輪胎式集裝箱門式起重機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究

何平

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海200125）

輪胎式集裝箱門式起重機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究

何平

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海200125）

本文在分析輪胎式集裝箱門式起重機(jī)能量消耗的基礎(chǔ)上，分別從能量輸出端、能量傳輸端及能量利用端3個(gè)部分論述了節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

輪胎式集裝箱門式起重機(jī)；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，加之能源緊缺問(wèn)題越來(lái)越突出，我國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能減排工作的開展。工業(yè)領(lǐng)域中，港口工業(yè)具有十分重要的作用，但其能源消耗、環(huán)境污染問(wèn)題也比較嚴(yán)重，促使交通部門提升了對(duì)港口節(jié)能減排工作的重視程度。輪胎式集裝箱門式起重機(jī)（RTG）作為港口工業(yè)發(fā)展中的重要設(shè)備，必然要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低污染?，F(xiàn)階段，各RTG制造商及配套商均已經(jīng)開始研發(fā)節(jié)能技術(shù)，以降低RTG的能耗，并減少使用過(guò)程中污染物的排放，促進(jìn)RTG整體工作效率的提升，最終，使港口工業(yè)更為繁榮的發(fā)展。通過(guò)本文的研究，旨在為RTG實(shí)際節(jié)能工作的開展提供參考。

1 RTG能量消耗分析

RTG屬于港口中移動(dòng)設(shè)備的一種，主要負(fù)責(zé)搬運(yùn)材料，往返于港口與堆場(chǎng)之間。RTG在裝卸集中箱時(shí)，可承受的重量達(dá)到50 t，速率為每分鐘1次。當(dāng)前，RTG的電主要來(lái)源于機(jī)載柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，AC升舉電動(dòng)機(jī)的速度能夠變化，其能量來(lái)自于變頻器，通過(guò)變頻器的電壓及頻率，保證提升與下降的正常進(jìn)行。每次提升時(shí)，AC電動(dòng)機(jī)所提供的功率均需要短暫的達(dá)到峰值狀態(tài)，而降低集中箱過(guò)程中，AC電動(dòng)機(jī)制止進(jìn)行，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，繼續(xù)提供能量。在整個(gè)升舉周期中，耗費(fèi)能量的40%均屬于可再生能源，對(duì)于下降過(guò)程中的可再生能源，RTG將其供給給機(jī)載電阻器，電阻器對(duì)其作出轉(zhuǎn)化，變?yōu)闊崃亢笤傧模瑫r(shí)，受到RTG高循環(huán)特性的影響，無(wú)法再次生產(chǎn)使用此種免費(fèi)能量。

2 RTG的節(jié)能技術(shù)

由上章分析內(nèi)容可知，RTG起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中需要消耗的能量比較大，而且可再生能源占據(jù)其中的40%，具有巨大的節(jié)能降耗空間，而且技能降耗工作涉及能量輸出端、傳輸端及利用終端。

2.1 能量輸出端節(jié)能技術(shù)

能量輸出端是指發(fā)電機(jī)組電能輸出部分，該部分主要采取將發(fā)電機(jī)組效率提升的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能，常規(guī)意義上講，就是將柴油機(jī)能量利用效率有效提高，目前，可采用的辦法包含兩種：

（1）提高柴油機(jī)效率。系統(tǒng)載荷并非是固定的，且不具備線性特征，普通RTG柴油機(jī)工作時(shí)，速度進(jìn)包含兩種，一是怠速，即待機(jī)狀態(tài)；二是全速，即工作狀態(tài)[1]。載荷不大情況下，柴油機(jī)的效率并不高，導(dǎo)致能量浪費(fèi)產(chǎn)生。在某種需求功率中，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不同，油耗也會(huì)存在差異，這是由其特性所決定的，根據(jù)特性曲線，將轉(zhuǎn)速與油耗之間的關(guān)系處于最佳時(shí)的功率找出，以此功率為參照，控制柴油機(jī)，使柴油機(jī)的工作效率得到提升，降低能耗?，F(xiàn)階段，對(duì)于提高柴油機(jī)的運(yùn)行效率，使其油耗處于最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)中的研究，西門子、安川電機(jī)等公司均已經(jīng)開始研究，并推出了節(jié)能型RTG，能夠較好的滿足需求。

