装卸作业是港口业务中最主要的组成部分,随着社会的发展和技术进步,装卸设备也在不断地更新换代,科技含量越来越高,并正朝着大型化、高效化、自动化和智能化的方向发展。
港口装卸设备属于起重运输类机械,品种繁多,功能各异,难以全部涵盖,在此仅对现代化港口中常见的几种用于船舶装卸的大型港口装卸设备的功能及技术发展水平略作介绍,借以建立起对大型港口装卸设备的基本认识。
门座起重机(简称门机)是一种适用于装卸件货和散货的通用港口起重机。门机由于具有较高的门架,故而工作范围较大,并且在工作时也不妨碍地面运输车辆在门架下方通行。此外,门机独特的平衡变幅机构使得门机在装卸船舶时,能够顺利地避开船舶的上层建筑物,即使多台门机集中在一起对同一个船舱进行作业,也不致产生互相干扰。
门机盛行于20世纪60年代,那时很多港口都曾出现过门机如林的壮观场面。早期的门机,起重量多为3t、5t,后来陆续发展到10t、16t甚至40t。但是门机毕竟是一种起重量较小的起重机,尽管极力提高它的工作速度及采用多机联合作业方案,也远远满足不了港口吞吐量急剧增长的要求。随着集装箱运输和散货专业化码头的发展,门机在港口装卸作业中的地位很快下降,已失去了它在港口起重机中的主角地位。
目前,门座起重机在港口主要是应用于件杂货码头、木材码头、钢铁码头、多用途码头及中小型散货码头。件杂货具有货种繁杂的特点,体现在形态上有袋装、捆装、桶装、箱装及裸装等多种形式,木材与钢铁可以看成是品种单一的特殊件货,因此将门机配上不同的吊具用于件杂货、木材、钢铁的装卸最能发挥出门机通用性的优势。
多用途泊位是兼对集装箱及散杂货物进行装卸的泊位,由于多用途泊位承担的集装箱吞吐量一般不大,如配置价格昂贵的专用岸边集装箱起重机会造成巨大的投资浪费。此时,在普通门机基础上发展起来的多用途门机应是最佳选择。多用途门机的起重量一般为40t,用于集装箱装卸时效率可达15~20TEU/h。
与多用途码头类似,中小型散货码头由于吞吐量规模不大,一般也不配置专用的散货装卸设备,或至少不全部配置,通常的做法是采用门机配上抓斗来完成装卸船作业。用于散货装卸的门机除了普通门机之外,还有一种带斗门机,在国外被形象地称之为Kangaroo Crane(袋鼠型门机)。顾名思义,带斗门机就是在机上增设一只料斗,卸船时,抓斗将物料卸入料斗中,再通过机上传输系统,将物料输送到地面皮带机上。带斗门机由于每一作业循环的时间较普通门机大大缩短,因此卸船效率也较普通门机大大增加,一般可达到600-700t/h。岸边集装箱起重机是集装箱船舶与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备,部分码头还利用它的大跨距和大后伸距直接进行堆场作业。岸边集装箱起重机是桥架型起重机的典型代表,因此它也常常被称为集装箱装卸桥,简称岸桥。近几年来,岸桥随着集装箱运输船舶的大型化也呈现出明显的大型化趋势,同时在高效化与自动化方面也取得了长足的发展。
1.机型大型化
岸桥机型的大型化,突出反映在外伸距、轨距和起升高度等尺寸参数的大型化上。目前岸桥的外伸距最大已达67.5m,轨距35m,而起升高度已有48m的趋势。岸桥的起重量更是成倍增长,吊具下的额定起重量逐步从30.5t增大到61t,最大已达65t,从而使整机自重也高达2000t。目前世界上最大的第六代集装箱船甲板上载箱17列,若岸桥海侧的行驶轨道距码头前沿按3.5m考虑,外伸距48m的岸桥就可满足这类船舶装卸的需要,而现在外伸距超过60m的岸桥比比皆是,外伸距67.5m的岸桥完全能够满足甲板上载箱24列箱的船舶装卸需要。由此可见,岸桥的大型化已为船舶的进一步大型化做好了充分的准备。
2.作业高效化与自动化
岸桥作业的高效化主要体现在机构运行的高速化和采用双箱吊具及采用双小车系统3个方面。自动化则使驾驶员在每个作业循环中,只需在海陆侧两头参与操作,其他时间岸桥自动运行,大大减轻了驾驶员的劳动强度。
长期以来,岸桥小车的极限速度是240m/min。当外伸距越来越大时,小车的运行速度对提高岸桥的效率越来越重要。随着电控设备与控制系统的发展,岸桥上各环节的运行速度逐步得到提高。上海振华港口机械股份(集团)有限公司在一台新近完成并正在进行工业测试的岸桥上,对小车的起动、制动、运行做了彻底的改进,采用了全新的小车供电系统,使小车速度成功达到350m/min,每一作业循环的时间大大减少,平均每小时可完成30-40TEU。
国际标准集装箱在长度上有40ft与20ft两种,通常情况下,岸桥每次只起吊1个集装箱,但在20ft箱比较集中的情况下,采用双箱吊具一次起吊2个20ft箱,会极大地提高作业效率。目前,已有不少港口在积极尝试采用双箱吊具。
为进一步提高单机作业效率,自20世纪80年代初开始有些公司还开发出了双小车岸桥,岸桥上设有一个中间平台,由两部小车接力完成装卸作业。由于早期的双小车岸桥造价较高,使用效果与运营成本也不理想,因此并未得到全面推广。但近年来出现的建立在现代高科技基础上的新型双小车岸桥则为它的普及带来了新的希望。这种双小车岸桥的陆侧小车是全自动的,无人操作,海侧小车虽然配有一名驾驶员,但他仅负责一次在船侧的对箱操作,其余操作全部由控制系统自动完成。这种双小车岸桥与地面上的自动导向车(AGVs)系统配合使用,可比单小车岸桥提高装卸效率40%。目前,德国的汉堡港已配有该种岸桥,在我国的青岛、宁波等港,虽然暂时还未配置,但码头在承载能力等方面均已按该型岸桥设计,将来可视需要随时配置。