1 軌道式梭車在天津港自動化集裝箱碼頭的應用背景

集裝箱碼頭在經濟全球化進程中扮演著重要的角色，因此，新興的自動化集裝箱碼頭備受國際關注。近年來，自動化集裝箱碼頭發展日漸成熟，港口經營者將其視為提升港口作業效率和經濟效益的重要途徑。

為滿足大型集裝箱船舶作業要求和鞏固天津港作為集裝箱干線港的地位，天津港在東疆保稅港區規劃 4 個自動化集裝箱泊位，碼頭岸線總長1 441 m，陸域縱深 1 050 m。為適應天津港自動化集裝箱碼頭縱深距離較長的設計特點以及縮短自動化軌道式集裝箱龍門起重機（以下簡稱自動化軌道吊）帶箱運行距離，研究人員開發出新型自動化集裝箱碼頭水平運輸設備――軌道式梭車（見圖1）。碼頭堆場內的集裝箱水平運輸由軌道式梭車完成，集裝箱裝卸作業由自動化軌道吊完成。為測試軌道式梭車的利用率及可靠性，天津港太平洋國際集裝箱碼頭有限公司開展軌道式梭車試運行。

2 軌道式梭車主要技術參數及功能

軌道式梭車作為自動化集裝箱碼頭過駁和堆場間的運輸設備，是一種典型的技術和運行模式**，其運行效率和可靠性直接影響自動化集裝箱碼頭的整體作業效率。自動化和智能化的驅、制、控一體化技術是保證軌道式梭車可靠且高效運行的關鍵。

軌道式梭車的主要技術參數：（1）高度為1.2 m；（2）長度為15.7 m；（3）寬度為2.75 m；（4）自重為15 t；（5）額定載荷為61 t；（6）工作時的*大風速為20 m/s；（7）加速度為 0.33~0.60 m/s2；（8）運行行程為 250 m（試驗用）；（9）*快速度約為 300 m/min。

軌道式梭車具備對集裝箱進行任務解析和狀態反饋的功能：能夠根據碼頭操作系統的指令，完成從堆場入口（海側或陸側）至出口（陸側或海側）指定路線的集裝箱水平運輸；能夠自動識別集裝箱的載荷和有效風載荷參數，并根據碼頭操作系統指令的運輸位置，實時調整和設定其啟動加速過程、恒速運行過程及制動減速過程，實現智能驅動、運行和制動，以達到高效和節能的目標；可以實現各車輪的同步運行，實時監控驅動車輪組的打滑狀態，并自動調整正常運行狀態下的相關驅動和制動力矩，有效防止車輪打滑。此外，軌道式梭車所有裝置均具有海邊鹽霧環境下的防腐功能，設計防護等級不低于IP55，同時具有各單元驅動失電、運行參數（加速度、額定速度和減速度等）異常、內部與外部通信不暢、車輪打滑、車輪不同步等故障監控和聯鎖保護功能。

