淺析影響裝載機作業能效的因素與解決方案

曹金海

（天津港焦炭碼頭有限公司 天津 300452）

裝載機在散雜貨作業碼頭得到廣泛應用，其能源消耗占據著裝卸設備總能耗較大的份額。以焦炭碼頭公司為例，裝載機能源消耗占據公司裝卸生產能源消耗的60%以上，是影響裝卸生產能源單耗的主要因素。在國家節能減排和交通運輸部綠色循環低碳港口建設的背景下，如何實現港口生產的綠色發展，降低燃油消耗已成為迫在眉睫的問題。為此，筆者結合工作實際，就影響裝載機作業能效的因素進行分析，并提出解決方案。

1 影響裝載機作業能效的因素分析

1.1 作業貨類對裝載機作業能效的影響。裝載機作業面對的主要是煤炭、焦煤、礦石、海沙等大宗散貨。由于這些貨物存在比重、粉粒、粘滑等不同的特性，在裝載機作業過程中，需要裝載機從功率、斗容、作業工藝等方面考慮配備方式和配備數量。如裝船作業時，1-2臺門機配備一臺裝載機，即可滿足裝船工藝的要求，且其能源單耗約為300 kg/萬t；配合門機實施大粒度焦炭作業，一臺門機需要配備2-3臺裝載機，且能源單耗約為600 kg/萬t。卸船作業時，1臺門機需要配備1-2臺裝載機，在作業結尾階段需要艙內1臺、碼頭裝車1臺，其能源消耗達到1300 kg/萬t；尤其是粘性礦，裝載機的作業效率降低近50%，即鎳礦卸船作業裝載機最高能耗達到2600 kg/萬t。再如，原煤裝車作業單耗為400 kg/萬t、焦煤單耗為510 kg/萬t、錳礦石單耗為410 kg/萬t。由此可見，貨類決定著裝載機的能源消耗量。

1.2 作業工藝對裝載機作業能效的影響。裝載機在作業工藝中主要實現由“船舶-碼頭-貨場-運輸車”或“船舶-碼頭-運輸車”的卸船貨物位移，反之就是裝船作業工藝流程。在這個環節，影響裝載機能源消耗的因素是操作過程量，采用“船舶-碼頭-貨場-運輸車”作業工藝，比“船舶-碼頭-運輸車”作業工藝多一個“貨場”裝車作業過程。同時，采用“船舶-碼頭-貨場-運輸車”作業工藝還隱含著一個裝載機“貨場”歸垛作業過程。

按照作業過程裝載機能源單耗定額統計值比較，采用“船舶-碼頭-貨場-運輸車”作業工藝，比“船舶-碼頭-運輸車”作業工藝增加900 kg/萬t的能源消耗。

1.3 運輸車輛（長、高）對裝載機作業能效的影響。就車型來講，由于散貨運輸分為四軸、五軸和六軸，其承載車廂的長度和重心不同，決定著裝車的方式方法不同，這需要司機裝車作業的方法和技巧。

1.4 作業環境（場地、氣候）對裝載機作業能效的影響。其一，在“碼頭-貨場”的運輸環節，采用幾臺裝載機同時裝載一臺運輸車的組織方式。隨著限載要求的實施，這種高效的“貨場-碼頭”或“碼頭-貨場”的裝車作業方式改變為單車裝車作業，以保障裝車的準確性。這樣一臺裝載機對應一臺運輸車的作業方式，由于碼頭或堆場的作業空間，限制了作業效能的發揮。其二，對于較黏性貨類，由于其粘性會粘附在裝載機貨斗上，作業效率會更低。其三，對于原煤貨類在干燥有風環境下，抑制起塵也是影響作業效率的重要因素。這些影響裝載機的作業能效。

