轮胎式龙门起重机起升机构配重节能方案

王黎明

随着国际油价的不断攀升，高企的燃油成本使港口企业不堪重负。在此背景下，港口企业的节能减排任务十分艰巨。轮胎式龙门起重机（以下简称轮胎吊）是集装箱码头主要的高能耗设备之一，降低轮胎吊能耗已成为集装箱码头节能减排工作的重点。近年来，上海沪东集装箱码头有限公司（以下简称沪东公司）陆续完成轮胎吊“油改电”和能量反馈等节能改造项目，取得良好的经济效益。2014年，沪东公司继续开展港口节能减排关键技术创新，与上海港研实业有限公司合作研发轮胎吊起升机构配重节能方案。本文介绍轮胎吊起升机构配重节能方案的设计原理，并分析其节能效果，以期为港口节能减排提供新思路。

1 轮胎吊主要节能方案

由表1可见，目前轮胎吊主要节能方案包括市电供电、混合动力供电、能量反馈和起升机构配重节能等。市电供电和混合动力供电方案主要针对轮胎吊动力源挖潜；能量反馈方案是轮胎吊的辅助节能方案，其原理是在轮胎吊已实施“油改电”改造的基础上，将吊具和集装箱下降时产生的势能以及大车和小车制动时产生的动能通过电机转换成电能，并将其回馈到供电网加以利用；起升机构配重节能方案也是轮胎吊的辅助节能方案，其原理是在轮胎吊起升机构上加装配重平衡装置，从而减少起升负载，降低起升电机功耗。起升机构配重节能方案与能量反馈方案的节能效果比较见表2。

2 轮胎吊起升机构配重节能方案

2.1 设计原理

在轮胎吊的起升、大车和小车三大机构中，起升机构功率远大于大车和小车机构功率，起升机构的最大载荷决定了发动机和发电机组的功率配置；因此，降低起升机构载荷有利于降低发动机和发电机组的功率配置，进而降低轮胎吊能耗，达到节能效果。

轮胎吊起升机构配重节能方案运用配重平衡原理，在吊具和上架上加装配重平衡装置（见图1），使吊具势能与平衡块势能相互转换，从而减小吊具起升载荷，达到节能效果。假设轮胎吊额定起升质量为，吊具和上架质量为，平衡块质量为。加装配重平衡装置前，轮胎吊起升机构的最大载荷=额定起升质量+吊具和上架质量=+ =；加装配重平衡装置后，轮胎吊起升机构的最大载荷=额定起升质量+吊具和上架质量 平衡块质量= + =，是加装配重平衡装置前起升机构最大载荷的84%，有利于降低发动机和发电机组的功率配置。该装置不仅结构简单，安装简便，而且不受轮胎吊动力源类型的限制，只要轮胎吊起升机构运行，就能达到预期的节能效果。

2.2 节能效果

轮胎吊起升机构作业时的能量传递途径如下：柴油发动机→发电机→系统供电→起升电动机→起升减速箱→起升钢丝绳卷筒→起升钢丝绳→载荷（包括吊具、上架和集装箱）。在上述能量传递过程中，与起升质量无关的固有能耗称为无功能耗，与起升质量有关的能耗称为有功能耗。有功能耗和无功能耗共同构成轮胎吊起升机构的全部能耗。

2.2.1 节能率

2.2.1.1 重载节能率

2.2.1.2 空载节能率

2.2.2 年节油费用

2.2.3 年节电费用

2.2.4 投资回报期

2.2.5 减排效果

加装起升机构配重平衡装置后，轮胎吊二氧化碳减排效果显著：单台柴油轮胎吊年节油约，减排二氧化碳；单台“油改电”轮胎吊年节电约6.5万kW h，减排二氧化碳。

2.2.6 轮胎吊轮压

沪东公司堆场道路最大允许载荷约。以司机视线方向为前方，轮胎吊主要结构布置如下：动力机房安装于前部，质量约；电气房安装于后部，质量约；小车质量约；配重平衡装置安装于电气房侧，总质量约，其中平衡块机构质量约，分别安装在后侧2根立柱上；为简化计算，其他结构质量计入吊具和上架质量。安装配重平衡装置后，计算轮胎吊在最恶劣工况下（即当风速为/s且轮胎吊满载时）的最大轮压，结果如下：电气房侧最大轮压，柴油机房侧最大轮压，均小于堆场道路最大允许载荷，满足原有场地设施要求。

