龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造

徐旭麗等

隨著我國(guó)人口的增長(zhǎng)，資源被大規(guī)模開(kāi)采，可利用能源日益減少。為此，節(jié)能降耗成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。寧波港吉（意寧）碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱港吉碼頭）積極響應(yīng)節(jié)能號(hào)召，進(jìn)行龍門(mén)吊“油改電”高架滑觸線供電模式改造，每年可節(jié)約能源成本2 000多萬(wàn)元人民幣，節(jié)能效率達(dá)67%。2013年，港吉碼頭針對(duì)龍門(mén)吊在正常待機(jī)狀態(tài)下不管有無(wú)作業(yè)指令其吊具電機(jī)（原異步電機(jī)）均處于工作狀態(tài)，從而使電機(jī)在空載狀態(tài)下的能耗在龍門(mén)吊作業(yè)能耗中所占比例較大的問(wèn)題，提出龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造方案，使龍門(mén)吊吊具作業(yè)能耗降低66.36%，龍門(mén)吊作業(yè)能耗降低7.90%。

1 龍門(mén)吊吊具空載能耗情況

從港吉碼頭設(shè)備設(shè)施監(jiān)控中心隨機(jī)調(diào)取12臺(tái)龍門(mén)吊作業(yè)數(shù)據(jù)如表1所示，由此可見(jiàn)：（1）龍門(mén)吊作業(yè)箱量與其通電時(shí)間、作業(yè)時(shí)間、空載時(shí)間基本呈同一變化趨勢(shì)，說(shuō)明吊箱越多，作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，空載時(shí)間也越長(zhǎng)；（2）龍門(mén)吊吊具空載時(shí)間占通電時(shí)間比例的平均值為70%左右，這表明龍門(mén)吊吊具電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間占整個(gè)作業(yè)時(shí)間的比值較大，吊具空載能耗較高；（3）龍門(mén)吊平均單箱作業(yè)時(shí)間約為/TEU，其實(shí)際通電時(shí)間為4.07 min，這說(shuō)明吊具電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間為；（4）有必要優(yōu)化吊具電機(jī)運(yùn)行模式，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的；（5）龍門(mén)吊吊具空載時(shí)間越短，其作業(yè)時(shí)間越接近通電時(shí)間。

2 龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造

伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)迅猛發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各品牌交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品，并不斷加以完善和更新；20世紀(jì)90年代，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

伺服電機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)電刷和換向器，工作可靠性較高，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)的要求較低；（2）定子繞組散熱比較方便；（3）慣性小，易于提高系統(tǒng)速度；（4）適應(yīng)高速大力矩工作狀態(tài)；（5）同功率下的體積和質(zhì)量較小。相比之下，三相異步電機(jī)在待機(jī)時(shí)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速不易調(diào)整，導(dǎo)致其空載能耗較大。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由BMZ2310- 20FR交流伺服電機(jī)（由寧波威駿電子科技有限公司制造）、IS300匯川伺服驅(qū)動(dòng)器、易福門(mén)壓力傳感器、GR47-32CC SETTIMA螺紋泵等組成。

龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造步驟如下：拆下龍門(mén)吊原吊具電機(jī)、液壓泵及附屬裝置；安裝伺服電機(jī)及螺紋泵，將驅(qū)動(dòng)器安裝在配電箱里，并鋪設(shè)電纜。

吊具伺服電機(jī)節(jié)能工作原理如下：在吊具程序中增加一個(gè)“或”門(mén)，開(kāi)閉鎖或伸縮命令發(fā)出后，吊具程序輸出信號(hào)，變頻器接收信號(hào)，驅(qū)動(dòng)吊具泵（即螺紋泵）工作。在無(wú)指令狀態(tài)下，吊具驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)（/min）；待開(kāi)閉鎖或伸縮指令發(fā)出后，伺服電機(jī)立即提升轉(zhuǎn)速（達(dá)到～/min），使油泵輸出油壓。油泵的油量和油壓可由驅(qū)動(dòng)器程序設(shè)定，也可由驅(qū)動(dòng)器外接信號(hào)控制。

