ITTO20080883A1 - Sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto ed un sito di stoccaggio situato nell' entroterra - Google Patents

Description

“Sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto ed un sito di stoccaggio situato nell’entroterraâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto ed un sito di stoccaggio situato nell’entroterra, comprendente:

- una gru di banchina atta ad operare il carico e lo scarico di container, da/verso una nave attraccata alla banchina,

- mezzi di trasporto a rotaia per il trasporto di detti container fra detta banchina e detto sito di stoccaggio, detti mezzi di trasporto a rotaia comprendendo un modulo di binari destinati al carico e allo scarico dei container su e/o da treno in corrispondenza della banchina.

Il brevetto statunitense US 5,505,585 descrive un sistema del tipo sopra indicato, in cui tale modulo di binari à ̈ formato da binari che corrono parallelamente alla banchina e che sono disposti affacciati ad una zona di trasferimento, interposta fra il modulo di binari e la gru di banchina, ove i container scaricati dalla nave, o da caricare su di essa, vengono temporaneamente stoccati. Il trasporto dei container fra la gru di banchina e la zona di trasferimento, e fra quest’ultima e i suddetti binari, à ̈ realizzato tramite mezzi di trasporto su ruota operati da un operatore.

La domanda statunitense n. US 2006/0045659 A1 descrive un sistema analogo a quello sopra indicato in cui però il modulo di binari à ̈ costituito da binari che si estendono sostanzialmente ortogonali alla banchina. In questa soluzione i container scaricati dalla gru di banchina vengono direttamente trasportati al modulo di binari, tramite carrelli sollevatori su ruote operati da un operatore. Parimenti, i container trasportati dai treni che arrivano sul modulo di binari e da caricare sulla nave, vengono scaricati dai treni tramite tali carrelli sollevatori, i quali li portano poi direttamente alla gru di banchina.

In entrambe le soluzioni sopra indicate, la zona di stoccaggio a terra dei container à ̈ stata separata dalla zona di carico e scarico a mare, prevedendo un sistema di trasporto dei container su rotaia che gestisce il flusso di container fra tali zone. Questa configurazione portuale ha permesso di limitare lo spazio occupato dal porto nella zona di mare andando ad occupare, invece, una zona di entroterra opportunamente scelta in base alla disponibilità di spazio e alla sua accessibilità.

Le soluzioni sopra indicate presentano tuttavia l’ inconveniente di necessitare di un interfaccia formato da mezzi di trasporto su ruota comandati da un operatore per collegare la gru di banchina ai mezzi di trasporto a rotaia.

Una tale configurazione risulta particolarmente svantaggiosa in quanto richiede innanzitutto uno spazio in corrispondenza della zona di mare, che sia specificatamente dedicato al flusso dei suddetti mezzi di trasporto su ruota. Tale spazio deve peraltro essere sufficientemente grande da permettere di gestire i grossi numeri di container che vengono solitamente trattati da sistemi del tipo in questione. In secondo luogo, tale tipologia di interfaccia crea criticità di gestione per l’intero sistema in quanto, richiedendo l’intervento di moltissimi operatori (ciascuno dei quali controlla, ad esempio, un carrello sollevatore per il trasporto di un unico container fra la gru di banchina e i treni), non consente uno schema di gestione pre-determinato.

La presente invenzione ha lo scopo di migliorare i sistemi del tipo sopra indicato, riducendo al minimo l’intervento umano e creando un sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto ed un sito di stoccaggio situato nell’entroterra, che prevede un flusso di container completamente predeterminato da quando questi sono scaricati dalla nave fino a quando vengono sistemati nel sito di stoccaggio situato nell’entroterra. Il sistema secondo la presente invenzione permette inoltre una riduzione al minimo degli spazi portuali a mare.

Tale scopo viene in particolare raggiunto tramite un sistema automatico presentante le caratteristiche della rivendicazione 1.

