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武汉理工大学物流工程学院肖汉斌教授2014年2月于青岛港口物流技术研究前沿主讲内容一、港口装卸关键装备的研究前沿二、大型港口机械防风安全性能与试验研究三、港口机械设备状态监测与诊断技术四、“智慧港口”解决方案五、港口节能技术全场自动化调度(1)集装箱港口生产过程自动化德国汉堡哈拉港实现自动化装卸船、自动化运输、自动化堆放的联调与控制;系统特点:高、低轨道龙门吊(RMG)+自动导向小车(AGV)高低RMG3ECT码头(荷兰)4一、港口装卸技术在外高桥二期码头,建造一个世界一流的全自动、无人化集装箱智能化空箱堆场。自动化无人堆场规模:占地面积:263.85m×245.24m=64506㎡堆场垛数:五条自动化堆垛;一期建设2条;二期建设3条。生产能力:一期64.7万标箱(年通过);二期70.96万标箱。作业效率:比目前堆高机作业能力提高20%以上。我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术一、港口装卸技术五个自动堆跺,每跺配备1台高架RMG,用于自动堆取;堆场两端各配置3个低架RMG,用于集卡装卸;高架RMG中转平台中转平台低架RMG低架RMG运动方向集卡车道集卡车道高架RMG运动方向智能道口我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术一、港口装卸技术低架RMG:负责集装箱从集卡与中转平台间的吊运;高架RMG:将两端中转平台上的集装箱吊起自动堆放。低架RMG+固定转接平台+高架RMG工艺我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术一、港口装卸技术我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术自动化堆场工艺方案特点:将垂直作业与水平作业分开,集卡不进入堆放区,堆场人机分开,高效、安全;将集卡装卸作业(低架RMG)与堆场作业(高架RMG)过程分开,解决集卡装卸定位的对准效率;利用中转平台,解决水平运输作业与垂直堆场作业的生产能力平衡问题。一、港口装卸技术我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术大跨度:研制出轨距42米、高度23米的大型刚性轨吊;高效率:双小车全自动控制、高效吊装;小车速度可达85米/分,大车速度可达150米/分。各项参数均为世界领先近十年来中国沿海港口集装箱吞吐量增长率一直保持在30%左右。随着经济全球化的步伐进一步加快,国际贸易快速发展,集装箱运输以其高效、便捷、安全的特点成为交通运输现代化的重要形式。在发展的过程中,广大客户也对集装箱物流提出了新的需求。(2)集装箱电子标签系统与技术标准物流作为现代服务业的重要组成部分,各行各业对降低物流成本,提高物流的透明度提出了更高的要求。然而,目前的集装箱物流过程中集装箱自身不载有信息,信息的传递还依赖于传统方式。集装箱的流向、流转和识别基本上还是处于人工、半人工状态。信息化需求近年来不断发生的恐怖袭击事件以及偷渡、走私、失窃问题,引起了全球各界的广泛关注。特别是,全球集装箱物流安全保障形势相当严峻。世界各国都高度重视集装箱物流的安全。安全需求事件一:据《西雅图时报》2007年4月5日报道,美国华盛顿海关当天凌晨在西雅图一个集装箱码头抓获了22名偷渡客,这批偷渡客躲藏在一个40英尺集装箱内。事件二:据《欧洲日报》2008年4月12日报道,泰国当地9日发生了54名缅甸偷渡客被闷死在集装箱内的惨剧。事件三:据上海《劳动报》2008年7月2日报道,仅一名卡车司机盗窃集装箱货物价值超过百万元。此外,相关资料显示,美国一年在集装箱货物失窃方面的损失达140亿美元。事件四:2008年1月底,在日本发生的因食用中国饺子而产生农药中毒事件引起了国际社会对于食品安全的广泛关注,中日双方共同就此事展开了调查。日本《东洋经济》周刊报道称:日本食品行业人士分析认为,饺子中毒事件的根源极有可能出现在漫长的运输和保管过程中。因此确保食品安全不仅需要对生产过程进行科学管理,更需要对物流过程进行有效监控。