内河运输资源，只有长江、珠江等大江大河干线 下游大港口能够开展集装箱运输，大江大河干线上游、支线和小流域内河 几乎没有任何集装箱运输业务。内河水路运输成本低、运量大、方便灵活、 节省能源，公路运价昂贵、能耗极大，而火车500公里以外才有优势，载 箱比例很低，沿海和内河大港口的集装箱几乎都是由卡车或火车装载进出 港口，由内河水路进出的很少，这显然有孛经济规律，是一种扭曲的运输 资源分配和利用方式。我国岛屿运输也几乎是空白，全国沿海有5000多座 岛屿，只有香港岛、海南岛等几个大的岛屿可以开展集装箱运输。本发明 技术的应用将扭转内河和岛屿集装箱运输的这一局面。
11、 有利城市建设和规划
一个大港口的身后必然有一个大城市，在二者发展初期，港口和城市 的发展是相辅相成的，随着港口规模的不断扩大，港城之间建设的矛盾开 始突现，原因是按现有港口建设方式，港口规模的扩大即意味着占用有 限的海岸线及其后方陆域资源，港口陆域面积和海上岸线的扩大又同其所 依托城市建设产生尖锐矛盾，不仅如此，港口建成投产后，还要进行封闭 式管理，将城市与大海永世隔离开来，这是现代化港口城市建设和人民生 活所难以容忍的。采用本发明技术，未来的集装箱港口可以不占用或很少 占用海岸线资源，为城市发展留出充分的余地。
12、 实现全球全自动集装箱水上运输
目前，由于集装箱船没有实现自动化，世界许多地方的集装箱运输自 动化只能局限于陆上，因此，本发明可实现集装箱水上和陆上自动化运输 的统一，为在全球实现真正意义上全自动化、封闭式、计算机管理的集装 箱水上和陆上自动化运输体系奠定基础，这对于实现现代工厂的零库存管 理、实施企业的全球战略、即将到来的世界经济全球化、区域经济一体化 都将起到积极的推动作用。 '


图1为集装箱自动化存储库(1)立体外观图； 图2为集装箱自动化存储库(1)单段A方向剖面图； 图3为集装箱自动化存储库(1) B方向剖面图； 图4为集装箱自动化存储库(1)内输送机正视图和侧视图； 图5为集装箱自动化存储库(1)内带有横移机构输送机正视图和侧视图6为链轨轨道、链轨轮正视图和侧视图； 图7为悬臂式集装箱装卸船机；
图8为双支撑式集装箱装卸船机(固定支点在船上)；
图9为双支撑式集装箱装卸船机(固定支点在码头上)；
图10为采用双支撑式装卸船机的自动化装卸集装箱船码头装卸作业；
图11为链轨止动装置和集装箱锁定装置。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
图1为集装箱自动化存储库立体外观图，图2为集装箱自动化存储库
单段A方向剖面图，图3为集装箱自动化存储库B方向剖面图，集装箱自 动化存储库1的主体结构是一个正四方体空间钢结构体，正四方体空间钢 结构体交接在一起、互相垂直的A、 B、高三个边长确定了该库的三个方 向，A和B边在水平面内，边A、边B和高分别按20英尺集装箱长、宽、 高的整数倍数设置；集装箱存储库沿边A方向由钢结构物隔为数段，每段 长度按20英尺集装箱长的倍数设置，沿高方向由钢结构物隔为数层，每 层高度按20英尺集装箱高的倍数设置；每段中部由直立钢结构物隔出一 个通道2，沿边A方向通道2宽度为20英尺集装箱长的倍数设置，沿边B 方向通道2长度为20英尺集装箱宽的倍数设置，通道2高度贯通该层的 上顶和下底；在通道2两侧沿边A方向每层底面上铺设数组链轨3，通道 2内设有可使集装箱4沿边B和高方向运动的输送机5，该输送机5可沿 边B方向在通道2内运动。图2集装箱自动化存储库单段A方向剖面图上 可见链轨轨轮上爬轨道12，每组链轨通道端，沿高方向设有链轨轨轮上爬 轨道，当链轨轨轮移动到通道对面不能再水平移动时，可沿上爬轨道向高 方向运动，使离通道较远的列都能运动到通道处。该轨道靠近通道底面设 有轮子，使轨道在通道底面上沿A方向来回移动，即不阻挡通道两边链轨 轨轮的运动，又可使一个上爬轨道为两边链轨使用。图2集装箱自动化存 储库单段A方向剖面图上弹性缓冲器13，用来吸收链轨及其之上的集装箱 沿库长方向运动时的能量。图3集装箱自动化存储库B方向剖面图格栅14 用来阻挡集装箱横向倾斜。