L’invenzione sarà ora descritta, dettagliatamente a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 rappresenta una vista schematica in pianta di un sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto ed un sito di stoccaggio situato nell’entroterra;

- la figura 2 rappresenta una vista schematica in pianta di un dettaglio del sistema di figura 1 secondo una prima forma di realizzazione;

- la figura 3 rappresenta una vista schematica in pianta di un dettaglio del sistema di figura 1 secondo una seconda forma di realizzazione;

- la figura 4 rappresenta una vista schematica prospettica di un particolare del sistema di figura 1;

- la figura 5 rappresenta una vista schematica in pianta di un particolare del sistema di figura 1;

- le figure 6 e 7 rappresentano due differenti schemi di organizzazione del sistema di figura 1.

Con riferimento alle figure 1-5, con 1 à ̈ indicato un sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto P ed un sito di stoccaggio S situato nell’entroterra. La banchina P individua una direzione di estensione indicata con P’. Imbarcazioni B per il trasporto di container attraccano alla banchina P, disponendosi sostanzialmente parallele alla direzione P’.

Il sistema 1 comprende mezzi di trasporto a rotaia 2 per il trasporto dei container fra la banchina P e il sito di stoccaggio S. Tali mezzi di trasporto 2 comprendono in particolare un modulo di binari 2’ disposto nella zona di banchina, su cui treni 3 arrivano per essere caricati dei container provenienti dall’imbarcazione B, oppure per scaricare i container provenienti dal sito di stoccaggio S che sono destinati a tale imbarcazione B. Il modulo di binari 2’ può essere realizzato secondo le due diverse forme di realizzazione rappresentate rispettivamente nelle figure 2 e 3.

In entrambe tali forme di realizzazione, tale modulo di binari 2’ à ̈ formato da gruppi di binari 2†fra loro paralleli, che sono orientati secondo una direzione inclinata rispetto alla direzione P’ della banchina P di un angolo q diverso da 0° e 90°. In una forma di realizzazione preferita l’angolo q à ̈ compreso fra 0° e 20°, e secondo una forma di realizzazione ancor più preferita tale angolo q à ̈ di circa 7°. I binari 2†del modulo 2’ confluiscono su uno o più binari di un corridoio principale 4 che corre lungo una direzione sostanzialmente parallela alla direzione P’ della banchina e che costituisce il corridoio di uscita e di ingresso dei treni da e per la banchina P.

Il particolare orientamento dei binari 2†rispetto alla direzione P’ della banchina consente al modulo di binari 2’ di interfacciarsi direttamente con una gru di banchina 5. E’ possibile, ad esempio, prevedere, come verrà illustrato qui di seguito, che una singola gru di banchina sia direttamente asservita ad una pluralità di binari 2†del modulo 2’.

Con riferimento alla figura 2, nella forma di realizzazione in essa illustrata, ciascuna gru di banchina 5 sovrasta un gruppo di binari 2†in modo da poter effettuare il carico e lo scarico dei container per i rispettivi treni 3 che viaggiano su ciascuno di tali binari 2†. In particolare, secondo tale forma di realizzazione, durante il carico e lo scarico dei container, i treni 3 vengono fatti avanzare in modo intermittente affinché ciascun carrello stazioni al di sotto del braccio della gru di banchina 5 per il tempo necessario all’operazione di carico o scarico. In tale forma di realizzazione, quindi, ciascun binario 2†, allo scopo di consentire le operazioni di carico e scarico come sopra indicato, deve essere più lungo del treno che viaggia su di esso, e in particolare deve essere di una lunghezza pari a circa tre volte.

