鐵路集裝箱作業區裝卸機械設備選型研究

李天游

摘要 對于各類鐵路集裝箱作業區的建設，集裝箱裝卸設備的合理選型是提高集裝箱運輸能力，促進鐵路貨物運輸高速發展的關鍵。文章從設備特點、技術性能、作業效率等多方面，對正面吊、軌道式集裝箱門式起重機和輪胎式集裝箱門式起重機等常見集裝箱裝卸設備進行了全面系統的比較分析，并分析了各種裝卸機械的場地堆箱利用率，為各類鐵路集裝箱作業區的裝卸機械設備選型提供了依據和參考。

關鍵詞 鐵路集裝箱；裝卸設備；設備配置；選型

中圖分類號 F532文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0168-03

0 引言

鐵路集裝箱運輸是現代化鐵路貨物運輸發展的方向，是實施集裝箱多式聯運的重要環節。隨著我國經濟的迅速發展及“一帶一路”倡議的推進，近些年鐵路運輸大力發展多式聯運，拓展現代化物流模式，快速推進鐵路貨物集裝化運輸[1]。結合國內運輸行業綠色、環保、數智的發展戰略，如煤炭、礦建材料、冷鏈等貨物逐步采取集裝箱運輸。同時，大量公路貨運運量向鐵路轉移，鐵路集裝箱運量增長迅速，集裝箱在鐵路貨運的占比也越來越高[2]。

為了滿足鐵路集裝箱運輸的快速發展，鐵路集裝箱作業場站逐步向大型化、專業化、自動化發展。近年來，如鐵路集裝箱中心站、綜合物流園、水鐵聯運集裝箱裝卸站等，各地大型鐵路集裝箱作業場的建設需求日益增高。此外，大量既有鐵路傳統小型貨場、企業專用線等也開始配套大量升級改造，調整貨物品類，開展集裝箱裝卸作業。

因此，對于各類鐵路集裝箱作業區的建設，集裝箱裝卸設備的合理選型是提高集裝箱運輸能力，充分發揮運營效率，促進鐵路貨物運輸高速發展的關鍵。

1 鐵路集裝箱裝卸設備概述

鐵路集裝箱作業區的作業特點是完成集裝箱裝卸火車、汽車的作業，并對集裝箱進行短期堆存。目前用于集裝箱裝卸作業的機械主要有軌道式集裝箱門式起重機、輪胎式集裝箱門式起重機和正面吊等。

1.1 軌道式集裝箱門式起重機的特點

軌道式集裝箱門式起重機是鐵路集裝箱貨場傳統的裝卸設備。其利用液壓伸縮式專用集裝箱吊具進行裝卸作業，軌道內堆存集裝箱，軌道外留有外懸臂作業帶，可裝卸車輛或臨時堆存集裝箱。軌道式集裝箱門式起重機采用電力驅動，具有自動化程度高、作業效率高、運營成本低、操作簡單、安全可靠、節能環保、堆場利用率高等優點[3]。但設備購置、安裝及配套工程投資較大，初期建設成本高，并且由于固定在軌道上行走，作業范圍相對受限，因此靈活性較差，一般適用于集裝箱裝卸量較大的集裝箱專業化裝卸場。

1.2 輪胎式集裝箱門式起重機的特點

輪胎式集裝箱門式起重機廣泛應用于國內外集裝箱碼頭的裝卸及堆碼作業。其由內燃或電力驅動，門架支撐在充氣橡膠輪胎上，在堆場內行走，可在固定地點轉向90 °實現轉換[4]，有一定靈活性。但其為主要結構尺寸定型的產品，設備機構復雜，購置、使用和維修費用較高，作業穩定性及安全可靠性遜于軌道式集裝箱門式起重機。

1.3 正面吊的特點

正面吊機動靈活，具有隔箱作業等功能[5]。正面吊的優點是在貨場內機動靈活，其作業范圍可根據需要方便地調整，便于調配；可根據運量增長情況逐步購置。正面吊的主要缺點是故障率較高，維修成本較高，作業通道寬，箱場利用率低，作業效率及自動化程度相對較低。一般適用于小型集裝箱裝卸作業區或輔助箱區[6]。