3 軌道式梭車在天津港自動化集裝箱碼頭的應用

3.1 軌道式梭車的主要構造

軌道式梭車為箱型焊接結構（見圖 2），主體材料采用Q345B鋼材或Q345C鋼材。該結構能夠滿足運載 1 個 20 英尺集裝箱、2 個 20 英尺集裝箱、1 個

40 英尺集裝箱或 1 個 45 英尺集裝箱的要求。主梁采用工字梁，集裝箱角配件懸于結構外側，在運行方向布置止動塊，在長度方向兩側布置固定擋塊。

運用有限元技術對軌道式梭車主結構進行各種工況下的應力、變形分析，并進行優化設計，使在滿足材料剛度和強度要求的情況下車體質量*輕。

軌道式梭車車輪為鐵路專用整體輾鋼車輪（見圖 3），采用單輪緣結構和模鍛成型技術，其優點是磨損小、踏面有斜度并可自動對中。軌道式梭車采

用八輪全驅系統，通過水平安裝形式的三合一減速電機直接驅動；電機功率為22 kW，其通過扭力臂與車身連接，通過空心軸和鎖緊盤與車輪連接；采用

鐵路標準軌距 1 435 mm，具有布置緊湊、便于安裝維護等優點。

軌道式梭車采用直流滑觸線供電系統（見圖4）。在傳統電纜供電方式下，電纜必須通過拖鏈的保護才能避免因直接與設備或地面摩擦而造成的磨損，若拖鏈的轉彎半徑過小，容易造成電纜折斷，從而導致設備的使用壽命縮短以及故障點的增加。滑觸線供電方式是通過集電器與滑觸線接觸供電的，具有結構緊湊、安裝方便等特點。集電器固定在軌道中間車架下方的空間內，并保證其 2 個電極與滑觸線接觸良好。滑觸線供電方式的優點為：（1）電流輸送連續、安全、穩定；（2）節能；（3）不受雨雪霜凍影響；（4）無線通信采用非接觸式數據傳輸方式，可靠性高；（5）維護成本低；（6）造價低，投資少。

3.2 軌道式梭車的驅控技術

軌道式梭車采用安川驅動控制器，其驅控原理為：根據電機控制需要，選用智能驅控一體化控制器，將Intel X86 架構的中央處理器和芯片組作為系統處理器，將高性能數字信號處理器和現場可編程邏輯門陣列作為運動控制和驅動處理器，在實現驅動的同時完成對電機運行的控制；此外，還可以通過信號輸入/輸出端口，對其他外設硬件（如制動器）實施控制。

軌道式梭車采用易福門移動控制器。該控制器屬于重載型，自帶輸入和輸出端口各 16 個，其通道功能可自由配置，通過上位機轉以太網模塊方式進行通信。軌道式梭車驅動機構（見圖 5）采用技術成熟的三合一減速電機，運用速度同步方法控制其同步運行，以保證軌道式梭車高速運行時的平穩性和可靠性。軌道式梭車采用八輪驅動方式，分四角布置：每個角布置 2 個車輪組，用平衡梁連接，以使壓力均勻分布；每個車輪各帶 1 套驅動機構。8 套驅動

機構設計的好處在于：在其中 2 套驅動機構失效的情況下，可低速（200 m/min）驅動軌道式梭車進入維修點。

3.3 軌道式梭車的通信及導航定位

軌道式梭車通信網絡采用工業級調頻電臺橋接的方式。調頻電臺的作用是向軌道式梭車發送指令，以達到對其控制的目的。在軌道式梭車上安裝工業級調頻電臺，并在軌道上架設帶有中心調頻電臺的立桿。由于調頻電臺的覆蓋范圍遠大于軌道范圍，因此，從科學選點角度出發，將立桿架設點選擇在軌道中心，以保證整條軌道的無線信號強度相對均衡；但考慮到試運行梭車軌道較短，故將中心調頻電臺設置在軌道端部立桿上（見圖 6）。該立桿高度為6 m，直徑約為20 cm，中心調頻電臺安裝在2 m左右的高度，箱內配置 220 V 電源、收發器、光電模塊等設備。

軌道式梭車通過無線方式與中心調頻電臺通信，中心調頻電臺通過光纖通信鏈路與控制室連接，實現在控制室遠程控制軌道式梭車和數據傳輸的功能。該裝置支持遠距離傳輸，具備點對點、點對多點網絡組建方式，傳輸信號穩定，其帶寬足以保證軌道式梭車接收指令的實時性和有效性。軌道式梭車無線通信系統拓撲結構如圖 7 所示。

軌道式梭車通過 BTG 天線實現**定位。電機編碼器反饋的脈沖信號可接入 BTG 天線進行冗余檢測，也可并行接入驅動器實現速度閉環和位置信號的采集。BTG天線檢測到的位置是軌道式梭車的實際位置，正常情況下電機編碼器反饋的位置信號應與此一致。當軌道式梭車出現車輪打滑情況時，BTG天線檢測到的位置值與電機編碼器采集到的位置信號會出現偏差。此時，軌道式梭車自動調整加速度，使車身趨于平穩，待到下一個固定校驗點時重新使兩者同步。

4 結束語

軌道式梭車通過縮短自動化軌道吊的行走距離，改變自動化集裝箱碼頭的平面布局，使堆場作業工藝系統更具靈活性，有利于提升碼頭海側堆場集裝箱吞吐能力，是自動化集裝箱碼頭較為理想的水平轉運設備。