868MHz2.4GHz电子标签①有源电子标签,可读写,32k字节存储容量;②具备电子标签和电子门封双重功能;③实现了EDI/GPS数据的有机融合;④改进天线结构、采用吸波材料,解决了金属体表面对无线电波信号产生强反射而引起的多径效应和逆向电磁波干扰等问题;⑤进行低功耗设计,可循环使用,使用寿命可达10年;⑥采用定时激活和无源激活相结合的双激活机制,大大减少了不必要的电池损耗⑦采用一种自适应调整分槽时间窗的算法来有效地解决多标签碰撞问题一、港口装卸技术集装箱电子标签自动识别系统(2)集装箱电子标签系统与技术标准一、港口装卸技术1)集装箱电子标签智能识别系统道口堆场中控室码头(2)集装箱电子标签系统与技术标准一、港口装卸技术2)基于电子标签自动识别系统的港口信息安全管理技术建设满足内贸集装箱电子标签示范系统需求的多级安全性机制,建立安全认证系统和日志分析系统。保证电子标签和读写器之间空中接口的信息传输安全技术,实现信息的加密存储和传输,对电子标签实施写操作时的授权写入验证;电子标签读写器和主机间的信息通信加密技术;无线通信系统间的信息传输安全性保障技术;集装箱信息实时交换系统中的安全支撑系统。(2)集装箱电子标签系统与技术标准一、港口装卸技术4)研究建立电子标签的相关技术标准草案在大量的工业性试验的基础上,通过技术方案的完善和提高,研究建立中国内贸集装箱电子标签相关的技术标准,进而为申请国际标准作出努力。3)电子封条与电子标签的连接系统建立了电子封条与电子标签的连接系统;能够实时记录集装箱开关门的次数和时间,将集装箱开关门的相关信息无缝接入集装箱电子标签系统中,在各种场合中能够实时读取。(2)集装箱电子标签系统与技术标准一、港口装卸技术世界散货装船机的处理能力已达每小时8000吨;世界散货卸船机的处理能力已达每小时5600吨。一批自动化、数字化的散货装卸设备已经开始在码头上得到使用。(3)散货物流装备技术——发展趋势1)装卸设备大型化、数字化、高效化一、港口装卸技术(3)散货物流装备技术——发展趋势2)虚拟样机及数字化工厂技术的应用不断发展3)码头装卸作业管理和监控的数字化、智能化虚拟样机技术是一种计算机数字模型,它采用具有真实感的虚拟样机来代替物理产品,用来对所开发产品的全寿命周期,如设计、制造、运行状态和功能特性等进行展示、分析和测试。国际上在飞机、汽车制造等行业得到应用。在集装箱码头,大力推进数字化、智能化管理的同时,散货码头也逐步推进数字化、智能化的管理技术。综合应用网络技术、远程监控和检测技术、数字通讯技术以及计算机仿真、智能辅助决策等技术,建立散货码头的自动化、智能化管理系统,实现对整个系统生产全过程监测、控制、维护和管理决策的功能。一、港口装卸技术基于知识工程(KBE)技术的高效装备设计与开发;高效全自动抓斗卸船机的摆动控制与自动抛料技术;面向不同船型、物料的卸船路径智能规划技术;最佳卸船路径自动选择技术;物料面检测及取料点自动选择技术;抓斗同步均衡技术;小车位置、起升位置自动检测技术;抓斗防碰撞安全技术。(3)散货物流装备技术——关键技术1)大型、高效的散货自动化抓斗卸船机研发一、港口装卸技术基于图像处理技术的散货智能堆取料技术;斗轮取料系统的自动控制技术;斗轮机智能化管理技术;斗轮散货物料的传感检测技术;斗轮堆取自动操作运动规划控制技术;斗轮机系统动态特性分析与优化;斗轮机绿色生产工艺研究。2)自动斗轮堆取料机及堆取工艺系统的研发(3)散货物流装备技术——关键技术二、大型港口机械防风安全性能与试验近些年,起重机由于遭受台风或飓风侵袭而引起的风灾事故不断发生,不但直接影响了码头正常的生产秩序,同时也给港口企业造成严重的经济损失,而且还造成人员伤亡。右图所示,2003年釜山的“鸣蝉”台风,瞬间达狂风刮倒了釜山港区集装箱码头的10多台岸边集装箱起重机。——现状与背景二、大型港口机械防风安全性能与试验当前起重机防风技术的不足:当前国内外港口防风措施基本上局限于被动的预防,还未达到主动防御。目前对起重机结构的风振特性的研究还比较缺乏,无法有效指导起重机的设计与制造。目前对于港口机械群的风场研究较为缺乏,忽视起重机组群实现主动防风的重要性。