刘学文王志闫洪峰洪曼曹宽伦
中国农业机械化科学研究院北京
摘要：各种具有自装卸功能的车辆用于集装箱的搬运作业，不同类型的车辆虽然都能实现集装箱搬运功能，但装卸方式与适用环境等方面存在不同。集装箱堆高车、集装箱正面吊运车、集装箱跨运车、集装箱转运车及集装箱自装卸运输车均具有自装卸功能，通过对这五类集装箱搬运车辆的结构与作业特性进行解析，发掘集装箱自装卸搬运车辆各自的优势所在。
关键词：搬运车辆；集装箱；自装卸；联箱装置
中图分类号：U.文献标识码：B文章编号：-（）23--05
0引言
集装箱是一种用于货物集中装载、体积较大的货箱，在集装箱装卸与搬运环节所用的成组工具，不仅需要具备移动重负荷物件的能力，而且应具有操作形状规整的大体积货箱的功能。用于集装箱装卸与运输的设备中，包含有能独立完成装载与搬运任务的车辆，这些车辆集装载与运送功能为一体。“搬”与“运”两种功能通常分别体现在两类不同车辆上，而集装箱自装载搬运车辆将两种功能合为一体。这些车辆尽管结构布置、行走装置、挂接集装箱的联箱装置等方面存在一定的差异，但具有自装载功能是其共有的特性。集装箱搬运车辆这些形体结构上的不同，最终体现在自身功能对使用工况与作业条件的适宜性。
1集装箱堆高车
集装箱堆高车(以下简称堆高车)是用于集装箱短距离搬运的一种常用设备，被广泛应用于港口码头、中转站和堆场内的集装箱堆垛作业。堆高车整车由主机体部分和作业装置部分构成，其中门架及其上与集装箱连接的抱卡装置构成作业部分的主体，如图1所示。门架布置于主机体的前部，可在竖直方向做伸缩运动以增加提升高度。门架的前侧安装有可上下移动的联箱装置，为与其他车辆在叙述上统一，将挂接集装箱的装置统称为联箱装置。联箱装置中抱卡集装箱的卡具水平宽度略大于集装箱的长度，两端有作用于集装箱吊装孔的锁销。卡具从集装箱的一侧贴合集装箱，利用集装箱这一侧的连接孔单侧挂联集装箱。联箱装置沿门架导轨做上下运动，带动集装箱的起升和下降。集装箱堆高车的结构布置形式与平衡重叉车类似，由于操作集装箱时重心前移，车尾部布置有平衡重块保持稳定。为了提高可视效果，驾驶室布置得偏后、偏高，也有将驾驶室设计为可变高度结构。
图1集装箱堆高车
门架作为工作装置中的主要承载结构件，一般由内门架、外门架组合而成。外门架的底部连接在堆高车的前驱动桥上，中部通过倾斜液压缸与堆高车的车架进行连接，门架整体可以在倾斜液压缸作用下前后摆动一定的角度。内门架通常为框架式结构，可沿外门架轨道运动，拉动内门架则内外门架实现相对运动。内外门架之间进行相对运动的动力来自升降液压缸，升降液压缸下端固定在外门架下端外侧，上端安装有链轮。提升链条经此链轮，一端固定在外门架的外侧，另一端固定在内门架下端的外侧。液压缸伸出时，通过提升链条带动内门架以2倍液压缸柱塞伸出速度上升。在内门架顶端的内侧也安装有链轮，起升链条经过链轮，一端安装在外门架的上端内侧，另一端安装在吊装集装箱的联箱装置上，通过起升链条的运动，挂接集装箱的联箱装置也随之上升与下降。
这种结构的联箱装置不具备旋转调节功能，无法进行集装箱在水平面内的摆转运动，只能依靠堆高车整机运行，带动门架以及集装箱一起进行调整。因此在作业时操作人员需要花费较长时间进行堆高车的机位调整，导致工作效率低，轮胎磨损严重。有部分型号的堆高车在联箱装置与门架之间设有可旋转铰接机构，通过可旋转铰接机构使联箱装置能在一定的限度内实现左右偏摆。集装箱堆高车的联箱装置也可采用上联吊装方式，即在集装箱的上侧连接，这种方式结构相对复杂，且重心偏移更加严重。
2集装箱正面吊运车
集装箱正面吊运车（以下简称正面吊）是一种集装箱专用装卸搬运机械，通过改变可伸缩动臂的长度和角度，实现集装箱装卸和堆垛作业。正面吊主体结构与伸缩臂叉装车类似，具有跨箱堆垛作业的能力，利用伸缩臂装置的伸缩和变幅，实现集装箱的起升、下降操作。集装箱正面吊运车一般为单臂结构，即其起重臂为单伸缩臂结构，如图2所示。伸缩臂纵向布置，伸缩臂的前端连接有联箱装置，后端与车体机架铰接。驾驶室布置在中部偏后位置以便于观察，其后侧布置起重臂的支撑座。支撑座上连接起重臂铰接点的位置布置得较高，以便使起重臂不与驾驶室干涉，同时也可提高作业高度。起重臂由两个左右对称布置的同步液压缸支撑，液压缸一端支撑在机架上，一端与伸缩臂的基础臂铰接，通过液压缸的伸缩控制臂的俯仰。
