用于国际海运集装箱的港口存储和分配系统的制作方法

专利名称：用于国际海运集装箱的港口存储和分配系统的制作方法
技术领域：
本申请针对一种集装箱港口存储和分配系统，在本系统中，海运集装箱被一个或 多个高架转移组件(TU)操纵，该高架转移组件能举起或提升海运集装箱并操纵它们成垂 直列或堆放，其首尾相接和并排放置，而不需要使用常规的吊车、铲车、跨运车等，并且在这 种方式下，能通过消除成排的海运集装箱间用于操作和/或处理设备的过道或间距的需要 来使存储空间最大化。在一个实施例中，本系统包括一种方法，用于直接从集装箱船转移海 运集装箱到存放区和从存放区到/从协调联运地区，包括铁路车辆，以及如牵引拖车这样 的运载车辆。 相关技术的简要说明 通过船舶、火车或卡车运送货物的最有效和经济的方法是通过使用标准的国际海 运或货物集装箱。集装箱被设计成标准尺寸，一般长为20、40或45英尺。集装箱是专门设 计的，因此可以装入在货舱和装载在远洋轮船甲板上，以及在港口通过船上或岸上的吊车 从船上卸载，这些吊车被用来将集装箱放置在码头地区，在码头地区，它们被一个或多个运 输设备转移，例如大型叉车、跨运车、自动导向车(AGV' s)等。在一些实施例里，集装箱可 以被装载在包括铁路车辆和卡车的陆运车辆上，在另一些实施例里，集装箱可以被转移到 储藏室，例如仓库。 对集装箱集装箱船装载/卸载集装箱是一个劳动密集型和耗费时间的过程。这需 要船舶或岸上的大型龙门起重机举起或转移集装箱船上的集装箱到一个区域，在那里跨运 车或其它运输机将集装箱直接转移到一个存放区或者另一个转移位置，在转移位置， 一种 桥式起重机传输集装箱到一个存放区，在存放区，集装箱在桥式起重机的长度和宽度的覆 盖范围内并排地、首尾相接地堆放成一般三、四个集装箱的高度。跨运车通常将集装箱堆放 成两三个的高度，并需要在每排集装箱之间有一个用于运输车操纵的通道。龙门起重机通 过使用跨接梁，像跨运车、船和龙门起重机等，也被用来举起和运输集装箱。它们主要用于 将一个临时堆放场的集装箱转移到铁路车辆或陆上卡车/拖车上。 选择储存和取回各种存放区的集装箱是非常耗费时间的，并且变成一个在存放区
与集装箱船之间以及在铁路车辆和卡车/拖车与集装箱船之间转运集装箱的运输效率瓶
颈。对于现在的集装箱港口需要的地面面积非常巨大。因为更多、更大的集装箱船正在被
使用，目前运营的集装箱港口越来越无法处理到港和离港的集装箱的数量。 鉴于上述情况，港口当局必须找到更大的具有更多码头空间的岸上区域，以便适
应到港和离港的海运集装箱数量的增长。在港口当局对于更有效的利用陆地方面的环境压
力也增加了，这抬高了港口建设和/或扩建的成本。 为了试图在大部分集装箱港口范围内减轻瓶颈，港口当局开始发动改革，例如新 加坡和鹿特丹，通过自动操作集装箱的运送。不过，在船舶和运输车辆之间仍然需要多次转 移，这产生了浪费时间的瓶颈。然而，即使有这样的改进，由于陆地面积有限、集装箱从船舶到最终运输车辆的多次转移、车辆拥挤和有限的泊位，使得通过集装箱港口的集装箱流程 仍然是零碎的、不连贯的。 除了上述外，在用于入境和出境货物的海运集装箱入港时，几乎没有X射线或其 它扫描检查。这使得集装箱以及这样的港口、船舶和其它运输车辆很容易受到恐怖袭击和 其它威胁。鉴于上述情况，有必要对方法做进一步改进，其中海运集装箱在港口设备和海运 港口内被处理和/或存放，并通过提供集装箱检查达到更大或更高的安全性。

发明内容
本发明针对一集装箱港口设备，它使存储空间最大化，通过该设备提高了选择存 放和取回集装箱的效率。在一个实施例中，通过现有的门式起重机，海运集装箱被转移到一 个高架转移平台上，该平台位于集装箱船与岸上运输终点、或存储区、或仓库之间。从高架 平台上，通过使用高架转移组件或运输工具，海运集装箱被直接转移到可选择地存储到仓 库或其它存储区(集装箱从这里被取回)，并直接转移到铁路车辆或半牵引拖车上，从而消 除了存储区使用其它装卸装备，例如目前港口作业所必需的装卸装备，进行转移的需求。
在本发明另 一个实施例里，利用高架集装箱转移工具或组件，海运集装箱被直接 转移到/出集装箱船，转移工具或组件沿着一个交叉的网格导轨结构移动，网格导轨结构 在船舶与存储区之间延伸，存储区如仓库和铁路车辆、卡车等运输车辆，而不需要集装箱的 二次处理装备，如起重机、跨运车、铲车等。 利用一个或多个高架集装箱转移工具或组件(TU)，集装箱港口存储和取回系统存 储和取回集装箱。高架TU提升海运集装箱，并将它们垂直堆放成首尾相接、并排放置的结 构，而不需要使用常规的桥式吊车、铲车、跨运车等，并且在这种方式下，能消除集装箱在不 同的运输工具间转移，并通过消除对用于操作和/或处理设备的内部过道(和转移区)的 需求，使存储空间最大化。因此，集装箱港口海运集装箱选择性存储和取回系统在存储矩阵 X-Y-Z中存储和取回单个集装箱，其中X是首尾方向，Y是并排的方向，Z是顶部到底部的方 向或垂直方向。 集装箱港口存储和取回系统还提供了海运集装箱的电子扫描，例如通过X射线， 其中扫描设备定位在这样一个位置，当集装箱悬挂在转移组件上沿着网格导轨结构移动 时，集装箱被扫描。在优选实施例中，扫描仪被设置在位于高架网格导轨结构之下的高架 区，并设置成确保集装箱在存储前和转移到另一种运输工具前被扫描。在这种方式下，安全 和港口设施的安全最佳化。 本发明的系统还提供集装箱和转移组件的自动跟踪，使得集装箱和转移组件的位 置和去向始终为大家所知。条形码和/或RFID标签可设置在集装箱上，条形码或标签可被 转移组件远程读取，并传输给仓库存货系统。条形码或标签包括关于集装箱中的货物、制造 者、发货人、目的地以及其它信息，这些可由港口当局和政府监管机构要求。在一些实施例 中，转移组件将被遥控，因此包括一个与港口中心控制系统通讯的收发器，在某些情况下， 转移组件可通过使用射频技术、全球定位技术(GPS)等被遥控。本发明还通过提供转移组 件上的操作者控制室提供转移组件的至少部分手动控制，包括RFID条形码扫描设备、电机 和绞盘或其它与之关联的驱动元件的控制。 本发明的主要目的是在港口存储和运输系统或设施中，最大限度利用存储空间和
