集装箱码头轮胎吊油改电技术应用的研究

冯伟

摘 要：随着社会经济的发展，国家将推进节能减排工作、加快建设资源节约型、环境友好型社会作为我国经济社会发展的重大战略任务。国务院在对大气污染防治工作部署中提出“推进排放不达标工程机械、港作机械清洁化改造和淘汰，重点区域港口、机场新增和更换的作业机械主要采用清洁能源或新能源”。本文主要是在分析秦皇岛港集装箱码头传统RTC使用现状和存在问题的基础上，对RTG“油改电”技术进行了研究，进而对刚性滑触线“油改电”关键技术进行了梳理。

关键词：RTG; “油改电”技术;集装箱

秦皇岛港集装箱码头推进燃油轮胎式集装箱门式起重机（RTG）的“油改电”技术改造工作，既有利于落实国家节能减排政策，又有利于降低企业的生产成本，对加快向资源节约型、环境友好型港口转型，建设绿色低碳港口具有十分重要的积极意义。

1 传统RTG使用现状与存在的问题

秦皇岛港集装箱码头拟改造的轮胎式集装箱门式起重机为传统RTG，额定起重量为41t，配有一个可伸缩的装卸集装箱吊具，用于码头后方堆场堆垛集装箱和对拖挂车上的集装箱等重箱装卸作业，并可利用吊架或吊具的吊耳起吊特殊的集装箱或其它货物。

传统RTG常利用柴油发电机组作为动力源，存在能耗高、排放严重、使用成本高、维修保养工作量大等问题。

（1）传统RTG主要以柴油发电机组作为动力源，经过热能、机械能多种能量转换后变成电能，能量转换效率低，造成设备能耗大，用电成本高。根据RTG的工作特性，柴油机的功率需满足RTG的最大运行功率，为平均功率的3-5倍，因此柴油机大部分时间是在效率较低的状态下工作。

（2）传统RTG在转场、待机时，无功消耗很大，据计算平均一台RTG每小时空耗的柴油就达15升。

（3）柴油发电机组的日常维护成本较高。

（4）柴油发电机组大修成本较高。为保证柴油发电机组的正常运行，柴油发电机组每隔一定的时间就要进行大修，平均年D级保养及大修费用约为30000元。

除此之外，柴油机气体排放、噪声、废油水泄漏，均对港口形成较大的污染，不利于港口生产环境的优化。

2 RTG“油改电”改造方案

秦皇岛港集装箱码头针对RTG“油改电”进行了研究，分析并提出了基于提高生产效率、加强节能减排、提升安全生产保障的两种设备改造方案，并对此两种方案的技术特点进行了比对。

2.1 刚性滑触线改造方案

2.1.1 刚性滑触线实现供电的ERTG基本原理

在集装箱堆场的箱区内，架设刚性滑触线供电线路。当ERTG在箱区作业时，所需动力由专门设计的集电装置，将城市用电从滑触线输送到ERTG。ERTG沿滑触线移动，实现对整个箱区的工作覆盖。当ERTG需转场到另一箱区作业时，则切断城市供电电源与ERTG的联系，改由设备发电机组供电并实现转场。转到指定堆场后，工作动力重新切换为由市电供电。

2.1.2 刚性滑触线供电方式的技术特点

（1）以刚性滑触线和轨道式集电小车为主要构成的轮胎式集装箱门式起重机“油改电”技术的系统集成，实现了刚性滑触线对ERTG的移动供电。

（2）采用自动取电装置既提高了供电系统的可靠性，消除了雨天环境下人工插拔插头的危险，又降低了人工成本，提高了设备的利用率。

（3）采用超声波测距技术，应用于ERTG的防碰撞安全保护。

（4）采用超声波测距装置连续测量ERTG与集电车轨道之间的距离，以此控制大车两侧运行电机速度，实现了大车行走的自动纠偏或停机。

2.2 电缆卷筒方案

2.2.1 工作原理

供电原理：电缆卷筒供电方式是在門架一侧设置电缆卷筒，电缆缠绕在电缆卷筒上，电缆的一端与ERTG的整机供电回路连接，另一端沿着码头地面的电缆槽，连接至相应的市电接线箱。ERTG行走时，电缆卷筒根据ERTG与市电接线箱的距离收放电缆。

