轮胎式集装箱门式起重机电缆卷筒自动取电装置设计

轮胎式龙门起重机电缆卷筒自动取电装置的设计郑晓沪;郑安康;楼杰锋;高守德;陈品才【摘要】The paper introduces a new technology which can realize automatic plug and unplug between the cable plug and the fixed electrical box,hence to resolve the situation where the cable plug has to be plugged and unplugged manually during the transition operation of the port crane at present,so as to improve the working efficiency and safety at the port.%介绍了一种能够将轮胎式龙门起重机电缆卷筒上的电缆插头与插座固定电箱进行自动插拔的一种技术，摆脱了目前港口起重机转场作业时进行人工手动插拔电缆插头的局面，提高了港口的工作效率和安全性。

【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】2页(P8-9)【关键词】轮胎式龙门起重机;转场作业;电缆卷筒;自动插拔【作者】郑晓沪;郑安康;楼杰锋;高守德;陈品才【作者单位】上海振华港机集团宁波传动机械有限公司宁波 315121;上海振华港机集团宁波传动机械有限公司宁波 315121;上海振华港机集团宁波传动机械有限公司宁波 315121;上海振华港机集团宁波传动机械有限公司宁波 315121;上海振华重工集团股份有限公司上海 200125【正文语种】中文【中图分类】U653.9210 引言轮胎式龙门起重机是目前港口码头堆场的主要设备，由于目前日益高涨的油价和低碳环保意识的增强，该起重机的油改电范围也越来越广，即用柴油发电机供电改为市电供电。

电缆卷盘式电动轮胎吊供电控制系统改进方案1 引言天津港某集装箱码头岸线长1 100 m，拥有65 t-66 m岸边集装箱起重机11台，电缆卷盘式电动轮胎吊(以下简称E-RTG)33台。

其中，61 t双箱E-RTG为22台，配置220 kW小功率C9发动机，只能用于转场作业；41t单箱E-RTG为11台，配置364 kW C15发动机，可用于转场和正常装卸作业。

E-RTG市电供电通过场区内10 kVAC箱变降压至690 VAC，供给E-RTG地面接电箱，再由地面接电箱、插头及大车电缆经过低压滑环箱，分别由主变压器和辅助变压器降压至440 VAC和380 VAC后给整机供电。

市电和柴电通过电气房内的2个接触器有选择性地供电给电控系统，这2个接触器通过电气和机械互锁，在双电源同时供电的情况下，只能有1个接触器吸合。

市电供电优先于柴电供电。

在通常的情况下，轮胎吊由市电供电，在需要换场地时，可断开市电电源，市电插头拔出后，启动柴油发电机组，由柴电供电；当需要市电时，停止柴油发电机组，断开柴电，插上市电。

2 E-RTG接电箱控制系统及其存在的问题E-RTG供电控制系统控制回路采用220 VAC控制电压，设置脱扣速断、紧停开关、分合闸互锁、插头防错位保护以及主回路电压电流监测等安全措施。

插头插座防护等级达到IP65，防止雨水进入电缆插头，确保插拔电作业的安全。

其电气原理图见图1。

由断路器Q11的电动操作器控制进行分合闸操作，插头内部采用2个小插针检测插头是否插好，通过继电器K11直接控制是否允许分合闸操作。

在日常的使用过程中发现，该设计方案存在以下缺陷：采用光滑外筒内壁，无凹槽创新结构设计，拒绝藏污纳垢，同轴密封技术，紧密贴合筒底曲线，细菌污垢无处可藏。

图1 E-RTG电缆接电箱电气原理图(1)该系统控制回路电压为220 VAC，当进行插拔电作业时，尽管主回路690 VAC电源已经切断，接电箱控制回路2个小插针之间仍然存在220 VAC电压，在雨雪大雾等潮湿天气时，直接带电插拔存在触电的安全隐患。

- f - __ .. _L .- V ，■ L -波梅山岛国际集装箱濟^楼桂於据统计，目前全球使用的6 500多台集装箱门 式起重机中，轮胎式龙门吊（以下简称“轮胎吊”）占 90%以上，是集装箱码头堆场的主力设备，具有转场 作业灵活、工程投资小等优点，广受港口码头的青 睐；但是，轮胎吊存在能量转换效率低、单位能耗 大、使用成本高等缺点，且柴油机易产生废气、废 油、噪声等，对环境造成严重污染。