7增加选择的集装箱的存储和取回的效率。 本发明的另一个目的是提供一个用在集装箱船上的货物处理系统，该系统有利于 标准化国际型海运集装箱的操作、装卸载的效率，其中，大量高架转移组件同时沿着高架网 格导轨结构移动集装箱，因此，大量集装箱被同时移动而彼此间不受妨碍，并且不需要移动 集装箱到其它集装箱处理设备，使得在港口系统内卸载、转移、放置或装载集装箱有效率。 除了取代在多种处理设备间，如起重机、跨运车、铲车等，常规运输集装箱的方式，本发明的 系统通过有效地消除或降低集装箱在卸载点到存储点或装载点的垂直行程路线，更进一步 使转移时间最小化。 本发明还有一个目标是提供一个用于标准化国际海运集装箱的货物的处理、取回 和存储系统，该系统能使指定的集装箱从货舱、仓库或存储区的多层次单元结构中的任意 一层中被取回。 本发明的另一个目的是通过扫描海运集装箱增强港口的安全性和可靠性，集装箱 在从到港船舶、运输工具向存储区或分段站点或其它搬运工具移动前被扫描，集装箱在从 其它搬运工具向存储区或分段站点或直接向集装箱船上移动前也被扫描。


结合附图对本发明会有更好的理解 图l-4是根据本发明教导的海运集装箱港口存储和运输系统第一实施例的透视 图，说明了海运集装箱从集装箱船到高架中转平台的转移，在高架中转平台上，集装箱被放 置成利于被随后的高架运输工具或组件在本系统内转移至存储或放置到地面运输载体；
图5是类似于图1-4的透视图，说明了海运集装箱被运输工具或组件从高架平台 提升到邻近的扫描仪，用于在集装箱被转移到存储库或被放置到如卡车或火车的运输车辆 前检查集装箱的货物； 图6是类似于图l-4的透视图，说明了当集装箱被转移到例如卡车、火车或集装箱 船这样的运输工具时，海运集装箱被运输工具或组件之一从存储单元或存储系统的集装箱 堆中提升； 图7是类似于图1-4的透视图，说明了当龙门起重机通过高架转移组件从船舶降 低集装箱到提升平台上用于随后的装载时，图6中的海运集装箱被降低到高架中转平台上 的一个位置，与拥有龙门起重机的提升设备接合以装载集装箱到船舶货舱的存储单元中；
图8是类似于图1-4的透视图，说明了图7中的海运集装箱被拥有龙门起重机的 提升设备从高架中转平台提升，示出了集装箱向船舶货舱的存储单元转移，也示出了新装 货的集装箱在转移到存放区或转移到船舶、火车或卡车上之前被朝向扫描仪提升，并且进 一步示出了其它转移组件降低集装箱到卡车和火车上； 图9是类似于图7的透视图，为了清楚起见移除了其中的高架轨道网系统，说明了 图8中的海运集装箱被拥有龙门起重机的提升设备从高架中转平台提升到船舶货舱的存 储单元； 图10是本发明另一个实施例的透视图，其中不使用高架转移平台，而是把本发明 的轨道网系统延伸覆盖到集装箱船的停泊处，因此本发明的高架集装箱转移工具或组件既 可以向集装箱船装载和卸载集装箱，又可以向地面运输车，例如铁路车辆和卡车，装载或卸载集装箱； 图11是用于本发明的库存管理系统的说明图，其中条形码或其它主要的无源标
签被用来允许在本发明港口存储和运输系统范围内集装箱和库存的遥控； 图12是本发明以悬挂于高架轨道交叉部分示出的其中一个转移组件的透视图，
沿着高架轨道，转移组件在"X"和"Y"方向上可选择地转移，也示出了当存储单元在本发明
系统和存储设备中移动时用于协同接合并固定本发明的其中一个存储单元的悬挂框架； 图13是本发明高架轨道交叉部分的局部横截面图，示出了支撑本发明转移组件
的其中一个辊子组合件的侧视图； 图14是图13的局部俯视平面图，示出了本发明高架轨道的交叉部分和支撑本发 明转移组件的其中一个辊子组合件； 图15是在轨道上支撑本发明转移组件的其中一个辊子组合件的仰视图； 图16是图12中另一个实施例的转移组件的俯视图，示出了位于转移组件的橡胶
驱动轮上面的高架轨道系统的部分分段； 图17是被顶部面板覆盖的图12的转移组件的透视图，提供耳轴用来支撑第二平 台，转移组件的提升设备被安装到第二平台，这样，第二平台和支撑在其上的吊具梁都能够 相对转移组件旋转360度； 图18是被顶部面板覆盖的图12的转移组件的透视图，并提供联接系统用来支撑 第二平台，转移组件的提升设备被安装到第二平台，这样，第二平台和支撑在其上的分布梁 都能够相对转移组件在X-Y方向转移； 图19是本发明转移组件的透视图，其改进之处在于包括一操作员控制台；
图20是与本发明系统相关的检查站的透视图； 图21是图10中所示的网状轨道系统的变型，其中船舶停泊处上方的轨道段相对 高于系统的其余轨道部分；以及 图22是图10中所示的网状轨道系统的另一变型，其中船舶停泊处上方的轨道部 分相对高于系统的其余轨道部分，并在一部分较低的其余轨道部分上方延伸。
具体实施例方式
继续参考

