輪胎式龍門起重機起升機構配重節能方案

王黎明

隨著國際油價的不斷攀升，高企的燃油成本使港口企業不堪重負。在此背景下，港口企業的節能減排任務十分艱巨。輪胎式龍門起重機（以下簡稱輪胎吊）是集裝箱碼頭主要的高能耗設備之一，降低輪胎吊能耗已成為集裝箱碼頭節能減排工作的重點。近年來，上海滬東集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱滬東公司）陸續完成輪胎吊“油改電”和能量反饋等節能改造項目，取得良好的經濟效益。2014年，滬東公司繼續開展港口節能減排關鍵技術創新，與上海港研實業有限公司合作研發輪胎吊起升機構配重節能方案。本文介紹輪胎吊起升機構配重節能方案的設計原理，并分析其節能效果，以期為港口節能減排提供新思路。

1 輪胎吊主要節能方案

由表1可見，目前輪胎吊主要節能方案包括市電供電、混合動力供電、能量反饋和起升機構配重節能等。市電供電和混合動力供電方案主要針對輪胎吊動力源挖潛；能量反饋方案是輪胎吊的輔助節能方案，其原理是在輪胎吊已實施“油改電”改造的基礎上，將吊具和集裝箱下降時產生的勢能以及大車和小車制動時產生的動能通過電機轉換成電能，并將其回饋到供電網加以利用；起升機構配重節能方案也是輪胎吊的輔助節能方案，其原理是在輪胎吊起升機構上加裝配重平衡裝置，從而減少起升負載，降低起升電機功耗。起升機構配重節能方案與能量反饋方案的節能效果比較見表2。

2 輪胎吊起升機構配重節能方案

2.1 設計原理

在輪胎吊的起升、大車和小車三大機構中，起升機構功率遠大于大車和小車機構功率，起升機構的最大載荷決定了發動機和發電機組的功率配置；因此，降低起升機構載荷有利于降低發動機和發電機組的功率配置，進而降低輪胎吊能耗，達到節能效果。

輪胎吊起升機構配重節能方案運用配重平衡原理，在吊具和上架上加裝配重平衡裝置（見圖1），使吊具勢能與平衡塊勢能相互轉換，從而減小吊具起升載荷，達到節能效果。假設輪胎吊額定起升質量為，吊具和上架質量為，平衡塊質量為。加裝配重平衡裝置前，輪胎吊起升機構的最大載荷=額定起升質量+吊具和上架質量=+ =；加裝配重平衡裝置后，輪胎吊起升機構的最大載荷=額定起升質量+吊具和上架質量 平衡塊質量= + =，是加裝配重平衡裝置前起升機構最大載荷的84%，有利于降低發動機和發電機組的功率配置。該裝置不僅結構簡單，安裝簡便，而且不受輪胎吊動力源類型的限制，只要輪胎吊起升機構運行，就能達到預期的節能效果。

2.2 節能效果

輪胎吊起升機構作業時的能量傳遞途徑如下：柴油發動機→發電機→系統供電→起升電動機→起升減速箱→起升鋼絲繩卷筒→起升鋼絲繩→載荷（包括吊具、上架和集裝箱）。在上述能量傳遞過程中，與起升質量無關的固有能耗稱為無功能耗，與起升質量有關的能耗稱為有功能耗。有功能耗和無功能耗共同構成輪胎吊起升機構的全部能耗。

2.2.1 節能率

2.2.1.1 重載節能率

2.2.1.2 空載節能率

2.2.2 年節油費用

2.2.3 年節電費用

2.2.4 投資回報期

2.2.5 減排效果

加裝起升機構配重平衡裝置后，輪胎吊二氧化碳減排效果顯著：單臺柴油輪胎吊年節油約，減排二氧化碳；單臺“油改電”輪胎吊年節電約6.5萬kW h，減排二氧化碳。

2.2.6 輪胎吊輪壓

滬東公司堆場道路最大允許載荷約。以司機視線方向為前方，輪胎吊主要結構布置如下：動力機房安裝于前部，質量約；電氣房安裝于后部，質量約；小車質量約；配重平衡裝置安裝于電氣房側，總質量約，其中平衡塊機構質量約，分別安裝在后側2根立柱上；為簡化計算，其他結構質量計入吊具和上架質量。安裝配重平衡裝置后，計算輪胎吊在最惡劣工況下（即當風速為/s且輪胎吊滿載時）的最大輪壓，結果如下：電氣房側最大輪壓，柴油機房側最大輪壓，均小于堆場道路最大允許載荷，滿足原有場地設施要求。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-09-02）

