电动集装箱堆高机的应用分析

李小伟

摘   要：集装箱堆高机是空箱业务中广泛应用的重要起重设备，文章通过对电动集装箱堆高机的整体功能方案介绍、性能特点分析及在码头试用运行情况统计进行分析，解决了柴油机能耗高、污染大和维护成本较高等问题。

关键词：绿色码头;电动集装箱堆高机;整体方案;优势介绍

为保护人们赖以生存的环境，国家大力开展节能减排各项举措。集装箱港口为响应国家号召，提出绿色码头计划，大力开展港口设备油改电关键举措，电动集装箱堆高机的应用成为必然的趋势。

1    电动堆高机整体方案介绍

1.1  系统原理

锂电池组直流电源先进入各个电机控制器（见图1）。控制器相当于变频器，将直流电源转化为三相交流电，驱动各个电机（三相交流电机），从而实现各个机构的工作。

1.2  基本性能参数

电动堆高机基本性能参数与传统堆高机基本一致，电池的续航能力可根据作业需求选择电池容量。

1.3  动力电池系统

动力电池系统（见表1）采用目前技术成熟、安全性且性价比高的磷酸铁锂（LiFePO4）电池，因磷酸铁锂晶格稳定性较好，锂离子的嵌入与脱出对晶格的影响小，具有良好的可逆性，在100%充电条件下，可以放电2 000次以上，能够实现一小时快速充满。

1.4  行驶系统

电池组直流电源先进入行驶控制器。行驶控制器相当于变频器，将直流电源转化为三相交流电，驱动行驶电机（三相交流电机）。行驶系统由电机直驱的方式，通过传动轴将电机与驱动桥相连，无变速箱传动结构简单，整体效率高。电机的转速，由行驶控制器控制。

该部分应满足电动堆高机的动力性能要求：空载时最高车速≥20 km/h;空载时0～20 km/h，加速时间≤8 s;最大爬坡度的空载≤25%，满载≥20%。

1.5  举升系统

举升系统的电机控制器将电池组提供的直流电源转换成三相交流电，提供给油泵马达电机，油泵电机驱动油马达（双向），提供液压动力。当起升上升时，油泵正转，驱动油缸上升完成举升，此时消耗电池组电量。当起升下降时，油泵反转，油缸内压力油通过马达回油箱，将下降的势能转化为电能。由于油泵反转，油泵电机此时作为发电机，对电池组反向充电。

1.6  辅助系统

辅助系统由辅助电机驱动齿轮泵，主要满足吊具动作、后桥转向、前桥制动及制动系统冷却要求。辅助电机控制器将电池组直流电源转换成三相交流电，提供给辅助电机（三相交流电机）。

1.7  电机冷却系统

电动堆高机冷却系统采用闭式强制水冷方式，由散热器、电子风扇、电子水泵、行驶电机控制器、举升电机控制器、辅助电机控制器、行驶电机、举升电机、辅助电机、膨胀水箱和管路及接头组成。

1.8  冷却系统控制逻辑

（1）水泵控制。由关闭状态到开启的条件：驱动电机的温度大于55 ℃或电机控制器的温度大于50 ℃;

（2）散热器风扇控制。由关闭状态到开启的条件：驱动电机的温度大于70 ℃或者电机控制器的温度大于65 ℃。

（3）温度报警。达到设定温度，监控仪表报警：驱动电机或者电机控制器内的冷却液温度大于等于过温保护温度。

（4）温度关停。达到设定温度，驱动电机关停：驱动电机或者电机控制器内的冷却液温度大于等于关停温度。

1.9  充电方案介绍

采用的充电方案，充电各部件如下：

部件1，空箱堆高机，门架应包含充电自动插拔的安装位置，并为充电自动插拔装置油缸提供一路液压油，以及连接到接线箱部分的电缆。

部件2，充电自动插拔装置（机上部分），通过螺栓，固定在空箱堆高机门架上。

部件3，自动插拔装置（机下部分）。

部件4，定位支架，可采用空集装箱或者相当尺寸的钢结构门框，使门架停留在相对固定的位置、充电自动插拔装置的机上及机下部分能够很好地连接。

部件5，充电设备（充电桩）。

2    电动堆高机优势介绍

2.1  节能环保

全电驱动不采用燃油发动机无尾气排放，具有能量回收系统，可以回收下降势能和刹车能量。各个工作系统动力独立设计，优化控制进一步节省能量消耗，提高续航时间。

2.2  智能化

设备可以识别当前作业模式，精准预测剩余作业时长。设备预置节能模式、普通模式及强劲模式，操作手可以根据作业情况自由选择。结合码头终端操作系统（Terminal Operating System，TOS）系统实现多台设备协作，根据设备的剩余电量、位置自动调配作业。

2.3  节约成本

目前试运行电动堆高机作业耗电量为23.3 kW/h，单箱电量为0.85 kW，而柴油动力堆高机油耗约14 L/h，单箱油耗约0.43 L/h，对比单箱可每小时节约成本1.93元。

动力系统采用电机和锂电池组成，基本免维护，无发动机、变速箱维护工作量大幅度下降。液压系统由阀控改为泵控，减少液压控制阀组，液压维护相对简单。电池5年质保，质保期内免费更换。综合统计单箱作业成本可下降大约60%。

3    电动堆高机不足之处

（1）电动堆高机各电池、电机等系统避震性能不足，在路面坑洼的堆場作业故障率相对较高，存在一定的风险。

（2）雨季对设备作业及充电影响较大，电气系统需进一步提高防水性能。

（3）动力电池整机成本占比较高，且目前无电池回收相关制度，旧电池存在一定污染环境的风险。

4    结语

总体来说，电动集装箱堆高机具有节能环保、智能化、维护简单、运营成本低等特点，具有广泛的适用性，相比较传统燃油动力堆高機还是具有一定的优势，充分响应国家节能减排的号召，满足了港口建设绿色码头的需要。

[参考文献]

[1]中国水运网.厦门绿色生态型港口发展全国领先[EB/OL].（2019-12-13）[2020-04-25].http：//www.port.org.cn/info/2019/204500.htm.

[2]海洋网.厦门港新一代绿色生态型港口建设示范项目启动[EB/OL].（2019-12-12）[2020-04-25].http：//www.hycfw.com/Article/225556.

[3]港口圈.三一全球首台全电动集装箱堆高机在厦门港试测[EB/OL].（2019-02-03）[2020-04-25].http：//dy.163.com/v2/article/detail/E73SV3KF0519CUIJ.html.

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