近年来，随着轮胎吊“油改电”技术的实施，传 统柴油机组轮胎吊改用清洁、可靠的电力驱动，这 是对传统柴油机组轮胎吊驱动方式的一项重大技 术创新。

宁波梅山岛国际集装箱码头有限公司率先 在宁波-舟山港大规模使用电缆卷盘式轮胎吊，不仅 节约能源，降低运营成本，而且减少污染排放，改善 作业环境，取得良好的经济效益和社会效益。

1 “油改电”轮胎吊供电方式目前，“油改电”轮胎吊供电方式主要有高架滑触线供电系统、低架滑触线供电系统以及电缆卷盘 供电系统，三者自身要求和技术难点不尽相同，相 互很难替代。

“油改电”轮胎吊供电技术方案的选 取，既要考虑设备施工周期和施工费用，又要结合 梅山港区处于雷暴区的实际情况，从而确保轮胎吊 在雷暴、台风天气下安全可靠。

经过对国内集装箱码头“油改电”轮胎吊供电 方式的考察，发现滑触线供电系统有以下不足:（1) 高架滑触线供电系统的防雷、防风问题存在很大安 全隐患；（2)滑触线及碳刷的维护费用较高;（3 )低 架滑触线较高架滑触线安全，但过场时需要人工操 作，导致作业效率降低;（4)高架滑触线供电系统和 低架滑触线供电系统的基础投资较大且施工周期 较长。

经过充分调研、论证，电缆卷盘供电系统具有 以下优点:（1)防风、防雷安全系数高;(2)供电稳定； (3 )日常维护费用低;(4)过场时无须人工操作，作业2017年第8期总第313期裝备技求Cojshssjs^/HisUojs /(atlm ibVol.28 No. 8 General Serial No. 313效率较髙;（5)基础设施建设较为简单，改造费用远 低于滑触线供电系统。