——现状与背景二、大型港口机械防风安全性能与试验超巴拿马型岸桥数值风洞实验(三台岸桥10米间距)工况:三台岸桥10米间距,在非工作状态最大设计风速55m/s、风向与大车轨道平行、大臂放平情况岸桥结构表面风载荷压力场分布岸桥大梁水平面上X方向速度分布分析:第二、三台岸桥的各箱形构件和机器房的表面压力较第一台普遍较小;沿风速方向,第二台岸桥大部分结构都处在第一台岸桥对风场的影响区域,三台岸桥各自周围流场有部分交叠区域。——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——岸桥二、大型港口机械防风安全性能与试验超巴拿马型岸桥数值风洞实验(三台岸桥30米间距)工况:三台岸桥30米间距,在非工作状态最大设计风速55m/s、风向与大车轨道平行、大臂放平情况三台岸桥表面风载荷压力场分布情况岸桥前门框截面上速度分布分析:由以上岸桥表面风载荷压力场和速度场分布情况可看出,第二、三台岸桥机器房、门框联系横梁及门框中上部表面压力较第一台岸桥小,其余结构件受影响很小;三台岸桥各自流场比较分明,但在一定区域内仍有叠加现象。——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——岸桥二、大型港口机械防风安全性能与试验超巴拿马型岸桥数值风洞实验(三台岸桥50米间距)工况:三台岸桥50米间距,在非工作状态最大设计风速55m/s、风向与大车轨道平行、大臂放平情况分析:由上图三台岸桥表面风载荷压力场分布云图可知,除机器房部位第二、三台比第一台略小外,其余各结构件上风压分布基本没有差别,说明当风速为55m/s,风向与轨道平行时,这种65t/65m岸桥沿风速方向对周围流场的影响约为50m。三台岸桥表面风载荷压力场分布情况——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——岸桥二、大型港口机械防风安全性能与试验龙门起重机及机群数值风洞试验——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——龙门起重机单机机群二、大型港口机械防风安全性能与试验龙门起重机及机群数值风洞试验从计算结果分析可知,龙门起重机受到垂直于主梁风向的风载荷时,迎风的第一台起重机所受到的影响最大,从工况一到工况四相同台数的龙门起重机可以看出随着距离的增大第二台所受到的影响也逐步增大。而工况五,三台龙门起重机的工况可以看出在每台起重机距离相对较小时,当增加起重机数目的时候,其越偏后的起重机所受到的风压影响越小。——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——龙门起重机二、大型港口机械防风安全性能与试验门座起重机数值风洞试验单机——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——门座起重机二、大型港口机械防风安全性能与试验门座起重机数值风洞试验两台数值典型工况计算结果工况一示意图工况三示意图工况五示意图通过计算发现,当风沿着轨道方向作用于门机的时候,可以将门机按照工况三中的方位进行布置,即将门机的臂架方向与风向保持一致,从而可以明显减小强风载荷对门机群的影响。除此以外,两台门机之间的距离越近,相邻两台门机联合防风的效果就越明显。——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——门座起重机二、大型港口机械防风安全性能与试验岸边集装箱起重机和门座式起重机是港口码头前沿常见的两大类装卸设备,而大型龙门起重机则是港口堆场常见的搬运类起重机。针对这三种不同形式的大型港口起重机分别进行了研究,对每种机型均建立了相应的流固耦合有限元分析模型并利用数值方法对上述模型进行了虚拟试验,研究分析了不同风向、风速等因素对大型港口机械金属结构应力与稳定性的影响,以及大型港口机械群的防风方法与预防体系,并在此基础上分别提出来适用于不同机械的防风安全方法与措施。——关键技术(1)大型港口机械防风数值模拟——结论二、大型港口机械防风安全性能与试验目前防风装备以预防为主,通过抵御风载荷对大型起重机产生的水平和上拔作用力达到防风目的。各种防风装置:制动器、夹轮器、防风铁楔、顶轨器、夹轨器、锚定、防风拉锁等。——关键技术(2)大型
本文标题:港口技术研究前沿
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