岸邊集裝箱起重機節(jié)能降耗技術(shù)分析

李星，李波

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

岸橋是先進的碼頭和集裝箱之間裝卸集裝箱的主要設(shè)備，也是岸邊集裝箱起重機的簡稱；當(dāng)前岸橋集裝箱起重機環(huán)保節(jié)能概念還有很多不足，其缺點在于能量轉(zhuǎn)換的效率低，以及較大的能耗和較高成本的問題，導(dǎo)致產(chǎn)生的噪音讓環(huán)境受到污染。岸邊集裝箱的研究方向重要的是把節(jié)能概念放到第一位，要保持岸橋的不斷發(fā)展以及進步，更要明白如何對資源高效的利用和避免浪費情況的發(fā)生，對國家的能源發(fā)展戰(zhàn)略要深信并且要堅持。

1 設(shè)計岸橋的節(jié)能方案

裝卸作業(yè)是岸邊集裝箱起重機的常規(guī)工作，起重小車的制動過程中機械能損失是其頻繁制動的結(jié)果，也是能量浪費的表現(xiàn)。利用儲能系統(tǒng)動態(tài)吸收能量的特點和能量的適當(dāng)釋放，岸橋小車可以在制動時候?qū)C械能有效存儲和能量回收，這樣就可以對節(jié)能降耗進行實現(xiàn)，節(jié)能方案也是這樣的設(shè)計思路。雖然常用的儲能方式有四種，相變儲能、電化學(xué)儲能、機械儲能和電磁儲能，但是機械儲能的優(yōu)勢決定了應(yīng)用前景的廣泛，機械儲能方式的低廉成本和高效率、大容量且污染小的優(yōu)點而被人廣泛接受。

1.1 機械儲能方案的設(shè)計

采取節(jié)能小車上裝備有平面渦卷彈簧的儲能裝置，離合器在小車運行下有作用之后就可以把齒輪軸和渦卷彈簧斷開，彈簧因為齒條上的齒輪在空轉(zhuǎn)而沒有儲能；相反，小車制動會觸發(fā)離合器，這樣就能夠連接齒輪軸和渦卷彈簧的軸，齒條上的齒輪有滾動的作用把彈簧卷帶動起來儲存能量；等到能量儲存足夠之后，在儲能裝置里面的棘輪停止器就會作用到渦卷彈簧上不讓其將能量自動釋放，還能夠?qū)椈傻膸育X輪反轉(zhuǎn)情況進行預(yù)防。提供小車返回的動力需要對棘輪停止器進行控制，讓其的棘爪脫離棘輪之后彈簧就會對小車返回釋放能量；能量全部釋放完全之后，離合器恢復(fù)原來的狀態(tài)，這樣也能夠消除彈簧對小車運行的影響。從節(jié)能的角度考慮，需要有兩個渦卷彈簧在每個儲能裝置之內(nèi)才可以，并且要將兩個彈簧的卷緊布置在相反的方向，能夠在小車往返時候都能夠利用每個彈簧來將能量儲存起來。

明白機械儲能方式的原理，需要對其具體的數(shù)據(jù)計算，為后續(xù)的動力學(xué)仿真作前提。本文重點是節(jié)能降耗的技術(shù)分析過程，計算的過程暫且忽略。

1.2 動力學(xué)的仿真分析

（1）建立節(jié)能小車的動力學(xué)模型。模型的建立通過具有強大三維軟件功能的SolidWorks和Adams軟件來實現(xiàn)，首先建立節(jié)能小車的三維模型采用SolidWorks軟件來進行，得到的結(jié)果再導(dǎo)進Adams軟件中，主要是修正導(dǎo)入的模型，然后對不同部件之間關(guān)系進行相關(guān)約束的創(chuàng)建；最后的步驟是要將驅(qū)動以及模擬的阻力添加進去就能夠建立節(jié)能小車的動力學(xué)仿真模型。相關(guān)的驅(qū)動函數(shù)是階躍函數(shù)，其表示隨著時間的推進，加速度、速度以及位移隨其變化的含義。