由图2和图3 3可见满载吃水以下舱底层集装箱的装卸船，舱底层内的 横向输送机可能在满载吃水以下，无法水平送至码头上，因此，要在舱底 层的上一层的船舯部或船两边设最少一个纵向通道，该纵向通道贯通底层 和上层，上层顶部设集装箱提升和水平输送机，该机可沿船纵方向运动至上一层横向通道处；纵向通道两边沿船宽方向铺设链轨，其上的集装箱随 链轨沿船宽方向运动，每一列集装箱都能运动到纵向通道处，由纵向通道 上方集装箱提升和水平输送机抓取、提升、纵向水平送至上一层横向通道 处，放下，再由上一层横向通道处顶部的集装箱提升和水平横向输送机送 至装卸船机，然后，送至码头拖车上；装船过程与之类似，方向相反。
由图2和图3 3可见横向通道内输送机造成的多余空间的利用，除满载 吃水以下的层之外的其他层，由于横向通道内的输送机一定要占用比通道 两边集装箱更高的空间，因此，通道两边纵向空间损失较大，为将此部分 空间利用起来，可在该层船舯部或船两边设最少一个纵向通道，通道内设 纵向输送机，通道两边靠近该层最顶部集装箱顶面设短甲板，在该短甲板 底面上、纵向通道两边、沿船横向布置链轨，方法同沿纵向布置相同，不 同的是，链轨之上的集装箱不能随链轨横向运动至纵向通道，只需运动到 纵向通道边缘，再由纵向通道内纵向输送机取出，然后垂直送至本层底面 上的链轨上或其上的集装箱上。纵向输送机比普通的输送机不同之处是它 多了一个可带动集装箱抓具、向纵向通道外、横向移动一个集装箱宽度、 抓取集装箱后移动回纵向通道内的功能。
图4为集装箱自动化存储库通道内内输送机5正视图和侧视图，可使 集装箱沿高和B方向运动，其由集装箱抓具、高方向提升机、水平移动小 车、水平轨道、水平轨道梁组成，集装箱抓具与高方向提升机之间采用滑 轮和钢丝绳连接，高方向提升机固定在水平移动小车上，并随其运动，水 平移动小车在水平轨道内沿B方向运动，水平轨道由水平轨道梁支撑。
图5为集装箱自动化存储库1内带有横向移箱机构输送机的正视图和 侧视图，通道内的集装箱输送机占用的空间一定要比链轨上每列成组集装 箱的最大高度要高，抓具、提升机、移动小车、轨道、支撑梁等各自都需 要一定的空间，因此，将会在每列成组集装箱的最大高度之上形成空间死 角。该空间的利用办法是在每层顶板之下、底面上每列成组集装箱最大 高度之上，加一层隔板，链轨在该隔板之上沿B方向布置，链轨之上仅放 置一个集装箱并可随链轨沿B方向运动，在顶板和隔板之间沿'B方向设置 一个A方向通道，通道内设置一个能垂直提升、水平A、 B向移动集装箱的 输送机，完成在隔板上下的集装箱在隔板间的转移。
图6为链轨轨道、链轨轮正视图和侧视图，链轨3由轨道6和轨轮7 组成，每组由两根链轨组成，两根链轨间距与标准集装箱宽度相同，每组 链轨3的轨轮7之上沿边A方向分列放置集装箱4，每一列沿高方向可放一 个以上集装箱，链轨3的轨轮7可沿边A方向运动并带动其上各列集装箱成组移动，且每一列都能运动到通道2处。
图7为悬臂式装卸船机8，悬臂式集装箱装卸机设在通道2的端部，由 悬臂轨道9、拉绳10和巻扬机11组成，悬臂轨道9 一端与集装箱自动化存 储库铰连接，另一端为自由端，拉绳10—端与悬臂轨道9自由端相连，另 一端与设在集装箱自动化存储库上巻扬机11相连，集装箱装卸机悬臂轨道 9可在拉绳10作用下围绕悬臂轨道9 一端与集装箱自动化存储库相连的铰 旋转，转到垂直位置，与集装箱自动化存储库靠在一起，转到水平位置， 集装箱自动化存储库1通道2内输送机5轨道与悬臂式装卸船机8悬臂轨 道相通，使集装箱能在集装箱自动化存储库1通道2内输送机5轨道与悬 臂式装卸船机8悬臂轨道间运动。
