全地形支撑的火车集装箱悬臂侧卸机及其作业方法与流程

本发明属于集装箱装卸设备，具体涉及一种适用于铁路车站与货运场站集装箱装卸设备，尤其涉及一种适配老旧车站薄板混凝土地面工况的全地形支撑式火车集装箱悬臂侧卸机及其作业方法。

背景技术：

1、铁路、公路、海运集装箱物流是目前使用最广泛的物流方式。相比于公路运输和海运，铁路运输具有承载量大、时效相对高、标准化的优点，因此应用更为广泛。中国的火车站不仅承担客运业务，还承担着货运业务，此外，全国还有很多可以开展货运业务的货运场。但是对于火车集装箱运输来说，除了少数具有大型铁路龙门行车的铁路集散中心或大型火车站之外，其他火车站或货运场通常使用正面吊起重机来装卸集装箱，然而目前很多火车站、货运场都是多年前修建的老旧火车站、货运场，修建时并未考虑混凝土地面对大型自行式重载起重机械的适应承载问题。老旧火车站、货运场的混凝土地面的厚度通常在200mm左右，而大型自行式重载起重机械在运输满载的集装箱时，其前轮的承载重量远远超过混凝土地面的承载能力，因此站台地面的混凝土板块很快就会损坏。有些火车站、货运场采用重新修建铺设加厚加筋的混凝土板块地面的方式来满足集装箱货运业务的需求，但这种方式投资巨大，性价比低。还有的火车站、货运场在混凝土地面上铺设钢板来加强承载能力，但实际使用后发现，钢板易塑性变形，发生塑性变形后就失去支撑作用，不具有实用性。

2、目前市场上还没有发现可以在火车站台薄板混凝土地面上进行集装箱装卸作业而不破坏地面的机械设备，故铁路集装箱运输业务在大多数的火车站、货运场的开展受到限制，影响了集装箱物流运输方式的推广应用，也限制了铁路货运业务收入的提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可以全地形支撑，不会破坏站台薄板混凝土地面、适应中小型火车站复杂站台地面条件的火车集装箱悬臂侧卸机及集装箱装卸作业方法。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

3、全地形支撑的火车集装箱悬臂侧卸机，包括：主机架，所述主机架包括一框架及设置于所述框架四个角位置处的沿竖直方向延伸的主立柱，所述框架上设置有沿左右方向延伸的行车轨道；设置于所述行车轨道上的吊运行车；设置于前后方向上相邻的两根所述主立柱之间的横梁，所述横梁的前后两端分别设置有行走装置：设置于所述主机架左右方向上的一侧或两侧的副机架，所述副机架上设置有沿左右方向延伸的延伸轨道，所述延伸轨道延伸至铁轨上火车车厢的上方，所述延伸轨道的近端和所述行车轨道对接，所述吊运行车可沿所述行车轨道及所述延伸轨道移动；至少在铁轨侧的所述横梁设置有全地形支撑件，所述全地形支撑件为支板或支撑轮或支撑履带，所述全地形支撑件的着地面积超过集装箱垂直投影面积的10%；在铁轨侧的前后方向上相邻的两根所述主立柱之间形成第一开口，所述第一开口的长度和宽度大于集装箱的长度和高度；在左右方向上相邻的两根所述主立柱之间形成第二开口，所述第二开口的宽度和高度大于装载集装箱的卡车的宽度和高度。

4、在一些实施例中，在所述副机架远离所述主机架的一端设置有支架，所述支架包括支撑横梁、支腿及滑块；所述支撑横梁和所述副机架相连，并沿前后方向延伸；所述滑块可沿前后方向移动地设置于所述支撑横梁上；所述支腿可伸缩升降，所述支腿通过铰链架和所述滑块相连或与所述滑块固定连接，所述支腿可在竖直状态和水平状态之间转动，且所述支腿可随所述滑块水平移动。

5、在一些实施例中，所述支腿的底部铰接连接有支板；所述支腿或支板设置有感知周边距离的距离传感器。

6、在一些实施例中，所述全地形支撑件压在混凝土地面单个板块上产生的负荷小于厚度小于200mm的非钢筋普通标号凝土板块极限破坏时所承受的弯拉荷载；或者，所述全地形支撑件压在混凝土板块产生的压强小于厚度小于200mm的非钢筋普通标号混凝土板块混凝土材料的抗压强度。

7、在一些实施例中，所述全地形支撑件压在混凝土地面单个板块上产生的负荷小于厚度小于200mm的非钢筋普通标号凝土板块极限破坏时所承受的弯拉荷载的70%；或者，所述全地形支撑件压在混凝土板块产生的压强小于厚度小于200mm的非钢筋普通标号混凝土板块混凝土材料的抗压强度的70%。

