岸边集装箱起重机节能降耗的应用分析

岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）是集装箱船与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备，也是码头上的用电大户。近年来，随着新技术的运用、专业化程度的提高，岸桥的单箱能耗呈下降趋势，但其仍存在较大的节能降耗空间。

港口的大型设备在作业过程中需要完成相应的垂直移动，这算是一种高难度的工作，大型设备在移动作业时需要消耗许多的能源。大型起重设备所产生的再生能源也很大，只有深入探索大型起重设备的节能降耗技术，才能够符合我国的节能减排要求。通过多方面的调研和研究，我们认为对岸桥的节能降耗概括起来可从以下几方面来入手：

一、在主电路和电路控制方式上采用节能降耗技术

港口大型起重机械的内部主电路电压结构通常采用三相半桥电压器，三相半桥电压器的整流器是以拓扑结构组成的，交流侧部分的电压结构具有超强的稳定性，其内部结构没有中线连接，采取三相对称的内部结构进行运作。三相半桥式电压器在运行时可以同时被六个IGBT功率开关同时控制，操作性较强，在整流器拓扑内部安装网测滤波器，可以透过整流器的外部设备观察到内部的高次谐波。主电路的单位功率受到因数整流的影响，在交流侧的主电路上采取与电压量相同电路的电网，在单位功率因素变为逆变状态时，交流侧的主电路电流与单位功率电压相差180°左右。

为了使大型起重机械设备在施工作业时可以达到节能降耗的目的，首先可以在主电路的电流电压上采取相关技术进行控制。在机械设备作业时，改变原本所采用的三相半桥电压型控制器，也就是将原本的PWM整流器改为PI控制器，在整流器的旋转坐标处改变电流的参数，使原本的交流侧电流变为恒定直流量，对整个电路系统进行无差调节，通过改变主电路的电流达到节能降耗的目的。还可以通过控制电流大小来改变电路的控制方式，通过恒定直流量技术对电路的控制方式进行调节，在大型起重机械设备的实际操作运行中，电路内部的滤波电容量会根据无功电流分量的功率大小检测出电路内部的电压伏数。

还可以对电压幅值进行准确的测量和检测，通过内部电路的电流频率改变原本电路的能量值，使电路控制的能量值处于恒定状态，保证交流侧的电流是有功电流，提高电路系统的稳定性，保证系统功率因素的运行状态。通过通信技术的设置也可以达到节能降耗的目的，电路控制中的通信方式和通信设备电流量主要被主控制系统所控制。在通信控制过程中，主电路可以采用发送无功指令的形式完成无功补偿的链接和应用，不仅可以使大型起重设备在施工作业时达到节能降耗，对于大型起重设备内部电路系统的稳定性也有一定的影响。

二、最大限度利用反馈电，使之直接用于岸桥运行

当前的大多数岸桥都采用交流变频驱动系统，而且一般都带有整流/回馈单元，在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机也有可能处于再生发电状态，这部分能量经过逆变器回馈单元返回电网，如果这部分能量不能消耗在码头电网中，则反馈回进码头的大电网中。

在岸桥的作业过程当中，这部分电能反馈量是非常大的，怎样最大限度的利用这些反馈电，我们的想法如下：

建立一个码头上所有岸桥的集中远程控制系统，时刻监视岸桥的动作情况，尽量错开多台岸桥的同时起升时间，将岸桥吊具下降的反馈能量给其他岸桥吸收。控制系统会两两配对作业岸桥，使得两台岸桥的一个作业循环时间保持一致，但一台岸桥如为在起升过程，则另一台则为在下降过程。在司机室会设置指示灯，由控制系统发出指令提示司机可上升或下降。这样就可使一台岸桥反馈回电网的能量为配对的岸桥所吸收。而且这套系统搭建起来后，可以选择出最为合理的允许同步岸桥台数，避免多台岸桥同时上升或同时下降，出现功率峰值叠加的情况。从而使变电所变压器的容量选型降低，对已建码头变电所可腾出10～20％的富余容量用于其它设备（如RTG油改电）。

三、使用新技术，提高岸桥作业效率

提高岸桥作业效率有很多方法，提高起升电机、小车电机的功率，使其起升、小车速度更快是一种方法，但这是以消耗更大的能量作为前提的。我们这里提出的提高作业效率是针对岸桥司机作业过程中如何更快的对箱、抓箱、定位等方面提出的。让岸桥在最短的时间内完成作业任务，以此来减少它的自身损耗是我们的目的。下面例举三个具有代表性的新技术：

①集卡定位系统：在码头作业中，集卡的停车位置是非常重要的，岸桥司机在抓箱和放箱过程中很大的时间消耗在控制集卡车的定位上。如何让集卡司机更快的停好位置是这套系统要解决的问题。这套系统需要配置的硬件设施：1、目标位置传感器2、车道指示灯3、位置指示灯。目标位置传感器为一三维动态扫描传感器，可实时扫描任一车道上集卡的定位位置及集卡的偏转方向。目标位置传感器扫描得到的数据经过处理后，输出给位置指示灯，通过不同的指示灯信号可告知司机需前进或后退或当前位置正确，以此来控制集卡的定位。

②自动倾转系统：因为集卡无法做到完全平行于集卡道，岸桥司机在抓箱和放箱前往往需要调整吊具的倾转，而如何快速的调整倾转也是提高岸桥作业效率的一个途径。

自动倾转系统在原有的倾转系统基础上需加装下列硬件设施：1、目标位置传感器2、变频器3、速度和绝对值编码器，在吊具的下放过程前，目标位置传感器已经对下面所停放的集卡进行了位置扫描，经过计算可以得到岸桥吊具倾转所需要调整的角度。在吊具的下降过程中，变频器得到指令对倾转电机进行控制，并通过速度和位置编码器调整角度，在吊具到达集卡上方时，倾转系统已自动调整到与集卡偏转吻合的角度。通过变频器来控制倾转电机可使电机的动作更有效，而且加上编码器参与的闭环控制，可使该倾转系统比普通倾转系统更快、更精确的达到目标角度。

③船型扫描系统：岸桥在集装箱船上进行作业时，船上的箱排列无规律可循。多次导致了撞箱（打保龄）事故的发生。有些码头因此要求岸桥司机在船上吊箱时一定要走“门”字型线路。而这套船型扫描系统则可改善这种状况。这套系统需要在司机室下部增加一个目标位置传感器，该目标位置传感器采取向下扫描的方式，在每次的小车运行过程中，该传感器都对下面的箱型进行扫描。扫描得到的图形进入控制器后，控制器可通过运算可以得到最优的吊具行进线路，当预判断有撞箱危险时，控制器可直接停止小车或起升的动作。

以上是三种通过较小的投资能得到较大收益的新技术，类似的技术还有很多。通过这些新技术提高岸桥作业效率是岸桥节能降耗的重要手段。随着我国外贸经济的不断发展，港口贸易中能源和物资的需求量越来越大。将节能降耗技术应用到港口大型起重设备中，符合现代社会能源节约的基本意识，符合可持续发展的策略。可以在主电路和电路控制上采取节能降耗技术，通过电路整流器的外部设备技术改变机械设备的电流量，还可以通过安装能量回馈装置的方式，随时掌握机械设备内部状况，减少设备运行的失误，提高大型起重设备施工的精确度，从而达到节能降耗的目的。

作者简介：陶亮（1980—），男，汉族，上海市人，中山大学本科毕业，广东省机电设备招标中心有限公司 业务部部长。研究方向：机电设备，机械