铁路集装箱作业区装卸机械设备选型研究

摘要对于各类铁路集装箱作业区的建设，集装箱装卸设备的合理选型是提高集装箱运输能力，促进铁路货物运输高速发展的关键。文章从设备特点、技术性能、作业效率等多方面，对正面吊、轨道式集装箱门式起重机和轮胎式集装箱门式起重机等常见集装箱装卸设备进行了全面系统的比较分析，并分析了各种装卸机械的场地堆箱利用率，为各类铁路集装箱作业区的装卸机械设备选型提供了依据和参考。关键词铁路集装箱；装卸设备；设备配置；选型0引言铁路集装箱运输是现代化铁路货物运输发展的方向，是实施集装箱多式联运的重要环节。随着我国经济的迅速发展及“一带一路”倡议的推进，近些年铁路运输大力发展多式联运，拓展现代化物流模式，快速推进铁路货物集装化运输[1]。结合国内运输行业绿色、环保、数智的发展战略，如煤炭、矿建材料、冷链等货物逐步采取集装箱运输。同时，大量公路货运运量向铁路转移，铁路集装箱运量增长迅速，集装箱在铁路货运的占比也越来越高[2]。为了满足铁路集装箱运输的快速发展，铁路集装箱作业场站逐步向大型化、专业化、自动化发展。近年来，如铁路集装箱中心站、综合物流园、水铁联运集装箱装卸站等，各地大型铁路集装箱作业场的建设需求日益增高。此外，大量既有铁路传统小型货场、企业专用线等也开始配套大量升级改造，调整货物品类，开展集装箱装卸作业。因此，对于各类铁路集装箱作业区的建设，集装箱装卸设备的合理选型是提高集装箱运输能力，充分发挥运营效率，促进铁路货物运输高速发展的关键。1铁路集装箱装卸设备概述铁路集装箱作业区的作业特点是完成集装箱装卸火车、汽车的作业，并对集装箱进行短期堆存。目前用于集装箱装卸作业的机械主要有轨道式集装箱门式起重机、轮胎式集装箱门式起重机和正面吊等。1.1轨道式集装箱门式起重机的特点轨道式集装箱门式起重机是铁路集装箱货场传统的装卸设备。其利用液压伸缩式专用集装箱吊具进行装卸作业，轨道内堆存集装箱，轨道外留有外悬臂作业带，可装卸车辆或临时堆存集装箱。轨道式集装箱门式起重机采用电力驱动，具有自动化程度高、作业效率高、运营成本低、操作简单、安全可靠、节能环保、堆场利用率高等优点[3]。但设备购置、安装及配套工程投资较大，初期建设成本高，并且由于固定在轨道上行走，作业范圍相对受限，因此灵活性较差，一般适用于集装箱装卸量较大的集装箱专业化装卸场。1.2轮胎式集装箱门式起重机的特点轮胎式集装箱门式起重机广泛应用于国内外集装箱码头的装卸及堆码作业。其由内燃或电力驱动，门架支撑在充气橡胶轮胎上，在堆场内行走，可在固定地点转向90°实现转换[4]，有一定灵活性。但其为主要结构尺寸定型的产品，设备机构复杂，购置、使用和维修费用较高，作业稳定性及安全可靠性逊于轨道式集装箱门式起重机。1.3正面吊的特点正面吊机动灵活，具有隔箱作业等功能[5]。正面吊的优点是在货场内机动灵活，其作业范围可根据需要方便地调整，便于调配；可根据运量增长情况逐步购置。正面吊的主要缺点是故障率较高，维修成本较高，作业通道宽，箱场利用率低，作业效率及自动化程度相对较低。一般适用于小型集装箱装卸作业区或辅助箱区[6]。2装卸机械的性能应符合堆场的作业特性集装箱堆场按运行模式可分为拣选式和整取式两类。拣选式就是按货主、箱形、箱种及去向等分类堆码；取箱时随机选择，在大批箱子中可能抓取其中一个。整取式是堆积大垛，取出时从外侧顺序抓取。在现行运输模式中，铁路集装箱中心站、大型铁路物流园等大型铁路装卸场站的成百上千个集装箱不可能是同一家的，大型铁路装卸场站的堆场，一般为拣选式。大型铁路装卸场站的空箱堆场是整取式的，重箱发送区有一些整取的性质。两类集装箱堆场对装卸设备的性能要求不同，正面吊一类的流动式装卸设备在拣选式堆场使用要大打折扣。3铁路集装箱装卸设备比较3.1特性综合比较集装箱门式起重机（轨道式、轮胎式）与正面吊具体综合性能特点比较详见表1。3.2场地堆箱利用率比较（1）场地堆箱利用率是有效堆箱面积与占地总面积的比。虽然堆箱数还与堆码层高有关，因各种机械也都能做到堆码重箱3～4层，在堆高相同的条件下，场地利用率只需比较面积利用率。n=S1/S总（1）式中，n——场地堆箱利用率；S1——堆箱面积（箱底面积+间隙面积）；S总——总面积（堆箱面积+各通道面积）。（2）设计时参照设计图，式（1）中的面积利用率是很容易计算出来的。但为了更加简明地判断几种设备的场地堆箱利用率，可以利用单元面积法来分析，选取12m长、50m宽的矩形面积，按即卸即堆方式让这几种机械在上面施展能力，计算场地利用率。