何業(yè)科

近年來，隨著國際燃油價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，港口企業(yè)運(yùn)營成本不斷上漲，其中燃油費(fèi)用占運(yùn)營總成本的50%以上，而輪胎式龍門起重機(jī)（Rubber-Tyred Gantry Crane，RTG）的耗油量通常占碼頭機(jī)械設(shè)備總耗油量的60%以上。在全球資源緊缺、國際燃油市場前景不明朗的情況下，對(duì)RTG實(shí)施“油改電”是港口企業(yè)規(guī)避燃油價(jià)格攀升風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑。廣州港南沙港務(wù)有限公司（以下簡稱南沙港務(wù)）每年RTG耗油量超過。為節(jié)省燃油成本，南沙港務(wù)分3期對(duì)60臺(tái)RTG和100個(gè)重箱堆場實(shí)施“油改電”項(xiàng)目。在項(xiàng)目應(yīng)用之初，低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)存在運(yùn)行可靠性和安全性較差的問題，難以充分發(fā)揮“油改電”項(xiàng)目的巨大潛力。對(duì)此，南沙港務(wù)從滑觸線支架安裝工藝、滑觸線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、集電小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、集電小車電控設(shè)計(jì)等方面對(duì)低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1 低架剛性滑觸線為RTG供電的基本原理

在集裝箱堆場的箱區(qū)內(nèi)架設(shè)低架剛性滑觸線（見圖1）供電線路。當(dāng)RTG在箱區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí)，關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組，由集電小車（見圖2）將市電通過滑觸線輸送到RTG，RTG沿滑觸線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)箱區(qū)的工作覆蓋；當(dāng)RTG轉(zhuǎn)場時(shí)，切斷其市電電源，改由柴油發(fā)電機(jī)組供電；RTG轉(zhuǎn)到指定堆場后，柴油發(fā)電機(jī)組停止工作，重新切換為市電電源。

2 低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 滑觸線支架安裝工藝優(yōu)化

“T”形結(jié)構(gòu)滑觸線支架安裝施工通常采用現(xiàn)場加工、焊接、拼裝的方式，主要存在以下問題：（1）受天氣影響較大，施工工期不可控，每條滑觸線的施工工期至少為；（2）施工期間占用場地較多，對(duì)碼頭生產(chǎn)影響較大；（3）由于采用非標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場加工工藝，滑觸線支架水平和垂直方向的直線度誤差較大，每誤差不超過，導(dǎo)致集電小車運(yùn)行時(shí)故障較多。

針對(duì)上述問題，改用滑觸線支架標(biāo)準(zhǔn)件，首先在工廠將滑觸線支架統(tǒng)一加工好，然后將滑觸線支架標(biāo)準(zhǔn)件運(yùn)到施工現(xiàn)場，采用螺栓拼裝。此種安裝工藝的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）不受天氣影響，施工工期大大縮短，每條滑觸線的施工工期只有；（2）施工占用場地較少，施工靈活，可分塊進(jìn)行，對(duì)碼頭生產(chǎn)幾乎沒有影響；（3）由于采用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行拼裝，滑觸線支架水平和垂直方向的直線度誤差較小，每誤差不超過，有效避免因滑觸線安裝工藝缺陷而導(dǎo)致的集電小車運(yùn)行故障。

2.2 滑觸線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2.1 擴(kuò)大滑觸線“T”形架防沖出區(qū)域

RTG出場時(shí)需要行駛至滑觸線對(duì)位區(qū)域，使集電小車縮回至原始狀態(tài)，以免RTG出場過街時(shí)發(fā)生意外事故。司機(jī)在進(jìn)行RTG對(duì)位操作時(shí)需要來回移動(dòng)大車，如果操作不當(dāng)，很可能造成RTG移動(dòng)距離過大，導(dǎo)致集電小車在尚未縮回的情況下被強(qiáng)行帶出滑觸線。為避免發(fā)生上述情況，將滑觸線“T”形架防沖出區(qū)域從 €？擴(kuò)大為 €？（見圖3），使大車在發(fā)生緊急情況時(shí)有充足的時(shí)間停止，從而有效減少集電小車沖出滑觸線的事故發(fā)生。

2.2.2 滑觸線端部設(shè)計(jì)優(yōu)化

為減少因RTG動(dòng)作引起的集電小車偏移和跳動(dòng)現(xiàn)象，確保碳刷與滑觸線之間接觸良好，集電小車通過2個(gè)集電器取電；而集電器故障通常發(fā)生在引導(dǎo)區(qū)滑觸線端部，在集電小車的一側(cè)集電器進(jìn)入滑觸線、另一側(cè)集電器在滑觸線外的情況下，兩側(cè)集電器碳刷均帶電，此時(shí)維修人員作業(yè)存在觸電的安全隱患。為此，在滑觸線兩端加裝長約1 m的隔離段（見圖4），使其與滑觸線相互絕緣，從而防止檢修人員作業(yè)時(shí)發(fā)生觸電事故。

