国际集装箱码头课程设计.docx

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国际集装箱码头课程设计

国际集装箱码头课程设计

1.集装箱码头简介

1.1集装箱码头在国际物流中的作用

海上集装箱运输是国际物流最主要的一种运输方式，因此集装箱码头作为国际集装箱运输的集散点具有很重要作用。

集装箱码头的设计水平直接影响国际物流货物在码头的滞留时间，直接影响物流成本。

先进的集装箱码头需要有先进的设施设备去支持。

1.2集装箱码头主要设施

集装箱码头的主要设施包括码头前沿、岸壁集装箱起重机轨道、集装箱堆场、集装箱货运站、维修车间、集装箱清洗场、冷藏箱电源装置、照明设备、控制塔、办公室、大门等。

图1集装箱码头设施

1.维修车间2.集装箱清洗场3.办公室4.大门5.控制塔6.停车场7.冷藏箱电源装置

8.集装箱货运站9.供油站10.变电所11.照明设备12.码头前沿13.岸壁集装箱起重机

14.岸壁集装箱起重机轨道

1.3集装箱码头装卸机械

1.3.1岸壁装卸机械

（1）岸壁集装箱起重机

岸壁集装箱起重机是集装箱码头装卸集装箱船舶的专用机械。

世界各集装箱专用码头均采用这种设备装卸集装箱。

图2岸壁集装箱起重机

集装箱装卸桥技术参数主要有以下几项：

起重量

起升高度

外伸距

内伸距

轨距

基距

工作速度等；

（2）多用途门座起重机

多用途门座起重机是港口通用杂货门座起重机的一种变形，是为了适应船舶混装运输需要而发展起来的。

根据不同需要，配置不同的装卸工具，如集装箱用吊具、吊钩和抓斗等，并设置相应的附加装置，可进行集装箱、件杂货、散货等的装卸作业。

多用途门座起重机主要由起升机构、旋转机构、变幅机构、和大车行走机构组成。

如下图所示。

图3多用途门座起重机

图4牵引车和挂车

1.3.2水平运输装置

（1）牵引车和挂车

牵引车简单说就是车头和车箱之间是用工具牵引的（也就是该车车头可以脱离原来的车箱而牵引其它的车箱，而车箱也可以脱离原车头被其它的车头所牵引）一般的大型货车（半挂车）。

牵引车的分类

前面有驱动能力的车头叫牵引车，后面没有牵引驱动能力的车叫挂车，挂车是被牵引车拖着走的。

牵引车和挂车的连接方式有两种：

第一种是挂车的前面一半搭在牵引车后段上面的牵引鞍座上，牵引车后面的桥承受挂车的一部分重量，这就是半挂；第二种是挂车的前端连在牵引车的后端，牵引车只提供向前的拉力，拖着挂车走，但不承受挂车的向下的重量，这就是全挂。