图8为固定支点在船上的双支撑式集装箱装卸船机15，该双支撑式集 装箱装卸船机15由横梁16、支撑杆17、折叠调制机构18、抓具19、提升 机20、移动小车21组成，横梁16有两个支撑点， 一个设在船22上， 一个 设在码头23上，其中一个是固定端，另一个是可移动端；当固定端在船20 上时，横梁16固定端与船22铰连接，横梁16可移动端通过支撑杆17落 在码头23上，横梁16可移动端与支撑杆17—端连接，横梁16上有可沿 横梁16运动的移动小车21，移动小车21上有提升机20，提升机20上设 有可带动集装箱垂直运动的抓具19，支撑杆17固定在支撑轮24中心，支 撑轮24可围绕此中心转动，支撑轮24落在码头23上，支撑杆17可以随 横梁16的上下移动伸縮，装卸船机15工作时，支撑杆17的长度由锁定机 构锁定。
船22横方向上设有轨道31，横梁16固定端与船22铰连接，该铰下、 轨道31上设有可移动支座32，横梁16上设有支撑支座33，横梁16可沿 船22轨道31运动，以便使双支撑式集装箱装卸船机收回到船上。在工作 状态时，可移动支座由锁定机构锁定。
图9为固定支点在码头上的双支撑式装卸船机，当固定端在码头23上 时，横梁16固定端与码头上的固定建筑物铰连接，横梁16可移动端通过 支撑杆17落在船22上，横梁16可移动端与支撑杆17—端连接，横梁16 上有可沿横梁16运动的移动小车21，移动小车21上有提升机20，提升机 20上设有可带动集装箱垂直运动的抓具19，支撑杆17固定在支撑轮24中 心，支撑轮(24)可围绕此中心转动，支撑轮24落在船22上，支撑杆17 可以随横梁16的上下移动伸縮，装卸船机15工作时，支撑杆17的长度由 锁定机构锁定。
图10为采用双支撑式装卸船机的自动化装卸集装箱船码头装卸作业，装船集装箱4在码头23上由拖车26或其他运载工具运送到双支撑
式集装箱装卸船机15下方，经其上的吊具吊起后经横梁上的移动小车运送
到船上横向输送机，再由该机横向送到船内指定成组链轨位置，再由链轨 纵向送至船内指定位置。
卸船船内指定位置的集装箱4由链轨纵向送至船上横向输送机下方， 再由该机的抓具抓起、提升，之后随移动小车送到双支撑式集装箱装卸船
机15，再由该机送至其下方码头上的拖车26上，从而完成集装箱4在船 22和码头23间的装卸以及集装箱4在船22上的位移。
图ll为链轨止动装置和集装箱锁定装置，当库作为船使用时，每组链 轨设有止动装置29，防止船运动中的惯性作用，链轨与船间产生不正常的 位移，影响船稳性。每组链轨上也设有将集装箱自动固定在链轨上锁定装 置30，防止船运动中的惯性作用，集装箱与链轨间产生不正常的位移，影 响船稳性。
实施例l:集装箱自动化存储、输送、装卸设施在港口码头上的应用 集装箱自动化存储、输送、装卸设施可以按如下方式应用在港口码头
上
1、 在现有码头之上建立集装箱自动化存储库 在现有码头之上建立集装箱自动化存储库，与现在非库化的自动化集
装箱码头相比，具有节省土地、效率高、投资省等优点。如与自动化装卸 集装箱船配合使用，将大大提高其优越性。
2、 在靠近港口的适当水域建自动化集装箱存储装卸码头 在靠近港口的适当水域建自动化集装箱存储装卸码头，码头结构构件
和自动化集装箱存储库的结构构件在设计和使用强度上融为一体，形成码 头和库构造上的统一体，即"港库"，"港库"即是码头也是库，具有码头 的靠船和系泊功能，又具有存箱、倒箱、取送箱等集装箱自动化储存和集 装箱装卸车船功能。"港库"和岸边之间以栈桥公路卡车运输系统连接，或 "中转港库"加"浮动港库"的形式连接。"港库"和岸边之间以桟桥公路 卡车运输系统连接，"港库"内可设置集装箱卡车运输通道，通it上方设置 集装箱装卸机，完成集装箱卡车直接进到港库内进行集装箱取送作业。
集装箱在船库和港库之间的转移，可以采用常规的集装箱装卸桥吊，也 可以利用自动化装卸集装箱船(船库)上的装卸船设备完成集装箱在船库 和港库之间的转移，形成船靠码头即是船库与港库对接，使船靠码头，即 船库和港库对接之后，集装箱在船库和港库之间连续不断地快速移动。港 库上按本发明建立的集装箱装卸船机只对自动化集装箱船才可用。显然，按这种方式建造码头，完全可以不占用海岸线，对城市建设规 划非常有利，同时，免去航道开掘和日常维护之苦，特别适于集装箱大型