改善的港口设施，其中卸载、装载和处理海运集装箱被简化，以 减少设备的数量、空间和所需的人力资源，达到港口运转的有效管理。下面将介绍本发明的 几个实施例。 港口设备的第一实施例如图1所示，包括一集装箱船"S"的入坞停泊区20。集装 箱船是一种专用船舶，它被专门设计成用来最大限度提高国际存储库和海运集装箱"C"的 存储容量。传统的集装箱船"S"包括一个或更多个从船头延伸到船尾的货舱，每个货舱被 分隔成很多垂直分层单元。在图1中只示出了船舶"S"的船体"H"部分，在这一段中形成 了大量垂直货舱单元"HC"。这些单元在垂直方向上是开放的，并且通常被位于每个单元四 个角上的V形钢质导柱限制。钢质导柱按如此方式被隔开，使得常规尺寸的国际海运集装 箱"C"在降低进入或提升出单元时可以被可靠地导向。在这种方式下，集装箱可以在各个 单元里被堆放。典型的单元可以保留多达6个或更多堆放的集装箱。 每个货舱22如所显示的那样被大量在船头和船尾延伸的钢梁23和右舷朝左舷方
9向延伸的梁24所加强，它们被构建成与单元"HC"相符合。这个格子构架被传统的舱盖所 密封，图中没有显示，舱盖被按传统方式可拆除地安装在构架上。进一步如图l所示，在每 个货舱单元里有1到7七个存储层，更进一步的，如附图所示，在船体右舷和左舷两侧之间 宽度内的七层单元中仅有六层可以看见。 本发明的系统允许前六层被存储集装箱"C"完全装满，如图1所示。然而，在船舶
装载初期，每个单元第七层"7"大约一半是空闲的或腾空的，以便允许存储集装箱"C"在船
舶单元里重新排列。利用本发明，在第六层的集装箱可以提升和放置到该单元的第七层，同
样地，下面第五层的集装箱也可以提升和放置到另一个单元的第七层。通过这种方式，可以
获得单元里的任何一个集装箱而无需将这些集装箱提升到船体货舱外。 —旦想要的集装箱，例如图1中所示的C1，暴露出来，该集装箱可以通过龙门起
重机25从船舶中被提升和卸下，该龙门起重机沿着港口设置，使得它可以相对船舶货舱转
移。与使用岸基龙门起重机相反，在某些情况下可以采用一个或多个货船起重机，利用传统
的提升缆绳设备，图中未示出，从存储单元里提升集装箱并将它们向本发明的岸上处理设
备转移。 如图1进一步所示，龙门起重机包括四条支撑腿26，它们被安装在辊子或轮子28 上，以致起重机可以沿着导轨30转移从而调整起重机相对于船舶的位置。龙门起重机还有 一个水平支撑框架32，其有延长梁33，与横向加强梁34连接。 一对有间距的平行导轨或铁 轨35被框架32运载。框架和导轨的第一部分32A悬挂在船舶货舱的上方，以致悬挂在轨 道35上或沿着轨道35反向转移的提升工具38可以在货舱单元"HC"上方被操纵。框架的 第二部分32B悬挂在与第一部分相反的方向，位于高架中转平台40上方，高架中转平台最 好由一系列辊子传送装置42组成。在这种方式下，使用转移工具38将集装箱"C1"从船舶 的货舱移出后，提升工具通过其自身的动力从框架的外部或第一部分32A向框架的内部或 第二部分32B转移，使集装箱可以被降低到其中一个辊子传送装置42上。被工具38卸载 后，集装箱自动朝平台40的内部转移部分44转移，使其放置在能被至少一个转移工具62 选择性地转移的位置，如图4所示。虽然平台作为高架能被更好地显示，但在一些系统中， 中转平台不需要高架。 提升工具38包括一用辊子或轮子组合件(图中未示出)安装在一对轨道或铁轨 35上的平台，使得其能在船舶和高架接收平台之间往复运动。在平台下方安装有一传统的 吊具梁50，如图4所示，吊具梁拥有自动锁，用于把吊具梁固定到与其中一个集装箱相关联 的角锁箱。吊具梁通过绞盘的绳索53被悬挂和配置，图中未显示，绞盘安装在工具平台的 下底部。 继续参考图l，本发明的港口区专门设计成允许集装箱船和陆上传统交通工具，例 如火车"T"和卡车"TR"，之间直接转运集装箱，或者在外部临时或长期存放区，例如一个或 多个仓库建筑"W"，之间不超过一个中转站。在一些实施例中，一个或多个仓库被侧壁55 封闭和顶盖56覆盖。在图中，为了显示仓库的存放区和单元，大部分的墙壁和顶盖都被移 除。在另外一些实施例里，存放区可以是开放的，没有被顶盖或墙壁封闭。如前文所述，本 发明的明确目的之一是最大限度地提高可以在某一区域存放的海运集装箱的数量。为此， 有必要提供一个存储系统，使存储的集装箱"C"间不需要通道，并使集装箱能有效率的垂直 堆放。
为了实现上述目标，本发明的港口设备采用了陆地上的集装箱转移和存储系统， 它包括高架网状导轨或铁轨系统60，其可以与集装箱能堆放到的高度一样高，并且覆盖整 个存放区，以存储足够多的集装箱存满该区域。例如，3673个40英尺的集装箱在四英亩的 面积上能堆放七层高，或4198个能堆放八层高。这是基于大约8英尺X40英尺的集装箱 (宽8英尺X长40英尺)，其它结构会产生不同的数字。 高架网格轨道系统专门设计成允许大量转移工具或组件(TU)62在高架接收平台 40、仓库"W"或开放式的存放区72、卡车的装载/卸载区63、火车的装载/卸载区64和一 些实施例中附加的存放区或仓库65之间同时转移。为了实现这一 目标，高架网格导轨系统 包括大量在码头一侧向内延伸的平行铁轨66，并与大量横向的平行铁轨67交叉。铁轨66 和67的结构将在下文中做详细说明。因为铁轨66和67的交叉，转移工具(TU)62可以在 不同的运输模式和存放区和仓库间操纵海运集装箱在X-Y平面内转移。从本质上讲，全部 集装箱存放区都可被网格导轨系统覆盖，这样，转移组件(TU)62能在整个存放区横向往返 运动。 一个四英亩存放区能提供二十个或更多的TU。随着对集装箱转移速度的要求的提 高，更多的TU可以添加到网格系统。 如图所示，网格系统的第一部分68在中转平台40上方延伸。