集装箱跨运车

集装箱跨运车是集装箱装卸设备中的主力机型，通常承担由码头前沿到堆场的水平运输以及堆场的集装箱堆码工作。

由于集装箱跨运车具有机动灵活、效率高、稳定性好、轮压低等特点，得到普遍的应用。

尤其是采用集装箱跨运车作业对提高码头前沿设备的装卸效率十分有利。

集装箱跨运车从20世纪60年代问世以来，经过几十年的发展，已经与轮胎式集装箱门式起重机一样，成为集装箱码头和堆场的关键设备。

图5集装箱跨运车

1.3.3场地装卸机械

轮胎式龙门起重机

图6轮胎式龙门起重机

轮胎式龙门起重机（俗称轮胎吊），使用于各港口码头、火车中转站等需大件起重并移动的场合，其中以集装箱装卸使用最为普遍。

专用发电机组就作为动力源配套，安装在起重机的中下部，提供起吊、移动、行走、控制、空调等电力。

轨道式龙门起重机

图7轨道式龙门起重机

轨道式龙门吊起重机的工艺流程

下图主要轨道式龙门起重机工艺流程图

叉车

图9叉车

内燃叉车

内燃叉车又分为普通内燃叉车、重型叉车、集装箱叉车和侧面叉车。

电动叉车

以电动机为动力，蓄电池为能源。

承载能力1.0～4.8吨，作业通道宽度一般为3.5～5.0米。

由于没有污染、噪音小，因此广泛应用于对环境要求较高的工况，如医药、食品等行业。

由于每个电池一般在工作约8小时后需要充电，因此对于多班制的工况需要配备备用电池。

仓储叉车

仓储叉车主要是为仓库内货物搬运而设计的叉车。

除了少数仓储叉车（如手动托盘叉车）是采用人力驱动的，其他都是以电动机驱动的，因其车体紧凑、移动灵活、自重轻和环保性能好而在仓储业得到普遍应用。

在多班作业时，电机驱动的仓储叉车需要有备用电池。

集装箱正面吊运机

图10正面吊

正面吊是用来装卸集装箱的一种吊车，属于起重设备的一种，也可以说是流动机械，一般以法拉利最为出名。

　　分类：

正面吊一般没有什么分类，集装箱虽然有大箱、小箱之分，但正面吊的吊具大小可以根据箱的大小进行调节。

　　具体的用处:

1、将集卡上面的集装箱卸下来；2、将集装箱在集装箱堆场堆高；3、抓取集装箱，移动到想要的地方；4、将集装箱从堆场装上车。

　　正面吊具有机动灵活,收箱速度快的特点

但由于高度的限制,所以无法充分利用堆场。

一般只能摆两个高，而轮胎吊可以摆4个高。

2.基本设计资料

2.1集装箱码头设计年吞吐量

200/225/250万TEU/年

2.2可用设计岸线长度

1200m，路域面积有限；（顺岸式集装箱码头）

2.3设计代表船型主尺度

航线

载箱量（TEU）

总长（ｍ）

型宽（ｍ）

型深（ｍ）

吃水（ｍ）

载重量（ＤＷＴ）

远洋

5250

280

39.8

23.6

14

69285

6418

318.2

42.8

24.4

14

84900

8000

345

45.3

25

14

140000

远洋、近海

1152

170.2

28.4

14

9.65

20900

1696

201

28.4

15.5

10.7

33340

2761

236

32.2

18.8

12

40000

长江

268

101

17.5

7.8

5.2

6335

江海直达

424

123

20.5

8.7

6

7000

2.4各种集装箱所占比例

重箱：

75%

空箱：

20%

冷藏箱：

4%

危险品箱：

1%

2.5海铁联运比重：

8%

3.集装箱码头装卸工艺

 集装箱码头的装卸工艺系统有很多种，如底盘车系统（TrailerChassisSystem）、跨运车系统（StraddleCarrierSystem）、轮胎式龙门吊系统（Rubber-tiredTranstainerSystem）、轨道式龙门吊系统（RailMountedTranstainerSystem）、叉车系统（ForkLiftSystem）和正面吊运机系统（Front-handlingMobileCraneSystem）等。

在决定采用何种装卸工艺方式时，需要综合比较很多要素，下面是一张各装卸工艺的定性特点的比较表。

表１　装卸工艺定性特点比较表

底盘车系统

跨运车

系统

轮胎式龙门吊系统

轨道式龙门吊系统

叉车

系统

正面吊

运机系统

混合

系统

储存能力

差

好

优

优

中

好

优

投资费用

差

好

好

好

优

好

优

工艺简单性

优

好

好

好

优

好

优

装卸效率

优

好

好

好

差

中

优

作业灵活性

优

好

差

差

好

优

中

减轻箱损坏

优

差

好

好

好

好

好

降低维修成本

好

差

好

优

好

好

中

可扩张性

优

好

差

差

好

好

好

自动化

差

差

好

优

差

差

中

与铁路联运

差

差

好

优

中

好

好

从上表可以看出轮胎式龙门吊系统、轨道式龙门吊系统都是较理想的码头装卸工艺，再考虑以下的装卸工艺的一般选择原则表，最终本课程设计的码头装卸工艺采用轨道式龙门吊系统。

