岸边集装箱起重机节能降耗技术分析

李星，李波

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

岸桥是先进的码头和集装箱之间装卸集装箱的主要设备，也是岸边集装箱起重机的简称；当前岸桥集装箱起重机环保节能概念还有很多不足，其缺点在于能量转换的效率低，以及较大的能耗和较高成本的问题，导致产生的噪音让环境受到污染。岸边集装箱的研究方向重要的是把节能概念放到第一位，要保持岸桥的不断发展以及进步，更要明白如何对资源高效的利用和避免浪费情况的发生，对国家的能源发展战略要深信并且要坚持。

1 设计岸桥的节能方案

装卸作业是岸边集装箱起重机的常规工作，起重小车的制动过程中机械能损失是其频繁制动的结果，也是能量浪费的表现。利用储能系统动态吸收能量的特点和能量的适当释放，岸桥小车可以在制动时候对机械能有效存储和能量回收，这样就可以对节能降耗进行实现，节能方案也是这样的设计思路。虽然常用的储能方式有四种，相变储能、电化学储能、机械储能和电磁储能，但是机械储能的优势决定了应用前景的广泛，机械储能方式的低廉成本和高效率、大容量且污染小的优点而被人广泛接受。

1.1 机械储能方案的设计

采取节能小车上装备有平面涡卷弹簧的储能装置，离合器在小车运行下有作用之后就可以把齿轮轴和涡卷弹簧断开，弹簧因为齿条上的齿轮在空转而没有储能；相反，小车制动会触发离合器，这样就能够连接齿轮轴和涡卷弹簧的轴，齿条上的齿轮有滚动的作用把弹簧卷带动起来储存能量；等到能量储存足够之后，在储能装置里面的棘轮停止器就会作用到涡卷弹簧上不让其将能量自动释放，还能够对弹簧的带动齿轮反转情况进行预防。提供小车返回的动力需要对棘轮停止器进行控制，让其的棘爪脱离棘轮之后弹簧就会对小车返回释放能量；能量全部释放完全之后，离合器恢复原来的状态，这样也能够消除弹簧对小车运行的影响。从节能的角度考虑，需要有两个涡卷弹簧在每个储能装置之内才可以，并且要将两个弹簧的卷紧布置在相反的方向，能够在小车往返时候都能够利用每个弹簧来将能量储存起来。

明白机械储能方式的原理，需要对其具体的数据计算，为后续的动力学仿真作前提。本文重点是节能降耗的技术分析过程，计算的过程暂且忽略。

1.2 动力学的仿真分析

（1）建立节能小车的动力学模型。模型的建立通过具有强大三维软件功能的SolidWorks和Adams软件来实现，首先建立节能小车的三维模型采用SolidWorks软件来进行，得到的结果再导进Adams软件中，主要是修正导入的模型，然后对不同部件之间关系进行相关约束的创建；最后的步骤是要将驱动以及模拟的阻力添加进去就能够建立节能小车的动力学仿真模型。相关的驱动函数是阶跃函数，其表示随着时间的推进，加速度、速度以及位移随其变化的含义。

需要注意的是，节能小车的满载以及空载工况中要进行仿真时会受到不同的阻力，仿真结果如果想要和实际小车运行情况贴近，就必须要对小车受到的阻力进行考虑，比如风阻力、摩擦阻力、坡道阻力等。

（2）满载以及空载情况下的动力学仿真分析。首先，满载的节能小车在制动储能和能量释放中的仿真动力学分析，需要添加扭转弹簧的阻尼器在节能车上的齿轮上，目的是在小车制动时候获取弹簧的储能情况；脚本的仿真可以确保正确的小车运动结果，电机输出的扭矩大小以及变化的情况都是可以通过运行中的节能小车驱动力变化来反馈的。当节能小车的制动情况时候，安装了的节能装置会利用涡卷弹簧来对小车制动过程的机械能进行存储，如此制动时候小车受到的驱动力就会变小，也就是电动机的输出扭矩也会变小等。其次，节能小车空载过程分析仿真情况，空载启动小车时候弹簧会释放满载制动时候存储的能量。仿真过程需要对添加逐渐减小的一个单位力矩，这是涡卷弹簧释放能量过程的模拟需要。从仿真的结果可以得知，节能小车通过满载过程储存能量用在空载启动的时候，其受力就会减小，也就是启动时候电动机的输出扭矩也会变小，相应的电动机能量的消耗也变少了。这个过程就说明了节能小车能够在制动过程之中，将损失的能量进行回收起来达到节能降耗的作用。小车的满载制动和空载制动时候的弹簧储存能量过程是一样的，满载的启动通过空载制动时候储存能量的利用实现；但是小车空载的启动和驱动力变化的趋势是一样的，都是能够起到节能降耗的作用。

