一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统及方法与流程

本发明涉及散货的自动装集装箱及通过铁路运输集装箱的系统和方法，尤其涉及集装箱装载散装物料并通过铁路运输的物流运输领域，及装卸机械设备领域。

背景技术：

常见的散状物料如化工原料、焦炭、块煤、矿石、化肥、粮食、蔬菜干等通常通过货船运输到码头，再装入集装箱内，并通过铁路进行转运。为了降低散货在储运环节的损耗，保护所运输货物的品质，且便于其运输，减少各环节中对环境产生的损害，部分企业对用集装箱承运块状、颗粒状散货的需求不断增加。目前有针对单个集装箱的装卸所研制的翻箱设备，通过吊具吊起集装箱，并通过翻箱设备上的油缸伸缩实现集装箱吊具的倾斜，从而带动集装箱倾斜一定角度或保持竖直状态，开箱门需要人工完成，通过皮带机装散货，装货重量难以控制，且耗时较长。还有针对用集卡运输的散货而提出的倾翻车和装料斗设备，具有单列或双列运输集装箱的倾翻车，通过小车上的倾翻油缸推动翻车板，带动集装箱倾斜一定角度，然后通过手动方式或半自动方式打开箱门，由料斗向箱内装货，再通过手动或半自动方式关闭箱门，再由行车把集装箱吊装至集卡上，该方式只能在直线方向上移动空集装箱，需要由倾翻小车的移动，开关箱门装置不能自动打开箱门上的锁扣及门把手，需要由人来参与开关箱门，效率较低，存在安全隐患。

目前散货装集装箱后再通过铁路列车运输的装卸工艺落后，装箱设备的效率较低，传统的装卸工艺流程：由火车头牵引一组平板列车，停到吊装集装箱的位置；由两名操作人员站在集装箱上把吊机卷筒上的四个吊钩挂到集装箱顶的四个起吊孔里；吊机吊起列车上的空集装箱，并平移至装箱房内，其内有倾斜一定角度的坑；吊机操作人员控制吊机的相应卷筒放钢丝绳，使集装箱的一端倾斜，直至集装箱底落在装箱房内的斜坑表面；由两名操作工打开集装箱箱门；由装载机不断地向集装箱内装入散货；箱被装满后，由操作工关上箱门；用吊机把集装箱吊起，并在指挥人员的指引下移回到列车上；最后由操作人员摘下集装箱四周的吊钩，从而完成一个装箱作业循环。该装卸过程中，首先要求火车头牵引列车能较准确的停在吊箱位置；其次要求操作人员挂钩、摘钩、开关集装箱箱门的速度要快；在指挥人员的指挥下，起吊操作人员准确操作吊机移动并放置集装箱；驾驶人员驾驶装载机安全的把物料逐次装入集装箱内。

随着经济全球化发展、国内及中欧铁路的建设，铁路集装箱运输会不断的增长。目前主要存在的问题，散货装卸设备没有实现自动化、连续性的装箱作业，在现有的散货装箱及铁路转运集装箱的工艺流程中，各环节多为手动或半自动化方式，牵引定位的机车需反复移动列车并长时间等待装箱作业，自动开关箱门的技术尚不成熟，装箱作业时间长，需要多名操作人员，现场容易发生安全事故，有待改进散货装箱及铁路转运集装箱的相关设备，提高装箱作业及铁路转运集装箱的效率。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统及方法，可以通过小车牵引列车运送集装箱至指定位置，并可以自动从列车上起吊/放下集装箱，再把其转运至自动装集装箱设备的进出口处，再通过自动开关箱门装置自动开/关集装箱的箱门，可以使集装箱倾斜一定角度，并可以自动给集装箱装满散货后，再使集装箱恢复水平状态，还可以使集装箱在垂直平面或水平面内循环运动，整套系统实现了全部自动化，提高了特种散货装集装箱及其转运的作业效率，也降低了装箱作业过程中的事故发生率。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，其特征在于，系统包括：