8、在一些实施例中，所述全地形支撑件压在混凝土地面单个板块上产生的负荷小于厚度小于200mm的非钢筋普通标号凝土板块极限破坏时所承受的弯拉荷载的30%；或者，所述全地形支撑件压在混凝土板块产生的压强小于厚度小于200mm的非钢筋普通标号混凝土板块混凝土材料的抗压强度的30%。

9、在一些实施例中，所述全地形支撑件的着地面积的总长度不小于单个集装箱长度的70%，总宽度不小70cm。

10、在一些实施例中，所述全地形支撑件的着地面积的总长度不小于单个集装箱长度的100%，总宽度不小100cm。

11、在一些实施例中，所述全地形支撑件的着地面积的总长度不小于单个集装箱长度的150%，总宽度不小150cm。

12、在一些实施例中，所述行走装置的行走方向和铁轨相平行，所述行走装置设置转向角度为0～30度的转向机构；作为所述全地形支撑件的所述支撑轮或所述支撑履带的行走方向和铁轨平行且行走方向固定。

13、在一些实施例中，所述全地形支撑件包括液压支撑柱以及设置于所述液压支撑柱底部的地面接触部，所述液压支撑柱可在竖直方向上伸缩，所述液压支撑柱的顶部和所述横梁相连，所述地面接触部为支板或支撑轮或支撑履带。

14、在一些实施例中，所述横梁至少设置有两个所述全地形支撑件，每一所述全地形支撑件包括一对液压支撑柱及设置于所述液压支撑柱底部的地面接触部，所述液压支撑柱沿所述横梁延伸的方向前后间隔设置。

15、在一些实施例中，以所述主机架的卡车通道的中点位置划分所述主机架的左侧和右侧，在铁轨侧或站台侧的所述横梁设置有至少两个全地形支撑件，铁轨侧或站台侧的位于所述主机架左侧的所述全地形支撑件的所述液压支撑柱并联且通过同一液压控制阀控制垂直伸缩，铁轨侧的或站台侧的位于所述主机架右侧的所述全地形支撑件的所述液压支撑柱并联且通过同一液压控制阀控制垂直伸缩；对应的，在站台侧或铁轨侧的所述横梁设置有至少一个全地形支撑件，站台侧或铁轨侧的所述全地形支撑件的所述液压支撑柱通过一液压控制阀控制垂直伸缩；侧卸机依靠前二后一或者前一后二形成的三个控制阀控制的支撑点，形成三点稳定支撑。

16、在一些实施例中，所述主机架上设置有水平仪，所述水平仪用于采集所述主机架在第一方向和第二方向上的水平度信息，所述液压控制阀根据所述水平仪采集的水平度信息控制所述液压支撑柱的升降，调节所述主机架在所述第一方向和所述第二方向上的水平度。

17、在一些实施例中，所述支板的底部设置有软橡胶垫板，所述软橡胶垫板的顶部和所述支板固定连接，所述软橡胶垫板的外围设置有若干和所述软橡胶垫板相固定的立式挡片，所述挡片的顶部和所述支板的底部之间具有间隙，所述挡片的外围设置有从所述支板的周边向下延伸的挡边，所述挡边围成一圈，将所述挡片以及所述软橡胶垫板围于其内，所述挡边的高度小于所述软橡胶垫板的厚度；和/或，所述支板与所述软橡胶垫板之间设置有缓冲弹簧。

18、在一些实施例中，所述软橡胶垫板的厚度大于100mm；和/或，所述挡片的顶部和所述地面接触部的底部之间的间隙至少为10mm；和/或，所述挡边的高度为所述软橡胶垫板厚度的1/10～2/3。

19、在一些实施例中，所述全地形支撑件位于其所在的横梁的前后两端的行走装置之间。

20、在一些实施例中，还包括设置在所述主机架前后两侧的配重组件，所述配重组件包括：和所述主机架相连的配重支架、设置于所述配重支架上的沿左右方向延伸的滑轨、设置于所述滑轨上并可沿所述滑轨移动的滑座、设置于所述滑座上的配重块、以及驱动所述滑座移动的配重块平移驱动单元。

21、在一些实施例中，所述行走装置通过液压支撑柱和所述横梁相连，所述液压支撑柱可在竖直方向上伸缩，并通过一液压控制阀控制垂直升降伸缩。

22、在一些实施例中，所述全地形支撑件包括弹簧缓冲支撑柱以及设置于所述弹簧缓冲支撑柱底部的地面接触部，所述弹簧缓冲支撑柱的顶部和所述横梁相连、底部和所述地面接触部铰接，所述地面接触部为支板或支撑轮或支撑履带。

