摘 要

近年来随着港口集装箱码头自动化的日益发展，自动化集装箱码头堆场龙门起重机大车行走机构成为工作常态，随之而来的是其不能忽视的能耗大的问题。因此，泉州港改扩建工程参考国内外集装箱码头设计经验与自主研发的单箱跨距堆场起重机，计划设计一种轻小化的、单箱跨距起重机自动化码头装卸系统。

本文根据泉州港改扩建工程的数据进行自动化集装箱码头的总平面布置和装卸工艺的设计，同时进行码头机械设备的选型和配置。本文的设计分析可分为五个部分，即码头装卸工艺设计分析、机械设备选型及配置、总平面布置、单箱跨距堆场起重机总体设计、方案拟定及进行技术经济性分析确定推荐方案。第一部分装卸工艺设计分析的主要内容为两种装卸工艺设计分析和装卸工艺方案分别拟定；第二部分机械设备选型及配置的主要内容为两种方案分别进行岸边集装箱装卸桥、轨道式集装箱龙门吊、堆场吊、空箱堆高机和水平运输机械的选型及配置；第三部分总平面布置的主要内容为码头前沿、堆场、集装箱码头大门和生产、生活辅助建筑物的布置；第四部分单箱跨距堆场起重机总体设计的主要内容为进行设计参数、工作机构、金属结构、载荷计算、轮压计算、稳定性计算、工作循环的分析。第五部分方案拟定及进行技术经济性分析确定推荐方案的主要内容为两种工艺方案进行技术经济性对比分析。

通过分析计算比较，在满足投资少、产出高的宗旨下，结合自动化集装箱码头现有规模，同时结合国内外码头的装卸工艺系统和单箱跨距起重机的方案，确定了技术可行性、资金合理化的单箱跨距起重机的装卸工艺推荐方案和自动化集装箱码头平面布置。推荐方案运用单箱跨距堆场起重机方案装卸桥，集装箱码头大门采取分离式布置，堆场中集装箱采取垂直码头布置。本文所得结论可为泉州港改扩建工程设计提供一定的参考价值。

关键词：单箱跨距起重机；设计；集装箱码头；装卸工艺；平面布置。

Abstract

The traveling mechanism of gantry crane in container terminal yard has become the normal working state, with the development of container terminal automation in recent years, followed by its can not ignore the problem of large energy consumption. Therefore, quanzhou port reconstruction and expansion project plans to design a light and small single-box span crane automatic terminal loading and unloading system based on domestic and foreign container terminal design experience and self-developed single-box span yard crane.

Based on the data of quanzhou port reconstruction and expansion project, this paper designs the general layout and loading and unloading technology of the automated container terminal, and selects and configurees the machinery and equipment of the terminal. The design analysis of this paper can be divided into five parts: loading and unloading process design analysis, mechanical equipment selection and configuration, general layout, overall design of single-box span yard crane, scheme formulation and technical and economic analysis to determine the recommended scheme. The first part of loading and unloading process design analysis mainly includes two kinds of loading and unloading process design analysis and loading and unloading process plan respectively. The main content of the second part is the selection and configuration of the two schemes respectively for the quayside container loading and unloading bridge, rail-type container gantry crane, storage yard crane, empty container stacker and horizontal transport machinery. The third part is the layout of wharf front, storage yard, container terminal gate and production and living auxiliary buildings. The fourth part is about the design parameters, working mechanism, metal structure, load calculation, wheel pressure calculation, and stability calculation and working cycle analysis. The fifth part of the program and technical economy analysis to determine the main content of the recommended program for the two process programs for technical economy comparative analysis

The recommended scheme of plane layout and loading and unloading technology of single-box span crane automated container terminal is determined by comprehensive comparison, on the premise of meeting the requirements of the construction scale of the automated container terminal. The plane determaine with the basis of the principle of minimum investment and maximum output, namely the principle of technical feasibility and economic rationality, combining the loading and unloading process system of domestic and foreign ports and the scheme of the single-box span crane. The recommended scheme is the crane scheme of loading and unloading bridge -- single box span stacking yard. The container-stacking yard is arranged perpendicular to the wharf, and the gate of the container wharf is arranged separately. The conclusion of this paper can provide some reference value for the design of quanzhou port reconstruction and extension project.

Key Words：Single box-span crane; design; container terminal; handling technology；plane layout.

