0 引言

轮胎式龙门起重机 ( 以下简称 ＲTG) 以柴油发电机作为动力，具有灵活转场的优点，但同时也存在能耗高的缺点。ＲTG “油改电”是指用电力驱动来代替原来用柴油驱动，使得 ＲTG 既利用电力清洁能源环保低耗的优点，又保留灵活转场的优点［1，2］。

近年随着全球燃油价格飞涨，各国对环保、节能要求的不断提高，国内外都在积极推进 ＲTG“油改电”技术的研究。刘洪波等［3］以及周家海等［4］对 ＲTG “油改电”的主要 3 种方式 ( 电缆卷筒、低架滑触线和高架滑触线) 进行了研究; 并重点对低架滑触线油改电技术进行探讨，分析了直流及交流 2 种供电方式的优缺点［5］; 大连海事大学的吕靖教授团队以某港集装箱码头为例，深入研究了 ＲTG “油改电”技术的选型方法［6］; 在“油改电”技术的基础上，Sang-Min Kim 等［7］，以及 Chunhc Chang 等［8］对于 ＲTG 利用超级电容技术达到进一步节能减排进行了深入的研究，FlynnM. M 等［9］提出可以用飞轮储能技术对 ＲTG 进行“油改电”的改造，以便达到进一步节能减排的目地; 大连海事大学的曾庆成教授团队对 ＲTG “油改电”碳排放量核算方法及效益分析方法进行了深入研究［10］; 赵德栋等则对 ＲTG “油改电”涉及到的起重机检验问题展开了研究［11］。

ＲTG “油改电” 的实际节能效果如何，我院以某港 “油改电”后的 ＲTG 为研究对象，对其开展改造前后的能耗测试研究。

1 某港 ＲTG “油改电”工作概况某港某集装箱堆场共有 32 台 ＲTG，在 2012 年陆续完成了 “油改电”。ＲTG “油改电”工作主要是选取合适的馈电装置，目前 ＲTG 馈电装置的供电方式主要有电缆卷筒、高架滑触线和低架滑触线 3 种。该港结合该堆场布局及现有 ＲTG 性能特点，在对 3 种供电方式论证和比较的基础上，*终选择了低架滑触线供电方式，图 1 为低架滑触线供电方式图。在堆场内架设刚性低架滑触线，并在 ＲTG 两侧安装取电小车，市电通过电缆接到滑触线上，取电小车沿滑触线与 ＲTG 同步移动，市电通过取电小车供电到 ＲTG。当 ＲTG 在堆场作业时，所需的动力由市电从滑触线输送到 ＲTG，当 ＲTG 需要转场到其他堆场箱区作业时，改由保留的柴油发电机组提供动力进行转场操作。当到达新的场桥作业区后，停止柴油发电机组，切换到市电进行作业运行。

2 测试方案

根据该港的委托，结合人员、设备等资源情况，针对该港“油改电”的 ＲTG 制定了相应的能耗测试方案。为使测试数据具有代表性，随机选取 3 台 ＲTG ( 自编号分别为 7 号、8 号和 9 号) 用于对比测试。参照年度作业箱的平均质量，选取 3个 21 t 试验箱，加上吊具等质量 9 t，总载荷为300 kN，分别测试其单箱作业的耗电量及耗油量。

2. 1 测试方法

测量耗电量所用的仪器为三相电能质量测试仪 Fluke1750、电能分析软件 FPA 2. 1 等。三相电能质量分析仪接入点为 ＲTG 供电出线柜，图 2 为三相电能质量测试仪接线图。

根据经验，每台 ＲTG 完成该耗油量测试大概耗油 40 L，而其自带的油量刻度计精度只能达到± 2 L，远不能达到测试所要求 ± 10 mL 的精度。所以，在进行耗油量测试时，每台 ＲTG 配备 3 个量程为 20 L 的计量油桶，预先准备 60 L 柴油，将进回油管从自带油箱中拔出，接在计量油桶里，测试完毕后，再由量程为 5 L 的量杯测出剩余油量，即可得出其实际耗油量，采用该方法能确保测试精度达到 ± 10 mL。

