装箱正面吊节能减排技术应用

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集装箱正面吊运机（以下简称集装箱正面吊）是用于集装箱装卸、堆码和水平运输作业的装卸搬运机械，应用场所主要为集装箱码头、中转站、铁路货运站等集装箱和件杂货装卸场所，具有机动灵活、操作简便、作业效率较高等优点。由于集装箱正面吊起吊货物质量较大且起升速度较快，使得正面吊的装机容量较大。目前市场上的主流集装箱正面吊产品以柴油为动力源，发动机功率可达，燃油消耗率为/（kW€I6h），燃烧柴油产生的废气对环境造成一定污染。本文在介绍集装箱正面吊能耗现状的基础上，分析正面吊节能减排技术应用情况，以期降低正面吊对环境的污染，促进港口设备节能减排技术的推广应用。

1 集装箱正面吊能耗现状

1.1 能耗数据统计

对我国多个代表性集装箱码头正面吊的使用情况进行调查，统计集装箱正面吊的能耗情况。如图1～3所示：集装箱正面吊的能耗为0.45～/TEU，各品牌及型号正面吊的能耗差别较大。

1.2 能耗影响因素

（1）动力系统性能 集装箱正面吊发动机的燃油消耗率是影响其能耗的决定性因素，而发动机的燃油消耗率取决于发动机的结构和性能，当前可采用废气涡轮增压、燃油喷射和电子控制系统等节能新技术来提高燃油经济性。另外，不同燃料类型发动机的节能和排放效果不一样，例如：LNG发动机的环保性能较好；混合动力设备在减速、制动过程中不仅不消耗燃油，而且能回收制动能量，在停机时也不消耗燃油，从而大大提高设备的燃油经济性。

（2）传动系统效率 集装箱正面吊传动系统的效率不仅包括行走系统即发动机、变速箱、传动轴、驱动桥的效率，还包括发动机、变速箱、液压泵和液压油缸的效率。设备传动系统效率越高，损失的能量越小，能源利用率就越高。合理优化发动机、变速箱、液压泵动力特性匹配，改善燃油经济性，是提高传动系统效率的有效途径。此外，合理选用传动系统润滑油也有利于提高传动系统效率。

（3）设备和吊具总质量 设备总质量影响设备的滚动阻力、坡道阻力和加速阻力，对设备的燃油经济性影响较大。研究发现，设备质量每降低10%，其平均燃油经济性可以提高6%～8%；因此，轻量化设计是降低集装箱正面吊能耗的重要方法之一。另外，集装箱正面吊属于垂直起重运输机械，其起升物体过程的能耗所占比重较大，减小吊具质量也是降低正面吊能耗的重要途径。目前市场上正面吊吊具质量为8.0～，选用较轻的吊具能够大大降低正面吊起升过程能耗。

（4）使用工况和环境 作业路面平整情况、作业通道状况、环境温度和风力等均对集装箱正面吊能耗产生影响。

（5）物流组织 集装箱堆码层数和列数、翻箱率、待箱时间等物流组织均是集装箱正面吊能耗的重要影响因素。

（6）司机驾驶习惯 司机的行车和刹车习惯、待机操作习惯等均会影响集装箱正面吊的能耗。

（7）维护和保养 随着使用时间的延长，集装箱正面吊的技术状况和性能会逐渐变差；因此，对设备动力系统和传动系统进行定期维护和保养十分重要，是提高设备燃油效率的重要保障。

2 集装箱正面吊节能减排技术应用

2.1 混合动力正面吊

长期以来，集装箱正面吊使用柴油发动机，其既可以驱动变速箱为传动系统提供动力，也可以直接驱动液压泵为液压系统提供动力。近年来，随着节能环保理念深入人心，采用混合动力以减小柴油发动机功率已成为集装箱正面吊发展新趋势。液压混合动力系统不仅能够将制动动能送入液压蓄能器，使其在设备启动阶段得到重新利用，而且能够利用吊重下降时的势能。集装箱正面吊的自重和起吊载荷均较大，最大吊载集装箱时，整机总质量约，使其制动时可在短时间内蓄积大量制动能量。

