新型通用集装箱吊具及集装箱的适应性改造

本文对现在普遍应用的集装箱专用吊具进行了改进，并设计修改了集装箱的结构与之适应、匹配，分析了这种改进的优势及可行性，指出了有待解决的问题。

简单实用的新型集装箱吊具

众所周知，集装箱吊具是集装箱装卸转运的大型专用机具。适合货运仓储、水运港口和码头，因其为专用设备所以具有可靠性高、运行平稳、作业效率高等特点,是起重设备重要的辅助机具。相应的常用集装箱吊具有以下几种基本型式：固定式集装箱吊具、组装式集装箱吊具、伸缩式集装箱吊具等。目前双吊式集装箱双箱吊具、并列式集装箱双箱吊具也开始推广起来。

虽然集装箱吊具正在日异月新的发展着，多箱吊具越来越受青睐，但是起吊能力愈来愈大的集装箱吊具已经“不堪自重了”。

以岸桥用集装箱吊具为例，普通的20ft单箱吊具只有1.5吨左右，而双箱伸缩式吊具自重却在11.5吨左右。它的额定起重量为50吨±10％偏心载荷，2×32.5吨（双箱）。当起吊的只是一个20ft的集装箱时，吊具的自重就占了起升重量的30%多，显然有些“杀鸡用牛刀”，况且有时岸桥还要用这些重型“武器”来对付大量的空箱。毫无疑问，这是对能源的极大浪费，能源利用率极低，也违背了现在提倡建设节约型社会的大环境的要求。

针对这种情况，笔者设计了一种简单实用的新型集装箱吊具，并研究了集装箱对这种新型吊具的适应性改造。

这种新型的集装箱吊具以在不影响现有起吊能力的前提下减轻自重，达到节省能源的目的为设计理念，在20ft单箱固定式集装箱吊具和伸缩式吊具的基础上，融合了二者的优点设计而成，只是在现有20ft单箱固定式吊具的基础上加上了一副可伸缩的导板。由于整体架构是20ft单向固定式吊具，伸缩式导板又没有承重任务，其连杆只需能承受端部导板的重量即可，所以后加上的附属总成自重非常有限，只有大约0.5吨。由于这种吊具需同时起吊2个20ft重箱，所以结构强度要在原有20ft单箱吊具的基础上进行局部加强，尤其是四个钮锁的额定起重量应达到15吨×4，所以吊具的总重经计算达到2.5吨左右,如图1所示。

新型集装箱吊具可行性分析

1.标准可行性

新型集装箱吊具可以装卸一个20ft重箱、一个40ft重箱或者两个20ft空箱（不提倡同时起吊两个20ft重箱，但具备这种能力。）

显然，一个以20ft固定式吊具为基础设计出来的集装箱吊具是无论如何也不能起吊一个40ft的集装箱的，更不用说同时起吊两个20ft标准集装箱了。所以必须对现有的集装箱进行细微的改动，而且不违反国际集装箱标准。

在现有40ft集装箱的基础上，再增加四个角件。具置在集装箱两条上侧梁每条增加两个（如图2所示），每个角件距离侧梁中点的距离是半个20ft集装箱长度3.029米。这样经过改造的40ft集装箱便可以被20ft集装箱吊具装卸了，当然也包括上述新型吊具。同样，45ft及其它各种型号的集装箱都可以如此改造。这样就不必要为那些非标准集装箱的装卸发愁了，新设计的吊具可以“以不变应万变”。

对于20ft集装箱，同样可以增加四个角件。但是这四个角件的位置都集中靠近集装箱的中部，每个角件距离中点3.8厘米（如图3所示），两个角件之间的距离正好是一个40ft箱和两个20ft箱的长度差7.6厘米，这样可以保证新型吊具在正常积载状态下可以顺利同时起吊两个20ft箱。由于吊具的吊点都不是在集装箱的正中间，所以起吊时会产生明显的偏移量，而这个偏移量会在集装箱的两端产生一个倾斜力矩，吊具在平衡掉这个力矩时就会使集装箱的内侧端抵紧集装箱吊具，也就达到了在起吊集装箱时保持其稳定的目的。

由于经改造的集装箱的起吊点不同于普通集装箱，尤其20ft集装箱在双箱起吊时吊点更是不在箱体中部，起吊点集装箱的吊点都不是在集装箱的正中间，所以会产生明显的偏移量普通集装箱的结构强度就不能满足要求了，必须予以加强。为了节省改造成本，在此不需要改变集装箱的整体架构用料标准，只需把普通集装箱用以保护侧壁的侧柱排列方式改变一下（如3图所示）。这样既可以减少用料，简化加工过程，又可以加强集装箱的整体强度，很好的把吊点处的拉力传递到底板上。

2.适应性可行性

普通的伸缩式吊具一般只能装卸20ft和40ft集装箱，一部分也能兼顾45ft集装箱。但是面对其他非标准集装箱就无能为力了。新型吊具虽然四个钮锁的位置固定不变，但是它的起吊对象只受可伸缩导板的伸缩幅度限制，不受钮锁的位置限制。新型吊具的可伸缩导板由于没有承重，质量很小，在设计时伸缩幅度可以很灵活，可同时满足20ft、35ft、40ft、45ft等不同规格甚至更多其他非标准集装箱的长度要求。因此，新型吊具的适应性比传统的伸缩式吊具要更好一些。