單臺(tái)吊具伺服電機(jī)系統(tǒng)的改造成本為元人民幣。

3 龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造后的能耗情況

3.1 R15龍門(mén)吊伺服電機(jī)與R18龍門(mén)吊異步電機(jī)能耗比較

將R15龍門(mén)吊異步電機(jī)改造為交流伺服電機(jī)，測(cè)定交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具電耗數(shù)據(jù)；同時(shí)，測(cè)定R18龍門(mén)吊異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具電耗數(shù)據(jù)，并分析模擬和實(shí)際作業(yè)能耗數(shù)據(jù)。

R15和R18龍門(mén)吊模擬試車4 h，吊具從最高點(diǎn)放下→吊箱（包括閉鎖）→升至最高點(diǎn)→放箱（包括開(kāi)鎖）→升至最高點(diǎn)，每小時(shí)完成15個(gè)以上完整動(dòng)作，吊具伸縮5次。測(cè)得R15和R18龍門(mén)吊吊具模擬作業(yè)能耗數(shù)據(jù)如表2所示，由此可見(jiàn)：（1）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的能耗大大降低，不到由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具能耗的1/3；（2）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的節(jié)能效率達(dá)70%，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有利于降低吊具空載能耗；（3）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“油改電”龍門(mén)吊（以下簡(jiǎn)稱電車型龍門(mén)吊）可節(jié)能約9%。

統(tǒng)計(jì)2013年3月R15和R18龍門(mén)吊作業(yè)箱量并測(cè)取其吊具電耗數(shù)據(jù)如表3所示，由此可見(jiàn)：（1）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的實(shí)際作業(yè)能耗較低，約為由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具能耗的1/3；（2）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的吊具實(shí)際作業(yè)節(jié)能約66%；（3）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電車龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能約8%。

3.2 電車型龍門(mén)吊與柴油龍門(mén)吊能耗比較

將R15、R17、R20、R21和R26龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)后：測(cè)取2013年9月R15龍門(mén)吊在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模式下的作業(yè)箱量和油耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出作業(yè)單耗，并將之與吊具電機(jī)改造前（2012年9月）的作業(yè)單耗對(duì)比，計(jì)算柴油龍門(mén)吊的節(jié)能效率；測(cè)取R17、R20、R21和R26龍門(mén)吊在電動(dòng)機(jī)模式下的作業(yè)箱量和電耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出作業(yè)單耗，并將之與吊具電機(jī)改造前（上年同期）的作業(yè)單耗對(duì)比，計(jì)算電車型龍門(mén)吊的節(jié)能效率（見(jiàn)表4）。可見(jiàn)，吊具由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的龍門(mén)吊作業(yè)能耗較低，柴油龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能效率達(dá)7.92%，電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能效率達(dá)7.90%。

港吉碼頭有龍門(mén)吊60臺(tái)，將龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)，按每臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)能效率7.90%估算2012年和2013年港吉碼頭節(jié)約的能源成本（見(jiàn)表5）。

（1）港吉碼頭龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)后，2012年節(jié)約能源成本總計(jì)元人民幣，單箱節(jié)約能源成本0.20元人民幣/TEU，單臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)約能源成本元人民幣；2013年節(jié)約能源成本人民幣，單箱節(jié)約能源成本0.21元人民幣/TEU，單臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)約能源成本元人民幣。

（2）實(shí)施龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造后，2012年港吉碼頭電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約電能成本元人民幣，節(jié)約電能€I6h，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳，減排碳；油車型（柴油）龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約柴油成本元人民幣，節(jié)約柴油，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳。

（3）2013年港吉碼頭電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約電能成本元人民幣，節(jié)約電能€I6h ，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳，減排碳；油車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約柴油成本元人民幣，節(jié)約柴油，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳。

（4）以伺服電機(jī)作為吊具驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的油車型龍門(mén)吊比電車型龍門(mén)吊在節(jié)能成本方面表現(xiàn)更佳：2012年港吉碼頭單臺(tái)油車型龍門(mén)吊節(jié)約能源成本人民幣，2013年單臺(tái)節(jié)約能源成本人民幣，而改造成本僅元人民幣，使用不到1年便可收回投資成本；相比之下，2013年單臺(tái)電車型龍門(mén)吊節(jié)約成本元人民幣左右，使用2年后基本可收回投資成本。