23、在一些实施例中，所述副机架通过折叠铰链和所述框架连接，所述副机架可相对所述主机架转动，所述副机架在所述延伸轨道处于水平状态和所述延伸轨道贴近所述主立柱的折叠状态之间转动。

24、在一些实施例中，所述主机架的轨道侧设置有第一副机架、所述主机架的站台侧设置有第二副机架，所述第一副机架上设置有第一延伸轨道，所述第二副机架上设置有第二延伸轨道，所述第一延伸轨道的高度低于所述第二延伸轨道的高度；所述主机架上设置有可升降的升降轨道，作为所述行车轨道，能够衔接所述第一延伸轨道和所述第二延伸轨道；所述横梁设置于所述主立柱的底部、构成底梁，所述支板位于所述底梁的两侧。

25、本发明还提供了前述火车集装箱悬臂侧卸机的作业方法，包括以下步骤：

26、所述火车集装箱悬臂侧卸机移动至作业位置后，所述全地形支撑件和地面相接触，并在吊装集装箱的过程中始终支撑于地面，将设备的重量由地面接触部传递给地面；所述吊运行车沿所述行车导轨及所述延伸轨道往复移动，将火车车厢上的集装箱移动至框架下方的卡车上或站台地面上，或者将框架下方的卡车上或站台地面上的集装箱移动至火车车厢上；

27、完成装卸作业后，所述吊运行车空载，所述火车集装箱悬臂侧卸机由所述行走装置支撑移动，在移动过程中，如果所述地面接触部是支板，则所述支板离开地面悬空，如果所述地面接触部是支撑轮或行走履带，所述支撑轮或行走履带离开地面悬空或是随行走装置行走。

28、本发明还提供了前述火车集装箱悬臂侧卸机的作业方法，包括以下步骤：

29、所述火车集装箱悬臂侧卸机移动至作业位置后，所述全地形支撑件和地面相接触，并在吊装集装箱的过程中始终支撑于地面，将设备的重量由地面接触部传递给地面；

30、所述升降轨道移动至所述第一延伸轨道的高度，或者所述升降轨道移动至所述第二延伸轨道的高度，所述吊运行车沿所述升降轨道及所述第一延伸轨道移动，或沿所述升降轨道及所述第二延伸轨道移动，将火车车厢上的集装箱移动至框架或第二副机架下方的卡车上或站台地面上，或者将框架或第二副机架下方的卡车上或站台地面上的集装箱移动至火车车厢上；

31、完成装卸作业后，所述吊运行车空载，所述火车集装箱悬臂侧卸机由所述行走装置支撑移动，在移动过程中，如果所述地面接触部是支板，则所述支板离开地面悬空，如果所述地面接触部是支撑轮或行走履带，所述支撑轮或行走履带离开地面悬空或是随行走装置行走。

32、本发明还提供了前述火车集装箱悬臂侧卸机的作业方法，包括以下步骤：

33、所述火车集装箱悬臂侧卸机移动至作业位置后，所述全地形支撑件和地面相接触，并在吊装集装箱的过程中始终支撑于地面，将设备的重量由地面接触部传递给地面；控制所述支腿沿所述支撑横梁移动、完成障碍物规避后，使所述支腿转至竖直状态、支撑在地面上，对所述副机架形成支撑；

34、所述吊运行车沿所述行车导轨及所述延伸轨道往复移动，将火车车厢上的集装箱移动至框架下方的卡车上或站台地面上，或者将框架下方的卡车上或站台地面上的集装箱移动至火车车厢上；

35、完成装卸作业后，所述吊运行车空载，所述支腿转至水平的折叠状态，所述火车集装箱悬臂侧卸机由所述行走装置支撑移动，在移动过程中，如果所述地面接触部是支板，则所述支板离开地面悬空，如果所述地面接触部是支撑轮或行走履带，所述支撑轮或行走履带离开地面悬空或是随行走装置行走。

36、由以上技术方案可知，本发明至少在靠近铁轨一侧的横梁下方设置全地形支撑件，全地形支撑件的地面接触部的着地面积（和地面接触的面积）超过集装箱垂直投影面积的10%，使得侧卸机可以用着地面积超过现有集装箱跨运机或者集装箱正面吊起重机的行走轮或常规支腿着地面积数倍的全地形支撑件支撑，通过全地形支撑件着地面积的冗余设计（冗余性质的大），增大着地面积，使其支撑于地面时对地面产生的压强远远小于地面的破坏压强，而且，液压支撑柱通过液压缸可以平衡压力，使得通过全地形支撑件传递的设备整体的压力能尽量均衡地分散于整个地面，从而可以保护地面，无需配备其它造价昂贵的集装箱吊运设备，例如大型龙门式铁路集装箱起重机等，也无需为适应集装箱正面吊起重机而重花费巨资进行地面修建工程，满足进行集装箱装卸吊装时，不损坏老旧火车站铺设的薄板混凝土板块结构地面的需求。本发明的全地形支撑火车集装箱悬臂侧卸机，结构简单，造价低，非常适合老旧火车站、货运场开展装卸集装箱业务，可在普及推广铁路集装箱物流方面起到积极作用。