因为12m近似一个40ft箱的长度，铁路集装箱作业区以铁路装卸线为作业中心，为提高装卸作业效率，箱场一般在装卸线旁边纵向布置，50m宽度基本可以满足上述各类集装箱装卸设备的作业需求。故50m范围内扣除火车、集卡车通道后，计算剩余有几个箱宽的尺寸，即可比较出它们的场地堆箱利用率，容箱数越多，场地利用率越高。再大的面积也是由单元面积组成的，所以单元面积法是普遍适用的。Z=L?（L1+L2+L3）/L4（2）式中，Z——单位面积容箱数（40ft箱）；L——单元面积宽50m；L1——铁路装卸线宽4.88m；L2——集卡车通道宽7m；L3——机械走行作业占用宽度：门式起重机8.5m，正面吊15m；L4——集装箱宽=2.738m（含间隙）。n=Z×2.738/50（3）通过式（3）计算，轨道式集装箱门式起重机：Z=10.8，n=59%；轮胎式集装箱门式起重机：Z=5.9，n=32%；正面吊：Z=3，n=16%。轮胎式集装箱门式起重机为标准化定型设备，标准跨度一般为23.47m，所以在50m长的单元面积上必須设两条装卸作业线，分别用两台起重机或用一台起重机去转场作业，每台跨内各设1条装卸线及3.5m的集卡车通道，因此计算轮胎式集装箱门式起重机场地堆箱利用率时，需计算两倍的L1、L3。而轨道门式起重机的主梁长度可达50m以上。由此可以看出轮胎式门式起重机除非是定制非标准大跨度设备，采用标准型号设备时，与铁路集装箱作业区适应性较差，更加适用于集装箱码头堆箱区。轮胎式集装箱门式起重机Z=（50?4.88?4.88?7?8.5?8.5）/2.738=5.9。正面吊只能隔一排箱作业重箱，因此一般每一个铁路集装箱作业区，装卸线两侧各设置两排箱位，每侧都需考虑15m宽的正面吊作业通道，并且每侧各设3.5m的集卡车通道，因此计算正面吊场地堆箱利用率时，需计算两倍的L3。正面吊Z=（50?4.88?7?15?15）/2.738=3。由此可见，轨道式集装箱门式起重机的场地堆箱利用率远高于正面吊，约是轮胎式集装箱门式起重机的1.8倍。3.3轨道式与轮胎式集装箱门式起重机比较轨道式集装箱门式起重机与轮胎式集装箱门式起重机是目前在集装箱箱场使用比较普遍的机型，在铁路集装箱作业场的装卸作业中，主要存在以下不同：（1）轮胎式集装箱门式起重机是定型产品，标准跨距一般为23.47m，在港口堆场定型布置一般为跨内6排箱位和1条集卡车通道。若在铁路集装箱作业场采用轮胎式集装箱门式起重机，由于跨内增加了装卸线，必然相应减少了集装箱的堆存量，结合场地堆箱利用率计算情况，轮胎式集装箱门式起重机与铁路集装箱作业区适应性较差，场地堆箱利用率远低于轨道式门式起重机，并且对于场区装卸线总平面布置有较大不利影响。（2）目前在铁路集装箱的运输与装卸中，存在将集装箱至少旋转180°的情况。轨道式集装箱门式起重机具有旋转功能，可实现大于180°的旋转，而标准型号轮胎式集装箱门式起重机一般只能做?5°～+5°的摆动。（3）轮胎式集装箱门式起重机较轨道式机构复杂，购置、使用和维修费用较高。同时，铁路集装箱作业区内，轮胎式集装箱门式起重机司机需经常对大车走形进行纠偏，整机作业效率受到一定影响，且作业稳定性及安全可靠性低于轨道式集装箱门式起重机。根据综合比较表及上述两种设备特点，综合比较两种门式起重机的优缺点及适应性，得出结论：铁路集装箱作业区采用门式起重机进行装卸作业时，建议选用轨道式集装箱门式起重机。4结语对于集装箱中心站、现代铁路物流园、多式联运装卸站等大型铁路集装箱作业场，集装箱主箱区的装卸作业量相对较大，对装卸设备的作业效率、场地利用率、作业稳定性、自动化程度有较高的要求。根据前文几种装卸设备优缺点情况综合比较，轨道式集装箱门式起重机有非常明显的优势。从作业效率及场地堆箱利用率角度比较，轨道式集装箱门式起重机作业效率约为正面吊的1.25倍，并且其覆盖作业箱位也远高于正面吊。至于基建及设备投资大、灵活机动性差的问题，大型铁路集装箱作业场的装卸运量较大，其日均集装箱作业量能够匹配1台或多台轨道式门式起重机的作业能力，并且运量相对稳定，因此这些缺点影响极其有限。正面吊难以满足大运量铁路装卸作业区的装卸需求，结合铁路集装箱作业区自动、智能化的发展需求，运量较大的大型铁路集装箱装卸作业场宜使用轨道式集装箱门式起重机进行集装箱的装卸作业。对于集装箱运量较为零散的小型铁路货场、物流园及升级改造的老旧装卸场站，其集装箱运量相对较小且不稳定，并且建设投资有