（5）龍門(mén)吊吊具改為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，港吉碼頭每年可節(jié)約能源成本100多萬(wàn)元人民幣。

5 結(jié)束語(yǔ)

龍門(mén)吊吊具改用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：有利于減少空載能耗及節(jié)約碼頭運(yùn)營(yíng)成本；由于龍門(mén)吊作業(yè)時(shí)伺服電機(jī)不持續(xù)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，噪聲大大減??；伺服電機(jī)系統(tǒng)的吊具泵系統(tǒng)壓力和流量采用雙閉環(huán)控制方式，液壓系統(tǒng)按照實(shí)際需要的流量和壓力供油，解決了普通液壓泵系統(tǒng)高溢流導(dǎo)致高能耗的問(wèn)題。總之，龍門(mén)吊吊具伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在節(jié)約資源、降低成本、提升性能、改善工況等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。隨著伺服技術(shù)不斷完善、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格下調(diào)以及業(yè)界對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的深入了 解，采用吊具伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將成為龍門(mén)吊未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

隨著我國(guó)人口的增長(zhǎng)，資源被大規(guī)模開(kāi)采，可利用能源日益減少。為此，節(jié)能降耗成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。寧波港吉（意寧）碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱港吉碼頭）積極響應(yīng)節(jié)能號(hào)召，進(jìn)行龍門(mén)吊“油改電”高架滑觸線供電模式改造，每年可節(jié)約能源成本2 000多萬(wàn)元人民幣，節(jié)能效率達(dá)67%。2013年，港吉碼頭針對(duì)龍門(mén)吊在正常待機(jī)狀態(tài)下不管有無(wú)作業(yè)指令其吊具電機(jī)（原異步電機(jī)）均處于工作狀態(tài)，從而使電機(jī)在空載狀態(tài)下的能耗在龍門(mén)吊作業(yè)能耗中所占比例較大的問(wèn)題，提出龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造方案，使龍門(mén)吊吊具作業(yè)能耗降低66.36%，龍門(mén)吊作業(yè)能耗降低7.90%。

1 龍門(mén)吊吊具空載能耗情況

從港吉碼頭設(shè)備設(shè)施監(jiān)控中心隨機(jī)調(diào)取12臺(tái)龍門(mén)吊作業(yè)數(shù)據(jù)如表1所示，由此可見(jiàn)：（1）龍門(mén)吊作業(yè)箱量與其通電時(shí)間、作業(yè)時(shí)間、空載時(shí)間基本呈同一變化趨勢(shì)，說(shuō)明吊箱越多，作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，空載時(shí)間也越長(zhǎng)；（2）龍門(mén)吊吊具空載時(shí)間占通電時(shí)間比例的平均值為70%左右，這表明龍門(mén)吊吊具電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間占整個(gè)作業(yè)時(shí)間的比值較大，吊具空載能耗較高；（3）龍門(mén)吊平均單箱作業(yè)時(shí)間約為/TEU，其實(shí)際通電時(shí)間為4.07 min，這說(shuō)明吊具電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間為；（4）有必要優(yōu)化吊具電機(jī)運(yùn)行模式，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的；（5）龍門(mén)吊吊具空載時(shí)間越短，其作業(yè)時(shí)間越接近通電時(shí)間。

2 龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造

伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)迅猛發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各品牌交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品，并不斷加以完善和更新；20世紀(jì)90年代，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

伺服電機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)電刷和換向器，工作可靠性較高，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)的要求較低；（2）定子繞組散熱比較方便；（3）慣性小，易于提高系統(tǒng)速度；（4）適應(yīng)高速大力矩工作狀態(tài)；（5）同功率下的體積和質(zhì)量較小。相比之下，三相異步電機(jī)在待機(jī)時(shí)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速不易調(diào)整，導(dǎo)致其空載能耗較大。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由BMZ2310- 20FR交流伺服電機(jī)（由寧波威駿電子科技有限公司制造）、IS300匯川伺服驅(qū)動(dòng)器、易福門(mén)壓力傳感器、GR47-32CC SETTIMA螺紋泵等組成。

龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造步驟如下：拆下龍門(mén)吊原吊具電機(jī)、液壓泵及附屬裝置；安裝伺服電機(jī)及螺紋泵，將驅(qū)動(dòng)器安裝在配電箱里，并鋪設(shè)電纜。

吊具伺服電機(jī)節(jié)能工作原理如下：在吊具程序中增加一個(gè)“或”門(mén)，開(kāi)閉鎖或伸縮命令發(fā)出后，吊具程序輸出信號(hào)，變頻器接收信號(hào)，驅(qū)動(dòng)吊具泵（即螺紋泵）工作。在無(wú)指令狀態(tài)下，吊具驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)（/min）；待開(kāi)閉鎖或伸縮指令發(fā)出后，伺服電機(jī)立即提升轉(zhuǎn)速（達(dá)到～/min），使油泵輸出油壓。油泵的油量和油壓可由驅(qū)動(dòng)器程序設(shè)定，也可由驅(qū)動(dòng)器外接信號(hào)控制。

單臺(tái)吊具伺服電機(jī)系統(tǒng)的改造成本為元人民幣。

3 龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造后的能耗情況

3.1 R15龍門(mén)吊伺服電機(jī)與R18龍門(mén)吊異步電機(jī)能耗比較

將R15龍門(mén)吊異步電機(jī)改造為交流伺服電機(jī)，測(cè)定交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具電耗數(shù)據(jù)；同時(shí)，測(cè)定R18龍門(mén)吊異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具電耗數(shù)據(jù)，并分析模擬和實(shí)際作業(yè)能耗數(shù)據(jù)。

R15和R18龍門(mén)吊模擬試車4 h，吊具從最高點(diǎn)放下→吊箱（包括閉鎖）→升至最高點(diǎn)→放箱（包括開(kāi)鎖）→升至最高點(diǎn)，每小時(shí)完成15個(gè)以上完整動(dòng)作，吊具伸縮5次。測(cè)得R15和R18龍門(mén)吊吊具模擬作業(yè)能耗數(shù)據(jù)如表2所示，由此可見(jiàn)：（1）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的能耗大大降低，不到由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具能耗的1/3；（2）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的節(jié)能效率達(dá)70%，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有利于降低吊具空載能耗；（3）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“油改電”龍門(mén)吊（以下簡(jiǎn)稱電車型龍門(mén)吊）可節(jié)能約9%。

統(tǒng)計(jì)2013年3月R15和R18龍門(mén)吊作業(yè)箱量并測(cè)取其吊具電耗數(shù)據(jù)如表3所示，由此可見(jiàn)：（1）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的實(shí)際作業(yè)能耗較低，約為由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具能耗的1/3；（2）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的吊具實(shí)際作業(yè)節(jié)能約66%；（3）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電車龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能約8%。

3.2 電車型龍門(mén)吊與柴油龍門(mén)吊能耗比較

將R15、R17、R20、R21和R26龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)后：測(cè)取2013年9月R15龍門(mén)吊在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模式下的作業(yè)箱量和油耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出作業(yè)單耗，并將之與吊具電機(jī)改造前（2012年9月）的作業(yè)單耗對(duì)比，計(jì)算柴油龍門(mén)吊的節(jié)能效率；測(cè)取R17、R20、R21和R26龍門(mén)吊在電動(dòng)機(jī)模式下的作業(yè)箱量和電耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出作業(yè)單耗，并將之與吊具電機(jī)改造前（上年同期）的作業(yè)單耗對(duì)比，計(jì)算電車型龍門(mén)吊的節(jié)能效率（見(jiàn)表4）?？梢?jiàn)，吊具由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的龍門(mén)吊作業(yè)能耗較低，柴油龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能效率達(dá)7.92%，電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能效率達(dá)7.90%。