（2）油改電。RTG油改電是指將市電供電裝置增加到其中，起重機(jī)吊起貨物時(shí)，所用電來(lái)源于市電，轉(zhuǎn)場(chǎng)后，電來(lái)源于柴油機(jī)。油改電方式包含兩種，一種為滑觸線供電，供電線路采用大跨距高架鐵塔架空滑線，對(duì)辮子、滑導(dǎo)受電做出支撐，保證RTG能夠正常工作；另一種為電纜卷筒供電，該方案中，將電纜卷盤增加到RTG一側(cè)中，在電纜卷盤上纏繞電纜，RTG整機(jī)供電回路與電纜的一端相連接，并于地面電纜槽中放置另一端，引伸出后，與市電接線箱相連接，RTG運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)其與市電接線箱的間距，電纜卷盤完成電纜的收放工作。油改電后，在大型燃煤發(fā)電機(jī)組作用下，得到所需的電能，提升RTG的工作小效率，并減少能源的消耗[2]。

2.2 能量傳輸端節(jié)能技術(shù)

能量傳輸端是指發(fā)電機(jī)與起重機(jī)負(fù)載之間的部分，該部分節(jié)能的關(guān)鍵在于將電動(dòng)機(jī)的效率有效提升。銅損、鐵損減小后，即可實(shí)現(xiàn)提高電動(dòng)機(jī)效率。電動(dòng)機(jī)中引入變頻技術(shù)后，不僅使電動(dòng)機(jī)效率提升變?yōu)榭赡?，而且提高幅度非常大。?yīng)用變頻技術(shù)后，用電設(shè)備供電頻率的改變能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備輸出功率的有效控制。變頻技術(shù)之所以能將軸輸出功率改變，原因在于其具備變頻調(diào)速功能，通過(guò)實(shí)際需要，對(duì)輸出功率做出合理的調(diào)整，減少輸入功率的同時(shí)，提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。變頻傳統(tǒng)調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn)：原有設(shè)備無(wú)需做出改動(dòng)，電機(jī)也包含其中；調(diào)速時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)，使傳動(dòng)設(shè)備的要求充分滿足；啟動(dòng)時(shí)，在變頻器軟啟動(dòng)作用下，可避免電網(wǎng)受到電流沖擊的影響，促進(jìn)電源容量減少，并將機(jī)械慣動(dòng)量降低，減輕損耗；電源頻率不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，控制方法包含手動(dòng)和自動(dòng)兩種；低速狀態(tài)下，具有良好的定轉(zhuǎn)矩輸出、低速過(guò)載能力；電機(jī)轉(zhuǎn)速提高、且增加功率后，會(huì)提升功率因數(shù)。

2.3 能量利用終端節(jié)能技術(shù)

能量利用終端是指起重機(jī)。RTG工作時(shí)，可將整個(gè)過(guò)程分解為4步，分別為起升、小車運(yùn)行、下降和大車運(yùn)行，整個(gè)工作完成后，原本處于集卡車上的集中箱被RTG搬運(yùn)到堆場(chǎng)中。集中箱置于堆場(chǎng)中后，假設(shè)其所處高度等于集卡車上的高度，搬運(yùn)完成后，會(huì)改變集中箱的動(dòng)能及勢(shì)能，依據(jù)牛頓第二定律等相關(guān)定律可知，小車行走過(guò)程中，集中箱的摩擦力×位移的結(jié)果即為輪胎式場(chǎng)橋?qū)ζ渌龅墓?，輪胎式?chǎng)橋做功時(shí)，其他功均屬于無(wú)用功，理想狀態(tài)為，可將其視為0.RTG裝卸集中箱過(guò)程中，負(fù)載的起升與加速為主要消耗能量的部分，而有用功范圍中并不包含該部分能量，在負(fù)載下降、減速時(shí)，該部分能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，變?yōu)殡娔?，提供給電阻器后，轉(zhuǎn)為熱能被消耗掉。負(fù)載起升、加速時(shí)，如果可以回收該部分能量，那么負(fù)載橫向移動(dòng)過(guò)程中，只需消耗起重機(jī)的能耗，由此即可降低起重機(jī)的能耗。