（编辑：张敏 收稿日期：2014-09-02）

随着国际油价的不断攀升，高企的燃油成本使港口企业不堪重负。在此背景下，港口企业的节能减排任务十分艰巨。轮胎式龙门起重机（以下简称轮胎吊）是集装箱码头主要的高能耗设备之一，降低轮胎吊能耗已成为集装箱码头节能减排工作的重点。近年来，上海沪东集装箱码头有限公司（以下简称沪东公司）陆续完成轮胎吊“油改电”和能量反馈等节能改造项目，取得良好的经济效益。2014年，沪东公司继续开展港口节能减排关键技术创新，与上海港研实业有限公司合作研发轮胎吊起升机构配重节能方案。本文介绍轮胎吊起升机构配重节能方案的设计原理，并分析其节能效果，以期为港口节能减排提供新思路。

1 轮胎吊主要节能方案

由表1可见，目前轮胎吊主要节能方案包括市电供电、混合动力供电、能量反馈和起升机构配重节能等。市电供电和混合动力供电方案主要针对轮胎吊动力源挖潜；能量反馈方案是轮胎吊的辅助节能方案，其原理是在轮胎吊已实施“油改电”改造的基础上，将吊具和集装箱下降时产生的势能以及大车和小车制动时产生的动能通过电机转换成电能，并将其回馈到供电网加以利用；起升机构配重节能方案也是轮胎吊的辅助节能方案，其原理是在轮胎吊起升机构上加装配重平衡装置，从而减少起升负载，降低起升电机功耗。起升机构配重节能方案与能量反馈方案的节能效果比较见表2。

2 轮胎吊起升机构配重节能方案

2.1 设计原理

在轮胎吊的起升、大车和小车三大机构中，起升机构功率远大于大车和小车机构功率，起升机构的最大载荷决定了发动机和发电机组的功率配置；因此，降低起升机构载荷有利于降低发动机和发电机组的功率配置，进而降低轮胎吊能耗，达到节能效果。

轮胎吊起升机构配重节能方案运用配重平衡原理，在吊具和上架上加装配重平衡装置（见图1），使吊具势能与平衡块势能相互转换，从而减小吊具起升载荷，达到节能效果。假设轮胎吊额定起升质量为，吊具和上架质量为，平衡块质量为。加装配重平衡装置前，轮胎吊起升机构的最大载荷=额定起升质量+吊具和上架质量=+ =；加装配重平衡装置后，轮胎吊起升机构的最大载荷=额定起升质量+吊具和上架质量 平衡块质量= + =，是加装配重平衡装置前起升机构最大载荷的84%，有利于降低发动机和发电机组的功率配置。该装置不仅结构简单，安装简便，而且不受轮胎吊动力源类型的限制，只要轮胎吊起升机构运行，就能达到预期的节能效果。

2.2 节能效果

轮胎吊起升机构作业时的能量传递途径如下：柴油发动机→发电机→系统供电→起升电动机→起升减速箱→起升钢丝绳卷筒→起升钢丝绳→载荷（包括吊具、上架和集装箱）。在上述能量传递过程中，与起升质量无关的固有能耗称为无功能耗，与起升质量有关的能耗称为有功能耗。有功能耗和无功能耗共同构成轮胎吊起升机构的全部能耗。

2.2.1 节能率

2.2.1.1 重载节能率

2.2.1.2 空载节能率

2.2.2 年节油费用

2.2.3 年节电费用

2.2.4 投资回报期

2.2.5 减排效果

加装起升机构配重平衡装置后，轮胎吊二氧化碳减排效果显著：单台柴油轮胎吊年节油约，减排二氧化碳；单台“油改电”轮胎吊年节电约6.5万kW h，减排二氧化碳。

2.2.6 轮胎吊轮压

沪东公司堆场道路最大允许载荷约。以司机视线方向为前方，轮胎吊主要结构布置如下：动力机房安装于前部，质量约；电气房安装于后部，质量约；小车质量约；配重平衡装置安装于电气房侧，总质量约，其中平衡块机构质量约，分别安装在后侧2根立柱上；为简化计算，其他结构质量计入吊具和上架质量。安装配重平衡装置后，计算轮胎吊在最恶劣工况下（即当风速为/s且轮胎吊满载时）的最大轮压，结果如下：电气房侧最大轮压，柴油机房侧最大轮压，均小于堆场道路最大允许载荷，满足原有场地设施要求。