2013年，科尼公司推出混合动力正面吊，最大起升能力；其动力系统由柴油发动机直接驱动发电机，实现整个行驶系统电气化驱动，液压起升系统由电动机直接驱动；设备配备能量储存装置超级电容能源可再生系统，用于回收和储存能源，满足设备牵引、提升等操作需求。传统设备的油耗为20～/h，而混合动力正面吊的油耗为8～/h，后者在环保和节支方面具有显著优势。

2.2 LNG正面吊

以LNG作为能源是未来车辆和船舶运输业实现节能减排的重要途径之一。2013年，卡尔玛公司开发由柴油和LNG驱动发动机的双燃料集装箱正面吊，以降低能耗和减少对环境的污染。以LNG作为设备动力源有利于减少碳足迹，降低集装箱码头运营成本（测试表明每小时能降低燃油成本20%）。

2.3 电池组正面吊

目前，氢燃料电池、锂电池等电池组驱动技术已成功应用于集装箱牵引车、集装箱自动导引车等港口重型流动机械。集装箱正面吊同样可以使用电池组动力系统，尤其是正面吊配重可以结合电池组进行优化设计，以使在保证正面吊防倾覆能力的同时合理布置电池组，节省布置空间。

3 集装箱正面吊使用范围

在应用节能减排新技术对集装箱正面吊进行持续改进的同时，为提升市场竞争力，集装箱正面吊生产商还非常重视对正面吊变形产品的开发。[1]例如：意大利Fantuzzi公司推出钢卷搬运机；瑞典卡尔玛公司推出长臂正面吊，下俯角度可达0€耙韵拢被雇瞥鲈揭罢娴酰视糜谠谝巴馄獒缆飞习嵩撕妥靶都跋洌坏鹿鶯iebherr公司推出圆弧臂式正面吊，适用于隔箱作业。

（1）码头集装箱堆场 集装箱正面吊可用于码头集装箱堆场与码头前沿装卸机械之间的集装箱水平运输，可用作大型集装箱码头的辅助装卸设备及旺季时的备用设备，或者用作大型机械维修保养时期的替代机械。集装箱正面吊是中小型港口、内陆集装箱场站的主要作业设备，能较好地满足中小型港口集装箱码头及集装箱堆场的生产作业需要。

（2）集装箱货场、中转站和铁路场站 集装箱货场、拆装箱库、中转站和铁路场站使用集装箱正面吊进行集装箱吊装和堆垛、翻箱、集卡或铁路列车装箱以及集装箱移库等。

（3）木材货场 集装箱正面吊在换装吊钩后可用作轮式起重机来吊装件杂货，在特定场所还可以换装木材抓钩，用于木材装卸。

（4）装卸驳船 若集装箱正面吊选配可伸缩的延长抓具，并在吊杆与液压支柱之间加装横梁，使液压支柱可以收缩得很低，以将向上倾斜的吊杆调整到向下倾斜的位置，则适用于吊装低于地面的集装箱（如驳船上的集装箱）。此类集装箱正面吊可以替代岸壁式集装箱起重机，适用于吞吐量较小内河码头的集装箱场站。

4 结束语

随着科学技术的发展，越来越多的节能减排新技术将应用于集装箱正面吊，以提升正面吊的装卸和搬运效率，拓宽正面吊的使用范围。除节能减排发展趋势外，智能化也是集装箱正面吊的重要发展趋势。例如，一些集装箱正面吊生产商将载荷智能预警技术、设备状态检测和实时监控技术、故障预诊断技术、实时动态显示安全状态技术、机电防倾翻报警技术、臂架垂直升降与联动技术、发动机总线油门自动升速技术等智能化控制技术应用于正面吊，以提高正面吊的智能化水平。

参考文献：

[1] 苏国萃，刘晋川，李海波. 集装箱正面吊运机现状与发展研究[J]. 港口装卸，2005（5）：37-39.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-04-28）