集装箱正面吊运车操作集装箱的方式为起吊，该起吊方式又不同于起重机采用的柔性钢索起吊，是可操控的机械装置起吊。起吊过程中的动作、位置均可控，由电控液压元件执行，挂连集装箱的动作由机构自动完成。该装置从顶部起吊集装箱，利用一个带有锁定装置的顶吊架与集装箱连接。虽然不同产品的吊接装置结构有所不同，但所要实现的功用及基本原理是类似的。集装箱正面吊运车的联箱装置一般可将视为上、中、下三层结构，每层完成相应的功能。
联箱装置与起重臂连接部分可视为最上一层，主要完成调平功能，由支撑梁、侧移梁、侧移液压缸、防摆液压缸和主销等构成。支撑梁通过主销与伸缩臂端部铰接，支撑梁可绕主销摆动。防摆液压缸与支撑梁一端相连，以克服起吊过程中由于起吊高度或偏载等产生的集装箱偏斜或摆动，保证集装箱处于水平状态，也避免堆放集装箱时单边或一角先着地而损坏集装箱。侧移液压缸推动侧移梁在支撑梁中滑动，实现左右侧移，以便于操作人员操作装置吊卡集装箱。中间层的功能是要控制下层与上层间的摆转，以实现集装箱相对起重臂的水平摆动。利用回转支承将上层的支撑梁与下部横梁铰接，并由液压马达通过蜗轮减速器驱动下层回转，以满足从任何角度吊取或码放集装箱。下层主要实现集装箱的装卡功能，由下部横梁、伸缩梁、伸缩液压缸等构成。装载前伸缩梁在伸缩液压缸推动下实现伸缩变距，以满足联箱装置对不同尺寸规格集装箱的装卡需要。
图2集装箱正面吊运车
3集装箱跨运车
集装箱堆高车与集装箱正面吊存有共性，即在运载集装箱时，整个系统的重心位置向车体外偏移，对稳定性产生不利影响。为了提高稳定性必须为车体增加更多的配重，进而造成车辆自身质量的增加。集装箱跨运车在一定程度上克服了这一弱点，无论是起吊还是搬运，整个系统始终处于较好的稳定状态。跨运车以柔性吊装方式操作集装箱，吊装仍采用钢丝绳卷筒缠绕吊装方式。集装箱跨运车以门形车架跨在集装箱上行驶，由装有集装箱联箱装置的升降系统吊起集装箱进行搬运，如图3所示。集装箱跨运车整体结构紧凑、自重轻且负荷均匀。不仅大大提高作业的稳定性，也因降低了地面压力而减小对作业场地地表的要求。
图3集装箱跨运车
集装箱跨运车的结构也有多种，其中无平台结构更具特色。其特点在于车体无平台,由两片垂直的门架结构为支撑主体,上部由纵梁连接,下部分别支撑在两侧底梁上。行走车轮也分别布置在左右两侧底纵梁的下侧，行走装置采用独立轮边驱动的方式。集装箱跨运车作业时横跨在集装箱上，门形车体的内部宽度须大于集装箱的宽度，纵向结构尺寸可不受限制。高度尺寸则要根据堆垛层数决定，但码垛层数多导致车体太高，带来结构及稳定性等多方面问题。由于高度方向限制较少，因此动力装置、起重装置，液压系统的主要部分等都集中在车架的顶部。为了便于观察，驾驶操作室布置在车的上部，也有部分产品将动力装置等布置在下部的一侧，这种布置势必要增加横向结构尺寸。
作业时集装箱跨运车跨在集装箱上，联箱装置与集装箱的顶部结合抱紧并锁定，集装箱再被吊起实施搬运和码垛。运输行进时集装箱位于较低的位置，以便降低重心位置；当进行码垛时再将集装箱进一步提升高于原堆垛高度，再跨行进入垛排、对准放下集装箱。联箱装置采用柔性钢索提升，钢索卷筒缠绕与反转使联箱装置上下移动。联箱装置与集装箱的锁定采用液压缸驱动转锁实现，液压系统将压力油从车架顶部通过管路传递到位于联箱装置上的液压缸。集装箱跨运车高度方向的结构尺寸较大，重心较高，难于低矮的场所搬运集装箱，也难以在具有一定坡度的路面上行驶。
4集装箱转运车
集装箱转运车的功用体现在转运作业能力方面，其不仅要解决不同场地之间的运输，更要解决集装箱的装卸问题。当需要将机场、港口的集装箱转运装载到飞机、舰船的机舱内时，常规的起重设施与普通搬运车辆难以发挥作用，集装箱转运车正是因此而产生。它可以利用自身配备的装置将集装箱从地面上操作到车上，运送到指定地点后，再靠自身的装置将集装箱放置到地面，解决在狭小空间搬运集装箱的难题。为了适合作业环境条件，整个车辆外廓尺寸尽量减小，车体低矮，多采用分体组合结构。转运作业时集装箱固定其上并锁定，整个系统长宽尺寸略大于集装箱的对应尺寸，非装载时作业装置回缩或分体以缩小整车体积。