列车牵引小车，可以自动牵引整列列车行走，并停到指定的吊装位置。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，系统还包括：

自动铁路集装箱吊装设备，包含位置检测系统、回转吊具、升降设备，可自动从列车上吊起或放下集装箱。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，系统还包括：

自动开/关箱门设备，可自动识别集装箱门锁的类型，通过开关箱门机器人旋转箱门的门把扣，实现门把扣的打开或复位，并通过旋转门把手来带动锁杆的旋转，把箱门打开一定角度，再通过开关箱门固定机械手自动完成箱门的全开/全关。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，系统还包括：

集装箱倾斜设备，包括伸缩油缸、连杆及胶轮，用于把集装箱倾斜一定角度，便于散货装满集装箱，装完货物后，其可把集装箱抬至水平。

集装箱倾斜设备，还包括通过集装箱托盘上的电机减速箱驱动齿轮转动，该齿轮与固定框架上的齿圈啮合，实现托盘绕其铰点转动，使集装箱倾斜一定角度，便于散货装满集装箱，装，装完货物后，其可把集装箱抬至水平。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，系统还包括：

集装箱竖直移动型自动装箱设备，包含电机减速箱及链轮的驱动装置、集装箱固定框架、带有锁销的集装箱托盘、齿轮与齿圈啮合的倾斜驱动装置、在竖直平面内摆动的料槽、称量料仓及箱位检测等，可使集装箱在竖直平面内循环移动，并可倾斜一定角度，自动给箱内装入指定重量的散货，从而完成货物的装箱。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，系统还包括：

集装箱水平移动型自动装箱设备，包含液压马达及齿轮的驱动装置、回转支撑、带有锁销的集装箱托盘、油缸驱动的倾斜装置、在水平面内转动的料槽、称量料仓及箱位检测等，可使集装箱在水平面内循环移动，并可倾斜一定角度，自动给箱内装入指定重量的散货，从而完成货物的装箱。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱系统，系统还包括：