表2　装卸工艺的一般选择原则表

　　　　　　　　工艺方式　

条件

底盘车

系统

跨运车

系统

轮胎式龙门吊系统

轨道式龙门吊系统

每年的

集装箱

吞吐量

6000TEU

√

6000～10000TEU

√

10000～130000TEU

√

130000TEU以上

√

船舶

装载量

装载量少

√

装载量多

√

√

装载量很多

√

码头的

形状

近似正方形

√

√

沿岸呈长方形

√

√

不规则形

√

√

突堤式码头

√

√

√

内陆集

疏运方式

以公路集疏运为主

√

√

以铁路集疏运为主

√

√

以内河驳船疏运为主

√

√

√

对垛层数

1层

√

２～３层

√

３～５层

√

√

自动化

程度

自动化方便

√

√

4.集装箱码头泊位数

4.1集装箱岸壁起重机的总数量

由如下计算公式：

N=Q/（8760*E*K）

其中：

N——集装箱岸壁起重机台数；

Q——集装箱岸壁起重机装卸工作量（TEU／年）；

本设计中集装箱码头设计年吞吐量为250TEU。

E——单台装卸效率（TEU/小时）；

本设计中集装箱岸壁起重机的装卸效率取60自然箱／小时，集装箱标准箱折算系数取　1.5；

K——机械利用率。

本设计中集装箱岸壁起重机的机械利用率取50%。

得到N=Q/（8760*E*K）=250*104/（8760*60*1.5*0.5）≈6.34，因此需要集装箱岸壁起重机的数量为7台。

4.2集装箱码头泊位数

考虑到我国港口的实际情况，这里按照两个供远洋船舶停靠的泊位共用５台装箱岸壁起重机，还有一个供近洋船舶停靠的泊位使用２台装箱岸壁起重机，这样总共有三个泊位。

5.集装箱码头泊位的主尺寸

集装箱码头泊位的主尺寸主要包括泊位长度、水深、纵深和相应的码头面积。

5.1泊位长度

集装箱码头的泊位长度根据泊位上停靠的最大集装箱船的长度来确定。

远洋的设计代表船型的总长最大的为345米，近洋的设计代表船型的总长最大的为236米，为方便取240米。

现在三个泊位：

两个供远洋船舶停靠，一个供近洋船舶停靠。

设计的示意图如下：

图11泊位长度示意图

L1，L2，L3——设计船长

d1,d2,d3,d4的取值按下表选取，d2,d3的选取需要综合考虑两个相邻泊位船舶的停靠要求。

L（m）

<40

41～85

86～150

151～200

201～300

>300

d（m）

5

8～10

12～15

18～20

22～25

30

根据上表选取数值绘成下图

图12泊位长度示意图（单位：

m）

码头岸线总长度1015米。

5.2泊位水深

泊位水深由停靠本泊位的设计船型满载吃水和必要的富裕水深构成，富裕水深主要考虑水深误差，波浪引起的船舶垂直升降、配载增加的吃水等因素。

泊位水深利用下式计算：

D=T+Z1+Z2+Z3+Z4

式中：

D—泊位设计水深（m）；

T—设计船型满载吃水（m）,取14米

Z1—龙骨下最小富裕深度（m），取0.4m

Z2—波浪富裕深度（m）；装载纵倾富裕深度（m），杂货船和集装箱船可不计，油船和散货船取0.15m；取0米。

Z3—船舶因配载不均匀而增加的尾吃水（m），杂货船可不计。

取0.15米

Z4—备淤深度（m）。

应根据两次控泥间隔期的淤积量确定，不宜小于0.4m。

取0.4m

