自動化集裝箱碼頭水平運輸動力系統(tǒng)設(shè)計

青島前灣智能集裝箱碼頭有限公司　王　偉　張連鋼　唐立輝　張　鵬

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自動化集裝箱碼頭水平運輸動力系統(tǒng)設(shè)計

青島前灣智能集裝箱碼頭有限公司王偉張連鋼唐立輝張鵬

摘要：水平運輸系統(tǒng)(AGV)是自動化集裝箱碼頭關(guān)鍵組成部分，選型的好壞關(guān)乎碼頭形象與效率的高低。低碳、環(huán)保、高效是水平運輸系統(tǒng)設(shè)計、選型的根本要求。通過比較和計算分析，提出了鋰電池組動力系統(tǒng)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：AGV； 動力系統(tǒng); 鋰電池組; 即時充電

1前言

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)多數(shù)自動化碼頭AGV動力系統(tǒng)多采用柴油機、油電混合、燃?xì)鈾C(天然氣)、氣電混合、鉛酸電池組、鋰電池組等動力模式。電池組做為動力系統(tǒng)，具有效率高、無排放、環(huán)保的特點，正在成為AGV動力系統(tǒng)發(fā)展的主流。目前，荷蘭鹿特丹的兩座新建碼頭均采用鉛酸電池組電力系統(tǒng)。但是鉛酸電池能量密度低、循環(huán)壽命低、充電時間長、有重金屬污染等缺點。鋰電池具有能量密度較高、循環(huán)壽命長、充放電倍率大、安全性好等優(yōu)點。因此，近幾年鋰電池技術(shù)發(fā)展突飛猛進。

2電池組電能補給方式

電池組電能補給主流方式有2種：換電式和充電式。

換電式需要建設(shè)專門的換電站，換電站的投資成本巨大，同時由于需要配備備用電池組，AGV動力系統(tǒng)電池組帶電量較大，增加了車輛的自重，增加了車輛的能源消耗。

充電式又分為2種：充電樁式和即時充電。充電式較換電式具有不需建換電站和無需備用電池組的特點，在節(jié)省投資成本和提高作業(yè)效率上具有很大優(yōu)勢。但因充電樁的充電模式是將AGV停靠專門區(qū)域進行充電，需多配置AGV的數(shù)量， 也增加了投資成本。AGV即時充電，是利用AGV作業(yè)的某個環(huán)節(jié)，作業(yè)的同時對電池組進行補電，AGV不需要去專用充電位充電，無需增加AGV的數(shù)量，因此即時充電模式優(yōu)勢明顯。

3AGV動力系統(tǒng)設(shè)計與仿真

3.1AGV工作參數(shù)

AGV由上海振華重工(ZPMC)生產(chǎn)，最大行走速度為6 m/s，最大加速度為0.75 m/s2，AGV小車自重約為29 t，設(shè)計最大載重箱重為70 t，平均載重箱重為25 t。

3.2AGV運行仿真環(huán)境設(shè)計

AGV卸船流程為橋吊門架小車抓箱到AGV，AGV經(jīng)由作業(yè)車道、緩沖區(qū)、高速車道，進入海側(cè)交互區(qū)(如圖1所示)，然后將集裝箱放置在交互支架上，完成卸船作業(yè)。裝船流程恰好相反。

圖1　AGV卸船流程

在交互支架上加裝滑觸線，在AGV小車加裝取電裝置，AGV在海側(cè)交互區(qū)與交互支架交互的時間對電池組進行充電。AGV充電系統(tǒng)的工作原理圖見圖2。

圖2　AGV充電系統(tǒng)的工作原理圖

通過AGV基本參數(shù)和運行環(huán)境，依靠仿真模擬，進而計算出AGV運行的峰值功率和循環(huán)功率。

3.3電池容量的選取設(shè)計

AGV動力系統(tǒng)電池容量的選取主要取決于AGV的工作模式和充電模式。AGV即時充電的核心是在AGV的一個工作循環(huán)內(nèi)，AGV補充的電量始終大于消耗的電能，電池組的能量始終維持在一個較為合理的區(qū)間范圍內(nèi)，在任何一個AGV工作時間內(nèi)均可以滿足AGV的工作要求。

電池容量的選擇主要有3個參數(shù)：AGV運行的峰值功率；AGV運行的循環(huán)功率；電池組的充電倍率。

4結(jié)語

本文所闡述的AGV鋰電池動力系統(tǒng)選取設(shè)計的核心理念是在一個AGV工作循環(huán)內(nèi)補充的電能始終大于消耗的電能，同時AGV補電是利用AGV工作的某個環(huán)節(jié)，不占用專門的充電位，較傳統(tǒng)的補電方式具有很多的優(yōu)點：

(1)充電方式不同，進而導(dǎo)致配置電池組容量較傳統(tǒng)AGV電池組容量下降約為75%；

(2)整車重量較傳統(tǒng)AGV下降約10%，AGV的能耗下降約5%；

(3)省去AGV專門的充電時間，有利于提升整個碼頭的作業(yè)效率。

參 考 文 獻

[1]劉靈芝, 張炳力, 湯仁禮. 某型純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(05)：591-592

[2]黃菊花,徐仕華,劉淑琴,于永飛. 電動汽車動力參數(shù)匹配及性能仿真[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(工科版),2011(4)：391-394.

[3]高樹健,陳丁躍. 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計及性能仿真[J]. 吉首大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2012(4)：79-82

Design of Horizontal Transportation Power System for Automated Container Terminal

Qingdao Qianwan Intelligent Container Terminal Co., Ltd

Wang WeiZhang LiangangTang LihuiZhang Peng

Abstract：Horizontal transportation systems (AGV) plays an important role in the automation of container terminal, and the selection of AGV system is closely related to terminal image and efficiency. Being low-carbon, environmentally-friendly and efficient are the fundamental requirements for the design and selection of horizontal transportation system. By comparison, calculation and analysis, this paper proposes the designing scheme that using lithium battery power system.

Key words:AGV(Automated Guided Vehicle); power system, lithium battery; instant charging

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.009

收稿日期：2015-1-20

王偉： 山東省青島市保稅區(qū)同江路567號