中央控制系统，中央控制系统可与各子系统的控制系统进行通讯，发出控制指令，调度整个系统内的设备协同作业。

本发明还揭示了一种适用于铁路运输的自动化散货装箱的方法，方法包括：

竖直移动型自动装集装箱及其转运方法的包括以下步骤：

步骤s11：列车通过牵引小车运送集装箱到指定位置。

步骤s12：铁路轨道吊把集装箱移到转运箱工位上。

步骤s13：集装箱正面吊把箱转移到竖直移动装箱设备的进出口。

步骤s14：倾斜装置把集装箱倾斜一定角度。

步骤s15：自动开关箱门设备打开集装箱门。

步骤s16：通过装料站的料槽向集装箱内装入散状货物。

步骤s17：箱内装满后，自动开关箱门设备关闭集装箱门。

步骤s18：倾斜装置恢复集装箱至水平位置。

步骤s19：集装箱正面吊把箱转移到转运箱工位。

步骤s20：铁路轨道吊把集装箱移至列车上。

步骤s21：继续转运并向集装箱内装入散状货物。

步骤s22：列车运走全部装好的集装箱。

一种适用于铁路运输的自动化散货装箱的方法，方法还包括：

水平移动型自动装集装箱及其转运方法的包括以下步骤：

步骤s31：列车通过牵引小车运送集装箱到指定位置。

步骤s32：铁路轨道吊把集装箱移到水平移动装箱设备的进出口。

步骤s33：倾斜装置把集装箱倾斜一定角度。

步骤s34：自动开关箱门设备打开集装箱门。

步骤s35：通过装料站的料槽向集装箱内装入散状货物。

步骤s36：箱内装满后，自动开关箱门设备关闭集装箱门。

步骤s37：倾斜装置恢复集装箱至水平位置。

步骤s38：铁路轨道吊把集装箱移至列车上。

步骤s39：继续转运集装箱并向集装箱内装入散状货物。

步骤s40：列车运走全部装好的集装箱。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过牵引小车牵引运送集装箱的列车停到指定位置，由自动铁路轨道吊及自动正面吊把集装箱从列车上吊运至自动装箱设备的进出口，并可通过自动开关箱门设备，自动地打开或关闭集装箱门，然后由自动装箱设备，依次实现倾斜集装箱、循环移动集装箱、自动装货、循环移动集装箱、关闭箱门、集装箱水平复位的动作，完成散货装集装箱的作业。再通过铁路轨道吊及正面吊把装满货物的集装箱移到列车上，整个作业流程是在中央调度系统控制下的、全自动化的、连续循环的装箱作业。相较于现有技术，本发明能有效节约能源，提高作业效率，提高铁路物流的效率，减少环境污染，由于各设备均为自动作业，避免安全事故的发生，有助于降低铁路运输集装箱的物流成本。

附图说明

图1示出了本发明的适用于铁路运输的自动化散货装箱系统的第一实施例的总图。

图2示出了本发明的适用于铁路运输的自动化散货装箱系统的第二实施例的总图。

图3a示出了自动开关箱门设备-开关箱门机器人的总图。

图3b示出了自动开关箱门设备-开关箱门固定机械手的总图。

图4示出了竖直移动型自动装箱设备的总图。

图5示出了水平移动型自动装箱设备的总图。

图6示出了本发明的一种适用于铁路运输的自动化散货装箱方法的第一实施例的流程图。

图7示出了本发明的一种适用于铁路运输的自动化散货装箱方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

自动装集装箱及其转运系统的第一实施例

图1示为本发明的适用于铁路运输的自动化散货装箱系统的第一实施例的总图。在本发明的竖直移动型自动装集装箱及其转运系统中，集装箱运输平板列车1，用于运输集装箱2，当牵引小车7带动平板列车1移动并停到指定卸箱位置后，通过铁路用轨道吊机6吊起集装箱2，并将其放到转运箱工位上，再由集装箱正面吊8将集装箱2转移到竖直移动型自动循环装箱设备5上的取放箱工位上，然后通过自动开关箱门设备4把集装箱2的箱门打开，再由竖直移动型自动循环装箱设备5把集装箱2倾斜，随后装箱设备5使集装箱2在竖直平面内循环，当移动到装箱工位时，通过装料站3向集装箱2内装入指定重量的货物，当装满货物后，竖直移动型自动循环装箱设备5继续驱动其上的集装箱2在竖直平面内移动，当装满货物的集装箱2移动到取放箱工位时，暂停移动动作，并通过自动开关箱门设备4把集装箱2的箱门关闭，然后由自动循环装箱设备5把集装箱抬至水平状态，再由集装箱正面吊8把装满货物的集装箱2移动到转运箱工位，最后通过铁路用轨道吊机6将装满货物的集装箱2吊装到平板列车1上或堆场内，所有设备的动作均通过中央控制系统控制，使各设备有序协调的工作，从而完成一个集装箱的装箱作业。

图2示出了本发明的适用于铁路运输的自动化散货装箱系统的第二实施例的总图。在本发明的水平移动型自动装集装箱及其转运系统中，集装箱运输平板列车1，用于运输集装箱2，当牵引小车5带动平板列车1移动并停到指定卸箱位置后，通过铁路用轨道吊机6吊起集装箱2，并将其放到水平循环装箱设备4上的取放箱工位上，然后通过自动开关箱门设备7把集装箱2的箱门打开，再由水平循环装箱设备将集装箱2倾斜，然后装箱设备4使集装箱2在水平面内循环，当移动到装箱工位时，装料站3开始给集装箱内装入指定重量的货物，当装满货物后，水平移动型自动循环装箱设备4继续驱动其上的集装箱2在水平面内移动至取放箱工位时，暂停移动动作，并通过自动开关箱门设备7把集装箱2的箱门关闭，然后由自动循环装箱设备4把装满货物的集装箱2抬至水平状态，最后通过铁路专用轨道吊机6将集装箱吊装到平板列车1上或堆场内，所有设备的动作均通过中央控制系统控制，使各设备有序协调的工作，从而完成一个集装箱的装箱作业。