1.5 裝載機型號對裝載機作業能效的影響。前面分析了貨類對裝載機的影響。同樣，同一臺設備完成所有的貨類作業也存在作業效率的問題。如常規進行礦石作業的裝載機，由于貨物品質的不同，用作業3.0 t/m3的貨斗實施2.0 t/m3貨品的裝車作業，效率降低50%，存在“大馬拉小車”的情況。反之，就存在“小馬拉大車”的情況，不僅需要更高的能耗，而且給裝載機機械性能造成沖擊。解決這個因素需要形成專業化配備，以提成作業能效。

1.6 操作人員對裝載機作業能效的影響。操作人員是裝載機的靈魂，操作的得心應手叫做“人車一體”。要做到“人車一體”，需要眼、手、腳的有機配合，為此，操作方法是否得當是影響裝載機作業效率的關鍵。在裝車作業比武過程中我們看到，高效操作人員的“鏟貨、車輛進退、裝車”三個環節，銜接流暢、借力運行、發動機工作平穩，整個作業過程令人賞心悅目。從比武成績看，“能手”與“劣手”的能耗成績相差一倍。如果通過規范操作普遍提升裝載機節能操作水平，裝載機能源消耗按照比武成績推算可以降低20%以上。

1.7 管理機制對裝載機作業能效的影響。操作人員的崗位工資是以裝載機作業量考核的，有的實施班組計件、有的實施個人計件，以往作業過程中其作業量是一個附屬考核的量，具體裝載機作業多少，裝載機司機無從掌握。通過計量的方式實施單車計件，將有利于促使操作人員學技術，提高自生操作能力和水平，進而推動裝載機能效提升。

總結以上影響裝載機能效的因素，可歸結為，工藝、設備、管理和人員四項主要因素，結合生產實際合理組織好該因素是有效提高裝載機能效的途徑。

2 提高裝載機能效的解決方案

2.1 通過工藝改進，提升裝載機作業能效。工藝管理是以最經濟的裝卸作業投入，實現最大經濟效益的管理方式，其工藝配機決定操作過程。以礦石卸船作業工藝為例，作業工藝：一是“船-車”和“船-碼頭-車”直提模式；二是“船-車-堆場”和“船-碼頭-車-堆場”存棧模式；三是“船-車-堆場-車（火車）”和“船-碼頭-車-堆場-車（火車）疏港模式。可見，同樣是卸船作業，選擇不同的作業工藝所導致的生產組織過程和設備投入有很大的差別。例如：直提模式：“船-車”和“船-碼頭-車”兩者的差別是后者增加了“碼頭”這一環節，其代表著需要增加560 kg/萬t的裝載機油耗。

存棧模式：“船-車-堆場”和“船-碼頭-車-堆場”，這種模式在比直提模式增加了堆場作業，需要增加汽車短倒運輸作業柴油消耗580 kg/萬t和裝載機歸垛作業柴油消耗300 kg/萬t，如增加“碼頭”這一環節，還需要增加560 kg/萬t的柴油消耗。即增加裝載機油耗1440 kg/萬t。

疏港模式：“船-車-堆場-車（火車）”和“船-碼頭-車-堆場-車（火車），該模式在存棧模式的基礎上，又增加一個“堆場-車（火車）”的裝車作業，又需要增加560 kg/萬t的柴油消耗。能源消耗增加2000 kg/萬t。