Nella forma di realizzazione di figura 3, à ̈ previsto, invece, che a fianco dei binari 2†venga predisposto uno spazio 7, che si estende lungo i binari medesimi, e che à ̈ atto a ricevere i container C per operare quale “polmone†per il flusso di container fra la gru di banchina e i treni. Il sistema 1 comprende una gru di binario 6 che à ̈ mobile su rotaie 6’ lungo una direzione sostanzialmente parallela ai binari 2†, e che à ̈ atta a caricare i container depositati lungo lo spazio 7 dalla gru di banchina sui carrelli dei treni, o viceversa a scaricare i container dai carrelli dei treni e disporli in tale spazio 7. Preferibilmente, la gru di binario 6 à ̈ una gru con una struttura a portale sovrastante il gruppo di binari 2†, le cui rotaie 6’ sono disposte rispettivamente ai lati opposti di detto gruppo di binari 2†. In tal caso, come visibile in figura 3, lo spazio 7 adiacente ai binari 2†, per il deposito temporaneo dei container, si ritrova all’interno delle rotaie 6’ della gru di binario 6. La figura 4 mostra una vista prospettica del modulo intermodale della forma di realizzazione di figura 3. Come visibile nelle figure 3 e 4, uno dei due binari 2†al di sotto della gru a portale 6 à ̈ un binario affogato nel terreno o a raso, in modo tale che lo spazio da esso occupato possa essere utilizzato, analogamente allo spazio 7, per ricevere i container C.

Nella forma di realizzazione di figura 3, la gru di binario, muovendosi lungo le sue rotaie, può eseguire l’operazione di carico e scarico dei container per ciascun carrello dei treni consentendo a quest’ultimi di rimanere fermi. Ne consegue che i binari 2†in questo caso possono essere di una lunghezza pari a quella degli stessi treni.

Una forma di realizzazione preferita prevede che lo spazio di “polmone†7 per il flusso di container fra la gru di banchina 5 e i treni 3, servito dalla gru di binario 6, si estenda oltre il termine dei binari fino ad avere una completa sovrapposizione con i binari 2†di un gruppo di binari adiacente, affinché la gru di binario 6 possa servire anche i binari di tale gruppo.

In un esempio di realizzazione del sistema, in tale spazio 7 può essere stoccato un numero di container pari a quello caricabile su 13 vagoni.

Nella forma di realizzazione di figura 3, la gru di banchina può essere collocata in una posizione qualsiasi, naturalmente dipendente dalla posizione dell’imbarcazione B. L’unica condizione necessaria à ̈ quella di avere uno spazio di deposito libero di fronte alla gru di banchina, corrispondente ad almeno due container.

Nella forma di realizzazione di figura 3, l’operazione di scarico dei container dall’imbarcazione B prevede il prelievo dei container da parte della gru di banchina 5, e la loro disposizione nello spazio di “polmone†7 che si trova al di sotto del braccio della gru di banchina 5. La gru di binario 6 preleva quindi i container da tale postazione per trasferirli direttamente sui carri pianale dei treni, oppure, per spostarli in un’altra posizione dello spazio di “polmone†7.

Corrispondentemente, il caricamento dell’imbarcazione B prevede lo scarico dei container dai treni fermi sui binari 2†da parte della gru di binario 6, e la sistemazione di questi ad opera della stessa gru di binario 6 nello spazio 7 che si trova al di sotto del braccio della gru di banchina 5. Quest’ultima provvede infine a caricare i container depositati al di sotto del suo braccio sull’imbarcazione B.

La forma di realizzazione di figura 3 presenta il grosso vantaggio di sfruttare, come già detto precedentemente, lo spazio 7 adiacente ai binari 2†quale polmone per il flusso di container fra la gru di banchina e i treni sui binari 2†. Grazie allo spazio 7, la gru di banchina 5 può scaricare container dall’imbarcazione B anche quando non vi sia alcun treno sui binari 2†, in quanto in tal caso la gru di binario 6 può provvedere di sistemare tali container in tale spazio di “polmone†7, in attesa che nel frattempo arrivi un treno su cui tali container potranno essere caricati. In modo analogo, container destinati ad essere caricati sull’imbarcazione B possono essere scaricati dai treni anche quando non vi sia alcuna gru di banchina disponibile, in quanto la gru di binario 6 può comunque disporre momentaneamente i container nello spazio di “polmone†7, in attesa che una gru di banchina inizi ad operare.

In una forma di realizzazione preferita à ̈ possibile prevedere una piattaforma che si interpone fra la gru di banchina 5 e lo spazio di “polmone†7, adiacente ai binari 2†, e che si trova ad un’altezza di circa 7 m dal suolo. Questa piattaforma consentirebbe di rendere ancor più indipendenti le operazioni della gru di banchina da quelle della gru di binario.

