何業(yè)科

近年來，隨著國際燃油價格節(jié)節(jié)攀升，港口企業(yè)運營成本不斷上漲，其中燃油費用占運營總成本的50%以上，而輪胎式龍門起重機（Rubber-Tyred Gantry Crane，RTG）的耗油量通常占碼頭機械設備總耗油量的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RTG實施“油改電”是港口企業(yè)規(guī)避燃油價格攀升風險的有效途徑。廣州港南沙港務有限公司（以下簡稱南沙港務）每年RTG耗油量超過。為節(jié)省燃油成本，南沙港務分3期對60臺RTG和100個重箱堆場實施“油改電”項目。在項目應用之初，低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)存在運行可靠性和安全性較差的問題，難以充分發(fā)揮“油改電”項目的巨大潛力。對此，南沙港務從滑觸線支架安裝工藝、滑觸線結(jié)構(gòu)設計、集電小車機構(gòu)設計、集電小車電控設計等方面對低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)進行優(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)架設低架剛性滑觸線（見圖1）供電線路。當RTG在箱區(qū)內(nèi)作業(yè)時，關(guān)閉柴油發(fā)電機組，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，實現(xiàn)對整個箱區(qū)的工作覆蓋；當RTG轉(zhuǎn)場時，切斷其市電電源，改由柴油發(fā)電機組供電；RTG轉(zhuǎn)到指定堆場后，柴油發(fā)電機組停止工作，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，對碼頭生產(chǎn)影響較大；（3）由于采用非標準化的現(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，導致集電小車運行時故障較多。

針對上述問題，改用滑觸線支架標準件，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準件運到施工現(xiàn)場，采用螺栓拼裝。此種安裝工藝的優(yōu)點如下：（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，可分塊進行，對碼頭生產(chǎn)幾乎沒有影響；（3）由于采用標準件進行拼裝，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致的集電小車運行故障。

2.2 滑觸線結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化

2.2.1 擴大滑觸線“T”形架防沖出區(qū)域

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

2.2.2 滑觸線端部設計優(yōu)化

為減少因RTG動作引起的集電小車偏移和跳動現(xiàn)象，確保碳刷與滑觸線之間接觸良好，集電小車通過2個集電器取電；而集電器故障通常發(fā)生在引導區(qū)滑觸線端部，在集電小車的一側(cè)集電器進入滑觸線、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)時發(fā)生觸電事故。

2.2.3 集電小車伸縮限位感應板設計優(yōu)化

“油改電”RTG在進出場時經(jīng)常發(fā)生集電器損壞事故，主要原因如下：（1）滑觸線引導區(qū)集電小車伸縮限位感應板為“Z”形，集電小車在RTG進出場時容易掛到“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限位超出感應板，致使伸出感應信號丟失。為此，將“Z”形感應板改為長方形感應板（見圖5），從而使事故發(fā)生率降低約80%。

2.2.4 滑觸線引導軌設計優(yōu)化

優(yōu)化前，集電小車經(jīng)過滑觸線引導軌時擺動幅度較大，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軌的弧度過小。為此，將滑觸線引導軌的弧度加大至 /6（見圖6），實現(xiàn)集電小車在引導軌上平穩(wěn)過渡，從而使因引導軌造成的相關(guān)故障減少90%。

2.3 集電小車機構(gòu)設計優(yōu)化

2.3.1 集電小車行走輪設計優(yōu)化

優(yōu)化前，集電小車進入滑觸線引導區(qū)后，由于行走輪的支撐點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區(qū)感應板（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集電小車運行帶來的影響，集電小車設有集電器提升裝置。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，導致集電小車無法順利進入滑觸線，并給運行中的集電小車集電器帶來故障隱患。針對上述問題，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 集電小車電控設計優(yōu)化

在正常工況下，當集電小車進出滑觸線時，RTG必須慢速行駛；當集電小車完全進入滑觸線后，RTG應當全速行駛。這樣既能保證集電小車安全進出滑觸線，又能兼顧作業(yè)效率。優(yōu)化前，集電小車采用機械限位，存在以下問題：（1）只能發(fā)出脈沖信號，沒有信號保持功能，一旦電源斷開或擋塊離開限位擺桿，信號就會丟失，需要再次操作限位才能保證信號正常使用；（2）需要專門編寫程序與其配合使用；（3）如果RTG在出場時未從高速狀態(tài)及時轉(zhuǎn)換為低速狀態(tài)，就會導致滑觸線和小車損壞。針對上述問題，改用Schmersal公司生產(chǎn)的具有自保持功能的BN20-11RZ-M16型電磁感應限位（見圖9）。此電磁感應限位能夠自動保持當前狀態(tài)，不受斷電影響。當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，電磁感應限位與預先安裝在滑觸線支架上的磁鐵發(fā)生磁感應，限位立即動作并保持狀態(tài)；反之，原有狀態(tài)丟失。采用具有保持當前狀態(tài)功能的電磁感應限位后，RTG高低速轉(zhuǎn)換時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

南沙港務對低架剛性滑觸線饋電系統(tǒng)進行優(yōu)化后，徹底解決了RTG“油改電”項目應用初期存在的問題，不僅使年均故障由890次降至93次，而且每年節(jié)約能源費用萬元，減少能耗標準煤，減排二氧化碳超過1萬t，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

盡管如此，當前RTG“油改電”項目仍然存在一些不足之處：（1）起升機構(gòu)下降時的再生電能未得到充分利用，造成一定的能源浪費；（2）轉(zhuǎn)場時需要進行市電電源與柴電電源的轉(zhuǎn)換，未實現(xiàn)真正意義上的綠色驅(qū)動和零排放。對“油改電”RTG的饋電裝置進行進一步優(yōu)化仍然是未來的重要課題。

（編輯：張敏 收稿日期：2014-03-12）