一种抽屉式集装箱自动装卸系统及方法与流程

本发明涉及集装箱船领域，特别是一种采用抽屉式装卸固定方式的集装箱船。

背景技术：

集装箱船是三大主流船型之一，具有巨大的市场需求，在世界贸易中的大多数货运量由集装箱船来完成，近20年来，全球集装箱海运贸易量持续稳步增长。

传统的集装箱船是依靠岸边起重机来完成码头到船的装卸过程，一个工作周期只能运送一个或两个集装箱，装卸效率受到起重机工作模式的限制。且运送每个集装箱都需要较长的对位时间，工作效率低。

传统的集装箱船的固定方式是通过扭锁、绑扎桥等来实现，均由人工来完成，工作危险性高，效率低，且固定的可靠性不够，绑扎桥等构件容易因振动而断裂。

集装箱具有统一的尺寸标准，为桁架结构的设计创造了条件，且集装箱的每个角上都有用于固定的角件，能在不改变现有集装箱结构的基础上实现自动固定。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种抽屉式集装箱自动装卸系统及方法，以便提高集装箱的装卸效率和固定效率。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的抽屉式集装箱自动装卸系统，其包括：固定在船体的货舱内的抽屉式桁架结构，用于自动化装卸集装箱的装卸装置，以及位于抽屉式桁架结构内的自动固定装置。

所述的抽屉式桁架结构，是为装卸装置提供自动化装卸的轨道，由沿船体横向、纵向及垂向的钢架组成，三个方向的钢架相互刚性固定连接，通过这三个方向的钢架将集装箱船的货舱区划分为三块，每块区域的装卸和固定工作可同时进行，互不干扰。

所述的纵向钢架剖面为工字型，其上翼板为支撑骨架，用于承载集装箱；下翼板上设置轨道骨架，是小车沿纵向移动集装箱的纵向导轨；横向钢架在一个集装箱范围内有两根，用于保证集装箱船的横向局部强度；垂向钢架用于承载集装箱的重量。

所述的装卸装置，主要由液压升降平台、运载小车组成，其中：液压升降平台位于舱壁和抽屉式桁架结构之间，与抽屉式桁架结构紧靠但不接触，能够垂向升降并在人为设定的高度停止；每一个集装箱对应一个液压升降平台；该液压升降平台用于实现集装箱的垂向移动和纵向对位，将承载着集装箱的运载小车升降至预设高度后，液压升降平台停止运动，随后小车将集装箱沿抽屉式桁架结构中的轨道骨架纵向传送。

所述的液压升降平台，由工作平台、固定平台、第一液压杆、內绞架组成，其中：设有多根第一液压杆和內绞架，它们交叉铰接，构成菱形伸缩架；该菱形伸缩架中，其下端通过固定平台固定在船体的内底板上，其上端固定于工作平台之下方。

所述的自动固定装置，用于集装箱运载至预定位置后的固定，位于抽屉式桁架结构内；该自动固定装置包括弹片、全自动扭锁、传感器、控制机构，其中：弹片位于抽屉式桁架结构中的上一层纵向钢架的下翼板内，由两节构成，能够自动弹出和缩回，用于固定集装箱的上部四角；全自动扭锁位于纵向钢架的上翼板上，在每个集装箱的位置有四个，分别位于集装箱的四个角件处，能够自动锁紧和松开，用于固定集装箱下部四角；控制机构根据安装在纵向钢架的上翼板的传感器传过来的信息判断集装箱的位置、判断固定装置启动的时刻并发出指令，判断是否对位成功及是否锁紧成功，用于对整个固定过程的信息处理。

所述的自动固定装置，其传感器感应集装箱的位置信号，控制机构控制扭锁弹出并旋转，固定集装箱下方四角，扭锁的顶杆弹出，固定集装箱上方四角。

所述的控制机构，是用于判断固定装置启动时刻的控制电路，由采集模块、判断模块和响应模块构成；采集模块由布置在在轨道骨架上的传感器构成，采集模块将获取的信息传送至判断模块，再由响应模块发出指令完成集装箱的固定。

本发明提供的抽屉式集装箱自动装卸方法，是由上述的抽屉式集装箱自动装卸系统实现，对于使用该系统的集装箱船，抽屉式桁架结构将分段固定于船体，然后将集装箱的装卸工作像推拉抽屉一样完成，同时利用液压升降平台和运载小车实现集装箱装卸过程的自动化。

上述方法中，可以将集装箱船安装的船体骨架分为三段，然后按照下述方法实现抽屉式集装箱的自动装卸：

(1)集装箱装载过程：

在单个区域内，每个液压升降平台和相匹配的运载小车形成一个独立的系统，集装箱运送至船体后，由运载小车承载，运载小车停放在工作平台上，该工作平台通过第一液压杆和內绞架的伸缩完成液压升降平台的升降功能，将承载着集装箱的运载小车运送到预定高度，随后运载小车沿着轨道骨架沿着船体纵向运动，将集装箱运送至预定位置；通过轨道骨架上的传感器来判断集装箱是否运送至预设位置，到达预设位置后第二液压杆收缩将集装箱留在轨道骨架内，运载小车原路返回，去进行下一个集装箱的运送；