紧接着的里面的部 分69是一个卡车装卸部分，位于卡车出入通道70和71的上方。还有仓库封闭部分56或 其他开放式存放区72，在进出轨道74和75上方的火车装卸部分73，和与其它转移、存储或 仓库设备的连接部分76。在一些港口设备中，网格系统的坚固部分可以在顶盖下，而其它的 可以提供很少的或不提供屋顶。在本系统中，多个联运和卡车/火车的进出通道和线路可 被集成以促进集装箱和货物的转移。 为了提高安全性，防止非法和/或危险货物、爆炸装置等的流动，本发明的系统提 供了一个或多个海运集装箱电子扫描设备，例如X-射线扫描仪78，如图2所示。当海运集 装箱从入境船舶向任何一种形式的地面运输工具或存放区被转移时，用TU转移集装箱靠 近其中一个扫描仪78，在那里对集装箱进行检查。同样地，在被装入等候的集装箱船前，集 装箱将被TU从存放区或地面运输工具向扫描区转移，进行检查。如图所示，扫描仪更适合 高架，使得集装箱不必因为扫描而不得不被提升和降下。在某些情况下，扫描区可能需要至 少部分地封闭。扫描组件的类型可以多种多样，并仍保留在本发明的教导中。
关于船舶的描述提到的存放区，一个或多个开放式存放区72或仓库"W"可以被用 来高效地、简洁地并排、首尾相接地存储大量海运集装箱。如前所述，集装箱堆放时也一个 接一个，但是，在上层集装箱上方留有足够的空间，网格导轨系统在垂直堆放的上层集装箱 的上方有一个能临时放置至少一个海运集装箱的空间，使得在任何垂直堆放高度的集装箱 能被临时转移，允许堆放在低层的集装箱被TU取回，经此之后，上层集装箱可能会被替换。 除了上述之外，本存储系统可以提供一个或多个开放式区域，用来临时存放被打乱的集装 箱，以便允许获得放置在较低位置的集装箱。 虽然存放区和仓库可以包括独立的集装箱货舱单元，例如所描述的船舶上的货舱 单元"HC"，它可能不需要垂直角钢柱就能堆放集装箱。在某些情况下，类似的角柱由于安全 或建筑结构原因可被设置在仓库的几个地方。如图2所示，角柱79沿着仓库"W"的外墙壁 或开放式存放区72设置，集装箱被堆放。如前所述，集装箱可被堆放成七层或更高，而不需 要在堆放的集装箱间设置通道。
11
参考图12，详细展示了一个转移组件(TU)62。 TU包括具有上下表面的机构，如实施例所示，包括矩形构架80，由钢或其它沿着上表面和侧表面覆盖金属片合适的材料制造而成。通过支柱或导井架81，框架80四个角被支撑着；支柱或导井架81从框架向上延伸并且穿过开口槽82，开口槽由高架网格导轨系统60提供。网格导轨系统由大量空心箱形钢梁84构成，如图13所示，空心箱形钢梁由栓接、焊接或其它固定方式固定到钢梁或顶部"I"形梁85上，使开口槽82向下。梁85由钢柱或杆87和角柱79支撑，如图l所示。轨道系统在下面每个虚拟的或实际的本系统存放区的存储单元上方延伸，在这种方式下，转移组件(TU)可直接地和选择性地排列在单元的上方，以使海运集装箱能被放置到单元空间或从单元空间提升集装箱。承载轴承凸缘88形成在开口槽的对面，辊车86可移动的支撑在其上。每个导井架81集中固定到一个独立的辊车86上。 构成导轨系统的箱形梁84包括纵向延伸部分84A和横向延伸部分84B，它们相互之间一般成直角。辊车包括上部和下部重力承受滚珠套91和92，分别引导箱形梁内的辊车，下部的套承受转移组件(TU)62和海运集装箱的重力。作为选择，辊车可以只包括下部重力承受滚珠套来引导箱形梁84内的辊车。每个辊车还包括两对轮副93和94，轮副93与凸缘88的纵向部分84A接合，轮副94与凸缘88的横向部分84B接合。辊车可以使用单向辊子和球面辊子、单向辊子和轮脚、高强度/低系数塑料或其它合适的方式构造。
每个轨道部分84A/B的下表面与转移组件62上安装的驱动组件的驱动轮96A和96B接合。具体涉及到图12中，每个转移单元62包括8个驱动轮96A/B，在框架80的两侧各有两个，与纵向箱形梁部分84A相接合；在框架的两端各有两个，与横向箱形梁部分84B相接合。 图16是转移单元62的俯视图，显示了四个安装在在橡胶驱动轮96A/B上方的轨道部分84A/B，两个轨道部分被作为纵向轨道部分84A，两个作为横向轨道部分84B。驱动电机100连接到每个橡胶驱动轮96A。驱动电机102连接驱动轮96B。驱动电机100被其中一个驱动电机100上的主编码器101控制，使TU沿着一条纵向轨道部分84A移动。另一个主编码器103位于其中一个驱动电机102之上，控制着电机102，使TU沿着一条横向轨道部分84B移动。主编码器101和103分别控制其它驱动电机100/102上的从动编码器105/106。在这种方式下，驱动电机100被如此控制，使转移组件62纵向沿着网格轨道系统从高架网格轨道结构前端移动到后端，反之亦然，如图1所示，主编码器101控制驱动电机100，使TU沿着纵向轨道部分84A移动。同样，主编码器103控制着驱动电机102，移动转移组件62横向沿着网格轨道系统从其一边到另一边，反之亦然。 每个转移组件(TU)62被设计为通过吊具梁110能提升和降低至少一个海运集装箱，如图12所示，被设计成与角锁自动锁定，角锁和所有的常规海运集装箱关联。吊具梁可扩展为能提升20英寸、40英寸和45英寸的集装箱。吊具梁也可以包括遥控的集装箱凸轮锁。 为了控制吊具梁的垂直运动，两个葫芦吊电机112被安装在每个第二转移组件上。这些电机的输出端通过功率分配器113与成对的线圈巻筒114相连。缆绳115，如图12所示，从巻筒114垂挂到底端，底端固定到吊具梁或提升框架110上。当吊具梁110通过启动电机112朝下面的集装箱降低时，吊具梁将接合集装箱的上部外表面，然后，角锁116自动地锁住集装箱的锁箱，这样，集装箱能被提升到紧邻转移组件62的位置。在这个位置上，转移组件62能沿着网格轨道部分84A和84B移动，以根据需要移动集装箱。