参考文献[1]㊀林功成.基于微粒群算法的起重机主梁优化设计[J].机电技术,2010(2):138-140.[2]㊀陶元芳,石小飞.基于改进微粒群算法的起重机主梁优化设计[J].中国工程机械学报,2012(1):50-53. [3]㊀宋元岭,卫良保,侯明凯.基于Ansys Workbench的桥式起重机主梁优化设计[J].起重运输机械,2015(9):32-35.[4]㊀凌波,王玺,李东.基于ANSYS和数值解法的桥式起重机主梁优化方法比较[J].机械工程师,2017(1):101-103.[5]㊀Mijailovic'R,Kastratovic'G.Cross-section optimization oftower crane lattice boom[J].Meccanica,2009,44(5):599-611.刘璟:518067,广东省深圳市南山区工业三路招商局港口大厦15楼收稿日期:2020-01-09DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2020.01.007轮胎式龙门起重机油改电项目电力电气设计纪天平厦门国际货柜码头有限公司㊀㊀摘㊀要:为使轮胎式龙门起重机在集装箱堆场内能安全㊁高效地使用市电作业生产,对作业堆场内滑触线供电系统㊁集电小车自动控制方式㊁轮胎式龙门起重机电气系统进行改造,实现安全㊁无缝隙电源切换,可减少转场时间,提高生产效率,降低能源损耗,适应 绿色港口 发展要求㊂㊀㊀关键词:绿色港口;滑触线;集电小车;电动轮胎式龙门起重机Electric Design of Oil to Electricity Project for Rubber-tyred Gantry CraneJi TianpingXiamen International Container Terminal Co.,Ltd.㊀㊀Abstract:To enable rubber-tyred gantry cranes to safely and efficiently use power supply in the container yard,the power supply system of the sliding contact line,the automatic control mode of the current collecting trolley and the electrical system of the rubber-tyred gantry crane in the operation yard are reformed.So safe and seamless power supply switching can be realized,which can reduce the transition time,improve production efficiency,reduce energy consumption and meet the development requirements of green port.㊀㊀Key words:green port;sliding contact line;current collecting trolley;electric rubber-tyred gantry crane1㊀引言传统轮胎式龙门起重机(以下简称RTG)采用柴油发电机作为动力电源进行生产,存在着污染重㊁能耗大等缺点㊂为适应 绿色港口 发展要求,达到节能减排㊁科学发展,同时优化产业能源结构,降低企业经营成本,厦门国际货柜码头有限公司进行RTG 油改电 项目改造㊂改造后使用市电的RTG 称为电动轮胎式龙门起重机(以下简称ERTG),具有可靠的联锁和安全保护功能㊁便捷的集电小车,能保证其安全生产作业㊂2㊀集电低空滑触线结构组成综合比较技术㊁安全性能及经济等方面因素,结合本公司实际生产情况,采用低空滑触线(约3m 高,电压690V)方案,其主要由钢结构㊁滑触线㊁喇叭口㊁自动集电小车等组成㊂滑触线端部钢结构见图1,头尾两端设置对位区和喇叭口,对位区是ERTG集电小车进出滑触线的地方㊂钢结构分布于箱区侧边,有T型和L型之分,固定在地面上用于安装固定滑触线㊁喇叭口等,为箱区提供电源㊂钢结构之间用25mm2的铜导线连接,在滑触线两侧做接地线,接地电阻小于3Ω,起62Port Operation㊀2020.No.1(Serial No.250)1.钢结构立柱㊀2.滑触线㊀3.减速板㊀4.喇叭口㊀5.道轨6.反光膜㊀7.对位板㊀8.引导轨图1㊀滑触线端部钢结构简图到安全防雷保护的作用㊂滑触线为4根,三相动力线加1根零线,单层分布形式,滑触线通过悬吊架固定于钢结构上㊂供电电缆连接滑触线和地面柜,为滑触线供电㊂喇叭口安装于每条滑触线钢结构两端,和滑触线端部平滑联接,便于集电小车电位器上的铜刷顺畅进出滑触线[1]㊂在ERTG电气房侧和柴油机侧底部各安装1台自动集电小车,通过其上面的铜刷与滑触线接触进行集电,为ERTG提供市电㊂3㊀滑触线供电系统配置堆场内共设置3个箱式变电站,负责全场滑触线供电㊂以设在R5场的户外露天工况堆场箱式变电站为例,介绍其电力配置㊂R5箱变负责H㊁M㊁R 3个堆场24个滑触线箱区,12条双排滑触线供电㊂每条滑触线下配置1个供电柜,内安置2套送电电器,为滑触处供电,额定电流为800A㊂箱变系统包括10kV负荷高压开关柜㊁供电主变压器㊁低压开关柜㊁功率因素自动补偿柜㊁防雷㊁接地保护㊁空调和除湿装置等㊂一次电气方案图见图2㊂R5堆场箱式变电站变压器电压初级为10 