目 录

第1章 绪论 1

1.1背景与意义 1

1.2国内外集装箱码头发展现状 2

1.2.1国外集装箱码头发展现状 2

1.2.2国内集装箱码头发展现状 3

1.3集装箱码头装卸工艺与平面布置发展现状 3

1.3.1集装箱码头装卸工艺发展现状 3

1.3.2集装箱码头平面布置发展现状 5

1.4设计的方法与内容 7

1.4.1设计的方法 7

1.4.2设计的内容 7

第2章 泉州港集装箱自动化码头装卸工艺设计 9

2.1泉州港集装箱码头概述 9

2.1.1码头作业天数分析 9

2.1.2设计船型分析 9

2.1.3建设规模及主要设计参数 9

2.2码头装卸工艺设计计算 10

2.2.1泊位通过能力计算 10

2.2.2堆场容量计算 11

2.2.3集装箱码头大门所需车道数计算 13

2.2.4拆装箱库容量计算 14

2.3装卸工艺方案设计 15

2.3.1经典型码头工艺方案设计 15

2.3.2单箱跨距型码头工艺方案设计 16

2.4本章小结 18

第3章 泉州港自动化集装箱码头机械设备选型及配置 19

3.1集装箱装卸桥选型及配置 19

3.1.1集装箱装卸桥选型分析 19

3.1.2集装箱装卸桥配置分析 22

3.2轨道式集装箱龙门起重机选型及配置 23

3.2.1轨道式集装箱龙门起重机的配置数量分析 25

3.3空箱堆高机选型及配置 26

3.4集装箱正面吊运机选型及配置 26

3.5水平运输机械选型及配置 27

3.6本章小结 27

第4章 集装箱码头总平面布置 28

4.1码头前沿设计 28

4.1.1码头岸线长度计算 28

4.1.2码头前沿作业地带布置 28

4.2堆场布置 29

4.2.1堆场布置原则及布置形式 29

4.2.2堆场分块设计 31

4.2.3重箱和空箱堆场布置 32

4.3集装箱码头大门布置 33

4.3.1集装箱码头大门布置原则 33

4.3.2集装箱码头大门布置形式 33

4.4生产、生活辅助建筑物布置 34

4.5本章小结 34

第5章 单箱跨距堆场起重机总体设计 35

5.1性能参数 35

5.2确定其工作机构和金属结构 35

5.2.1确定进行工作的主要机构形式 36

5.2.2金属结构的选型 38

5.3载荷计算 39

5.3.1自重载荷 39

5.3.2起升载荷 40

5.3.3动力载荷 40

5.3.4风载荷 42

5.4轮压计算 44

5.4.1主要参数 45

5.5起重机整机的稳定性计算 49

5.6工作循环 50

5.7本章小结 54

第6章 单箱跨距型自动化集装箱码头经济性和环保性分析 55

6.1经济性分析 55

6.2投资估算 55

6.2.1估算对象 55

6.2.2取费标准 55

6.3经济评价 55

6.3.1主要依据 55

6.3.2基础数据 55

6.3.3经济效益分析 56

6.3.4财务效益分析 57

6.4环保性分析 57

6.5结论 58

第7章 总结 59

参考文献 60

附录一 61

附件二 62

附件三 63

致 谢 64

第1章 绪论

1.1背景与意义

随着我国经济的发展和世界各国经济更加紧密的交流，港口作为各国的交流门户在这种趋势中越发显得重要。我国海上集装箱运输业务日益增多，既促进了我国的进出口贸易额，又给各个港口带来了新的挑战。

虽然我国的集装箱吞吐量已经超过美国成为世界第一，成为重要的枢纽之一。但依然存在不少问题，我国的集装箱码头的装卸效率低下、服务水平不足、人工成本较高、自动化水平较低等。其最主要的原因有码头的管理不规范，采用经验管理，导致资源分配不够合理，这些就成为制约码头快速发展的瓶颈。因此，港口为了适应发展趋势，提高码头装卸作业效率和码头专业化管理，信息系统的完善，把自动化拆装设备、专业化管理系统成为港口将来发展的目标。

泉州港誉为“东方第一大港”，港口资源优越， 541公里海岸线，在这海岸线中有113.7公里可开发的港口自然岸线，并且其中有57.2公里深水岸线，是三个福建省港口中的一个。