2 高次谐波的消除

岸桥作为集装箱装卸的主要设备，从电能的节约来对其进行节能的实现也是一种明智的分析，而当前对岸桥能量回馈以及利用，对柴油机组工作效率的提高的途径已经普遍用在实际生产之中。

2.1 分析岸桥的用电

岸桥有两部分的用电分布，第一是供应和分配电线路的传输过程电能的损耗；第二是正常负载工作下被吸收的电能。如果考虑没有生产的情况，第一部分应该比较适合用于节能降耗的考虑，能够对供配电能损耗进行降低。从供配电的系统中等效阻抗和供配电的损耗、视在电流三者的关系来看，想要对视在电流以及系统的等效阻抗进行降低，就要对供配电的损耗进行降低。有功电流和无功电流组成了视在的电流，在正常生产的负载中电网必须吸收的电流是有功电流，负载以及电网之间反复交换的是无功电流，但是供配电的损耗会受到无功电流的影响。岸桥工作中，发电机和电动机处于不断转换的状态。无功率的冲击负载就是变化速度快、大变化负荷以及短时的重负载等特征。容量比例逐渐变大是根据岸桥的晶闸管整流的装置以及变频装置的使用广度；如此的大量使用之后，不少的高次谐波电流会通过整流桥以及逆变装置产生之后进入电网，供电的电网会产生畸变的波形，随后导线的集肤效应会在导线中产生，变压器便产生高频的涡流效应，这样增加了系统的等效阻抗，热效应也会从电机上产生，损耗也随之增加。

2.2 损耗治理及其效果

上述对岸桥的用电中明白了电能损耗的原因，就需要对供配电损耗进行减少工作。所以需要对供电的视在电流进行降低，通过减少无功电流的办法来进行。首先通过对TSC动态无功率来补偿和谐波的治理装置的办法来对负载无功电源进行提供，然后能够达到负载无功电流的补偿。需要注意的是，理想补偿效果的获取，需要对安装具备谐波治理功能以及快速响应功率因素的补偿装置才可以，但是同时对于治理的谐波必须要达到国家的标准；这样就不需要对单调滤波器中的基波无功过补偿问题进行多次的设置。装置利用过零技术使其不产生谐波，且有极小的消耗功率，这样就可以对变压器输出的功率以及总电流进行降低，谐波造成的涡流损失也就随之减少了。另外，需要利用晶闸管来对投切进行控制，这样就能保证投切的过程中没有涌流、没有冲击、没有过渡的过程；谐波过滤和无功的补偿更加精确，就必须要将控制器以及分组的电容加入其中才行。

对于损耗的治理效果还是挺有效果的，主要利用TSC动态的无功功率的补偿和谐波的治理装置之后的效果有几方面体现。

第一，供配电系统利用率的提高；电网的容量被用电设备以及电网中大量的往返交换无功功率所占用，这导致了电网利用率的降低。利用TSC动态无功功率之后能够对电网供配电的能力进行提高。第二，具备稳定的电压；采取该法之后能够对电网的电压和变压器的二次电压波动进行减小和降低，有益于用电设备和电网的正常运行。第三，功率因素的提高；补偿TSC动态无功功率，可以使得负荷产生的感性无功电流被容性的无功电流抵消，从而电网功率的因素会提高。第四，降低变压器损耗以及温升，变压器中视在电流和温升成正比的关系，降低变压器中视在电流和损耗就可以对变压器的损耗进行降低，从而提高变压器的寿命。第五，能够滤除掉谐波，以及电网的净化。第六，供配电损耗的降低，并且能够获得节能效益。

从上述了解到TSC动态无功功率补偿能够提高功率因素，所以能够使得供配线路的视在电流下降，也降低了供配电的损耗。利用TSC动态无功率的补偿以及谐波治理的装置是岸标集装箱起重机节能降耗比较理想的办法，其有效对谐波的治理达到国家的标准，也能够对功率因素有效的提高，该种方案已经在大厂推广实行并且获取理想效果。

3 结语

岸桥的发展方向是自动智能化、高速大型化和可靠长寿化、环保低耗化。岸边集装箱起重机在节能和降耗的实现中还有许多路要走，必须要对技术革新大力开展起来，要时刻警醒资源的紧张，必须要用最大能力对增效的新技术进行节能降耗；同时要保证港口设备浪费现象的减少，有效结合企业效益和降耗对设备的油耗进行降低，这样才能够对节能降耗的目的进行保证。

[1]葛红,肖汉斌,李炳辰,崔建勋．岸边集装箱起重机节能技术研究 [J]．起重运输机械 ,2015，(04)：25-28．

[2]高峰．岸边集装箱起重机节能降耗的探讨[J]．机械研究与应用 ,2012,25(04)：183-185．