3 其他節(jié)能技術(shù)

分析RTG的能流發(fā)現(xiàn)，負(fù)載起升、加速時(shí)，消耗的能量并非為最終有效能，此過(guò)程中，如果能將消耗能量最大限度的減小，也可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。節(jié)能效果的獲得可以從多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行，如將負(fù)載提升高度降低、使負(fù)載運(yùn)行速度減小、使小車重量減輕等，不過(guò)在采用這些方式時(shí)，會(huì)在一定程度上影響生產(chǎn)的效率，甚至增加RTG生產(chǎn)時(shí)的危險(xiǎn)性，因此，選擇節(jié)能技術(shù)時(shí)，還應(yīng)充分考慮RTG的工作效率及安全性。

4 應(yīng)用實(shí)例

以某港口的RTG為例，起升機(jī)構(gòu)鉤起重量為41 t，起升時(shí)，速度為25.5 m/min，高度為19 m，機(jī)械系統(tǒng)效率0.92，重力加速度9.8 m/s2，變頻器直流母線的電壓最小為400 V，最大為600 V，節(jié)能時(shí)采用超級(jí)電容，同時(shí)，對(duì)超級(jí)電容大小做出確定。根據(jù)功率約束可知，超級(jí)電容容量與電流之間的乘積應(yīng)在153.4 kW以上，而轉(zhuǎn)換器的額定電流并不超過(guò)500 A，因此，超級(jí)電容的容量應(yīng)為305 V.經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，超級(jí)電容容量越大時(shí)，電容利用效率越高，可有效地減少電容組成本，系統(tǒng)能量回饋時(shí)，滿足其需求的額定電壓為600 V.基于此，實(shí)現(xiàn)RTG節(jié)能時(shí)，采取多個(gè)電容組合的形式。應(yīng)用后，與普通RTG相比，節(jié)能率在23.8%左右。

5 結(jié)束語(yǔ)

港口工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，RTG為必不可少的機(jī)械設(shè)備之一，為使RTG與國(guó)家的節(jié)能減排號(hào)召相適應(yīng)，需要采用相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)降低RTG運(yùn)行過(guò)程中的能耗，并減少污染物的排放，通過(guò)能量輸出端、傳輸端及利用段相應(yīng)節(jié)能技術(shù)方法的應(yīng)用，可從整體上減少RTG的能量消耗，并提升能源的利用效率，與國(guó)家的發(fā)展要求相適應(yīng)，鑒于RTG在港口中的重要作用，其節(jié)能技術(shù)的研究具有非產(chǎn)廣闊的發(fā)展空間，而新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用也將促使RTG的節(jié)能效果進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，促進(jìn)港口工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]李竹森，羅君文.起重機(jī)節(jié)能技術(shù)概述及展望[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2014（05）：145-146.

[2]蔡添.基于輪胎式集裝箱門式起重機(jī)“油改電”的研究[J].珠江水運(yùn)，2016（05）：60-61.

Study on Energy Saving Technology of Rubber Tire Container Gantry Crane

HE Ping
（Shanghai Zhenhua Heavy Industry（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China）

Based on the analysis of RTG energy consumption，energy output from 3 parts，energy transmission and energy end by end discusses the specific application of energy saving technology，to achieve the purpose of energy saving.

rubber tire container gantry crane；energy saving technology；application

TH213

A

1672-545X（2017）03-0157-03

2016-12-14

何平（1984-），男，，湖北潛江人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：港口起重機(jī)制造、維修及改造。