裝箱正面吊節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用

集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱集裝箱正面吊）是用于集裝箱裝卸、堆碼和水平運(yùn)輸作業(yè)的裝卸搬運(yùn)機(jī)械，應(yīng)用場(chǎng)所主要為集裝箱碼頭、中轉(zhuǎn)站、鐵路貨運(yùn)站等集裝箱和件雜貨裝卸場(chǎng)所，具有機(jī)動(dòng)靈活、操作簡(jiǎn)便、作業(yè)效率較高等優(yōu)點(diǎn)。由于集裝箱正面吊起吊貨物質(zhì)量較大且起升速度較快，使得正面吊的裝機(jī)容量較大。目前市場(chǎng)上的主流集裝箱正面吊產(chǎn)品以柴油為動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可達(dá)，燃油消耗率為/（kW€I6h），燃燒柴油產(chǎn)生的廢氣對(duì)環(huán)境造成一定污染。本文在介紹集裝箱正面吊能耗現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析正面吊節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用情況，以期降低正面吊對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)港口設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1 集裝箱正面吊能耗現(xiàn)狀

1.1 能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)我國(guó)多個(gè)代表性集裝箱碼頭正面吊的使用情況進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)集裝箱正面吊的能耗情況。如圖1～3所示：集裝箱正面吊的能耗為0.45～/TEU，各品牌及型號(hào)正面吊的能耗差別較大。

1.2 能耗影響因素

（1）動(dòng)力系統(tǒng)性能 集裝箱正面吊發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率是影響其能耗的決定性因素，而發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能，當(dāng)前可采用廢氣渦輪增壓、燃油噴射和電子控制系統(tǒng)等節(jié)能新技術(shù)來提高燃油經(jīng)濟(jì)性。另外，不同燃料類型發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能和排放效果不一樣，例如：LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保性能較好；混合動(dòng)力設(shè)備在減速、制動(dòng)過程中不僅不消耗燃油，而且能回收制動(dòng)能量，在停機(jī)時(shí)也不消耗燃油，從而大大提高設(shè)備的燃油經(jīng)濟(jì)性。

（2）傳動(dòng)系統(tǒng)效率 集裝箱正面吊傳動(dòng)系統(tǒng)的效率不僅包括行走系統(tǒng)即發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋的效率，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓泵和液壓油缸的效率。設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)效率越高，損失的能量越小，能源利用率就越高。合理優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓泵動(dòng)力特性匹配，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，是提高傳動(dòng)系統(tǒng)效率的有效途徑。此外，合理選用傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油也有利于提高傳動(dòng)系統(tǒng)效率。

（3）設(shè)備和吊具總質(zhì)量 設(shè)備總質(zhì)量影響設(shè)備的滾動(dòng)阻力、坡道阻力和加速阻力，對(duì)設(shè)備的燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大。研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)備質(zhì)量每降低10%，其平均燃油經(jīng)濟(jì)性可以提高6%～8%；因此，輕量化設(shè)計(jì)是降低集裝箱正面吊能耗的重要方法之一。另外，集裝箱正面吊屬于垂直起重運(yùn)輸機(jī)械，其起升物體過程的能耗所占比重較大，減小吊具質(zhì)量也是降低正面吊能耗的重要途徑。目前市場(chǎng)上正面吊吊具質(zhì)量為8.0～，選用較輕的吊具能夠大大降低正面吊起升過程能耗。

（4）使用工況和環(huán)境 作業(yè)路面平整情況、作業(yè)通道狀況、環(huán)境溫度和風(fēng)力等均對(duì)集裝箱正面吊能耗產(chǎn)生影響。

（5）物流組織 集裝箱堆碼層數(shù)和列數(shù)、翻箱率、待箱時(shí)間等物流組織均是集裝箱正面吊能耗的重要影響因素。

（6）司機(jī)駕駛習(xí)慣 司機(jī)的行車和剎車習(xí)慣、待機(jī)操作習(xí)慣等均會(huì)影響集裝箱正面吊的能耗。

（7）維護(hù)和保養(yǎng) 隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，集裝箱正面吊的技術(shù)狀況和性能會(huì)逐漸變差；因此，對(duì)設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)和保養(yǎng)十分重要，是提高設(shè)備燃油效率的重要保障。

2 集裝箱正面吊節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用

2.1 混合動(dòng)力正面吊

長(zhǎng)期以來，集裝箱正面吊使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其既可以驅(qū)動(dòng)變速箱為傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，也可以直接驅(qū)動(dòng)液壓泵為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。近年來，隨著節(jié)能環(huán)保理念深入人心，采用混合動(dòng)力以減小柴油發(fā)動(dòng)機(jī)功率已成為集裝箱正面吊發(fā)展新趨勢(shì)。液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)不僅能夠?qū)⒅苿?dòng)動(dòng)能送入液壓蓄能器，使其在設(shè)備啟動(dòng)階段得到重新利用，而且能夠利用吊重下降時(shí)的勢(shì)能。集裝箱正面吊的自重和起吊載荷均較大，最大吊載集裝箱時(shí)，整機(jī)總質(zhì)量約，使其制動(dòng)時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)蓄積大量制動(dòng)能量。