隨著國際油價的不斷攀升，高企的燃油成本使港口企業不堪重負。在此背景下，港口企業的節能減排任務十分艱巨。輪胎式龍門起重機（以下簡稱輪胎吊）是集裝箱碼頭主要的高能耗設備之一，降低輪胎吊能耗已成為集裝箱碼頭節能減排工作的重點。近年來，上海滬東集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱滬東公司）陸續完成輪胎吊“油改電”和能量反饋等節能改造項目，取得良好的經濟效益。2014年，滬東公司繼續開展港口節能減排關鍵技術創新，與上海港研實業有限公司合作研發輪胎吊起升機構配重節能方案。本文介紹輪胎吊起升機構配重節能方案的設計原理，并分析其節能效果，以期為港口節能減排提供新思路。

1 輪胎吊主要節能方案

由表1可見，目前輪胎吊主要節能方案包括市電供電、混合動力供電、能量反饋和起升機構配重節能等。市電供電和混合動力供電方案主要針對輪胎吊動力源挖潛；能量反饋方案是輪胎吊的輔助節能方案，其原理是在輪胎吊已實施“油改電”改造的基礎上，將吊具和集裝箱下降時產生的勢能以及大車和小車制動時產生的動能通過電機轉換成電能，并將其回饋到供電網加以利用；起升機構配重節能方案也是輪胎吊的輔助節能方案，其原理是在輪胎吊起升機構上加裝配重平衡裝置，從而減少起升負載，降低起升電機功耗。起升機構配重節能方案與能量反饋方案的節能效果比較見表2。

2 輪胎吊起升機構配重節能方案

2.1 設計原理

在輪胎吊的起升、大車和小車三大機構中，起升機構功率遠大于大車和小車機構功率，起升機構的最大載荷決定了發動機和發電機組的功率配置；因此，降低起升機構載荷有利于降低發動機和發電機組的功率配置，進而降低輪胎吊能耗，達到節能效果。

輪胎吊起升機構配重節能方案運用配重平衡原理，在吊具和上架上加裝配重平衡裝置（見圖1），使吊具勢能與平衡塊勢能相互轉換，從而減小吊具起升載荷，達到節能效果。假設輪胎吊額定起升質量為，吊具和上架質量為，平衡塊質量為。加裝配重平衡裝置前，輪胎吊起升機構的最大載荷=額定起升質量+吊具和上架質量=+ =；加裝配重平衡裝置后，輪胎吊起升機構的最大載荷=額定起升質量+吊具和上架質量 平衡塊質量= + =，是加裝配重平衡裝置前起升機構最大載荷的84%，有利于降低發動機和發電機組的功率配置。該裝置不僅結構簡單，安裝簡便，而且不受輪胎吊動力源類型的限制，只要輪胎吊起升機構運行，就能達到預期的節能效果。

2.2 節能效果

輪胎吊起升機構作業時的能量傳遞途徑如下：柴油發動機→發電機→系統供電→起升電動機→起升減速箱→起升鋼絲繩卷筒→起升鋼絲繩→載荷（包括吊具、上架和集裝箱）。在上述能量傳遞過程中，與起升質量無關的固有能耗稱為無功能耗，與起升質量有關的能耗稱為有功能耗。有功能耗和無功能耗共同構成輪胎吊起升機構的全部能耗。

2.2.1 節能率

2.2.1.1 重載節能率

2.2.1.2 空載節能率

2.2.2 年節油費用

2.2.3 年節電費用

2.2.4 投資回報期

2.2.5 減排效果

加裝起升機構配重平衡裝置后，輪胎吊二氧化碳減排效果顯著：單臺柴油輪胎吊年節油約，減排二氧化碳；單臺“油改電”輪胎吊年節電約6.5萬kW h，減排二氧化碳。

2.2.6 輪胎吊輪壓

滬東公司堆場道路最大允許載荷約。以司機視線方向為前方，輪胎吊主要結構布置如下：動力機房安裝于前部，質量約；電氣房安裝于后部，質量約；小車質量約；配重平衡裝置安裝于電氣房側，總質量約，其中平衡塊機構質量約，分別安裝在后側2根立柱上；為簡化計算，其他結構質量計入吊具和上架質量。安裝配重平衡裝置后，計算輪胎吊在最惡劣工況下（即當風速為/s且輪胎吊滿載時）的最大輪壓，結果如下：電氣房側最大輪壓，柴油機房側最大輪壓，均小于堆場道路最大允許載荷，滿足原有場地設施要求。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-09-02）