自走式转运车可视为行走与上装两部分构成，二者之间的作业分工较为清晰，行走底盘部分主要解决承载运输货物，驮负装载作业装置以及为作业装置提供动力。集装箱转运车上部的作业装置本身带有支撑、装卡、提升等机构，可以不依赖于车体独立完成集装箱的操作。行走底盘车体部分低矮，车顶为平面，转运时集装箱固定其上，非装载时作业装置安放其上。车体部分长宽尺寸略大于集装箱的对应尺寸，挂接集装箱的联箱装置在集装箱的前后两侧接合集装箱并锁定。车辆行走装置采用独立驱动、全轮转向结构，作业装置与车体之间可实现横向移动，使集装箱能从侧面移进、移出车体。挂接集装箱的联箱装置可以实现集装箱在竖直方向的运动，用于放置与提升集装箱。
装载集装箱时先将车辆移动到集装箱的侧面，靠近集装箱平行停稳。操控调整作业装置宽度大于集装箱的长度，向外移出使作业装置两端的机构将集装箱包含其中。两端的机构同时靠近集装箱并与集装箱的两侧结合、调整位置并锁定。作业装置的两端各有一对支撑液压缸，此时控制液压缸伸出与地面接触，继续伸出时集装箱提升。在支撑装置的支持下集装箱提升，当集装箱高于车体顶面时停止提升。操控车辆侧移动进入集装箱下侧，相当于侧向移动集装箱至车体正上方。放下集装箱于车顶并锁紧，收起作业装置的其他机构使其处于运输状态。调整车辆行走方向，将其与集装箱移动到指定地点，再将集装箱卸下即完成一个作业循环。
5自装卸集装箱运输车
自装卸集装箱式运输车适于运送集装箱到没有集装箱装卸设备的场所。这类车辆可以在原有的运输车辆底盘上进行改装，通过加装具有起重提升功能的装置实现自装卸功能，可完成自装卸、车对车、车对地等装卸作业任务。集装箱自装卸式运输车采用的底盘有多种，有半挂车底盘、全地形底盘以及载货车底盘等。装卸机构与底盘可以固定连接在一起，也有为实现不同尺寸集装箱的匹配而采用滑动式结构，也有将其设计为可移拆式，不需要时直接将自装卸装置拆掉。
自装卸集装箱运输车除个别产品采用后装卸结构外，一般均采用侧面装卸结构。有的产品可实现双侧装卸，克服单侧装卸车需要频繁掉头的不足。一般只将放置地面的集装箱装车或将车上的集装箱卸到地面，有的自装卸集装箱运输车产品能力较强，可对两层集装箱垛进行装卸作业。操作集装箱时，先将该车平行停靠在集装箱的侧面，放下支腿撑于地面上，用吊索上的旋锁或吊钩装入集装箱下部角件孔中。缓慢起吊集装箱，使集装箱下底面高于车辆货台时，再控制使集装箱移动至货台上，落下并锁住即完成集装箱的自装作业，反之则可完成其自卸作业。
自装卸装置由两套结构相同的可折叠的起吊装置构成，布置在运输车放置集装箱的货台的前后两端。只有作业时张开处于工作状态，运输时及其他时间均处于折叠状态。其间距略大于集装箱的长度，使集装箱可以置于其间。与集装箱连接的装置采用索、链等柔性联接件，对集装箱偏载、吊具臂等构件弹性变形、以及集装箱晃动等起到缓冲保护作用。驱动自装卸装置的动力可来自独立的动力装置，也可通过该车传动系统中的取力器获得。作业时可以在不需要任何其他辅助起重设备的条件下，单人就可以完成装载、运输、卸载和车对车转移满载集装箱等操作。此外部分运输车采用吊拖方式从车尾将集装箱吊拖到车上，首先利用车载装置连接到集装箱的一端，将该端抬起高于运输车底板，然后向前拉动集装箱直至到位。
图4自装卸集装箱运输车
6总结
集装箱作为一类大件货物，其装卸运输具有一定的特殊性，与其匹配的搬运车辆也各具特色。这些具有自装载功能的集装箱搬运车辆，有的优势在于货场的集装箱摆放，有的适于集装箱的异地转运。集装箱堆高车采用门架机构抱举集装箱，不便对集装箱进行调整操作，作业时重心有一定的偏移，因需布置配重导致整机质量较大；集装箱正面吊运车采用吊举的方式，采用伸缩臂结构吊举集装箱，能实现跨箱堆垛作业，但作业时重心偏移较大，需有稳定安全措施；集装箱跨运车采用吊运的方式，其操作集装箱作业时采用柔索吊装，不因装载而使车辆重心偏移，其自身重量小，但车体高；集装箱转运车采用驮运的方式，转运过程中集装箱置于车体之上，整车高度低、运动灵活，适合低矮、狭小环境作业。自装卸运输车的行走装置功能强大，适合速度高、远距离运输作业，对作业地点条件要求低，正常条件下车辆能够达到的地方均可工作。
参考文献
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