kVAC,次级为690VAC㊂H㊁M㊁R堆场最多安排10台ERTG作业,单台作业时最高功率为400kVA,用电设备的总额定容量Pnð=4000kVA,取需用系数K X= 0.4,则变压器额定容量P=KxPnð=1600kVA㊂㊀㊀高压开关柜型号为KYN28A-12,主母线规格为TMY-60ˑ6,一次额定电压10kV,控制电压AC220V,高压额定电流In=125A,额定开断电流25kA,动稳定电流63kA;柜体外形尺寸为800ˑ1500ˑ2300;接地母线规格为TMY-40ˑ4,接地电阻2.7Ω;避雷器3个,型号为HY5WS-17/50;断路器手车型号为VD4/Z-12/630-25A;微机保护装置为PMF-690A㊂R5场箱变系统内设置1个总低压开关柜,型号为XJDW1-2000M/3P;12个低压开关分柜,型号为XJDW1-2000M/3P,负责24个箱区内供电㊂具体参数设置见表1㊂表1㊀XJDWI智能型万能式断路器参数设置名称说明总开关柜子开关柜电流/A时间/s电流/A时间/s IR1额定(长延时)20001580015 IR2短延时过流电流32000.416000.4 IR3速断电流6000024000 IR4接地电流15000.46400.4公司供电站到箱变高压电缆长度为1180m,地下穿管连接㊂因高压电缆安放在地下电缆沟内,选用聚氯乙烯护套电力铠装高压电缆(YJV22-10 kV),它符合抗潮湿环境及电压等级为10kV的要求㊂为使供配电系统能安全㊁可靠㊁优质㊁经济地运行,参照我国规定的经济电流密度Jec(A㊃mm-2)表,导线材料为铜线,年负荷利用小时数大于5000h时Jec为1.75,经计算最终采用YJV22-10kV3ˑ70 mm2的铠装高压电缆[2]㊂R5场箱变低压开关分柜到滑触线供电柜的电缆长度为150m以内,采用2条YJV22-1KV-3ˑ150 mm2+1ˑ70mm2的电缆,各负责提供1个箱区滑触线的供电㊂4㊀RTG电气改造增加1个高低压电气柜,进行市电和柴油发电机的电源转换㊂增加1台电力变压器,额定容量为450 kVA,输入电压690VAC,输出电压与RTG原电压相同㊂恢复联动台上柴油发动机远程操作功能㊂增加两侧激光防撞㊁减速限位装置㊂加装RTG防撞滑触线的PLC程序保护㊂增加柴油机房侧㊁电气房侧集电小车电气配置㊂增加集电小车PLC电气控制㊂5㊀集电小车在ERTG电气房侧和柴油机侧底部各安装1台自动集电小车,其使用小功率空气压缩机作为动力,伸缩气缸控制两侧臂机构伸缩,升降气缸控制上下滑动小车升降,锁紧气缸控制整个机构处于上锁或解锁2种状态㊂小车上共安装8个集电器,小车外侧安装有多个感应开关,用于检测小车工作状态㊂小车整个工作过程由SIEMENS PLC控制㊂自动集电小车结构见图3㊂ERTG海㊁陆侧各安装1个小型SIEMENS PLC 基站,专门控制集电小车工作,配合ERTG 油/电 电源切换工作㊂ERTG机上主PLC与集电小车72港口装卸㊀2020年第1期(总第250期)图2㊀一次电气方案图1.伸缩气缸㊀2.安装架㊀3.门臂架㊀4.管臂架㊀5.纠偏轮㊀6.升降气缸㊀7.转接盒㊀8.感应开关㊀9.感应开关㊀10.顶球㊀11.行走轮㊀12.集电器㊀13.导向轮㊀14.集电小车㊀15.锁紧装置图3㊀自动集电小车结构图PLC,通过小型继电器以点对点的方式进行小车工作命令信号和工作状态信号的交换㊂以陆侧集电小车进场为例,分析其自动工作过程㊂在进场前,集电小车处于机构锁紧状态,ERTG 大车慢速行进到滑触线端部对位区,当安装于机上的激光开关对到滑触线反光膜时,大车自动停止㊂同时,司机室 对位区指示 灯亮,司机按下 小车伸缩 按钮,集电小车开始自动工作㊂升降气缸自动顶起集电小车,上升到位后锁紧机构解锁,伸缩气缸收缩并带动集电小车上的臂架伸出㊂当臂架伸出到位后,升降气缸自动下降,集电小车进入引导轨㊂下降到位后,司机室 小车伸出 指示灯亮,集电小车自动工作完成㊂司机操作大车慢速前行,使集电小车由引导轨进入轨道,集电器碳刷由喇叭口进入滑触线㊂继续前行到换电区,大车自动停止, 换电区指示 灯亮,司机将 油龙/电龙 开关选择在 电龙 位置, 电龙指示 灯亮,柴油机远程熄火,完成由柴电转换为市电供电,ERTG 接着以市电为动力,进行正常吊箱作业㊂6㊀结语ERTG 油改电 整体项目改造完成后,采用市电作业的ERTG 可完全消除二氧化硫㊁氮氧化物㊁悬浮粒子的排放及发动机的噪声,减排效果明显;发动机故障大幅减少,发动机维修费用可节省50%左右,大大降低了维修成本㊂根据厦门国际货柜码头有限公司每月生产数据统计,ERTG 油改电 项目2017年度累计节能1640.34t 标准煤,节约成本532万余元㊂使用集电自动化控制系统的ERTG 可获得较高的节能环保效应及经济收益,适应 绿色港口 的发展要求㊂参考文献[1]㊀纪天平.ERTG 集电小车自动控制系统[J].港口科技,2018(1):26-29+40.[2]㊀黄明琪,李善奎,文方.工厂供电[M].重庆:重庆大学出版社,2011.纪天平:361026,厦门市海沧区建港路108号收稿日期:2019-07-02DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2020.01.00882Port Operation㊀2020.No.1(Serial No.250)。