隨著國際油價的不斷攀升，高企的燃油成本使港口企業不堪重負。在此背景下，港口企業的節能減排任務十分艱巨。輪胎式龍門起重機（以下簡稱輪胎吊）是集裝箱碼頭主要的高能耗設備之一，降低輪胎吊能耗已成為集裝箱碼頭節能減排工作的重點。近年來，上海滬東集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱滬東公司）陸續完成輪胎吊“油改電”和能量反饋等節能改造項目，取得良好的經濟效益。2014年，滬東公司繼續開展港口節能減排關鍵技術創新，與上海港研實業有限公司合作研發輪胎吊起升機構配重節能方案。本文介紹輪胎吊起升機構配重節能方案的設計原理，并分析其節能效果，以期為港口節能減排提供新思路。

1 輪胎吊主要節能方案

由表1可見，目前輪胎吊主要節能方案包括市電供電、混合動力供電、能量反饋和起升機構配重節能等。市電供電和混合動力供電方案主要針對輪胎吊動力源挖潛；能量反饋方案是輪胎吊的輔助節能方案，其原理是在輪胎吊已實施“油改電”改造的基礎上，將吊具和集裝箱下降時產生的勢能以及大車和小車制動時產生的動能通過電機轉換成電能，并將其回饋到供電網加以利用；起升機構配重節能方案也是輪胎吊的輔助節能方案，其原理是在輪胎吊起升機構上加裝配重平衡裝置，從而減少起升負載，降低起升電機功耗。起升機構配重節能方案與能量反饋方案的節能效果比較見表2。

2 輪胎吊起升機構配重節能方案

2.1 設計原理

在輪胎吊的起升、大車和小車三大機構中，起升機構功率遠大于大車和小車機構功率，起升機構的最大載荷決定了發動機和發電機組的功率配置；因此，降低起升機構載荷有利于降低發動機和發電機組的功率配置，進而降低輪胎吊能耗，達到節能效果。

輪胎吊起升機構配重節能方案運用配重平衡原理，在吊具和上架上加裝配重平衡裝置（見圖1），使吊具勢能與平衡塊勢能相互轉換，從而減小吊具起升載荷，達到節能效果。假設輪胎吊額定起升質量為，吊具和上架質量為，平衡塊質量為。加裝配重平衡裝置前，輪胎吊起升機構的最大載荷=額定起升質量+吊具和上架質量=+ =；加裝配重平衡裝置后，輪胎吊起升機構的最大載荷=額定起升質量+吊具和上架質量 平衡塊質量= + =，是加裝配重平衡裝置前起升機構最大載荷的84%，有利于降低發動機和發電機組的功率配置。該裝置不僅結構簡單，安裝簡便，而且不受輪胎吊動力源類型的限制，只要輪胎吊起升機構運行，就能達到預期的節能效果。

2.2 節能效果

輪胎吊起升機構作業時的能量傳遞途徑如下：柴油發動機→發電機→系統供電→起升電動機→起升減速箱→起升鋼絲繩卷筒→起升鋼絲繩→載荷（包括吊具、上架和集裝箱）。在上述能量傳遞過程中，與起升質量無關的固有能耗稱為無功能耗，與起升質量有關的能耗稱為有功能耗。有功能耗和無功能耗共同構成輪胎吊起升機構的全部能耗。

2.2.1 節能率

2.2.1.1 重載節能率

2.2.1.2 空載節能率

2.2.2 年節油費用

2.2.3 年節電費用

2.2.4 投資回報期

2.2.5 減排效果

加裝起升機構配重平衡裝置后，輪胎吊二氧化碳減排效果顯著：單臺柴油輪胎吊年節油約，減排二氧化碳；單臺“油改電”輪胎吊年節電約6.5萬kW h，減排二氧化碳。

2.2.6 輪胎吊輪壓

滬東公司堆場道路最大允許載荷約。以司機視線方向為前方，輪胎吊主要結構布置如下：動力機房安裝于前部，質量約；電氣房安裝于后部，質量約；小車質量約；配重平衡裝置安裝于電氣房側，總質量約，其中平衡塊機構質量約，分別安裝在后側2根立柱上；為簡化計算，其他結構質量計入吊具和上架質量。安裝配重平衡裝置后，計算輪胎吊在最惡劣工況下（即當風速為/s且輪胎吊滿載時）的最大輪壓，結果如下：電氣房側最大輪壓，柴油機房側最大輪壓，均小于堆場道路最大允許載荷，滿足原有場地設施要求。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-09-02）