化的发展需要。
实施例2:集装箱自动化存储、输送、装卸设施在内陆企业中的应用 在土地资源非常紧张、集装箱量具有一定规模的内陆企业，可以采用
本发明技术，建立自动化存储、装卸集装箱库，提高效率和管理水平。 实施例3:集装箱自动化存储、输送、装卸设施在军事上的应用 目前，我国军事后勤已建成300多座自动化立体仓库，但集装箱自动
化立体仓库尚是空白，本发明将推动集装箱自动化存储、输送、装卸设施
在军事上的应用，提高我军军事后勤保障水平。
实施例4:集装箱自动化存储、输送、装卸设施在内河和岛屿运输上的
应用
上述提到大部分内河和岛屿内的中小港口不具备集装箱装卸设施， 无法在码头上开展集装箱装卸，即使是集装箱大港口能够开展集装箱业务， 但要靠相当规模的集装箱运量来维持，否则，极其昂贵的专业码头和其上 的装卸设施就无法回收。
小型自动化装卸集装箱船自带集装箱装卸设备，可克服内河、沿海和 岛屿中小港口或码头不具备集装箱装卸条件的弱点，只要水深够，船能靠 泊，只要码头上能行驶集装箱拖车，任何无装卸设施的光板码头(码头面 和水面高差特别大的除外的的都可进行自动化集装箱装卸船化使我国分布 广袤、发育充分的江河湖岔和沿海的中小港口都可开展集装箱装卸业务， 使我国的水运集装箱服务能力得到极大延伸，这种港口集装箱装卸方式的 改变对集装箱客户而言费用并没有增加，只是港口的装卸费由港口转到了 船公司，港口收取码头使用费。因此，必将在我国各大水系和沿海中小港 口得到广泛应用。
权利要求
1、一种集装箱自动化存储、装卸设施，包括集装箱自动化存储库、链轨、带动集装箱运动的走行机构和起吊机构，其特征在于集装箱自动化存储库(1)的主体结构是一个正四方体空间钢结构体，正四方体空间钢结构体交接在一起、互相垂直的A、B、高三个边长确定了该库的三个方向，A和B边在水平面内，边A、边B和高分别按20英尺集装箱长、宽、高的整数倍数设置；集装箱存储库沿边A方向由钢结构物隔为数段，每段长度按20英尺集装箱长的倍数设置，沿高方向由钢结构物隔为数层，每层高度按20英尺集装箱高的倍数设置；每段中部由直立钢结构物隔出一个通道(2)，沿边A方向通道(2)宽度为20英尺集装箱长的倍数设置，沿边B方向通道(2)长度为20英尺集装箱宽的倍数设置，通道(2)高度贯通该层的上顶和下底；在通道(2)两侧沿边A方向每层底面上铺设数组链轨(3)，通道(2)内设有可使集装箱(4)沿边B和高方向运动的输送机(5)，该输送机(5)可沿边B方向在通道(2)内运动。
2、 按权利要求1所述的集装箱自动化存储、装卸设施，其特征 在于链轨(3)由轨道(6)和轨轮(7)组成，每组由两根链轨组成，两 根链轨间距与标准集装箱宽度相同，每组链轨(3)的轨轮(7)之上 沿边A方向分列放置集装箱(4)，每一列沿高方向可放一个以上集装 箱，链轨(3)的轨轮(7)可沿边A方向运动并带动其上各列集装箱 (4)成组移动，且每一列都能运动到通道(2)处。
3、 按权利要求1所述的集装箱自动化存储、装卸设施，其特征 在于通道(2)端部设有集装箱装卸机(8)，该机由悬臂轨道(9)、 拉绳(10)巻扬机(11)组成，悬臂轨道(9) 一端与集装箱自动化 存储库铰连接，另一端为自由端，拉绳(10)—端与悬臂自由端相连， 另一端与设在集装箱自动化存储库(1)上巻扬机(11)相连，集装 箱装卸机悬臂轨道(9)可在拉绳(10)的作用下围绕悬臂轨道(9) 一端与集装箱自动化存储库(1)相连的铰旋转，转到垂直位置，与 集装箱自动化存储库(1)靠在一起，转到水平位置，通道(2)内输 送机轨道与集装箱装卸机悬臂轨道(9)相通。