需要注意的是，節(jié)能小車的滿載以及空載工況中要進行仿真時會受到不同的阻力，仿真結(jié)果如果想要和實際小車運行情況貼近，就必須要對小車受到的阻力進行考慮，比如風(fēng)阻力、摩擦阻力、坡道阻力等。

（2）滿載以及空載情況下的動力學(xué)仿真分析。首先，滿載的節(jié)能小車在制動儲能和能量釋放中的仿真動力學(xué)分析，需要添加扭轉(zhuǎn)彈簧的阻尼器在節(jié)能車上的齒輪上，目的是在小車制動時候獲取彈簧的儲能情況；腳本的仿真可以確保正確的小車運動結(jié)果，電機輸出的扭矩大小以及變化的情況都是可以通過運行中的節(jié)能小車驅(qū)動力變化來反饋的。當(dāng)節(jié)能小車的制動情況時候，安裝了的節(jié)能裝置會利用渦卷彈簧來對小車制動過程的機械能進行存儲，如此制動時候小車受到的驅(qū)動力就會變小，也就是電動機的輸出扭矩也會變小等。其次，節(jié)能小車空載過程分析仿真情況，空載啟動小車時候彈簧會釋放滿載制動時候存儲的能量。仿真過程需要對添加逐漸減小的一個單位力矩，這是渦卷彈簧釋放能量過程的模擬需要。從仿真的結(jié)果可以得知，節(jié)能小車通過滿載過程儲存能量用在空載啟動的時候，其受力就會減小，也就是啟動時候電動機的輸出扭矩也會變小，相應(yīng)的電動機能量的消耗也變少了。這個過程就說明了節(jié)能小車能夠在制動過程之中，將損失的能量進行回收起來達(dá)到節(jié)能降耗的作用。小車的滿載制動和空載制動時候的彈簧儲存能量過程是一樣的，滿載的啟動通過空載制動時候儲存能量的利用實現(xiàn)；但是小車空載的啟動和驅(qū)動力變化的趨勢是一樣的，都是能夠起到節(jié)能降耗的作用。

2 高次諧波的消除

岸橋作為集裝箱裝卸的主要設(shè)備，從電能的節(jié)約來對其進行節(jié)能的實現(xiàn)也是一種明智的分析，而當(dāng)前對岸橋能量回饋以及利用，對柴油機組工作效率的提高的途徑已經(jīng)普遍用在實際生產(chǎn)之中。

2.1 分析岸橋的用電

岸橋有兩部分的用電分布，第一是供應(yīng)和分配電線路的傳輸過程電能的損耗；第二是正常負(fù)載工作下被吸收的電能。如果考慮沒有生產(chǎn)的情況，第一部分應(yīng)該比較適合用于節(jié)能降耗的考慮，能夠?qū)┡潆娔軗p耗進行降低。從供配電的系統(tǒng)中等效阻抗和供配電的損耗、視在電流三者的關(guān)系來看，想要對視在電流以及系統(tǒng)的等效阻抗進行降低，就要對供配電的損耗進行降低。有功電流和無功電流組成了視在的電流，在正常生產(chǎn)的負(fù)載中電網(wǎng)必須吸收的電流是有功電流，負(fù)載以及電網(wǎng)之間反復(fù)交換的是無功電流，但是供配電的損耗會受到無功電流的影響。岸橋工作中，發(fā)電機和電動機處于不斷轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。無功率的沖擊負(fù)載就是變化速度快、大變化負(fù)荷以及短時的重負(fù)載等特征。容量比例逐漸變大是根據(jù)岸橋的晶閘管整流的裝置以及變頻裝置的使用廣度；如此的大量使用之后，不少的高次諧波電流會通過整流橋以及逆變裝置產(chǎn)生之后進入電網(wǎng)，供電的電網(wǎng)會產(chǎn)生畸變的波形，隨后導(dǎo)線的集膚效應(yīng)會在導(dǎo)線中產(chǎn)生，變壓器便產(chǎn)生高頻的渦流效應(yīng)，這樣增加了系統(tǒng)的等效阻抗，熱效應(yīng)也會從電機上產(chǎn)生，損耗也隨之增加。