图3a示出了自动开关箱门设备-开关箱门机器人的总图。机器人底座1用于固定两个大臂2，大臂2具有两个自由度的转动动作，大臂2的另一端与小臂3连接，小臂3有一个自由度的转动动作，小臂3的另一端与手腕5连接，手腕5有两个自由度的转动动作，该机器人的所有关节处均内置驱动电机及减速箱，手腕5的末端安装有机械手指4，先由左右两个机械手指分别夹住一侧箱门的两个门把扣7，然后旋转门把扣7到指定角度卡住，然后机械手指4松开，随后两个机械手指分别夹住该侧箱门的两个门把手8，通过手腕5、大臂2及小臂3的协同动作，转动两个门把手8，同时也带动锁杆6旋转指定的角度，箱门可被打开一定的角度，或被完全打开，关闭箱门的动作与打开箱门的顺序相反，双目摄像头9安装在机器人底座1的上端，用于观察集装箱门上的门把扣7、手柄8的位置及箱门的角度，车载控制系统控制机器人做出相应的动作，自动行走小车10由蓄电池供电，充电通过其行走地面下所埋设的电缆感应充电，车上包含四个具有转向和行走功能的舵轮11，自动行走小车10采用磁导航+激光导航的方式，可实现自动行走，读头12用来读取地面铺设的磁条信息，激光扫描仪13用于辅助导航，车身四周的激光传感器14用于避障，当完成一侧箱门的开关后，车载控制系统控制控制自动行走小车10移动到另一侧箱门前，进行开关箱门作业，从而完成集装箱箱门的部分打开或完全打开。

图3b示出了自动开关箱门设备-开关箱门固定机械手的总图。气动摆缸15安装于开关箱门固定机械手的小臂21上，用于打开挡板19，以便小臂21的端部套住锁杆6，若箱门尚未打开到最大角度时，可在小臂21和大臂20的协同动作下，把箱门完全打开，气动摆缸16安装于大臂20上，可驱动小臂21转动，气动摆缸17安装于固定板18上，驱动大臂20转动，固定板18焊接于装箱设备上，关闭箱门的动作与打开箱门的动作相反，开关箱门固定机械手与开关箱门机器人协同动作，完成集装箱箱门的开关动作。

图4示出了竖直移动型自动装箱设备的总图。竖直循环移动装箱设备的驱动装置1包含电机及减速箱，驱动装置1驱动与其输出轴2连接的两个主动链轮12，主动链轮12驱动两侧的循环链条13移动，通过固定于循环链条13上的连接板11带动集装箱4移动，同时带动两侧从动链轮16转动，从动链轮16可调整循环链条的张紧，固定框架3用于带动集装箱4在竖直平面内循环移动，其顶部与连接板11连接，带有四个集装箱锁销的倾转托盘5可绕其上的铰点转动一定角度，使集装箱4倾斜以便装入货物，两侧的驱动齿轮7与安装在固定框架3两侧的内齿圈6啮合，驱动齿轮7与驱动轴15连接，由包含电机及减速箱的托盘驱动装置14驱动，使集装箱4倾斜或水平复位，导板8给安装于固定框架3两端的导向轮10提供导向，使固定框架3能够平稳的在竖直平面内循环移动，箱位检测传感器9用于检测集装箱4是否处于水平状态，支架17垂直安装于地面，给循环装箱设备提供支撑，输送皮带18用于传送需要装载的散状物料，散状物料经过称量料斗19称量后，通过导料槽20装入集装箱4内，变幅油缸21可调整导料槽20的角度，在散料装箱作业时油缸21伸出，当完成散料装箱作业时油缸21缩回。