37、具体应用中，全地形支撑件的地面接触部优选采用支板，即全地形支撑件为平板式支脚，但也可以采用造价稍高的支撑轮、履带等，采用履带、支撑轮时，其数量外形以满足进行集装箱装卸吊装时的极限负荷，不损坏铺设的20～35cm左右厚度薄板混凝土板块结构地面为依据，而非只满足承重侧卸机本身重量的负荷。

38、具体应用中，本发明的全地形支撑件的主支撑依靠多组支脚、液压均衡机构搭配柔性橡胶底板与弹簧缓冲组件，实现荷载大面积均匀散布。主支撑在两倍集装箱额定载重重量的重载工况下，支撑区域混凝土面层弯拉应力低于面层极限弯拉强度，优选方案控制在极限弯拉强度的 30% 以内，预留充足安全冗余。支板沿钢轨纵向方向延伸，支板纵向长度与集装箱箱体长度相当，使荷载沿纵向长条分布，防止单块混凝土板块应力集中，横向宽度同步加大；冗余轮胎、履带数量成倍高于常规机型，避免单块混凝土板块承受过大集中荷载。本发明的作业模式为：在设备转场时，液压缸将全套支撑底板抬离地面，依靠整机行走轮移动就位；吊装作业时再下放柔性支撑体系，形成大面积均载承压面。

39、本发明的全地形支撑的火车集装箱悬臂侧卸机具有以下优点：

40、1）场地适应性强；可适应站台沉降、凹凸起伏、局部破损甚至局部土质路基等复杂工况，实现压力均匀分布，大幅降低对地压强；

41、2）整机稳定性高；双级动态调压，根据吊重与整机自重实时分配前后、左右支撑受力；近轨侧底梁支撑配置一至三级的多级并联液压缸，远轨侧配置一至两级并联液压缸，在机架平面形成三角形稳定承压体系，持续均衡整机荷载；在一些实施例中，支撑支板配置橡胶缓冲模块与弹簧减震结构，依靠橡胶柔性贴合地面微小凹凸，弹簧缓冲吸收冲击荷载；大高差地形依靠多级液压缸调平，微小起伏依靠柔性地脚自适应，实现全域受力均衡；多级并联液压缸应对地面较大高差；橡胶或弹簧柔性地脚自适应微小起伏，持续维持多点均衡受力；远端滑移支腿实时调压，分流近轨主支撑荷载；沿铁轨方向纵向可滑移规避障碍物的远端滑移支腿为本发明核心改进点之一，可直接将近轨主支撑承载的荷载削减一半，再叠加主支撑全域均载结构，形成双重防护；

42、3）设备机动灵活；作业完成后，支撑底板、履带支块可整体抬升脱离地面，整机依靠轮组自由转场，支板可快速拆装，不影响设备调动；

43、4）具有很高的性价比；传统跨轨龙门吊粗大箱梁结构相比，本发明机架结构大幅精简，整机体量轻量化，适配中小车站狭小场地；近轨开口可满足集装箱卡车通行，副机架远端支腿可沿轨向滑移来避让信号设备，整机自重不足常规龙门吊的三分之一，非常适合老旧中间站紧凑场地条件；整机以方管型材为主，极少采用大截面箱梁，造价不超过龙门吊的三分之一结构简洁，造价低廉，中小货站只需要采购本设备，不需要再投入巨资翻新站台，即便年集装箱运量不大，依然具备良好投入产出比；而且本发明核心逻辑为荷载自适应匹配，无需改造站台地基，依靠设备自身复合支撑结构主动降低接地比压，把集中荷载均匀铺开，通过主支撑大面积极限冗余接地、远端支腿荷载分流、动态压力补偿，解决了薄板站台受压开裂难题；本发明的应用，有利于盘活全国六千余座闲置铁路货场与专用线，省去巨额土建改造投资，原本仅几百座枢纽车站能开通集装箱业务，本发明普及后大多数中间站均可低成本开通公铁联运，中小微工矿企业产品集装箱、大量县域农产品冷链集装箱，可以通过末端货站接入铁路干线，大幅缩短中转链条，降低普通货物、农副鲜活货物的物流成本。