2013年，科尼公司推出混合動(dòng)力正面吊，最大起升能力；其動(dòng)力系統(tǒng)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)行駛系統(tǒng)電氣化驅(qū)動(dòng)，液壓起升系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；設(shè)備配備能量?jī)?chǔ)存裝置超級(jí)電容能源可再生系統(tǒng)，用于回收和儲(chǔ)存能源，滿足設(shè)備牽引、提升等操作需求。傳統(tǒng)設(shè)備的油耗為20～/h，而混合動(dòng)力正面吊的油耗為8～/h，后者在環(huán)保和節(jié)支方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.2 LNG正面吊

以LNG作為能源是未來車輛和船舶運(yùn)輸業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑之一。2013年，卡爾瑪公司開發(fā)由柴油和LNG驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的雙燃料集裝箱正面吊，以降低能耗和減少對(duì)環(huán)境的污染。以LNG作為設(shè)備動(dòng)力源有利于減少碳足跡，降低集裝箱碼頭運(yùn)營(yíng)成本（測(cè)試表明每小時(shí)能降低燃油成本20%）。

2.3 電池組正面吊

目前，氫燃料電池、鋰電池等電池組驅(qū)動(dòng)技術(shù)已成功應(yīng)用于集裝箱牽引車、集裝箱自動(dòng)導(dǎo)引車等港口重型流動(dòng)機(jī)械。集裝箱正面吊同樣可以使用電池組動(dòng)力系統(tǒng)，尤其是正面吊配重可以結(jié)合電池組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使在保證正面吊防傾覆能力的同時(shí)合理布置電池組，節(jié)省布置空間。

3 集裝箱正面吊使用范圍

在應(yīng)用節(jié)能減排新技術(shù)對(duì)集裝箱正面吊進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的同時(shí)，為提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，集裝箱正面吊生產(chǎn)商還非常重視對(duì)正面吊變形產(chǎn)品的開發(fā)。[1]例如：意大利Fantuzzi公司推出鋼卷搬運(yùn)機(jī)；瑞典卡爾瑪公司推出長(zhǎng)臂正面吊，下俯角度可達(dá)0€耙韻攏被雇瞥鱸揭罷嫻酰視糜讜諞巴餛獒纜飛習(xí)嵩撕妥靶都跋洌壞鹿鶯iebherr公司推出圓弧臂式正面吊，適用于隔箱作業(yè)。

（1）碼頭集裝箱堆場(chǎng) 集裝箱正面吊可用于碼頭集裝箱堆場(chǎng)與碼頭前沿裝卸機(jī)械之間的集裝箱水平運(yùn)輸，可用作大型集裝箱碼頭的輔助裝卸設(shè)備及旺季時(shí)的備用設(shè)備，或者用作大型機(jī)械維修保養(yǎng)時(shí)期的替代機(jī)械。集裝箱正面吊是中小型港口、內(nèi)陸集裝箱場(chǎng)站的主要作業(yè)設(shè)備，能較好地滿足中小型港口集裝箱碼頭及集裝箱堆場(chǎng)的生產(chǎn)作業(yè)需要。

（2）集裝箱貨場(chǎng)、中轉(zhuǎn)站和鐵路場(chǎng)站 集裝箱貨場(chǎng)、拆裝箱庫(kù)、中轉(zhuǎn)站和鐵路場(chǎng)站使用集裝箱正面吊進(jìn)行集裝箱吊裝和堆垛、翻箱、集卡或鐵路列車裝箱以及集裝箱移庫(kù)等。

（3）木材貨場(chǎng) 集裝箱正面吊在換裝吊鉤后可用作輪式起重機(jī)來吊裝件雜貨，在特定場(chǎng)所還可以換裝木材抓鉤，用于木材裝卸。

（4）裝卸駁船 若集裝箱正面吊選配可伸縮的延長(zhǎng)抓具，并在吊桿與液壓支柱之間加裝橫梁，使液壓支柱可以收縮得很低，以將向上傾斜的吊桿調(diào)整到向下傾斜的位置，則適用于吊裝低于地面的集裝箱（如駁船上的集裝箱）。此類集裝箱正面吊可以替代岸壁式集裝箱起重機(jī)，適用于吞吐量較小內(nèi)河碼頭的集裝箱場(chǎng)站。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的節(jié)能減排新技術(shù)將應(yīng)用于集裝箱正面吊，以提升正面吊的裝卸和搬運(yùn)效率，拓寬正面吊的使用范圍。除節(jié)能減排發(fā)展趨勢(shì)外，智能化也是集裝箱正面吊的重要發(fā)展趨勢(shì)。例如，一些集裝箱正面吊生產(chǎn)商將載荷智能預(yù)警技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)、故障預(yù)診斷技術(shù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示安全狀態(tài)技術(shù)、機(jī)電防傾翻報(bào)警技術(shù)、臂架垂直升降與聯(lián)動(dòng)技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)總線油門自動(dòng)升速技術(shù)等智能化控制技術(shù)應(yīng)用于正面吊，以提高正面吊的智能化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘇國(guó)萃，劉晉川，李海波. 集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J]. 港口裝卸，2005（5）：37-39.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-04-28）