2.2.2 电缆卷筒供电方式的技术特点

（1）采用低压供电，电缆截面大，电缆卷筒上的卷绕长度受限制，电缆采用拖动方式，对电缆摩擦较大，对电缆的柔性要求较高。

（2）ERTG行走距离受到电缆长度的限制，行走范围小，转场作业时插拔电缆接头复杂，操作时间稍长。

（3）若配备的电缆较长，则压降较大;同时因整套电缆卷筒系统的重量较大，加重了龙门吊的整机重量进而加大轮压，起动作业时存有偏载现象，因此龙门吊在准备行走会存在瞬时扭动的现象。

（4）设备需增设电缆卷盘安装平台，安装平台位置需进行详细应力计算，并结构局部加强。如出现问题，会对设备原结构造成一定损坏，具有一定风险。

2.3 两种方案技术特点对比

（1）方案1机上改造要增加电源切换及取电小车，机上改造成本低;方案2要增加电缆卷筒、电缆卷筒安装平台，机上改造成本高。

（2）方案1对设备整体结构受力无影响，设备改造无难度;方案2增加的电缆卷筒平台及电缆卷筒重量较大，使得设备门腿的受力发生变化，具有一定的改造技术难度和技术风险。

（3）方案1地面基础需安装滑触线及钢支架，基础投资成本高;方案2地面需增加隔离墩和接线箱基础投资少。

（4）方案1长期维护没有大的元器件需要更换，长期维护成本低;方案2需3-4年更换一次上机电缆，长期维护成本高。

因两个方案整体投资及回收时间相差不大，经综合分析比较，方案1更符合港口实际，最终采用刚性滑触线改造方案。

3 刚性滑触线“油改电”关键技术

3.1 滑触线架设

低架滑触线供电线路平行于ERTG轨道铺设在两箱区中间盲道上，沿ERTG行使方向布置T型滑触线供电线路，T型滑触线单层双侧水平布置。每场架设3条滑触线，两个箱区共用一个回路，分别供立柱两侧的ERTG取电，每个箱区最多有2台ERTG同时作业。

3.2机上取电装置

为适应供电的需要，对原轮胎式集装箱起重机进行部分机械与电气系统改造，保留原有柴电机组，在市电供电出现问题及设备转场时，由柴电机组临时提供动力。改造采用新型ERTG自动插拔供电系统，将具有伸缩装置的自动小车直接装在ERTG上，使用时小车自动伸出在滑触线轨道上行走，离开轨道时小车自动缩回减小空间方便转场。

3.3 转场电源切换

原柴电机组保留，ERTG转场时使用柴电机组供电，所以需增加两种电源的转换装置，该装置能自动切换，互相联锁。利用自动插拔供电系统，在ERTG进入堆场时，在引导区由伸缩装置将自动小车推至上下靠板，通过开口轨道将小车升至与ERTG立架连接的2条或4条上下平行布置的导轨槽。

3.4 自动纠偏与防碰撞安全装置

自动纠偏超声波测距装置为三个超声波探头，分别设置在大车运行机构外侧的前侧、中间、后侧，实时监测大车与滑触线结构架间的距离，当三个探头监测距离不等时，说明ERTG已走偏，根据程序中控制策略，实时调整两侧大车的行走速度，使设备回正到原有跑道。防碰撞安全装置为两套超声波探头，安装在设备外侧的前后两端，当自动纠偏出现异常，设备走偏并接近滑触线将要发生碰撞时，防碰撞安全装置起作用，整机停机。

4 经济与社会效益分析

“油改电”技术改造是利用市政供电作为动力源驱动RTG运行的先进技术，具备环保、节能、安全、设备故障率等优点，投产当年减少二氧化碳排放量4751.50吨。项目改造完成后，百万标准箱作业至少减少二氧化氮排放量50吨，一氧化碳排放量19吨，二氧化硫排放量5.4吨。

5 结论

今年是“十四五”规划开局之年，提高能源效率、节约能源是我国国民经济发展的一项长远战略方针，同时也是我国的主要减排对策之一。目前，港口RTG机的“油改电”经过多年的运行与设施获得了行业的一致好评，并且随着“油改电”项目的不断增多和实施，“油改电”的技术水平也长足发展。RTG“油改电”技术改造不仅符合我国经济增长方式从粗放型向集约型根本转变的需要，而且有利于促进我国能源利用效率的提高。

（河北港口集团有限公司， 河北 秦皇岛 066002）