图5示出了水平移动型自动装箱设备的总图。带有四个集装箱锁销的集装箱托盘1，用于承载及水平移动集装箱2，托盘支架3用于支撑集装箱托盘1并带动集装箱2在水平面内移动，立柱4上端安装回转轴承9，回转轴承9的外圈有齿，与两个驱动齿轮6啮合，驱动齿轮6与液压马达5的输出轴连接，液压马达5带动驱动齿轮6转动，驱动齿轮6推动与其啮合的外齿圈，由于外齿圈与托盘支架3通过螺栓连接，从而带动托盘支架3、集装箱托盘1及集装箱2在水平面内的旋转，立柱4下端安装回转支撑10，回转支撑10用于支撑托盘支架3在水平面内旋转，胶轮11安装在集装箱托盘1下面，当托盘1处于倾斜，并由托盘支架3带动转动时，胶轮11在地面滚动，其承受集装箱2及集装箱托盘1的大部分重量，油缸支座14用于固定油缸16和连杆15，连杆17与连杆15为铰接，连杆17上带有对应油缸活塞杆耳板的安装孔，油缸16伸缩动作可带动连杆17的摆动，连杆17上安装有推集装箱托盘1的小胶轮18，其可在集装箱托盘1下面滚动，可以使集装箱2倾斜或水平复位，箱位检测传感器19用于检测集装箱2是否处于水平状态，支架8垂直安装于地面，给装箱设备提供支撑，输送皮带13用于传送需要装载的散状物料，散状物料经过称量料斗12称量后，通过回转导料槽7装入集装箱2内，回转导料槽7可绕中心轴回转180°方便，给另一侧的集装箱装入散状物料。

图6示出了本发明的适用于铁路运输的自动化散货装箱方法的第一实施例的流程。请参见图6，下面对本实施例的一种自动装集装箱及其转运方法的实施步骤的详细记载。

步骤s11：列车通过牵引小车运送集装箱到指定位置。

步骤s12：铁路轨道吊把集装箱移到转运箱工位上。

步骤s13：集装箱正面吊把箱转移到竖直移动装箱设备的进出口。

步骤s14：倾斜装置把集装箱倾斜一定角度。

步骤s15：自动开关箱门设备打开集装箱门。

步骤s16：通过装料站的料槽向集装箱内装入散状货物。

步骤s17：箱内装满后，自动开关箱门设备关闭集装箱门。

步骤s18：倾斜装置恢复集装箱至水平位置。

步骤s19：集装箱正面吊把箱转移到转运箱工位。

步骤s20：铁路轨道吊把集装箱移至列车上。

步骤s21：继续转运并向集装箱内装入散状货物。

步骤s22：列车运走全部装好的集装箱。

整个流程由中央控制系统发送指令给相关设备：牵引小车，自动铁路轨道吊、自动开关箱门设备、竖直移动装箱设备等，所有设备能自动行走、自动吊装、自动装箱及自动牵引。

图7示出了本发明的适用于铁路运输的自动化散货装箱方法的第二实施例的流程。请参见图7，下面对本实施例的一种自动装集装箱及其转运方法的实施步骤的详细记载。

步骤s31：列车通过牵引小车运送集装箱到指定位置。

步骤s32：铁路轨道吊把集装箱移到水平移动装箱设备的进出口。

步骤s33：倾斜装置把集装箱倾斜一定角度。

步骤s34：自动开关箱门设备打开集装箱门。

步骤s35：通过装料站的料槽向集装箱内装入散状货物。

步骤s36：箱内装满后，自动开关箱门设备关闭集装箱门。

步骤s37：倾斜装置恢复集装箱至水平位置。

步骤s38：铁路轨道吊把集装箱移至列车上。

步骤s39：继续转运集装箱并向集装箱内装入散状货物。

步骤s40：列车运走全部装好的集装箱。

整个流程由中央控制系统发送指令给相关设备：牵引小车，自动铁路轨道吊、自动开关箱门设备、竖直移动装箱设备等，所有设备能自动行走、自动吊装、自动装箱及自动牵引。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。