港吉碼頭有龍門(mén)吊60臺(tái)，將龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)，按每臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)能效率7.90%估算2012年和2013年港吉碼頭節(jié)約的能源成本（見(jiàn)表5）。

（1）港吉碼頭龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)后，2012年節(jié)約能源成本總計(jì)元人民幣，單箱節(jié)約能源成本0.20元人民幣/TEU，單臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)約能源成本元人民幣；2013年節(jié)約能源成本人民幣，單箱節(jié)約能源成本0.21元人民幣/TEU，單臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)約能源成本元人民幣。

（2）實(shí)施龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造后，2012年港吉碼頭電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約電能成本元人民幣，節(jié)約電能€I6h，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳，減排碳；油車型（柴油）龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約柴油成本元人民幣，節(jié)約柴油，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳。

（3）2013年港吉碼頭電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約電能成本元人民幣，節(jié)約電能€I6h ，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳，減排碳；油車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約柴油成本元人民幣，節(jié)約柴油，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳。

（4）以伺服電機(jī)作為吊具驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的油車型龍門(mén)吊比電車型龍門(mén)吊在節(jié)能成本方面表現(xiàn)更佳：2012年港吉碼頭單臺(tái)油車型龍門(mén)吊節(jié)約能源成本人民幣，2013年單臺(tái)節(jié)約能源成本人民幣，而改造成本僅元人民幣，使用不到1年便可收回投資成本；相比之下，2013年單臺(tái)電車型龍門(mén)吊節(jié)約成本元人民幣左右，使用2年后基本可收回投資成本。

（5）龍門(mén)吊吊具改為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，港吉碼頭每年可節(jié)約能源成本100多萬(wàn)元人民幣。

5 結(jié)束語(yǔ)

龍門(mén)吊吊具改用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：有利于減少空載能耗及節(jié)約碼頭運(yùn)營(yíng)成本；由于龍門(mén)吊作業(yè)時(shí)伺服電機(jī)不持續(xù)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，噪聲大大減??；伺服電機(jī)系統(tǒng)的吊具泵系統(tǒng)壓力和流量采用雙閉環(huán)控制方式，液壓系統(tǒng)按照實(shí)際需要的流量和壓力供油，解決了普通液壓泵系統(tǒng)高溢流導(dǎo)致高能耗的問(wèn)題?？傊?，龍門(mén)吊吊具伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在節(jié)約資源、降低成本、提升性能、改善工況等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。隨著伺服技術(shù)不斷完善、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格下調(diào)以及業(yè)界對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的深入了 解，采用吊具伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將成為龍門(mén)吊未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

隨著我國(guó)人口的增長(zhǎng)，資源被大規(guī)模開(kāi)采，可利用能源日益減少。為此，節(jié)能降耗成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。寧波港吉（意寧）碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱港吉碼頭）積極響應(yīng)節(jié)能號(hào)召，進(jìn)行龍門(mén)吊“油改電”高架滑觸線供電模式改造，每年可節(jié)約能源成本2 000多萬(wàn)元人民幣，節(jié)能效率達(dá)67%。2013年，港吉碼頭針對(duì)龍門(mén)吊在正常待機(jī)狀態(tài)下不管有無(wú)作業(yè)指令其吊具電機(jī)（原異步電機(jī)）均處于工作狀態(tài)，從而使電機(jī)在空載狀態(tài)下的能耗在龍門(mén)吊作業(yè)能耗中所占比例較大的問(wèn)題，提出龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造方案，使龍門(mén)吊吊具作業(yè)能耗降低66.36%，龍門(mén)吊作業(yè)能耗降低7.90%。