与每个转移工具或组件(TU)和第二转移组件或工具连接的电机、绞盘和其它设备可以由船上的可充电电池120提供动力。交流电也可以通过常规电缆或感应式电缆系统提供给TU，图中没有示出。此外，可以预期，用于为传动机构提供动力的电机可以是反回转电机，它将使TU62在满载集装箱时以大约每分钟60英尺、在空载时以大约每分钟90英尺的速度水平运转或移动。葫芦吊可以是两个75马力的电机。葫芦吊可以以大约每分钟75英尺的速度提升满载的集装箱，也可以在空载时以高达每分钟112英尺的速度运行。
具体到图17，因为本发明的网格导轨系统一般布置在轨道或梁部分84的十字交叉点，在一些实施例中，TU62可进行修改，以允许吊具梁110能旋转360度，以便能在任何方向上调整集装箱"C"相对于接收面的方位，如拖车床或平板车床。为允许这样的运动，一个较低的平台121将通过一个耳轴组件122连接到TU框架80的下部，在这个实施例中，两个葫芦吊112、功率分配器113和成对的线圈巻筒114被装配在平台121上。耳轴组件包括一个安装在平台上的有齿圆形架，其与通过耳轴电机，图中没有显示，旋转的锥形驱动齿轮的轮齿相啮合。耳轴电机包括一个可逆的输出驱动轴，使121平台可顺时针和逆时针旋转，如图17所示。耳轴电机还包括一个反回转齿轮，无论何时耳轴电机不被驱动，它都能将平台与TU框架80相对锁定。 相对于图17所示的TU平台121的旋转能力，通过与TU框架和平台相连的第二可纵向和横向延伸的滑动轨道，平台121可以被安装在TU的框架80上，这使得平台能在框架80的至少3个、最好全部4个侧面上移动，如图18的箭头所示。这样的安装排列，允许固定到TU26的吊具梁或吊运架110上的集装箱有限的移动或X-Y方向平移。
本发明的系统能全自动化和使用存货控制系统交互，因此，系统内的每个集装箱的位置是随时可知的。举例来说，如图11所示，条形码、RFID标签或其它鉴别工具130可设置在本系统内每个集装箱和每个转移工具或组件上。提供库存管理中心132，其包括一射频信号发射器135。利用定向射频传输，远程标签130被定位。标签不仅包括集装箱身份的信息，还可以包括港口或交通管理人员、政府当局等感兴趣的有关货物、发货人身份、收货人身份和其它信息。 一旦TU通过吊具梁110固定到集装箱上，管理中心的控制计算机将跟踪集装箱和TU的运动。在某些情况下，据知，从集装箱船上卸下的特定集装箱被一确定的地面车辆运输，例如卡车或火车，集装箱可从船舶或中转平台直接转移到等候的卡车或火车上，或移动到码头区136，在此，为了出货，集装箱的货物137可被分散成更小的体积，如图ll所示。在集装箱从船上或从地面运输中心卸下并被放置到将要发货的存放区的情况下，信息将被传递给TU，来移动集装箱到系统内的特定位置，如开放式存放区或仓库的指定堆放区。 除了上述之外，在某些实施例中，被遥控的转移组件包括射频电收发器146，其与港口的中心控制系统或库存管理中心132通信，然而，在其它情况下，可通过射频技术、全球定位技术(GPS)等从远程来控制转移组件。 本发明还可提供转移工具的手动或部分手动控制。结合图19，为了能够看清楚网格导轨，示出了另一个改进的转移组件162，其包括一相对于转移工具的主体或框架80向下和向外伸展的操作台。操作台包括座位163和用来手动控制与转移组件相连的每个电机和提升设备的控制台164。在某些系统中，可以同时采用手动控制和远程控制。
除了远程通信控制本发明转移组件(TU)和集装箱的移动和位置，为了监控转移 工具和集装箱的确切位置，本发明的电机、绞盘、驱动机构等可以加入传感器等类似装置。 驱动电机旋转的数字输入和沿着网格系统、或在船上或存放区或仓库内每个单元的位置处 数字化检测点的登记也可以提供有关TU在本系统内运动的信息。当提升或降低集装箱时， 葫芦吊也可以具有数字化特征来决定精确的提升和转移梁与每个TU的关系。驱动电机可 由主编码器和同步解码器控制，同步解码器具有定位于网格轨道系统内用来进行位置识别 和/或验证的X-Y位置传感器。 如前所述，为了安全起见，在集装箱被允许放置到存放区或从一种运输形式转移 到另一种运输形式之前，集装箱被移动到邻近其中一个扫描设备74处，在此时，集装箱内 的货物被扫描并和计算机上的提货单进行对比和匹配，以验证集装箱的货物，防止违法的 或危险的货物和/或设备的流动。由于扫描仪位于沿着网格轨道系统的高架位置，集装箱 不必被循环的提升和降低。为了縮小集装箱在本系统中从一点向另一点转移的时间，高架 网格导轨系统特别设计成消除在大量的集装箱操作设备间重复的转移集装箱，并尽量减小 集装箱的垂直运动。 如图20所示，假如一个被扫描的集装箱的货物看起来可疑，本发明的港口系统还 包括一个检查站140，在此处可以放置可疑集装箱，并且由港口官员检查其中的货物。 一旦 通过检查确定集装箱是无疑的，集装箱可被转移到存放区或适当的运输车辆或船舶。