2.2.3 集電小車伸縮限位感應(yīng)板設(shè)計(jì)優(yōu)化

“油改電”RTG在進(jìn)出場時(shí)經(jīng)常發(fā)生集電器損壞事故，主要原因如下：（1）滑觸線引導(dǎo)區(qū)集電小車伸縮限位感應(yīng)板為“Z”形，集電小車在RTG進(jìn)出場時(shí)容易掛到“Z”形槽的斜坡部分；（2）胎壓不合適、路面不平等因素造成感應(yīng)限位超出感應(yīng)板，致使伸出感應(yīng)信號(hào)丟失。為此，將“Z”形感應(yīng)板改為長方形感應(yīng)板（見圖5），從而使事故發(fā)生率降低約80%。

2.2.4 滑觸線引導(dǎo)軌設(shè)計(jì)優(yōu)化

優(yōu)化前，集電小車經(jīng)過滑觸線引導(dǎo)軌時(shí)擺動(dòng)幅度較大，存在集電小車伸縮限位不到位或被撞壞的安全隱患?，F(xiàn)場觀察分析發(fā)現(xiàn)，造成上述情況的主要原因是滑觸線引導(dǎo)軌的弧度過小。為此，將滑觸線引導(dǎo)軌的弧度加大至 /6（見圖6），實(shí)現(xiàn)集電小車在引導(dǎo)軌上平穩(wěn)過渡，從而使因引導(dǎo)軌造成的相關(guān)故障減少90%。

2.3 集電小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.3.1 集電小車行走輪設(shè)計(jì)優(yōu)化

優(yōu)化前，集電小車進(jìn)入滑觸線引導(dǎo)區(qū)后，由于行走輪的支撐點(diǎn)不足以支撐集電小車的整體結(jié)構(gòu)，加之行走輪的橡膠圈經(jīng)常脫落，導(dǎo)致集電小車存在后傾現(xiàn)象，造成集電小車上方的伸縮限位無法到位。為此，將集電小車行走輪由外側(cè)安裝改為內(nèi)側(cè)安裝，加強(qiáng)其支撐架，并將橡膠輪更換為不銹鋼輪，從而確保集電小車緊貼引導(dǎo)區(qū)感應(yīng)板（見圖7）。

2.3.2 集電小車集電器提升裝置優(yōu)化

為使集電小車能夠順利進(jìn)入滑觸線，消除因RTG大車輪胎氣壓不合適或路面不平等因素造成的高度差對(duì)集電小車運(yùn)行帶來的影響，集電小車設(shè)有集電器提升裝置。原有的集電器提升裝置為柱塞式（有效行程），經(jīng)常出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，導(dǎo)致集電小車無法順利進(jìn)入滑觸線，并給運(yùn)行中的集電小車集電器帶來故障隱患。針對(duì)上述問題，將集電器提升裝置由柱塞式改為滾輪式（有效行程），從而消除卡滯現(xiàn)象（見圖8）。

2.4 集電小車電控設(shè)計(jì)優(yōu)化

在正常工況下，當(dāng)集電小車進(jìn)出滑觸線時(shí)，RTG必須慢速行駛；當(dāng)集電小車完全進(jìn)入滑觸線后，RTG應(yīng)當(dāng)全速行駛。這樣既能保證集電小車安全進(jìn)出滑觸線，又能兼顧作業(yè)效率。優(yōu)化前，集電小車采用機(jī)械限位，存在以下問題：（1）只能發(fā)出脈沖信號(hào)，沒有信號(hào)保持功能，一旦電源斷開或擋塊離開限位擺桿，信號(hào)就會(huì)丟失，需要再次操作限位才能保證信號(hào)正常使用；（2）需要專門編寫程序與其配合使用；（3）如果RTG在出場時(shí)未從高速狀態(tài)及時(shí)轉(zhuǎn)換為低速狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致滑觸線和小車損壞。針對(duì)上述問題，改用Schmersal公司生產(chǎn)的具有自保持功能的BN20-11RZ-M16型電磁感應(yīng)限位（見圖9）。此電磁感應(yīng)限位能夠自動(dòng)保持當(dāng)前狀態(tài)，不受斷電影響。當(dāng)RTG大車在滑觸線區(qū)域內(nèi)由低速區(qū)向高速區(qū)過渡時(shí)，電磁感應(yīng)限位與預(yù)先安裝在滑觸線支架上的磁鐵發(fā)生磁感應(yīng)，限位立即動(dòng)作并保持狀態(tài)；反之，原有狀態(tài)丟失。采用具有保持當(dāng)前狀態(tài)功能的電磁感應(yīng)限位后，RTG高低速轉(zhuǎn)換時(shí)的故障得到徹底解決，而且可編程邏輯控制器的程序編寫也更為簡單明了。

3 結(jié)束語

南沙港務(wù)對(duì)低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，徹底解決了RTG“油改電”項(xiàng)目應(yīng)用初期存在的問題，不僅使年均故障由890次降至93次，而且每年節(jié)約能源費(fèi)用萬元，減少能耗標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳超過1萬t，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

盡管如此，當(dāng)前RTG“油改電”項(xiàng)目仍然存在一些不足之處：（1）起升機(jī)構(gòu)下降時(shí)的再生電能未得到充分利用，造成一定的能源浪費(fèi)；（2）轉(zhuǎn)場時(shí)需要進(jìn)行市電電源與柴電電源的轉(zhuǎn)換，未實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色驅(qū)動(dòng)和零排放。對(duì)“油改電”RTG的饋電裝置進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化仍然是未來的重要課題。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-03-12）