1 龍門(mén)吊吊具空載能耗情況

從港吉碼頭設(shè)備設(shè)施監(jiān)控中心隨機(jī)調(diào)取12臺(tái)龍門(mén)吊作業(yè)數(shù)據(jù)如表1所示，由此可見(jiàn)：（1）龍門(mén)吊作業(yè)箱量與其通電時(shí)間、作業(yè)時(shí)間、空載時(shí)間基本呈同一變化趨勢(shì)，說(shuō)明吊箱越多，作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，空載時(shí)間也越長(zhǎng)；（2）龍門(mén)吊吊具空載時(shí)間占通電時(shí)間比例的平均值為70%左右，這表明龍門(mén)吊吊具電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間占整個(gè)作業(yè)時(shí)間的比值較大，吊具空載能耗較高；（3）龍門(mén)吊平均單箱作業(yè)時(shí)間約為/TEU，其實(shí)際通電時(shí)間為4.07 min，這說(shuō)明吊具電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間為；（4）有必要優(yōu)化吊具電機(jī)運(yùn)行模式，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的；（5）龍門(mén)吊吊具空載時(shí)間越短，其作業(yè)時(shí)間越接近通電時(shí)間。

2 龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造

伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)迅猛發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各品牌交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品，并不斷加以完善和更新；20世紀(jì)90年代，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

伺服電機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)電刷和換向器，工作可靠性較高，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)的要求較低；（2）定子繞組散熱比較方便；（3）慣性小，易于提高系統(tǒng)速度；（4）適應(yīng)高速大力矩工作狀態(tài)；（5）同功率下的體積和質(zhì)量較小。相比之下，三相異步電機(jī)在待機(jī)時(shí)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速不易調(diào)整，導(dǎo)致其空載能耗較大。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由BMZ2310- 20FR交流伺服電機(jī)（由寧波威駿電子科技有限公司制造）、IS300匯川伺服驅(qū)動(dòng)器、易福門(mén)壓力傳感器、GR47-32CC SETTIMA螺紋泵等組成。

龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造步驟如下：拆下龍門(mén)吊原吊具電機(jī)、液壓泵及附屬裝置；安裝伺服電機(jī)及螺紋泵，將驅(qū)動(dòng)器安裝在配電箱里，并鋪設(shè)電纜。

吊具伺服電機(jī)節(jié)能工作原理如下：在吊具程序中增加一個(gè)“或”門(mén)，開(kāi)閉鎖或伸縮命令發(fā)出后，吊具程序輸出信號(hào)，變頻器接收信號(hào)，驅(qū)動(dòng)吊具泵（即螺紋泵）工作。在無(wú)指令狀態(tài)下，吊具驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)（/min）；待開(kāi)閉鎖或伸縮指令發(fā)出后，伺服電機(jī)立即提升轉(zhuǎn)速（達(dá)到～/min），使油泵輸出油壓。油泵的油量和油壓可由驅(qū)動(dòng)器程序設(shè)定，也可由驅(qū)動(dòng)器外接信號(hào)控制。

單臺(tái)吊具伺服電機(jī)系統(tǒng)的改造成本為元人民幣。

3 龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造后的能耗情況

3.1 R15龍門(mén)吊伺服電機(jī)與R18龍門(mén)吊異步電機(jī)能耗比較

將R15龍門(mén)吊異步電機(jī)改造為交流伺服電機(jī)，測(cè)定交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具電耗數(shù)據(jù)；同時(shí)，測(cè)定R18龍門(mén)吊異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具電耗數(shù)據(jù)，并分析模擬和實(shí)際作業(yè)能耗數(shù)據(jù)。

R15和R18龍門(mén)吊模擬試車4 h，吊具從最高點(diǎn)放下→吊箱（包括閉鎖）→升至最高點(diǎn)→放箱（包括開(kāi)鎖）→升至最高點(diǎn)，每小時(shí)完成15個(gè)以上完整動(dòng)作，吊具伸縮5次。測(cè)得R15和R18龍門(mén)吊吊具模擬作業(yè)能耗數(shù)據(jù)如表2所示，由此可見(jiàn)：（1）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的能耗大大降低，不到由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具能耗的1/3；（2）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的節(jié)能效率達(dá)70%，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有利于降低吊具空載能耗；（3）在模擬作業(yè)情況下，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“油改電”龍門(mén)吊（以下簡(jiǎn)稱電車型龍門(mén)吊）可節(jié)能約9%。