则D=14+0.3+0+0.15+0.4=14.95m

这与《海港总平面设计规范》中推荐使用的公式计算，k取1.1得到的数值15.4米相差2.9%。

差别不是很大，这里设计的泊位水深取15米。

5.3泊位纵深

见码头泊位平面图

6集装箱码头装卸机械配置

6.1岸壁集装箱起重机

岸壁集装箱起重机有很多公司的产品，下页表3是几种品质较好的产品性能参数的比较表。

表3国内外较有影响的几家公司的岸壁集装箱起重机的性能参数

KalmaSTS

NOELL

KONE

IHI*

上海港口

上海振华

吊具下额定起重量t

65

65

65

65

65

65

外伸距m

56

48

61

63

65

68.2

后伸距m

25

25

/

16

18

23

轨距m

30

22

/

30

35

30.48

轨上起升

高度m

38

34

/

40

38

41

轨下起升

高度m

22

19

/

16.2

20

19.5

空吊具起升速度m

180

180

150

180

150

180

满载起升

速度m/min

90

60

75

90

60

90

小车运行

速度m/min

240

190

180

240

240

250

大车运行

速度m/min

45

45

45

/

45

60

*IHI为日本石川岛磨重工业株式会社

比较以上岸壁集装箱起重机的性能参数可以看出上海振华港机的外伸距最大，其他性能都很好，是最理想的机型，因此本设计选用上海振华港机，图4是正在卸集装箱的振华港机。

图13振华双40英尺箱的岸边集装箱起重机

表4双40’箱岸桥性能参数（参照向上海港和迪拜港供货的双40英尺箱的起重机）

起重量

双吊具下

80t

单吊具下（吊两个20’箱）

65t

吊钩横梁下

100t

速度

主起升

80t负荷

90m/min

空吊具

180m/min

小车行走

250m/min

大车行走

60m/min

仰俯时间（单轨）

5min

轨距

30.48m

前伸距

68.2m

后伸距

23m

最大轮压

海侧

1050（1300）KN8轮

陆侧

1050（1300）KN8轮

起升高度

轨上

41m

轨下

19.5m

主要特点：

1、机房内有两套独立的起吊系统，它通过小车上滑轮与二个标准的可伸缩吊具相联，两套吊具的上架通过油缸装置，令二个吊具改变相对位置即分离、合拢、呈八字形等，可以进行双40英尺箱作业。

2、ZPMC开发的吊具下共80t吊双40英尺箱起重机有两种机构供选:

①ZPMC开发的吊双40英尺箱起重机不是将二套起升机构简单的合并，它的一个重要特色是开发了专用的差动型起升齿轮减速箱。

这个减速箱可以实现功率的分解和叠加，即它可以将二只电机的输出功率既分配给二个吊具，又可叠加在一起只供给一个吊具。

只有如此，才可使起重机在使用一个吊具时实现高速高效。

②满足起重机进行双40英尺箱作业，本产品二个吊具上架既可连接又可自动分离，同时依靠二个上架的各种不同相对位移，实现适用8种不同工况作业的要求。

3、如果两个40英尺箱超过80t时，不能同时进行两个40英尺箱作业，吊具上架油缸可以快速脱开使二个吊具独立，起升机构可将其中一个吊具升至最高点固定，使用另一套吊具既可实现一个双20英尺箱或一个单40英尺或45英尺箱作业，当吊二个20英尺箱时最大负荷可达65t。