2 裝卸機械的性能應符合堆場的作業特性

集裝箱堆場按運行模式可分為揀選式和整取式兩類。揀選式就是按貨主、箱形、箱種及去向等分類堆碼；取箱時隨機選擇，在大批箱子中可能抓取其中一個。整取式是堆積大垛，取出時從外側順序抓取。在現行運輸模式中，鐵路集裝箱中心站、大型鐵路物流園等大型鐵路裝卸場站的成百上千個集裝箱不可能是同一家的，大型鐵路裝卸場站的堆場，一般為揀選式。大型鐵路裝卸場站的空箱堆場是整取式的，重箱發送區有一些整取的性質。兩類集裝箱堆場對裝卸設備的性能要求不同，正面吊一類的流動式裝卸設備在揀選式堆場使用要大打折扣。

3 鐵路集裝箱裝卸設備比較

3.1 特性綜合比較

集裝箱門式起重機（軌道式、輪胎式）與正面吊具體綜合性能特點比較詳見表1。

3.2 場地堆箱利用率比較

（1）場地堆箱利用率是有效堆箱面積與占地總面積的比。雖然堆箱數還與堆碼層高有關，因各種機械也都能做到堆碼重箱3～4層，在堆高相同的條件下，場地利用率只需比較面積利用率。

n=S1/S總 （1）

式中，n——場地堆箱利用率；S1——堆箱面積（箱底面積+間隙面積）；S總——總面積（堆箱面積+各通道面積）。

（2）設計時參照設計圖，式（1）中的面積利用率是很容易計算出來的。但為了更加簡明地判斷幾種設備的場地堆箱利用率，可以利用單元面積法來分析，選取12 m長、50 m寬的矩形面積，按即卸即堆方式讓這幾種機械在上面施展能力，計算場地利用率。因為12 m近似一個40 ft箱的長度，鐵路集裝箱作業區以鐵路裝卸線為作業中心，為提高裝卸作業效率，箱場一般在裝卸線旁邊縱向布置，50 m寬度基本可以滿足上述各類集裝箱裝卸設備的作業需求。故50 m范圍內扣除火車、集卡車通道后，計算剩余有幾個箱寬的尺寸，即可比較出它們的場地堆箱利用率，容箱數越多，場地利用率越高。再大的面積也是由單元面積組成的，所以單元面積法是普遍適用的。

Z=L?（L1+L2+L3）/L4 （2）

式中，Z——單位面積容箱數（40 ft箱）；L——單元面積寬50 m；L1——鐵路裝卸線寬4.88 m；L2——集卡車通道寬7 m；L3——機械走行作業占用寬度：門式起重機8.5 m，正面吊15 m；L4——集裝箱寬=2.738 m（含間隙）。

n=Z×2.738/50 （3）

通過式（3）計算，軌道式集裝箱門式起重機：Z=10.8，n=59%；輪胎式集裝箱門式起重機：Z=5.9，n=32%；正面吊：Z=3，n=16%。

輪胎式集裝箱門式起重機為標準化定型設備，標準跨度一般為23.47m，所以在50 m長的單元面積上必須設兩條裝卸作業線，分別用兩臺起重機或用一臺起重機去轉場作業，每臺跨內各設1條裝卸線及3.5 m的集卡車通道，因此計算輪胎式集裝箱門式起重機場地堆箱利用率時，需計算兩倍的L1、L3。而軌道門式起重機的主梁長度可達50 m以上。由此可以看出輪胎式門式起重機除非是定制非標準大跨度設備，采用標準型號設備時，與鐵路集裝箱作業區適應性較差，更加適用于集裝箱碼頭堆箱區。輪胎式集裝箱門式起重機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業重箱，因此一般每一個鐵路集裝箱作業區，裝卸線兩側各設置兩排箱位，每側都需考慮15 m寬的正面吊作業通道，并且每側各設3.5 m的集卡車通道，因此計算正面吊場地堆箱利用率時，需計算兩倍的L3。正面吊Z=（50?4.88?7?15?15）/2.738=3。