利用本发明的系统，指定的集装箱可以在仓库、存放区或船舶的货舱中被自动定 位，位于指定集装箱上方的集装箱可被适当地移动，然后，一旦利用转移组件和它们的提升 设备将指定的集装箱取回，其它集装箱将被重新放置。 —旦指定的集装箱被定位在船舶甲板上，为了从货舱取回，利用先前描述的与桥 式起重机关联的其中一个转移工具，它可有选择地被提升和放置。当放置在高架中转平台 上的集装箱被装入船舶货舱时，船舶货舱的装载也可以完全自动化，使得每个集装箱被放 置在货舱内预先确定的位置上。 具体到图IO，显示了一个本发明网格导轨系统的变型，其中如150所示，网格轨道 被延伸，用来代替用于船舶装卸载的龙门起重机和中转平台及相关传送装置。该系统额外 的好处是，它能无需使用独立的起重机或集装箱操纵设备在集装箱货舱的单元上装卸集装 箱。这种系统不仅通过减少操纵海运集装箱所必需的起重机和提升设备的数量和类型来降 低成本，而且使用单个转移组件62，从任何本系统的运输源或存储区最初接合集装箱，将集 装箱向本系统任何另一个点移动，显著地降低操作时间，因而，使处理集装箱更有效，随之 降低成本。由于网格导轨结构的增加部分150，增加部分150的外端部分首选用混凝土柱或 钢柱152支撑，这些柱子锚定在在停泊区内与码头区有一段距离，以使集装箱船在停泊处 能通过。 一支撑梁153被柱152支撑，被用来支撑网格导轨结构60的增加部分150的外延 154。 图10所示的网格导轨系统的改进显示在图21和22中。在图21的改进系统中， 在船舶上方延伸的网格导轨部分152'相对于网格导轨系统的其余部分被高架了。这种网 格导轨高架部分对允许超大船舶的通过是必需的。然而，考虑到成本，高架轨道系统的其余 部分到相同高度通常是不切实际的。缺点是独立的转移单元必须在网格导轨系统的独立区 域内操 ，因此需要在中转平台40上转移集装箱。应当指出，中转平台40在网格导轨系统的高架部分150'和其余部分60之下延伸。为了利于集装箱在两个独立部分之间转移，中 转平台可包括辊子，平台可向集装箱转移的独立部分倾斜。 由于网格导轨结构60的增加部分150'，增加部分150'的外端部分首选用混凝土 柱或钢柱152'支撑，这些柱子锚定在在停泊区内与码头区有一段距离，以使集装箱船在停 泊处能通过。 一支撑梁153'被柱152'支撑，被用来支撑网格导轨结构的增加部分150'的 外延154，。 在图22所示的改进的网格导轨系统中，本系统的高架和延伸部分150"被显示为 在本系统其余部分60上方延伸，这样，通过系统下面部分最外面的网格开口 160，集装箱相 对中转平台40被提升或降低。在这种方式下，没必要在平台上水平移动集装箱，使它们被 在网格导轨系统的高架部分和其余部分工作的独立转移组件接合。 同样，由于网格导轨结构60的增加部分150"，增加部分150"的外端部分首选用 混凝土柱或钢柱152"支撑，这些柱子锚定在在停泊区内与码头区有一段距离，以使集装箱 船在停泊处能通过。 一支撑梁153"被柱152"支撑，被用来支撑网格导轨结构的增加部分 150"的外延154"。 为了进一步保持船舶在停泊处水平面上的稳定，以便装卸集装箱，自动系泊设备 151被采用，它允许船舶随着潮汐垂直运动，但防止在水平面上的移动。这种设备用吸头接 合船舶外壳。 一种这样的系泊设备由新西兰克赖斯特彻奇市(Christchurch)的系泊系统 有限公司(Mooring System, Ltd.)制造，即大家所知的MoorMaster 。
使用本发明的系统，可以预期，船舶同时装卸将使船舶必须停留在码头的时间降 低几乎一半。此外，为了加速装载到特定的运输方式(卡车、火车、船舶)，多个TU能通过 将集装箱定位到最接近它们的出站区(卡车、火车、船舶)方式预先放置集装箱。TU发生 故障时将离线，而其它TU继续转移集装箱。此外，可在存储区中间划出入站区，其最初是空 的，而出站集装箱被预先放置以被从里面朝向每个预先放置的区域的外面运转到外面用于 卡车、火车和轮船的转移。 本发明前述的优选实施例已经阐明了本发明的原理，并且不局限于本发明阐述的 优选实施例。本发明的范围由所有实施例确定，涵盖了如下权利要求和它们的等同结构。
1权利要求
一种港口货物的处理和存储系统，用于存储和运输海运集装箱，该系统适合用于对停泊在邻近入坞设施的船舶装载和卸载海运集装箱，该系统包括高架网格导轨结构，包括第一部分和第二部分，第一部分设置在至少一个存储区上方，其中海运集装箱可上下垂直堆放，从而划定了大量垂直存储单元，第二部分设置在至少一个地面运输区上方，所述网格导轨结构包括彼此在交叉模式下横向延伸的轨道；至少一个转移组件，活动地安装在所述网格导轨结构上，使得其在以第一方向移动时，悬挂在至少两条有间距的、平行的第一轨道上，在以横向于第一方向的第二方向移动时，其悬挂在至少两条有间距的、平行的第二轨道上，所述至少一个转移组件包括车架工具，使得所述至少一个转移组件悬挂在所述至少两个第一和第二平行轨道，所述至少一个转移组件包括可选择性操作的驱动设备，沿着所述网格导轨结构的所述轨道，移动所述至少一个转移组件，使得转移组件可沿着并从所述网格导轨结构的所述第一和第二部分在水平面内前后左右移动，或沿着所述网格导轨结构的所述第一和第二部分在水平面内前后左右移动进入所述网格导轨结构的所述第一和第二部分；悬挂在提升设备上的集装箱接合机构，所述提升设备安装在所述至少一个转移组件上用于升起和降下所述集装箱接合机构，所述集装箱接合机构的尺寸能协同接合存储集装箱，借此被接合的海运集装箱可被搬运到位于高架网格导轨结构之下指定的位置。
2. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述网格导轨结构包括 第三部分，其在转移区的垂直上方延伸，当在停泊区船舶与至少一个存储区或至少一个地 面运输区之间转移时，海运集装箱被放置在转移区。