6.2场地装卸机械：

轨道式龙门起重机

6.2.1轨道式龙门起重机技术参数

表5技术参数

总重

180t

吊具重量

15t（双箱吊具）

吊架重量

3t（2.3t）

起重量（吊具下）

61t（双箱）

发动机侧额定负荷下（风速）　

33t（32t）

发动机在非工作状态下（风速）　

25t（40t）

发动机侧在大车无负荷运行条件下（风速）

20t（18t）

跨距

33m

基距

16m

悬臂伸距

10m

起升高度

18.24m（堆6过7）

速度

满载（米/分）

空载（米/分）

起升

40

80

下降

40

80

小车

120

120

大车

60

120

6.2.2轨道龙门吊配置数量

N=Q*M/（8760*E*K）

式中：

N—装卸机械台数

E—轨道龙门吊装卸效率，本设计选取25自然箱/小时

K—轨道龙门吊机械利用率，本设计取54%

Q—装卸能力（TEU/年）（吞吐量）

M—操作量系数

轨道式龙门吊操作量系数=2（1-中转比重/2）+其它/吞吐量

中转比重：

本设计取8%;其他：

包括查验箱操作量和移箱操作量，其他/吞吐量：

本设计分别取2.0%和7.1%。

M=2*（1-8%/2）+（2.0%+7.1%）=2.011

则N=Q*M/（8760*E*K）=250*104*2.011/（8760*18*54%）≈59

为方便在堆场布置，轨道龙门吊配置60台。

6.3平面运输机械

6.3.1牵引车和挂车

牵引车挂车主要承担码头前沿与堆场内不同箱区之间的集装箱水平拖运。

而码头堆场一般使用的拖挂车要求回转半径小、机动灵活、视线好，故采用平头式半拖挂车。

这种车型的优点是司机室短，视线好转弯半径小，并且全长较短，驱动力大，倒车转向灵活，安全可靠。

6.3.2设计中集卡技术参数

表6技术参数

最大允许载荷

65000kg

最大行驶速度

40km/h

第五轮允许载荷

25000kg

第五轮形式

2英寸主削（固定式）

最小转弯半径

6600mm

最大爬坡度

不小于15%

后轴承载

25000kg

6.3.3牵引车和挂车的配置

配置要求：

1）应满足港区内水平运输量的要求；

2）为了确保前沿装卸机械能力的发挥，水平运输机械的运输能力应大于完成水平量的需求；

3）进出港区的运输机械另行考虑。

配置数量：

计算式：

N=Q3/（8760*E*K）=Q*M/（8760*E*K）

式中：

N—集卡台数

E—集卡运输效率，本设计选取6.5自然箱/小时

K—集卡利用率，本设计取42%

Q3—品面运输量

Q—装卸能力（TEU/年）（吞吐量）

M—操作量系数

根据有关集装箱码头历年统计资料，港区内集装箱卡车的水平运输量一般为装卸桥操作量的1.05-1.15倍，这里取1.05。

根据操作过程分析计算，平面运输操作量系数M确定如下：

港区内集卡操作运量系数=1+其他/吞吐量=1+查验箱比重+移箱比重=1+2%+7.1%=1.091

因此，N==250*104*1.05*1.091/（8760*6.5*0.42）=119.75≈120

牵引车挂车配备120台可满足水平运输需求。

7集装箱码头泊位堆场布置

7.1车道在轨道吊跨中堆场布置

图14中的有一个区域的道路是30米，比其他区的道路窄，这主要是考虑到该区的前沿泊位设计停靠的船只是远洋近海的，货物不是很多，所以道路相应的设计的窄一点。

图15车道在轨道吊跨中堆场布置断面示意图（单位：

米）

从图15可以看出，龙门吊起重机中间有3.72米的道路，这是供集卡在里面等候起重机装箱。

如图16所示堆场的有一排“+”，这块区域专供冷藏箱供电。

图中的O形是照明灯，每一个路口设置一个。

冷藏区也堆放危险品箱，堆放时与冷藏箱之间空开一个集装箱距离不堆放集装箱，以确保堆场安全。

图16冷藏箱区示意图（单位：

米）

按图14方式堆放，整个堆场分为60个区，每个区摆放16列集装箱。

在堆放一层的情况下，堆场的最大堆存量为26880TEU，在摆放6层的情况下，场的最大堆存量为161280TEU

堆放一层时堆场的最大堆存量S：

26880TEU

堆放六层时堆场的最大堆存量S：

6×26880=161280TEU

7.2集装箱泊位堆场容量的确定

堆场能力计算公式：

Q=S*T*c/t

S—需要的堆场容量，TEU；

Q—堆场年通过能力，TEU/年；

T—堆场年营运天数，取355天；

C—堆场容量利用系数，取0.8；

t—集装箱平均堆存时间，我国港口一般为7~10天，这里取8.5天。

公式变形得S=Qt/（Tc）=250*104*8.5/（355*0.8）=74824TEU.可见在选定的装卸工艺方式下的堆场布置形式，集装箱的最大堆存量远远满足S。