由此可見，軌道式集裝箱門式起重機的場地堆箱利用率遠高于正面吊，約是輪胎式集裝箱門式起重機的1.8倍。

3.3 軌道式與輪胎式集裝箱門式起重機比較

軌道式集裝箱門式起重機與輪胎式集裝箱門式起重機是目前在集裝箱箱場使用比較普遍的機型，在鐵路集裝箱作業場的裝卸作業中，主要存在以下不同：

（1）輪胎式集裝箱門式起重機是定型產品，標準跨距一般為23.47 m，在港口堆場定型布置一般為跨內6排箱位和1條集卡車通道。若在鐵路集裝箱作業場采用輪胎式集裝箱門式起重機，由于跨內增加了裝卸線，必然相應減少了集裝箱的堆存量，結合場地堆箱利用率計算情況，輪胎式集裝箱門式起重機與鐵路集裝箱作業區適應性較差，場地堆箱利用率遠低于軌道式門式起重機，并且對于場區裝卸線總平面布置有較大不利影響。

（2）目前在鐵路集裝箱的運輸與裝卸中，存在將集裝箱至少旋轉180 °的情況。軌道式集裝箱門式起重機具有旋轉功能，可實現大于180 °的旋轉，而標準型號輪胎式集裝箱門式起重機一般只能做?5 °～+5 °的擺動。

（3）輪胎式集裝箱門式起重機較軌道式機構復雜，購置、使用和維修費用較高。同時，鐵路集裝箱作業區內，輪胎式集裝箱門式起重機司機需經常對大車走形進行糾偏，整機作業效率受到一定影響，且作業穩定性及安全可靠性低于軌道式集裝箱門式起重機。

根據綜合比較表及上述兩種設備特點，綜合比較兩種門式起重機的優缺點及適應性，得出結論：鐵路集裝箱作業區采用門式起重機進行裝卸作業時，建議選用軌道式集裝箱門式起重機。

4 結語

對于集裝箱中心站、現代鐵路物流園、多式聯運裝卸站等大型鐵路集裝箱作業場，集裝箱主箱區的裝卸作業量相對較大，對裝卸設備的作業效率、場地利用率、作業穩定性、自動化程度有較高的要求。根據前文幾種裝卸設備優缺點情況綜合比較，軌道式集裝箱門式起重機有非常明顯的優勢。從作業效率及場地堆箱利用率角度比較，軌道式集裝箱門式起重機作業效率約為正面吊的1.25倍，并且其覆蓋作業箱位也遠高于正面吊。至于基建及設備投資大、靈活機動性差的問題，大型鐵路集裝箱作業場的裝卸運量較大，其日均集裝箱作業量能夠匹配1臺或多臺軌道式門式起重機的作業能力，并且運量相對穩定，因此這些缺點影響極其有限。正面吊難以滿足大運量鐵路裝卸作業區的裝卸需求，結合鐵路集裝箱作業區自動、智能化的發展需求，運量較大的大型鐵路集裝箱裝卸作業場宜使用軌道式集裝箱門式起重機進行集裝箱的裝卸作業。

對于集裝箱運量較為零散的小型鐵路貨場、物流園及升級改造的老舊裝卸場站，其集裝箱運量相對較小且不穩定，并且建設投資有限。日均集裝箱作業量如遠小于單臺軌道式集裝箱門式起重機的作業能力，宜選用靈活度較高，投資較低，可逐步增配且效率尚可的正面吊進行鐵路集裝箱貨物的裝卸作業。

另外，對于鐵路集裝箱場站的輔助箱區，其一般負責備用箱、壞箱、檢修箱等零散集裝箱的搬運、堆存等，作業量極小且零散不固定，對作業設備靈活度有一定需求。因此對于作業量相對不大的集裝箱輔助箱區宜配置正面吊、空箱堆垛機、集裝箱叉車等進行相應裝卸、搬運作業。

參考文獻

[1]吳華穩. 我國鐵路集裝箱發展分析[J]. 綜合運輸， 2023

（12）： 44-47+136.

[2]劉清芳. 鐵路集裝箱運輸發展對策探討[J]. 鐵道運輸與經濟， 2020（9）： 34-39.

[3]米騰飛. 考慮堆場容量的鐵路集裝箱中心站裝卸作業設備配置優化[D]. 大連：大連海事大學， 2021.

[4]劉汪洋. 青島港自動化集裝箱碼頭堆場設備選型問題研究[D]. 青島：中國石油大學（華東）， 2020.

[5]費卓群. 鐵路集裝箱中心站主型機械配置研究[J]. 智能城市， 2019（18）： 189-190.

[6]楊廣全， 楊旭. 鐵路集裝箱正面吊技術發展方向研究[J]. 鐵道貨運， 2021（3）： 32-36+41.