2. 2 测试工况

2. 2. 1 测试工况动作分解

为了*大程度地模拟实际工况，测试工况主要可分解为收箱、发箱和大车行走 3 个动作。图3、图 4 分别为收箱示意图和发箱示意图，该箱区共分为 7 列，*左列为拖车道，考虑全年平均吊箱跨度为 4 列，所以，试验箱在拖车道与第 4 列之间吊运。拖车道中集装箱卡车用于模拟实际作业时的集装箱卡车，以增加起箱和落箱时的难度。

该堆场 ＲTG 设计能力均为堆五过六，考虑全年平均堆箱高度为 3. 4 箱，所以，第 4 列会预备 3 层集装箱。第 1 列到第 3 列预备 3 层集装箱，主要作用

一是为了体现全年平均堆箱高度; 二是防止测试过程中司机偷懒，走捷径完成收箱和发箱动作。由于第 5 列和第 6 列与测试过程无关，所以，就无需准备集装箱，各动作具体方案如下。

1) 收箱

小车位于拖车道上方→吊具下降对位着箱→吊具闭锁→吊箱起升→小车前行到第 4 列→吊具下降对位着箱→吊具开锁→吊具起升→小车后行到拖车道→小车前行到第 4 列，准备下一步的发箱。图 3 为收箱示意图。

2) 发箱

吊具位于第 4 列上方→吊具下降着箱→吊具闭锁→吊箱起升→小车退回拖车道→吊具下降对位着箱→吊具开锁→吊具起升到拖车道上方→小车前行到第 4 列→小车后行到拖车道，准备下一步的收箱。图 4 为发箱示意图。

3) 大车行走

大车往前行走 3 m，再返回到测试箱位，每次行走 6 m，该动作主要是为了模拟实际工况中的大车行走过程。

2. 2. 2 测试工况说明

分别以柴油发电机组和市电电网为动力的作业工况测试。

1) 测试开始前场桥开到测试箱位，小车位于拖车道上方，准备收箱动作;

2) 整个测试过程按收箱—发箱的顺序循环进行，1 次收箱和 1 次发箱均计为 1 次吊箱操作;

3) 整个测试过程持续 2 h，每次测试每台场桥需完成 30 箱次操作量，即吊箱速度为 15 箱次/h，该速度与实际作业速度相近;

4) 每依次完成 1 次收箱和 1 次发箱动作后，则进行 1 次大车行走动作，整个测试过程需完成

15 次大车行走动作;

5) 30 次吊箱必须在 2 h 内完成，如果没完成，则需重新进行测试;

6) 如 30 次吊箱在 2 h 内完成，对于以柴油发电机组为动力的作业工况测试，则让柴油发电机组保持怠速状态，直到完成 2 h 的测试时间。对于以市电为动力的作业工况测试，则让场桥停止一切动作，测试结束;

7) 测试结束，记录总耗油量和总耗电量。

3 测试结果

3. 1 测试统计

为了使测试结果具有代表性，将 7 号、8 号和9 号 ＲTG 的能耗测试数据进行汇总计算平均能耗量，表 1 为 3 台 ＲTG 平均能耗表。

3. 2 结果分析

“油改电”主要有 2 大目标，即节约成本和减少污染。由于柴油价格和工业用电价格一直在波动，本文取当前柴油平均价格 7. 00 元/L 和工业用电平均价格每千瓦时 1. 20 元进行成本分析。污染指标则主要以 CO2 排放量为准，其换算标准为: 1kW·h = 0. 000 122 9 t 标煤，1 L 柴油 = 0. 001 253106 t 标煤，1 t 标煤 = 2. 101 0 t CO2［12］。表 2 为 3台 ＲTG 平均能耗折算表。

4 结论

1) 在设计的测试工况下，柴油发电单箱平均能耗为 1. 42 L，市电单箱平均能耗为 1. 70 kW·h;

2) 柴油发电单箱平均耗费资金 9. 94 元，市电单箱平均耗费资金 2. 04 元，市电相对柴油发电单箱平均节约 79. 5% ;

3) 柴油发电单箱平均排放 CO2 为 3. 74 × 10 － 3t，市电单箱平均排放 CO2 为 4. 39 × 10 － 4 t，市电相对柴油发电单箱平均少排放 88. 3% 。

根据测试结果，可知 ＲTG 经 “油改电”后，能节约大量能源，降低企业成本，同时减少 CO2排放量。该测试方法尽管能较真实地模拟实际工况，但与实际工况可能有一定差别，为了获得更真实的数据，可以继续改进测试工况，或直接以实际工况为研究对象，进行长期监测。