(2)集装箱的卸下过程：

集装箱的卸下与集装箱的装载是互逆的两个过程，即集装箱的卸下过程是一个和上述集装箱的装载相反的过程；

3)集装箱固定过程：

在放置集装箱的抽屉式桁架结构上确定的位置处加装类似于集装箱四角的角件结构，并在抽屉式桁架结构下部相应位置处加装有可控制伸出的弹片，同时在轨道骨架的相应位置设置应变式压力传感器；当运载小车运送集装箱时，集装箱在支撑骨架和轨道骨架之间运动，小车底部与轨道骨架之间没有接触，流出的余量稍大于集装箱上部一个全自动扭锁的高度，以减小摩擦阻力，使传送更平稳；当运载小车到达预定位置后，桁架结构对应部位的压力大小改变，传感器检测到压力变化并由控制机构发出指令，提醒运载小车停止运动，收缩第二液压杆放置集装箱；对于集装箱上部，当下部全自动扭锁成功锁定后，上部传感器接收信号弹出弹片，施加垂直向下的力牢牢顶住集装箱；依靠全自动扭锁和弹片，实现集装箱的自动化固定。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

1.在不改变原有集装箱结构的条件下，对于将船体划分的多个区域，每个区域的集装箱可以单独进行装卸固定作业，不同区域的集装箱可以同时进行装卸固定作业；

2.对于集装箱在单个区域内的装载过程，每个液压升降平台和相匹配的运载小车形成一个独立的系统，液压升降平台实现集装箱的垂向运送，船体骨架实现集装箱的纵向运送，经过效率计算的对比，该方案的效率可以提高38.18％；

3.当小车到达预定位置后，集装箱下部通过扭锁自动锁定，成功锁定后，上部传感器接收信号弹出弹片，施加垂直向下的力牢牢顶住集装箱。依靠扭锁和弹片，实现固定过程的自动化，无需经过人工劳动，且固定过程的时间更短，效率更高；

4.固定过程不需要另加绑扎桥等小构件，固定的强度和可靠性更高。

附图说明

图1为装置整体的结构示意图。

图2为单个集装箱置于骨架内的装载图。

图3为单个集装箱自动固定示意图。

图4为液压升降平台结构图。

图5为运载小车结构图。

图6为甲板以上集装箱装载图。

图7为甲板以下集装箱装载图。

图中：1.船体，2.机舱，3.上层建筑，4.液压升降平台，5.抽屉式桁架结构，6.舱壁，7.艏尖舱，8.船体骨架，9.集装箱，10.支撑骨架，11.轨道骨架，12.运载小车，13.弹片，14.全自动扭锁，15.工作平台，16.固定平台，17.第一液压杆，18.内绞架，19.载货平台，20.第二液压杆，21.脚轮，22.支撑平台。

具体实施方式

本发明利用码头现有的装卸设备，创新提出一种新型的抽屉式装卸方式，本发明的结构主体采用沿着船体横向、纵向及垂向布置的三向钢架，将集装箱的装卸工作像推拉抽屉一样完成，同时利用升降平台和小车实现装卸过程的自动化。与传统方式相比，节省起重机在吊装集装箱至船上预定位置对位时所消耗的大量时间，可以大大的提高工作效率。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不限定本发明。

本发明提供的抽屉式集装箱自动装卸系统，其结构如图1所示，包括固定在船体1的货舱内的抽屉式桁架结构5，用于自动化装卸集装箱的装卸装置，以及位于抽屉式桁架结构5内的自动固定装置。

所述的抽屉式桁架结构5，是为装卸装置提供自动化装卸的轨道。该抽屉式桁架结构有三种类型，分别是沿船体横向、纵向及垂向的钢架，三个方向的钢架相互刚性固定连接，通过这三个方向的钢架将集装箱船的货舱区划分为三块，每块区域的装卸和固定工作可同时进行，互不干扰。其中：纵向钢架剖面为工字型，其上翼板又称为支撑骨架10，用于承载集装箱，下翼板上设置纵向导轨，又称为轨道骨架11，是小车纵向运动的轨道，用于小车沿纵向移动集装箱；横向钢架在一个集装箱范围内有两根，用于保证集装箱船的横向局部强度；垂向钢架用于承载集装箱的重量。

所述的装卸装置，主要由液压升降平台4、运载小车12组成。

所述的液压升降平台4，位于舱壁和抽屉式桁架结构5之间，与抽屉式桁架结构5紧靠但不接触，可以垂向升降并在人为设定的高度停止，其数量可以根据抽屉式桁架结构5在横向上容纳的集装箱数而定；每一个集装箱对应一个液压升降平台。该液压升降平台用于实现集装箱的垂向移动和纵向对位，将承载着集装箱的运载小车12升降至预设高度后，平台停止运动，随后小车将集装箱沿轨道骨架11纵向传送。

所述的液压升降平台4，由工作平台15、固定平台16、第一液压杆17、內绞架18组成，其中：设有多根第一液压杆17和內绞架18，它们交叉铰接，构成菱形伸缩架；该菱形伸缩架中，其下端通过固定平台16固定在船体的内底板上，其上端固定于工作平台15之下方。