伴随集装箱运输业发展，传统集装箱码头中“场桥 集卡”的工艺模式已逐渐不能满足其发展需求。自动化集装箱码头因为其高效、环保、人力成本低等优势使其成为集装箱码头未来发展的必然趋势，因此要抓住机会，顺应时代的潮流。目前自动化集装箱码头主要利用“轨道式集装箱门式起重机 集卡”工艺的优势，采用 AGV 代替内集卡来负责集装箱的运输，将堆场内箱区垂直于岸线布置，使装卸船车流与集疏运车流在堆场箱区两端分开，并在箱区两端设置集装箱交接点，轨道起重机把在两端交接的集装箱水平运输到箱区内堆放，这使得大车行走机构的性质发生了变化，由辅助机构变成了工作机构，如此轨道起重机的大车行走也就成了工作常态。这样虽然避免了车流干扰的若干问题，但也导致自重在 200-300 吨的轨道起重机大车运行的行程加长，能耗加大。另外，目前轨道起重机与水平运输设备的交接作业采用车辆倒车入库模式，不仅导致了水平运输车辆与起重机耦合作业的效率低下，也导致了耦合作业区占用堆场的面积过大，降低了堆场土地的有效利用率。为解决上述自动化集装箱码头装卸工艺的不足，应对自动化集装箱码头堆场起重机大车行走工作常态的节能需求，有关专家发明了一种新型堆场起重机^[1]。通过该起重机的应用，将改善现有集装箱自动化码头大型自动化轨道吊大面积交接耦合的作业模式，降低集装箱堆场起重机的作业能耗，提升堆场土地的有效利用率以及堆场装卸设备与水平运输设备耦合作业的效率，同时整个集装箱自动化码头装卸系统自动化程度高、安全、环保、运营成本低。

结合泉州港改扩建工程，采用新型堆场起重机将提升我国港口码头的装卸效率，满足日益增长的集装箱吞吐量。

1.2国内外集装箱码头发展现状

自20世纪60年代以来，港口码头快速发展，相对于传统的火车运输、汽车运输，集装箱运输具有以下优点：

（1）低强度高效率；

（2）货物运输质量高；

（3）有利于组织多种运输方式的联合运输；

（4）货运时间段，周转快；

（5）管理方便，运费较低。

随着海上集装箱运输增多和运输船舶的快速发展，世界各码头逐渐提高了集装箱码头专业化，同时为了提高码头装卸效率采用了集装箱装卸桥等专业化机械设备。集装箱码头一方面进行合理的平面布置，一方面采用了专业化集装箱装卸工艺，提高了码头装卸效率和专业化集装箱的管理。

近年来，随着经济全球化进程的加快，互联网技术的发展及科学技术的改进，码头的功能已经不是单一的货运生产了。目前的集装箱码头已经发展为一个小型物流中心了，其功能包括集装箱装卸船、集装箱堆存、拆装箱库作业、海关检查、集装箱铁水转运等。另外，集装箱码头正逐步向大型化、专业化、现代化、自动化发展^[2]。

1.2.1国外集装箱码头发展现状

随着经济一体化和互联网技术的发展，国外开始形成以码头为中心的物流区，集装箱港口发展十分迅猛，逐渐朝自动化方向发展^[3]。由于物流管理技术的改进，服务水平的提升，作业效率的提高，成本的降低，港口不断地朝着智能化、系统化、信息化发展。同时集装箱船舶在往大型化、提高装卸效率方面发展，许多码头都在逐步使用双 20rsquo;或双 40rsquo;小车和集装箱装卸桥。全自动、半自动化集装箱码头越来越多的出现在各个国家，如荷兰，德国、日本。自动化集装箱码头虽然建设成本高，但在应对船舶大型化，吞吐量增长较大，降低人工成本，提高装卸效率等方面有着许多优势^[4]。

1.2.2国内集装箱码头发展现状

中国的集装箱运输虽在1978年才正式进行各国集装箱运输交流，但经过30多年的建设，港口建设取得巨大进步，成为了发展最快的国家^[5]。虽然在1985年才在天津建立第一个集装箱港口，但到了2003年我国港口集装箱吞吐量达到4800万TEU，超过美国，成为世界第一。在集装箱码头快速发展的过程中还需要提高服务水平，集装箱码头信息化、集成化发展。在码头的吞吐量日益增加，我国俨然成为世界上集装箱吞吐量最大的国家，其建设有以下主要特点：

（1）加强了机械设备的先进性，使装卸作业效率得到提升，装卸工艺机械化程度逐年提升，人工成本降低；

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