Facendo nuovamente riferimento alla figura 1, oltre il corridoio 4, i mezzi di trasporto a rotaia prevedono uno o più binari diretti al sito di stoccaggio S. Come visibile in figura 1, prima del sito di stoccaggio S à ̈ possibile prevedere una zona intermedia I in cui i container vengono trattati con lavorazioni intermedie.

Il sito di stoccaggio S à ̈ costituito da un sito di gestione dei container ad elevata automazione. In tale sito vengono in particolare utilizzate gru a portale denominate RMG (rail mounted gantry crane) che sono in grado di effettuare da sole lo scarico dei treni ed il successivo riordino dei container con una produttività estremamente elevata. Un esempio di realizzazione di tale sito di stoccaggio à ̈ illustrato in figura 5. Come visibile in tale figura, lungo i binari dei treni 11 che arrivano in corrispondenza del sito di stoccaggio à ̈ prevista una prima serie di gru a portali 12, mobili lungo una direzione parallela ai binari 11, le quali sono atte ad effettuare lo scarico rapido della merce nell’area immediatamente adiacente ai binari. Nel sito di stoccaggio S inoltre à ̈ prevista una seconda serie di gru a portale 13, mobili lungo una direzione sostanzialmente perpendicolare a quella dei binari, le quali sono atte a sistemare i container nelle aree di stoccaggio.

Il modulo di stoccaggio rappresentato in figura 5 Ã ̈ in grado di gestire un numero di container dipendente dal numero di livelli di impilamento pari a 24000 TEU (Twenty-Foot Equivalent Unit) per livello.

Come à ̈ visibile in figura 5, il sito di stoccaggio S prevede, inoltre, vie 14 che passano fra due file distinte di aree di stoccaggio, su cui si muovono mezzi di traslazione quali piattaforme elettrificate o AGV (Automated guided vehicle) in grado di agevolare le operazioni di ordinamento fra le aree di stoccaggio. All’interno del sito di stoccaggio S à ̈ altresì integrato uno scalo ferroviario 15 collegato alla rete ferroviaria nazionale.

I mezzi di sollevamento e movimentazione dei container utilizzati nel sistema 1, quali la gru di banchina e la gru di portale possono essere di un qualsiasi tipo idoneo agli scopi sopra indicati.

In particolare, la gru di banchina può essere una gru di banchina convenzionale a doppio carrello. Tali gru sono composte da due carrelli dotati di spreader, che utilizzano una piattaforma intermedia (denominata pancia della gru), su cui depositare i container. Su tale piattaforma si possono portare a termine le operazioni di aggancio/sgancio degli elementi di bloccaggio dei container. In corrispondenza della piattaforma intermedia sono inoltre previsti mezzi atti a ruotare i container di un angolo pari all’angolo q di inclinazione dei binari 2†rispetto alla direzione P’ della banchina P. Tali mezzi possono, ad esempio, essere costituiti da una piattaforma rotante o da un dispositivo installato sullo spreader del lato di terra per allineare il container con i binari. In alternativa si può anche sfruttare la tolleranza di posizionamento dello spreader quando inferiore all’inclinazione voluta facendo girare il container in due mosse. Nel sistema 1 possono, ad esempio, essere utilizzate gru di banchina del tipo commercializzato dalle società KONE e ZPMC.

Le gru di binario della zona di banchina possono essere anch’esse gru di tipo convenzionale, con uno spazio di lavoro sotto le zampe di circa 15 m.

I treni utilizzati nel sistema 1 sono costituiti da navette automatiche composte da motrice e carri pianali in grado di trasportare due file di container (double stack). Tali treni navetta sono in generale più corti rispetto a quelli convenzionali per il trasporto di container, a causa dei vincoli di lunghezza imposti dalla banchina. I carri pianali dei treni navetta possono essere anche di lunghezze differenti, in una combinazione che garantisca la migliore efficienza possibile di trasporto dei container.