所述的內绞架18，是由若干标准节段组成的管子桁架结构。

所述的运载小车12，包括载货平台19、第二液压杆20、脚轮21、支撑平台22及充电装置组成，其中：脚轮21固定于支撑平台22的底部，可以在轨道骨架11上运动，第二液压杆20连接在载货平台19和支撑平台22之间，通过伸缩实现载货平台19的升降。

所述的第一液压杆17和第二液压杆20，结构相同，均可以从市场上购买，例如可以购买德州奥威特液压机械有限公司、泰州市浩润液压机械有限公司、佛山市欧贝特液压杆有限公司生产的液压杆。

所述的充电装置，是普通的充电功能，类似于电动车可以充电以实现多次使用的充电装置，可以从市场上购买，例如可以购买武汉三新电力设备制造有限、武汉华特电力新技术有限公司生产的充电装置。

岸边起重机将集装箱9由港口移动到工作平台15，位于工作平台15上的运载小车12将集装箱9沿抽屉式桁架结构5移动到指定位置。

所述的自动固定装置，用于集装箱运载至预定位置后的固定，位于抽屉式桁架结构5内。该自动固定装置包括弹片13、全自动扭锁14、控制机构等，其中：弹片13位于上一层纵向钢架的下翼板内，由两节构成，可以自动弹出和缩回，用于固定集装箱的上部四角。全自动扭锁14位于纵向钢架的上翼板上，在每个集装箱的位置有四个，分别位于集装箱的四个角件处，可以自动弹出和收回，用于固定集装箱下部四角。控制系统用于获取集装箱的位置、判断固定装置启动的时刻并发出指令，判断是否对位成功及是否锁紧成功等，用于对整个固定过程的信息处理。

所述的自动固定装置，其传感器感应集装箱的位置信号，控制机构控制扭锁弹出并旋转，固定集装箱下方四角，扭锁的顶杆弹出，固定集装箱上方四角。

所述的传感器，可以采用应变式压力传感器。

所述的弹片13是一种条状的钢制结构，弹出后插在集装箱上部，以实现集装箱上部四角的固定。

所述的全自动扭锁14，可以从市场上购买，例如可以采用韩国的Kummyung公司生产的全自动扭锁。

所述的控制机构，用于判断固定装置启动时刻的控制电路，其由采集模块、判断模块和响应模块构成。采集模块由布置在在轨道骨架11上的传感器构成，判断模块和响应模块是控制电路，采集模块将获取的信息传送至判断模块，再由响应模块发出指令完成集装箱的固定。

在船体1上，设有上层建筑3，其是用于布置各种用途的舱室，如工作舱室、生活舱室、贮藏舱室、仪器设备舱室等。

在船体1上还设有艏尖舱5，其是位于船舶艏部的舱室。

本发明提供的抽屉式集装箱自动装卸方法，可以通过上述抽屉式集装箱自动装卸系统实现。对于使用该系统的集装箱船，抽屉式桁架结构将分段固定于船体，如图1所示，可以将集装箱船安装的船体骨架分为三段，然后按照下述方法实现抽屉式集装箱的自动装卸。

该方法包括以下步骤：

1.集装箱装卸过程：

集装箱的装载和卸下是互逆的两个过程，所以以装载为例介绍抽屉式集装箱船的装载任务，卸下则是一个和装载相反的过程。

对于集装箱的装载过程：在单个区域内，每个液压升降平台4和相匹配的运载小车12形成一个独立的系统，集装箱9运送至船体后，由运载小车12承载，运载小车12停放在工作平台15上，该工作平台通过第一液压杆17和內绞架18的伸缩完成液压升降平台的升降功能，将承载着集装箱9的运载小车12运送到预定高度，随后运载小车12沿着轨道骨架11沿着船体纵向运动，将集装箱运送至预定位置。通过轨道骨架11上的传感器可以判断集装箱9是否运送至预设位置，到达预设位置后第二液压杆20收缩将集装箱9留在轨道骨架内，运载小车12原路返回，去进行下一个集装箱的运送。

2.集装箱固定过程：

在放置集装箱的抽屉式桁架结构5上确定的位置处加装类似于集装箱四角的角件结构，并在抽屉式桁架结构5下部相应位置处加装有可控制伸出的弹片13。同时在轨道骨架11的相应位置设置应变式压力传感器。当运载小车12运送集装箱时，集装箱在支撑骨架10和轨道骨架11之间运动，小车底部与轨道骨架11之间没有接触，流出的余量稍大于集装箱上部一个全自动扭锁14的高度，以减小摩擦阻力，使传送更平稳；当运载小车12到达预定位置后，桁架结构对应部位的压力大小改变，传感器检测到压力变化并由控制机构发出指令，提醒运载小车停止运动，收缩第二液压杆20放置集装箱。对于集装箱上部，当下部全自动扭锁14成功锁定后，上部传感器接收信号弹出弹片13，施加垂直向下的力牢牢顶住集装箱。依靠全自动扭锁14和弹片13，实现集装箱的自动化固定。