3.技术可行性

从这种新型集装箱吊具的结构和组成来看，没有任何的新技术被运用到，整个系统都是由现有的模板和技术组合而成的。新型吊具的钮锁是在位置永远固定的情况下动作的，而双箱伸缩式吊具的钮锁需要在伸缩条件下实现开启和锁闭功能，所以单从技术运用上来看，新型吊具的结构技术显然要比双箱伸缩式的集装箱吊具简单实用。总之，新型吊具运用的技术都是不需要科研攻关的现成技术，而且简单实用。因此这种新型吊具的生产使用都不存在问题，这点为它的顺利推广打下了良好的基础。

同样的道理，对现有集装箱的适应性改造也没有涉及到任何新技术、新工艺，只是增加了四个角件并改变了一下侧柱的排列方式，所以在推广应用时也不存在技术障碍。

4.成本可行性

由新型吊具的技术参数可知，它比双箱岸桥及场桥用伸缩式集装箱吊具“减肥”达8.0吨之多，稍作简单的计算就可以得出这8.0吨“赘肉”耗费了多少能量了。还是以岸桥装卸为例，假设岸桥吊具每次起升、降落的高度为40ft米，则岸桥每工作一个循环电机需要做功8000kg×9.8牛/kg×40米×2=6.272×106焦耳。换算成电能则是6.272×106焦耳/(1000瓦×3600秒)=1.74度。这只是保守估计，因为集装箱岸桥在工作当中会有起升加速度和下降止落加速度以及由于负重而造成的构件之间的摩擦加大等因素，因此实际耗能要高于上述计算值。也就是说集装箱岸桥使用这种新型的吊具每一个操作循环至少可以节省1.74度电能，以年吞吐量1000万标箱的集装箱码头来算，每年可节省成本1.74×0.5×1000万=870万。这仅仅是岸桥的成本降低值，现有的装卸工艺，一般来讲一个集装箱的进出港口平均要经过6个装、卸操作过程，所以一个港口每年加上场桥、跨运车等堆场内的装卸机械的电能节省就至少可以达到1000万。

从技术可行性分析也可以看到，新型吊具的技术简单实用，而且重量大大降低，这势必会节省大量的材料。无论从哪一方面讲，吊具本身的生产成本就会有一个相当可观的降低空间，而且，新型吊具的出现可以很好的适应并加快集装箱大型化的发展，集装箱的大型化又是有效降低运输成本的捷径，所以这种新型吊具又可以为降低集装箱的运输成本打开一条通路。

5.效率提高可行性

当然，重量的降低绝不仅仅是对电能的节省这一项贡献。由于重量的减轻，起重机钢丝绳与各滑轮、各传动部件之间的摩擦力都会大大减小，甚至呈指数型减小，这就会为提高机械的运行效率加上了“油”。更重要的一点，港口起重机械尤其是集装箱装卸机械，要想提高运行速度单纯靠提高匀速运动速度效果是很微弱的，必须想方设法提高机械的起升和制动加速度。但是这样就对起重机械的电机功率提出了更高的要求。要想达到一个可观的加速效果，现有的技术条件很困难，即使勉强达到了，在成本上也是划不来的。所以唯一有效可行的办法就是减轻起升重量，但这似乎与起重机的初衷相悖，因此对集装箱装卸机械来说只能从集装箱动辄十几吨的吊具上做文章了。

6.推广衔接的可行性

新型吊具及改造后的集装箱的推广可以很好的和现有设备、标准相适应。这在推广时是极为有利的优势，在对各种集装箱的改造过程中并未涉及到外形的标准变化，原有的四个角件也都保留不变，所以改造后的集装箱在装卸搬运过程中和任何起重设备、搬运机具都不发生冲突。新型吊具在推广过渡阶段也可以当作固定式20ft集装箱吊具被应用到堆场内的场桥等起重设备上，这样，基本解决了新吊具在逐步推广过程中难于对原有未改造的20ft以上集装箱“下手”的弊端。

这种新型吊具的出现改变了以往集装箱吊具被动来适应集装箱的大小的传统思路，代之以“以不变应万变”的新思路，很好地解决了集装箱大型化带来的吊具不能适应集装箱大型化的要求的问题。

当然，任何事物都不可能是完美无缺的，这种新型吊具也同样如此。新型吊具要求所有集装箱都主动来适应吊具，这就势必涉及到集装箱的改造加工，增加制造成本。但是，我们可以简单估算一下这样做到底是否值得。现在集装箱班轮班期大多是周班，所以集装箱每周至少会在两个以上的港口经过装卸作业，而每次进出港口集装箱平均都要经过大约6次装和卸的过程，所以一个集装箱每天都会有至少一次装或卸作业过程。现在集装箱的报废年限是15年，而实际上大多集装箱被当作二手箱转手后继续在航运业“服役”，所以每个集装箱在生命周期中至少要经过365×15×1/2=2737.5次装卸。以每次装卸节省电能1.5度来算，每个集装箱在用新型吊具装卸直至报废可以节省成本1.5×0.5×2737.5=2053.1元。显然，改造每个集装箱都不可能耗费两千元人民币之多，因此对集装箱的改造是值得的，也是必要的。