2.2 損耗治理及其效果

上述對岸橋的用電中明白了電能損耗的原因，就需要對供配電損耗進行減少工作。所以需要對供電的視在電流進行降低，通過減少無功電流的辦法來進行。首先通過對TSC動態(tài)無功率來補償和諧波的治理裝置的辦法來對負(fù)載無功電源進行提供，然后能夠達(dá)到負(fù)載無功電流的補償。需要注意的是，理想補償效果的獲取，需要對安裝具備諧波治理功能以及快速響應(yīng)功率因素的補償裝置才可以，但是同時對于治理的諧波必須要達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)；這樣就不需要對單調(diào)濾波器中的基波無功過補償問題進行多次的設(shè)置。裝置利用過零技術(shù)使其不產(chǎn)生諧波，且有極小的消耗功率，這樣就可以對變壓器輸出的功率以及總電流進行降低，諧波造成的渦流損失也就隨之減少了。另外，需要利用晶閘管來對投切進行控制，這樣就能保證投切的過程中沒有涌流、沒有沖擊、沒有過渡的過程；諧波過濾和無功的補償更加精確，就必須要將控制器以及分組的電容加入其中才行。

對于損耗的治理效果還是挺有效果的，主要利用TSC動態(tài)的無功功率的補償和諧波的治理裝置之后的效果有幾方面體現(xiàn)。

第一，供配電系統(tǒng)利用率的提高；電網(wǎng)的容量被用電設(shè)備以及電網(wǎng)中大量的往返交換無功功率所占用，這導(dǎo)致了電網(wǎng)利用率的降低。利用TSC動態(tài)無功功率之后能夠?qū)﹄娋W(wǎng)供配電的能力進行提高。第二，具備穩(wěn)定的電壓；采取該法之后能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的電壓和變壓器的二次電壓波動進行減小和降低，有益于用電設(shè)備和電網(wǎng)的正常運行。第三，功率因素的提高；補償TSC動態(tài)無功功率，可以使得負(fù)荷產(chǎn)生的感性無功電流被容性的無功電流抵消，從而電網(wǎng)功率的因素會提高。第四，降低變壓器損耗以及溫升，變壓器中視在電流和溫升成正比的關(guān)系，降低變壓器中視在電流和損耗就可以對變壓器的損耗進行降低，從而提高變壓器的壽命。第五，能夠濾除掉諧波，以及電網(wǎng)的凈化。第六，供配電損耗的降低，并且能夠獲得節(jié)能效益。

從上述了解到TSC動態(tài)無功功率補償能夠提高功率因素，所以能夠使得供配線路的視在電流下降，也降低了供配電的損耗。利用TSC動態(tài)無功率的補償以及諧波治理的裝置是岸標(biāo)集裝箱起重機節(jié)能降耗比較理想的辦法，其有效對諧波的治理達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)，也能夠?qū)β室蛩赜行У奶岣撸摲N方案已經(jīng)在大廠推廣實行并且獲取理想效果。

3 結(jié)語

岸橋的發(fā)展方向是自動智能化、高速大型化和可靠長壽化、環(huán)保低耗化。岸邊集裝箱起重機在節(jié)能和降耗的實現(xiàn)中還有許多路要走，必須要對技術(shù)革新大力開展起來，要時刻警醒資源的緊張，必須要用最大能力對增效的新技術(shù)進行節(jié)能降耗；同時要保證港口設(shè)備浪費現(xiàn)象的減少，有效結(jié)合企業(yè)效益和降耗對設(shè)備的油耗進行降低，這樣才能夠?qū)?jié)能降耗的目的進行保證。

[1]葛紅,肖漢斌,李炳辰,崔建勛．岸邊集裝箱起重機節(jié)能技術(shù)研究 [J]．起重運輸機械 ,2015，(04)：25-28．

[2]高峰．岸邊集裝箱起重機節(jié)能降耗的探討[J]．機械研究與應(yīng)用 ,2012,25(04)：183-185．