7.3堆场各箱区平面布局

重箱区：

一般位于堆场靠近码头前沿的作业区。

重箱区内还可以根据目的地、进出口或航线等类别进行分类堆放。

空箱区：

一般设置在集装箱堆场后方靠近集装箱货运站或维修车间的位置。

冷藏箱区：

可以归在重箱区内，也可以单独设置。

由于冷藏箱在存储过程中需要电力支持，因此冷藏箱也可以布置在接近供电设施的地方。

特种箱区：

特种箱区一般都单独设置，位于堆场后方。

8集装箱码头泊位平面布置方案

8.1集装箱码头前沿

集装箱码头前沿指沿着码头岸线从岸壁到堆场前的面积。

前沿的宽度主要根据集装箱装卸桥的跨距，以及使用的装卸机械种类而定。

码头前沿的宽度由以下四个部分距离构成：

（1）从岸壁线到装卸桥第一条轨道（海侧轨道）的距离（Ｅ）：

这个距离，她的面积主要用于靠泊时进行系缆作业、上下船舶时放置舷梯、设置系缆桩、船用给水阀及电缆管线等。

一般E取2-3米，在这里取2.5米。

（2）装卸桥的轨距（SR）

本设计中选用的振华双40英尺箱的岸边集装箱起重机的轨距是30.48米。

装卸桥有一部分结构突出在轨距内，其宽度在海侧和陆侧各为1.5米，这样装卸桥轨距内的净宽度为27.48米，每个集卡车道宽度取3.5米，这样可以设置7条拖车道，剩余2.98米分配到道路两侧，车道布置如下图所示：

图18装卸桥第2条轨道（陆侧轨道）到装卸桥后伸距的最大距离（单位：

米）

图17装卸桥轨距内车道布置图（单位：

米）

（３）装卸桥第2条轨道（陆侧轨道）到装卸桥后伸距的最大距离（Ｂ）

装卸桥后伸距２３米，布置４条车道。

（４）超过装卸桥最大后伸距到前方堆场的距离△Ｗ，取５米。

故，码头前沿宽度＝Ｅ＋SR＋Ｂ＋△Ｗ＝60.98米，具体见下图。

图19码头前沿布置图（单位：

米）

8.2货运站

货运站一般建在码头后方，靠近铁路的区域。

8.2.1货运站的形式

本设计货运站采用高台式，地面与集装箱拖车车底板相平。

8.2.2货运站的宽度

货运站的总宽度W=W0+W1+W2+W3+W4

W0—货运站内可用于堆存货物的宽度；

W1—集装箱侧站台的宽度，取1.5米；

W2—货运站内部集装箱侧的通道宽度，取6米；

W3—集装箱内部卡车侧的通道宽度，取6米；

W4—卡车侧站台宽度，取6米；

其中，W0×（S-b）=a×2dT/（m*t1）

式中S—1个车位的长度；半挂车总长为16.5米，预留0.5米空歇，S取17米。

b—车位内箱与箱之间的间隙；取0.3米。

a—20英尺箱的内部底面积；20英尺箱内尺寸（毫米）：

5867×2330×2350，因此a=14.3m2。

d—进口货物平均滞留天数；取8.5天。

m—站内和箱内的高度；据20英尺箱内尺寸，m为2.35米。

T—货运站一天的作业时间；按8小时计算。

t1—进口拼箱货集装箱从箱内取出货物的平均时间；缺乏相关资料，粗略估计为40分钟。

求得：

W0=a×2dT/（m*t1*（S-b））=14.3*2*8.5*8*60/（2.35*40*（17-0.3）=74.4米，取75米。

W=W0+W1+W2+W3+W4＝75+1.5+6+6+6=94.5米。

此外，在货运站外面卡车侧，集装箱侧留有集装箱拖车运行的车道，宽度设计为30米。

8.2.3货运站的长度

货运站的长度根