統(tǒng)計(jì)2013年3月R15和R18龍門(mén)吊作業(yè)箱量并測(cè)取其吊具電耗數(shù)據(jù)如表3所示，由此可見(jiàn)：（1）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具的實(shí)際作業(yè)能耗較低，約為由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊具能耗的1/3；（2）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的吊具實(shí)際作業(yè)節(jié)能約66%；（3）由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電車龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能約8%。

3.2 電車型龍門(mén)吊與柴油龍門(mén)吊能耗比較

將R15、R17、R20、R21和R26龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)后：測(cè)取2013年9月R15龍門(mén)吊在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模式下的作業(yè)箱量和油耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出作業(yè)單耗，并將之與吊具電機(jī)改造前（2012年9月）的作業(yè)單耗對(duì)比，計(jì)算柴油龍門(mén)吊的節(jié)能效率；測(cè)取R17、R20、R21和R26龍門(mén)吊在電動(dòng)機(jī)模式下的作業(yè)箱量和電耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出作業(yè)單耗，并將之與吊具電機(jī)改造前（上年同期）的作業(yè)單耗對(duì)比，計(jì)算電車型龍門(mén)吊的節(jié)能效率（見(jiàn)表4）?？梢?jiàn)，吊具由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的龍門(mén)吊作業(yè)能耗較低，柴油龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能效率達(dá)7.92%，電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)能效率達(dá)7.90%。

港吉碼頭有龍門(mén)吊60臺(tái)，將龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)，按每臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)能效率7.90%估算2012年和2013年港吉碼頭節(jié)約的能源成本（見(jiàn)表5）。

（1）港吉碼頭龍門(mén)吊吊具電機(jī)改造為伺服電機(jī)后，2012年節(jié)約能源成本總計(jì)元人民幣，單箱節(jié)約能源成本0.20元人民幣/TEU，單臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)約能源成本元人民幣；2013年節(jié)約能源成本人民幣，單箱節(jié)約能源成本0.21元人民幣/TEU，單臺(tái)龍門(mén)吊節(jié)約能源成本元人民幣。

（2）實(shí)施龍門(mén)吊吊具電機(jī)節(jié)能技術(shù)改造后，2012年港吉碼頭電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約電能成本元人民幣，節(jié)約電能€I6h，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳，減排碳；油車型（柴油）龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約柴油成本元人民幣，節(jié)約柴油，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳。

（3）2013年港吉碼頭電車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約電能成本元人民幣，節(jié)約電能€I6h ，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳，減排碳；油車型龍門(mén)吊作業(yè)節(jié)約柴油成本元人民幣，節(jié)約柴油，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳。

（4）以伺服電機(jī)作為吊具驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的油車型龍門(mén)吊比電車型龍門(mén)吊在節(jié)能成本方面表現(xiàn)更佳：2012年港吉碼頭單臺(tái)油車型龍門(mén)吊節(jié)約能源成本人民幣，2013年單臺(tái)節(jié)約能源成本人民幣，而改造成本僅元人民幣，使用不到1年便可收回投資成本；相比之下，2013年單臺(tái)電車型龍門(mén)吊節(jié)約成本元人民幣左右，使用2年后基本可收回投資成本。

（5）龍門(mén)吊吊具改為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，港吉碼頭每年可節(jié)約能源成本100多萬(wàn)元人民幣。

5 結(jié)束語(yǔ)

龍門(mén)吊吊具改用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：有利于減少空載能耗及節(jié)約碼頭運(yùn)營(yíng)成本；由于龍門(mén)吊作業(yè)時(shí)伺服電機(jī)不持續(xù)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，噪聲大大減小；伺服電機(jī)系統(tǒng)的吊具泵系統(tǒng)壓力和流量采用雙閉環(huán)控制方式，液壓系統(tǒng)按照實(shí)際需要的流量和壓力供油，解決了普通液壓泵系統(tǒng)高溢流導(dǎo)致高能耗的問(wèn)題。總之，龍門(mén)吊吊具伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在節(jié)約資源、降低成本、提升性能、改善工況等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。隨著伺服技術(shù)不斷完善、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格下調(diào)以及業(yè)界對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的深入了 解，采用吊具伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將成為龍門(mén)吊未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。