Come accennato in precedenza, nel sistema in questione l’area di banchina per il carico e lo scarico dei container, sulla e dalla nave, à ̈ separata dall’area di stoccaggio e smaltimento dei container, la quale in particolare viene vantaggiosamente disposta in una zona dell’entroterra facilmente accessibile e con grande disponibilità di spazio. Grazie alla particolare disposizione dei binari 2†sulla zona di banchina, il sistema secondo la presente invenzione consente inoltre di ridurre l’estensione dell’area di porto sul mare rispetto ai sistemi noti, a parità di numero di container gestiti. Infatti, a differenza dei sistemi portuali della tecnica nota descritti all’inizio, in cui vi à ̈ la necessità di prevedere, oltre allo spazio per il modulo di binari intermodali, uno spazio dedicato ad un flusso di mezzi su ruota per il trasporto di container fra la gru di banchina e i binari, nel sistema qui descritto il modulo di binari à ̈ direttamente interfacciato con le gru di banchina cosicché nella zona di banchina à ̈ solamente necessario prevedere uno spazio per accogliere tale modulo.

Le figure 6 e 7 rappresentano due schemi di organizzazione differenti di un sistema automatico del tipo come sopra descritto, per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto ed un sito di stoccaggio situato nell’entroterra. La figura 6 mostra una soluzione del sistema in cui à ̈ previsto un unico sito di stoccaggio che comunica da una parte con la banchina e dall’altra con le reti autostradale e ferroviaria. La figura 7 rappresenta invece un sistema ad organizzazione modulare in cui sono previsti una pluralità di siti di stoccaggio di dimensioni ridotte che comunicano ciascuno con la banchina e le reti autostradale e ferroviaria. In quest’ultimo caso i siti di stoccaggio risultano adattabili con più facilità all’ambiente esterno in quanto di minori dimensioni.

Grazie al fatto che il modulo di binari dei mezzi di trasporto a rotaia sia direttamente interfacciabile alle gru di banchina, cosa che, come già detto in precedenza, à ̈ ottenuta grazie alla particolare disposizione dei binari 2†di tale modulo, il numero di operatori necessari per il trasporto dei container dalla nave ai treni à ̈ estremamente ridotto. E’ quindi possibile creare un’architettura di gestione dei container completamente strutturata. Il sistema sopra descritto à ̈ in particolar modo gestito tramite una logica di controllo strutturata su più livelli, in cui le funzioni di controllo e gestione centrali sono separate dalle funzioni di controllo locale.

L’unità centrale di controllo ha il compito di:

1. programmare gli indirizzamenti delle navette in funzione delle esigenze di carico e dei tempi necessari;

2. sincronizzare la gestione delle funzioni ordinarie integrandole con la gestione dei buffer e delle operazioni speciali;

3. monitorare l’intero sistema seguendo il movimento di tutti i container;

4. intervenire quando necessario con procedure per affrontare le situazioni di emergenza;

5. supervisionare il traffico sulle linee di collegamento tra banchine e porto secco.

Per le operazioni del punto 3, sono previsti mezzi di controllo atti ad individuare la posizione dei container sulla base della posizione delle navette e della posizione in cui i container vengono caricati su di esse.

Il livello di governo locale à ̈ distribuito in alcuni punti dell’impianto e svolge funzioni che non hanno sostanziale influenza sull’andamento generale del sistema. Le operazioni che sono affidate ai sotto-sistemi locali sono:

1. gestione delle navette in uscita dai binari di carico lungo la banchina,

2. gestione delle navette in ingresso sui binari di carico lungo la banchina,

3. gestione locale dei binari di Buffer,

4. gestione delle precedenze.

Per la funzionalità delle operazioni di governo locale occorre utilizzare serie di condizioni di tipo logico o di altro tipo e criteri di scelta casuali nelle precedenze.