3. 根据权利要求2所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述转移区包括一个中 转平台和至少一个在所述中转平台和停泊区船舶之间移动集装箱的起重机设备，中转平台 至少有一部分位于所述网格导轨结构的所述第三部分之下用来从所述至少一个转移组件 接收集装箱。
4. 根据权利要求3所述的港口货物的处理和存储系统，包括用于提升所述中转平台到 地面之上的装置。
5. 根据权利要求2所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫描 仪，安装在所述网格导轨结构之下并定位使得为了检查集装箱内的货物，被所述至少一个 转移组件搬运的集装箱可选择地对准所述至少一个电子集装箱扫描仪。
6. 根据权利要求5所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫描 仪，其定位在停泊处与所述网格导轨结构的所述第一、第二部分之间。
7. 根据权利要求6所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫描 仪，其定位在所述网格导轨结构的所述第一与第二部分之间，和至少一个第二电子集装箱 扫描仪，其定位在所述网格导轨结构的所述第一与第三部分之间。
8. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述网格导轨结构包括 可操作地连接第一和第二部分的第三部分，其在船舶停泊区的垂直上方延伸，借此至少一 个转移组件可在货舱或其它存储区上方直接操纵船上的海运集装箱，并且所述至少一个转 移组件可用于从至少一个存储区或至少一个地面运输区和停泊区船舶转移海运集装箱、以 及向至少一个存储区或至少一个地面运输区和停泊区船舶转移海运集装箱。
9. 根据权利要求8所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫描仪，其安装在所述网格导轨结构之下并定位使得为了检查集装箱内的货物，被所述至少一 个转移组件搬运的集装箱可选择地对准所述至少一个电子集装箱扫描仪。
10. 根据权利要求9所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫 描仪，其定位在停泊处与所述网格导轨结构的所述第一、第二部分之间。
11. 根据权利要求9所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫 描仪，其定位在所述网格导轨结构的所述第一与第二部分之间，和至少一个第二电子集装 箱扫描仪，其定位在所述网格导轨结构的所述第一与第三部分之间。
12. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述网格导轨结构包括 相比第一和第二部分有更高垂直高度的第三部分，所述第三部分在船舶停泊区的垂直上方 延伸，借此至少一个转移组件可在货舱或其它存储区上方直接操纵船上的海运集装箱，并 且所述至少另一个转移组件可用于从船舶和转移区转移海运集装箱、以及向船舶和转移区 转移海运集装箱，在转移区海运集装箱可被转移到所述至少一个转移组件。
13. 根据权利要求12所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述网格导轨结构的 所述第三部分在所述转移区和所述网格导轨结构的所述第一、第二部分之一的一部分上方 延伸。
14. 根据权利要求12所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个电子集装箱扫 描仪，其安装在所述网格导轨结构之下并定位使得为了检查集装箱内的货物，集装箱被所 述至少一个转移组件或所述至少另一个转移组件中的一个搬运，并可选择地对准所述至少 一个电子集装箱扫描仪。
15. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述驱动设备包括第一 轨道接合部件，用来接合所述至少两条平行、有间距的第一轨道和至少一个用于驱动所述 第一导轨接合部分的第一驱动电机，所述驱动设备进一步包括第二轨道接合部件，用来接 合所述至少两条平行、有间距的第二轨道和至少一个用于驱动所述第二导轨接合部分的第 二驱动电机。
16. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，包括至少一个操作平台，安装 在所述至少一个转移组件上，所述操作平台包括控制设备，来控制所述驱动设备和所述绞 盘设备，驱动设备和绞盘设备控制所述至少一个转移单元的运动，并控制所述集装箱接合 装置的运动。
17. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述驱动设备包括至少 一个在X方向上沿着所述网格导轨结构驱动所述至少一个转移组件的驱动电机，和至少一 个在Y方向上沿着所述网格导轨结构驱动所述至少一个转移组件的驱动电机
18. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，包括位于所述至少一个转移 组件上的可远程读取的识别标签，和中央控制器，其能监控所述网格导轨系统内所述至少 一个转移组件的运动。
