電動集裝箱堆高機的應用分析

李小偉

摘 ? 要：集裝箱堆高機是空箱業務中廣泛應用的重要起重設備，文章通過對電動集裝箱堆高機的整體功能方案介紹、性能特點分析及在碼頭試用運行情況統計進行分析，解決了柴油機能耗高、污染大和維護成本較高等問題。

關鍵詞：綠色碼頭;電動集裝箱堆高機;整體方案;優勢介紹

為保護人們賴以生存的環境，國家大力開展節能減排各項舉措。集裝箱港口為響應國家號召，提出綠色碼頭計劃，大力開展港口設備油改電關鍵舉措，電動集裝箱堆高機的應用成為必然的趨勢。

1 ? ?電動堆高機整體方案介紹

1.1 ?系統原理

鋰電池組直流電源先進入各個電機控制器（見圖1）。控制器相當于變頻器，將直流電源轉化為三相交流電，驅動各個電機（三相交流電機），從而實現各個機構的工作。

1.2 ?基本性能參數

電動堆高機基本性能參數與傳統堆高機基本一致，電池的續航能力可根據作業需求選擇電池容量。

1.3 ?動力電池系統

動力電池系統（見表1）采用目前技術成熟、安全性且性價比高的磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池，因磷酸鐵鋰晶格穩定性較好，鋰離子的嵌入與脫出對晶格的影響小，具有良好的可逆性，在100%充電條件下，可以放電2 000次以上，能夠實現一小時快速充滿。

1.4 ?行駛系統

電池組直流電源先進入行駛控制器。行駛控制器相當于變頻器，將直流電源轉化為三相交流電，驅動行駛電機（三相交流電機）。行駛系統由電機直驅的方式，通過傳動軸將電機與驅動橋相連，無變速箱傳動結構簡單，整體效率高。電機的轉速，由行駛控制器控制。

該部分應滿足電動堆高機的動力性能要求：空載時最高車速≥20 km/h;空載時0～20 km/h，加速時間≤8 s;最大爬坡度的空載≤25%，滿載≥20%。

1.5 ?舉升系統

舉升系統的電機控制器將電池組提供的直流電源轉換成三相交流電，提供給油泵馬達電機，油泵電機驅動油馬達（雙向），提供液壓動力。當起升上升時，油泵正轉，驅動油缸上升完成舉升，此時消耗電池組電量。當起升下降時，油泵反轉，油缸內壓力油通過馬達回油箱，將下降的勢能轉化為電能。由于油泵反轉，油泵電機此時作為發電機，對電池組反向充電。

1.6 ?輔助系統

輔助系統由輔助電機驅動齒輪泵，主要滿足吊具動作、后橋轉向、前橋制動及制動系統冷卻要求。輔助電機控制器將電池組直流電源轉換成三相交流電，提供給輔助電機（三相交流電機）。

1.7 ?電機冷卻系統

電動堆高機冷卻系統采用閉式強制水冷方式，由散熱器、電子風扇、電子水泵、行駛電機控制器、舉升電機控制器、輔助電機控制器、行駛電機、舉升電機、輔助電機、膨脹水箱和管路及接頭組成。

1.8 ?冷卻系統控制邏輯

（1）水泵控制。由關閉狀態到開啟的條件：驅動電機的溫度大于55 ℃或電機控制器的溫度大于50 ℃;

（2）散熱器風扇控制。由關閉狀態到開啟的條件：驅動電機的溫度大于70 ℃或者電機控制器的溫度大于65 ℃。

（3）溫度報警。達到設定溫度，監控儀表報警：驅動電機或者電機控制器內的冷卻液溫度大于等于過溫保護溫度。

（4）溫度關停。達到設定溫度，驅動電機關停：驅動電機或者電機控制器內的冷卻液溫度大于等于關停溫度。

1.9 ?充電方案介紹

采用的充電方案，充電各部件如下：

部件1，空箱堆高機，門架應包含充電自動插拔的安裝位置，并為充電自動插拔裝置油缸提供一路液壓油，以及連接到接線箱部分的電纜。

部件2，充電自動插拔裝置（機上部分），通過螺栓，固定在空箱堆高機門架上。

部件3，自動插拔裝置（機下部分）。

部件4，定位支架，可采用空集裝箱或者相當尺寸的鋼結構門框，使門架停留在相對固定的位置、充電自動插拔裝置的機上及機下部分能夠很好地連接。

部件5，充電設備（充電樁）。

2 ? ?電動堆高機優勢介紹

2.1 ?節能環保

全電驅動不采用燃油發動機無尾氣排放，具有能量回收系統，可以回收下降勢能和剎車能量。各個工作系統動力獨立設計，優化控制進一步節省能量消耗，提高續航時間。

2.2 ?智能化

設備可以識別當前作業模式，精準預測剩余作業時長。設備預置節能模式、普通模式及強勁模式，操作手可以根據作業情況自由選擇。結合碼頭終端操作系統（Terminal Operating System，TOS）系統實現多臺設備協作，根據設備的剩余電量、位置自動調配作業。

2.3 ?節約成本

目前試運行電動堆高機作業耗電量為23.3 kW/h，單箱電量為0.85 kW，而柴油動力堆高機油耗約14 L/h，單箱油耗約0.43 L/h，對比單箱可每小時節約成本1.93元。

動力系統采用電機和鋰電池組成，基本免維護，無發動機、變速箱維護工作量大幅度下降。液壓系統由閥控改為泵控，減少液壓控制閥組，液壓維護相對簡單。電池5年質保，質保期內免費更換。綜合統計單箱作業成本可下降大約60%。

3 ? ?電動堆高機不足之處

（1）電動堆高機各電池、電機等系統避震性能不足，在路面坑洼的堆場作業故障率相對較高，存在一定的風險。

（2）雨季對設備作業及充電影響較大，電氣系統需進一步提高防水性能。

（3）動力電池整機成本占比較高，且目前無電池回收相關制度，舊電池存在一定污染環境的風險。

4 ? ?結語

總體來說，電動集裝箱堆高機具有節能環保、智能化、維護簡單、運營成本低等特點，具有廣泛的適用性，相比較傳統燃油動力堆高機還是具有一定的優勢，充分響應國家節能減排的號召，滿足了港口建設綠色碼頭的需要。

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Abstract：Container stacker is an important lifting equipment widely used in empty container business. Through the introduction of the whole function scheme of electric container stacker， this paper analyzes the performance characteristics and the statistics of trial operation of high energy consumption， high pollution and high maintenance cost of diesel engine are solved.

Key words：green terminal; electric container stacker; overall scheme; advantage introduction