可見，選擇不同的裝卸生產工藝，影響著裝載機能源消耗量，降低裝載機能耗，要從“直提”工藝著手，簡化碼頭作業量以提高能效。

2.2 通過設備選型，提升裝載機作業能效。根據生產工藝和貨類的不同，裝載機配備規格不一。如小松W500、小松W470、V 0 VO、卡特980 G、卡特980 H、柳工50等等。通過實踐小松適合裝車或歸垛作業，沃爾沃和卡特較適合礦石卸船下倉作業，柳工較適合海沙作業。但是也需要考慮影響裝載機作業的因素。一方面，從設備選型上，裝載機的功率要與作業貨類相適應，以滿足貨類、貨質作業需求，裝載機斗容要與運輸車輛相匹配，使裝載機工作在滿負荷作業狀態下，把運輸車輛裝載合適的噸位，即實現裝載機作業的專業化，以提升裝載機作業能效。另一方面，裝載機能源選擇上，應以清潔能源為主。如隨著甲醇、LNG等清潔能源為主內燃機已經試驗成功，有的生產商已將適配港口生產的新能源裝載機投產。尤其是天津港LNG項目實施后，清潔能源的供應和使用將更為便捷。從能源管理的角度看，天然氣折標系數為1.214 kgce/kg，在輸出同等功率的情況下相當于1.1倍0#柴油，使用清潔能源將有效改變能源消耗結構，降低能源消耗成本和噸標煤單耗。

2.3 通過操作技能的熟練，提升裝載機作業能效。裝載機在從事裝車（火車）作業、歸垛作業、下倉作業，以及貨場內部的短到、篩分等輔助作業時，不同環境需要采取不同的作業方式、方法，以及使用不同規格的裝載機。這就需要操作人員全面熟悉掌握裝載機的操作技能和不同工況下的操作方法。比如：在裝車作業，通過測試裝載機在貨與車之間走“Y”字形單耗最低，比走“T”字形單耗低50%。在大粒度焦炭裝船作業時，裝載機從不同的角度、方位實施作業，可以提升門機作業效率30%。

2.4 通過加強管理，提升裝載機作業能效。通過實踐以下措施有利于裝載機作業能效提升。一是完善考核機制。可通過計量技術與信息技術的集合，建立裝載機作業能耗定額指標，實時掌握裝載機的工作狀態，指導操作人員提高作業效率。二是發揮節能獎勵基金的引導作用。引導技術創新向節能技術和節能管理創新發展，以引導員工圍繞節能增效開展技術和管理創新的積極性，實現在裝卸生產節能的突破。三是開展經常性的技術練兵活動，促進作業技術的交流，以全面提升操作人員作業速度、質量和能效。這樣使操作者參與到裝載機節能工作中來，推動“我要節能”意識的提升。

3 解決影響裝載機能效因素的節能效果評估

為評價實施該改進可能取得的效果，按照有關節能計算規范對節能量進行評估。評估過程采用數據有。

3.1 工藝能效提升節能評估。按照碼頭散貨作業工藝，直提模式和疏港模式兩者之間有著2000 kg/萬t消耗之差，如按照最簡單的作業工藝，每萬噸可以節約裝載機燃油消耗2000千克，如果僅減少一個裝車作業環節，可以節約裝載機燃油消耗600千克，折合0.874噸標煤。

3.2 設備能效提升節能評估。一是裝載機功率是設備避免大馬拉小車或小車超負荷造成的能源浪費的方式，需要使用合適的鏟斗作業合適的貨類。二是實施清潔能源替代，隨著清潔能源利用技術的成熟，使用LNG清潔能源在降低能源消耗成本、減少排放的同時，折標煤量將降低（1.4571-1.214*1.1=）0.122噸標煤。

3.3 管理機制改進和操作技能提升節能評估。司機的操作技能類屬軟環境，通過管理機制的改進，其效果將體現在操作效率和技能的提升，因此將其與管理機制合并分析。參照實測數據，操作人員技能得到普遍提升后，裝車作業效能將提升20%，按照目前600 kg/萬t的單耗計算，節能量為120 kg/萬t，即每萬噸可以節約裝載機燃油消耗120千克，折合0.175噸標煤。

3.4 按照以上評估，從工藝減少一個裝車操作、發動機使用LNG替代柴油、加強管理提高操作技能三個環節看，每萬噸節約能源為（0.874噸標煤+0.122+0.175噸標煤）=1.171噸標煤。按照港口生產規模，如果裝載機操作量達到1億噸，控制以上因素可以實現11710噸標煤的節能量。