19. 根据权利要求1所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述提升设备被安装在 一平台上，该平台活动地安装在所述至少一个转移组件上，借此可改变集装箱相对所述至 少一个转移单元的位置。
20. 根据权利要求19所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述平台通过旋转耳轴被活动地安装在所述至少一个转移组件上。
21. 根据权利要求19所述的港口货物的处理和存储系统，其中，所述平台通过X-Y方向 延伸系统被活动地安装在所述至少一个转移组件上。
22. —种在港口处理常规海运集装箱的方法，与船舶、至少一个地面存储区和至少一个 地面交通发送和接收站相关，该方法包括步骤A. 提供网格导轨结构，该网格导轨结构至少位于至少一个地面存储区和至少一个地面 交通发送和接收站的上方；B. 提供至少一个转移组件，其可沿着网格轨道结构相对于水平面在X-Y方向移动，所 述至少一个转移组件包括至少一个起重机，来提升和降低用于接合海运集装箱的装置；C. 提供转移区，并从船舶和转移区转移海运集装箱和向船舶和转移区转移海运集装箱；D. 使用所述至少一个转移组件，从转移区提升和降低海运集装箱，使用至少一个转移 组件，沿着网格导轨结构运送海运集装箱到至少一个地面存储区、至少一个地面交通发送 区和转移区之一，和沿着网格导轨结构从至少一个地面存储区、至少一个地面交通发送区 和转移区之一运送海运集装箱；禾口E. 降低海运集装箱到所述至少一个地面存储区的集装箱堆放区，或到所述至少一个地 面交通发送区或船舶堆放区的运输车辆上。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，当海运集装箱都被降低到集装箱堆放区或船 上时，还包括步骤F. 在垂直单元里堆放集装箱，集装箱之间并排且首尾相接，在集装箱之间基本上不留 中间通道。
24. 根据权利要求22所述的方法，包括附加步骤将通过所述至少一个转移组件移动地搬运的至少一个海运集装箱输送到集装箱扫描 设备；扫描所述至少一个海运集装箱，以确定其中的货物。
25. —种在港口处理常规海运集装箱的方法，与船舶、一个地面存储区和至少一个地面 交通发送和接收站相关，该方法包括步骤A. 提供高架且互联的网格导轨结构，该网格导轨结构位于船舶、一个地面存储区和至 少一个地面交通发送和接收站的上方；B. 提供至少一个转移组件，其可沿着网格轨道结构相对于水平面在X-Y方向移动，所 述至少一个转移组件包括至少一个起重机，来提升和降低用于接合海运集装箱的装置；C. 使用至少一个转移组件，从船舶、一个地面存储区和至少一个地面交通发送和接收 站提升海运集装箱；D. 使用至少一个转移组件，沿着网格导轨结构，输送海运集装箱到位于另一个船舶、地 面存储区和至少一个地面交通发送区之上的位置；禾口E. 降低海运集装箱到船舶、地面存储区的集装箱堆放区或至少一个地面交通发送区的 运输车辆上。
26. 根据权利要求25所述的方法，包括附加步骤 提供海运集装箱扫描设备；将通过所述至少一个转移组件搬运的海运集装箱输送到集装箱扫描设备；以及 扫描所述至少一个海运集装箱，以确定其中的货物。
27. —种在港口处理常规海运集装箱的方法，与船舶、一个地面存储区和至少一个地面 交通发送和接收站相关，该方法包括步骤A. 提供高架网格导轨结构，该网格导轨结构包括第一、第二和第三部分，第一部分位于 地面存储区上方，第二部分在至少一个地面交通发送和接收站上方，第三部分在船舶停泊 区上方；B. 提供至少一个第一转移组件，其能沿着网格导轨结构的第一、第二部分相对于水平 面在X-Y方向上移动，所述至少一个第一转移组件包括至少一个起重机，来提升和降低用 于接合海运集装箱的装置；C. 提供至少一个第二转移组件，其能沿着网格导轨结构的第三部分相对于水平面在 X-Y方向上移动，所述至少一个第二转移组件包括至少一个起重机，来提升和降低用于接合 海运集装箱的装置；D. 使用至少一个第一、第二转移组件，从船舶、地面存储区和至少一个地面交通发送和 接收站中的一个提升海运集装箱；E. 使用至少一个第一、第二转移组件，沿着网格导轨结构第一、第二和第三部分中的至 少两个部分，输送海运集装箱到位于另一个船舶、地面存储区和至少一个地面交通发送区 之上的位置；F. 降低海运集装箱到船舶、地面存储区的集装箱堆放区或至少一个地面交通发送区的 运输车辆上。
28. 根据权利要求27所述的方法，包括附加步骤 提供海运集装箱扫描设备；将通过所述至少一个第一或第二转移组件搬运的输送海运集装箱到海运集装箱扫描 设备；以及扫描所述至少一个海运集装箱，以确定其中的货物。
全文摘要
一种港口存储和分配系统，用于促进在集装箱船和地面运输车之间转移和/或存储国际海运集装箱，其中在所述地面运输车上方有一个高架网格导轨结构，该导轨结构允许高架转移组件按要求在不同的船舶、运输车和存放区之间选择性的接合和搬运集装箱，而不需要在不同的处理设备之间多次转移集装箱。本系统提供了集装箱扫描，其是全自动或部分手动控制。
文档编号G01N23/04GK101711210SQ200780051939
公开日2010年5月19日 申请日期2007年3月2日 优先权日2007年3月1日
发明者克里斯蒂安·耶茨, 布赖恩·普法伊费尔, 斯科特·布莱登, 查尔斯·贝内迪克特, 理查德·拉金格尔, 詹姆斯·多布斯 申请人:查尔斯·贝内迪克特;布赖恩·普法伊费尔;詹姆斯·多布斯;斯科特·布莱登;克里斯蒂安·耶茨;理查德·拉金格尔