（编辑：张敏 收稿日期：2014-09-02）

随着国际油价的不断攀升，高企的燃油成本使港口企业不堪重负。在此背景下，港口企业的节能减排任务十分艰巨。轮胎式龙门起重机（以下简称轮胎吊）是集装箱码头主要的高能耗设备之一，降低轮胎吊能耗已成为集装箱码头节能减排工作的重点。近年来，上海沪东集装箱码头有限公司（以下简称沪东公司）陆续完成轮胎吊“油改电”和能量反馈等节能改造项目，取得良好的经济效益。2014年，沪东公司继续开展港口节能减排关键技术创新，与上海港研实业有限公司合作研发轮胎吊起升机构配重节能方案。本文介绍轮胎吊起升机构配重节能方案的设计原理，并分析其节能效果，以期为港口节能减排提供新思路。

1 轮胎吊主要节能方案

由表1可见，目前轮胎吊主要节能方案包括市电供电、混合动力供电、能量反馈和起升机构配重节能等。市电供电和混合动力供电方案主要针对轮胎吊动力源挖潜；能量反馈方案是轮胎吊的辅助节能方案，其原理是在轮胎吊已实施“油改电”改造的基础上，将吊具和集装箱下降时产生的势能以及大车和小车制动时产生的动能通过电机转换成电能，并将其回馈到供电网加以利用；起升机构配重节能方案也是轮胎吊的辅助节能方案，其原理是在轮胎吊起升机构上加装配重平衡装置，从而减少起升负载，降低起升电机功耗。起升机构配重节能方案与能量反馈方案的节能效果比较见表2。

2 轮胎吊起升机构配重节能方案

2.1 设计原理

在轮胎吊的起升、大车和小车三大机构中，起升机构功率远大于大车和小车机构功率，起升机构的最大载荷决定了发动机和发电机组的功率配置；因此，降低起升机构载荷有利于降低发动机和发电机组的功率配置，进而降低轮胎吊能耗，达到节能效果。

轮胎吊起升机构配重节能方案运用配重平衡原理，在吊具和上架上加装配重平衡装置（见图1），使吊具势能与平衡块势能相互转换，从而减小吊具起升载荷，达到节能效果。假设轮胎吊额定起升质量为，吊具和上架质量为，平衡块质量为。加装配重平衡装置前，轮胎吊起升机构的最大载荷=额定起升质量+吊具和上架质量=+ =；加装配重平衡装置后，轮胎吊起升机构的最大载荷=额定起升质量+吊具和上架质量 平衡块质量= + =，是加装配重平衡装置前起升机构最大载荷的84%，有利于降低发动机和发电机组的功率配置。该装置不仅结构简单，安装简便，而且不受轮胎吊动力源类型的限制，只要轮胎吊起升机构运行，就能达到预期的节能效果。

2.2 节能效果

轮胎吊起升机构作业时的能量传递途径如下：柴油发动机→发电机→系统供电→起升电动机→起升减速箱→起升钢丝绳卷筒→起升钢丝绳→载荷（包括吊具、上架和集装箱）。在上述能量传递过程中，与起升质量无关的固有能耗称为无功能耗，与起升质量有关的能耗称为有功能耗。有功能耗和无功能耗共同构成轮胎吊起升机构的全部能耗。

2.2.1 节能率

2.2.1.1 重载节能率

2.2.1.2 空载节能率

2.2.2 年节油费用

2.2.3 年节电费用

2.2.4 投资回报期

2.2.5 减排效果

加装起升机构配重平衡装置后，轮胎吊二氧化碳减排效果显著：单台柴油轮胎吊年节油约，减排二氧化碳；单台“油改电”轮胎吊年节电约6.5万kW h，减排二氧化碳。

2.2.6 轮胎吊轮压

沪东公司堆场道路最大允许载荷约。以司机视线方向为前方，轮胎吊主要结构布置如下：动力机房安装于前部，质量约；电气房安装于后部，质量约；小车质量约；配重平衡装置安装于电气房侧，总质量约，其中平衡块机构质量约，分别安装在后侧2根立柱上；为简化计算，其他结构质量计入吊具和上架质量。安装配重平衡装置后，计算轮胎吊在最恶劣工况下（即当风速为/s且轮胎吊满载时）的最大轮压，结果如下：电气房侧最大轮压，柴油机房侧最大轮压，均小于堆场道路最大允许载荷，满足原有场地设施要求。

（编辑：张敏 收稿日期：2014-09-02）