4、 按权利要求1所述的集装箱自动化存储、装卸设施，其特征 在于每组链轨(3)的通道(2)端部，沿高方向设有链轨轮(7) 上爬轨道(12)，该上爬轨道(12)由轨道和靠近底面的轮子组成。
5、 按权利要求1所述的集装箱自动化存储、装卸设施，其特征在于在远离通道(2)的端部库结构物上设有弹性缓冲器(13)。
6、 按权利要求1所述的集装箱自动化存储、装卸设施，其特征 在于在每组链轨(3)间的库隔断结构物上设有格栅(14)。
7、 一种双支撑式集装箱装卸船机，包括抓具、提升、起吊、走 行机构，其特征在于该双支撑式集装箱装卸船机(15)由横梁(16)、支撑杆(17)、抓具(19)、提升机(20)、移动小车(21)组成，横 梁(16)有两个支撑点， 一个设在船(22)上， 一个设在码头(23) 上，其中一个是固定端，另一个是可移动端；当固定端在船(20)上 时，横梁(16)固定端与船(22)铰连接，横梁(16)可移动端通过 支撑杆(17)落在码头(23)上，横梁(16)可移动端与支撑杆(17) 一端连接，横梁(16)上有可沿横梁(16)运动的移动小车(21)， 移动小车(21)上有提升机(20)，提升机(20)上设有可带动集装 箱垂直运动的抓具(19)，支撑杆(17)固定在支撑轮(24)中心， 支撑轮(24)可围绕此中心转动，支撑轮(24)落在码头(23)上， 支撑杆(17)可以随横梁(16)的上下移动伸縮，装卸船机(15)工 作时，支撑杆(17)的长度由锁定机构锁定；当固定端在码头(23) 上时，横梁(16)固定端与码头上的固定建筑物铰连接，横梁(16) 可移动端通过支撑杆(17)落在船(22)上，横梁(16)可移动端与 支撑杆(17) —端连接，横梁(16)上有可沿横梁(16)运动的移动 小车(21)，移动小车(21)上有提升机(20)，提升机(20)上设有 可带动集装箱垂直运动的抓具(19)，支撑杆(17)固定在支撑轮(24) 中心，支撑轮(24)可围绕此中心转动，支撑轮(24)落在船(22) 上，支撑杆(17)可以随横梁(16)的上下移动伸縮，装卸船机(15) 工作时，支撑杆(17)的长度由锁定机构锁定。
8、 按权利要求7所述的集装箱装卸船机(15)，其特征在于横 梁(16)可移动端与支撑杆(17) —端铰接，支撑杆(17)可绕该铰 转动，转动是由折叠控制机构(18)控制的，折叠调制机构(18)可 使支撑杆(17)向横梁(16)方向折叠，折叠控制机构由折叠支撑杆 和折叠伸縮杆构成，当横梁(16)收回到库边时，折叠控制机构(18) 使支撑杆(17)也随之移动至库边，当装卸船机(15)工作时，折叠 控制机构(18)使支撑杆(17)与装卸船机(15)横梁(16)保持垂 直状态，并由其上锁定机构锁定。
9、 按权利要求7所述的集装箱装卸船机(15)，其特征在于横 梁(16)固定端与船(22)铰连接，船(22)横方向上设有轨道(31)，该铰下面、轨道(31)上囱设有可移动支座(32)，横梁(16)上设 有支撑支座(33)，横梁(16)可沿船(22)轨道(31)运动。
全文摘要
本发明涉及一种集装箱自动化存储、自动化装卸设施，包括集装箱自动化存储库、链轨、带动集装箱运动的走行机构和起吊机构；集装箱自动化存储库是一个正方体型空间钢结构体，分段、分层设置，每段中部设置一个通道，在通道两侧沿库长方向每层底面上铺设数组链轨，每组由两根链轨组成，两根链轨间距与标准集装箱宽度相同，每组链轨之上沿库长方向分列放置集装箱，每一列可放一个以上集装箱，链轨可沿库长方向运动并带动其上各列集装箱成组移动，且每一列都能运动到通道处；通道内设有可使集装箱沿库高、库宽方向运动的输送机，通道端部，即集装箱存储库的侧面，设有集装箱装卸机，使集装箱从进库到出库全部实现自动化。
文档编号B65G67/60GK101428710SQ20081001159
公开日2009年5月13日 申请日期2008年5月24日 优先权日2008年5月24日
发明者勇 游 申请人:勇 游