科技成果——轮胎式集装箱门式起重机“油改电”节能技术适用范围交通行业集装箱堆场等集装箱装卸港口行业现状目前我国集装箱码头的集装箱堆场装卸一般采用轮胎式集装箱门式起重机（简称RTG）作业，用柴油发电机组供电，能耗及成本较大，且排放大量废气、噪声，对环境产生一定的影响，单位能耗量约在6.5tce/万t吞吐量左右。

目前应用该技术可实现节能量2.7万tce/a，减排约7万tCO2/a。

成果简介1、技术原理本技术把用柴油发电机组供电的轮胎式集装箱门式起重机改为用市电作为动力，既降低了能耗和运营成本，同时也使环境质量得到改善。

2、关键技术供电技术方案、自动纠偏及牵引技术、柴油发电机组供电与滑触线、卷筒供电安全、快速的切换以及安全保护技术。

3、工艺流程本技术系统包括建设滑触线供电线路或电缆卷筒供配电系统-避雷系统、供配电及电气保护装置和快速切换装置。

改造示意图见图1所示。

图1 轮胎式集装箱门式起重机“油改电”示意图主要技术指标RTG“油改电”后，RTG操作单箱TEU能源节约率达50%，设备使用率提高了10%，噪音降低90%以上，大大改善环境质量。

典型案例典型用户：上港集团明东公司、沪东公司、青岛港前湾QCT公司、宁波北仑集装箱公司、深圳、天津港等建设规模：60台轮胎式集装箱门式起重机油改电改造。

主要技改内容：供电滑线72条，供电箱变18台，完成全部RTG“油改电”改造等。

节能技改投资4000万元，建设期9个月，年节能量1687tce，年节能经济效益1527万元，投资回收期2.5年。

市场前景目前我国集装箱堆场装卸设备90%以上应用轮胎式集装箱门式起重机，如果交通港口行业75%完成轮胎式集装箱门式起重机的“油改电”，那么相应年节能量为20万tce，年减排能力53万tCO2，节能潜力较大，同时，可以改善港口的环境，减少废气排放，推广应用前景广阔。

专利名称：一种轮胎吊转场自动取电装置
专利类型：实用新型专利
发明人：王天杰,丁耀贵,张怀成,李鹏飞,白志明,王延闯,胡文镪,杨世伟,徐立志
申请号：CN201920596718.X
申请日：20190428
公开号：CN210084764U
公开日：
20200218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开一种轮胎吊转场自动取电装置，包括设置有锁座及插座的插座机构、插头机构；插头机构与轮胎吊固定连接，包括第一限位元件、伸缩机构、升降机构、二次伸缩机构；当插头机构与插座机构对应时，第一限位元件控制轮胎吊停止移动；伸缩机构包括第二限位元件及与锁座连接适配且可前后移动的锁头；当锁头与锁座竖向对应时，第二限位元件控制锁头停止移动；升降机构包括可升降的升降架、第三限位元件；伸缩机构与升降架固定连接，当锁头与锁座连接时，插头与插座对应，第三限位元件控制升降架停止升降；二次伸缩机构与锁头固定连接，包括第四限位元件及可前后移动且与插座插接适配的插头；当插头插入插座时，第四限位元件控制插头停止移动。

申请人：青岛港国际股份有限公司,青岛前湾集装箱码头有限责任公司
地址：266000 山东省青岛市市北区港华路7号
国籍：CN
代理机构：青岛联智专利商标事务所有限公司
代理人：邵新华
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