Per poter effettuare i controlli sopra indicati la sensoristica rappresenta un punto rilevante per l’intero sistema. Al riguardo possono essere utilizzati sistemi di sensoristica utilizzanti comunicazioni di tipo wireless. È ulteriormente possibile utilizzare sistemi basati su transponder, con elementi passivi distribuiti a breve distanza lungo i binari che possono rispondere a segnali di interrogazione emessi da antenne montate sotto la locomotiva e l’ultimo carro. Con queste disposizioni, a costi contenuti si può identificare il moto del treno in maniera univoca, ricavando i dati di posizione, velocità e direzione di avanzamento della navetta. La guida delle navette può utilizzare anche sensori del tipo laser o radar, per il rilevamento diretto della distanza dal veicolo che precede, attuando così una guida del tipo a “distanza controllata†.

Con riferimento alle gru di binario, esse devono essere in grado di identificare con precisione il tipo di container che devono manipolare effettuando se possibile verifiche di lunghezza in modo da adattare gli spreader alle dimensioni in uso; inoltre à ̈ necessario acquisire il peso di ogni singolo container per permettere al sistema di controllo di ottimizzare il carico disposto sui treni. Il posizionamento delle gru di binario deve essere, inoltre, molto accurato e garantire la possibilità di gestire situazioni di emergenza e di interferenza con l’esterno. Il sistema di controllo delle gru di binario deve in particolar modo essere in grado di fermare tempestivamente la guida automatica delle stesse, nel caso venga rilevata, ad esempio tramite radar o sensori IR, una presenza estranea nel campo di lavoro delle gru.

L’interazione fra i sistemi di controllo à ̈ affidata a protocolli di comunicazione basati su sistemi wireless accoppiati a sistemi cablati ad onde convogliate e a sistemi ottici o ad ultrasuoni.

Con riferimento al controllo dei treni, questi vengono preferibilmente fatti viaggiare a velocità ridotta al fine di minimizzare gli spazi di frenata e di ottenere un risparmio energetico. Preferibilmente, i treni prevedono sistemi di frenatura con rigenerazione di corrente elettrica.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema automatico per la manipolazione ed il trasporto di container tra una banchina di porto (P) ed un sito di stoccaggio (S) situato nell’entroterra comprendente: - una gru di banchina (5) atta ad operare il carico e lo scarico di container per le navi che attraccano alla banchina, - mezzi di trasporto a rotaia (2) per il trasporto di detti container fra detta banchina e detto sito di stoccaggio, detti mezzi di trasporto comprendendo un modulo di binari (2’) destinati al carico e/o allo scarico dei container su e/o da treno in corrispondenza della zona di banchina, caratterizzato dal fatto che detto modulo di binari comprende una serie di binari (2†) fra loro paralleli che in corrispondenza di detta zona di banchina si estendono secondo una direzione inclinata rispetto a detta banchina di un angolo (q) compreso fra 0° e 90°, estremi esclusi.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta gru di banchina (5) Ã ̈ atta ad effettuare detto carico e/o scarico dei container su e/o da treno.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto modulo di binari comprende uno spazio (7) adiacente a detti binari che à ̈ predisposto per ricevere i container e che à ̈ servito da detta gru di banchina (5) e da una gru di binario (6), detta gru di binario (6) essendo mobile su rotaie lungo una direzione sostanzialmente parallela a detti binari (2†) per effettuare detto carico e/o scarico dei container su e/o da treno.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto spazio adiacente (7) si estende lungo detti binari (2†).
5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che detta gru di binario à ̈ una gru con una struttura a portale sovrastante uno o più di detti binari e detto spazio adiacente.
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’angolo di inclinazione (q) di detti binari rispetto a detta banchina à ̈ di un valore compreso fra 0° e 20°.
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto angolo di inclinazione (q) Ã ̈ di circa 7°.
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta gru di binario sovrasta due di detti binari.
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che uno di detti due binari à ̈ a raso in modo che lo spazio da esso occupato sia atto a ricevere container.
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasporto a rotaia comprendono treni a guida automatica (3) atti al trasporto di detti container e dal fatto che sono previsti mezzi di controllo dei container atti ad individuare la posizione dei container sulla base della posizione di detti treni e della posizione in cui i container sono caricati su detti treni.