自动化集装箱码头设计与仿真-有效选择与配置方案

目前国内外集装箱码头重箱堆场装卸设备主要包括跨运车、高架桁车、轮胎式龙门起重机（rubber tyre gantry， RTG）及轨道式龙门起重机（rail mouted gantry， RMG）四种型式。其中以RTG应用最为广泛，国际大型集装箱港口堆场装卸工艺系统多为RTG系统。据有关方面统计，目前世界上在用的6500台堆场集装箱龙门起重机中的95%左右为RTG。但近年来随着国际市场燃油价格一直居高不下，使得RTG的营运成本始终在高位运行，另外，柴油发电机组工作过程中产生的废气排放、废油水泄漏、高噪声等环境污染问题也始终困扰着港口当局。在这种形势下，我们可以看到港口集装箱码头重箱堆场的作业设备领域出现了几个明显的趋势：

①越来越多的港口将现有的RTG进行“油改电”改造，传统RTG“革新”为市电轮胎式龙门起重机（ERTG ）。

②从全球范围来看，自2005年始，每年RMG新增订货量呈明显上升趋势（表3-4）。

表3-4　全球场桥订货统计表（台）

③多种节能型RTG从试验阶段进入了实际应用阶段。

1.ERTG

ERTG改变了传统RTG把大功率柴油发电机组作为唯一动力来源的常规思路，而是采用将两种动力源（城市电网和柴油发电机组）向RTG供电，两种动力源各司其职，当RTG在箱区内作业时采用市电电网供电，而RTG转场作业时由机载小功率柴油发电机组（此时RTG仅空载行走，可用80～100 kW机载小功率柴油发电机组替换原400 kW左右的大功率柴油发电机组）提供所需电能，这种电力供给方式既能达到节能环保目的，又能维持RTG操作灵活机动的特点。另外“油改电”RTG，即ERTG也可保留原机载大功率柴油发电机组，以应对同一箱区内需集中多机同时作业以及港区停电等特殊工况。

ERTG按上电方式分，可分为电缆卷盘供电方案和滑触线供电方案，其中滑触线方案根据其电源的不同（交流/直流）、结构形式的不同（高架/低架）、滑线的不同（安全滑线/裸滑线）可以组合为高架交流裸滑线方案、高架直流裸滑线方案、低架交流安全滑触线方案、低架直流裸滑线方案。 目前，上述各方案在国内港口都有实际运用的实例，例如深圳港招商局国际码头、深圳大铲湾集装箱码头、上海明东集装箱码头、上海沪东集装箱码头、连云港顺岸码头等采用电缆卷盘供电方案，青岛前湾集装箱码头、盐田集装箱码头、香港HIT集装箱码头、天津港集装箱码头、深圳招商集装箱码头等采用低架交流安全滑触线方案，深圳赤湾港区采用低架直流裸滑线方案，上港集团振东分公司采用高架交流裸滑线方案，深圳妈湾港区采用高架直流裸滑线方案。

以上各种ERTG供电方案优缺点可汇总出表3-5，直流供电方案、交流供电方案的比较见表3-6。

表3-5　ERTG供电方案优缺点比较表

（续表）(www.xing528.com)

表3-6　直流供电方案、交流供电方案比较

2.RMG

RMG具有设备完好率高、维修方便、运行成本低、节能及对环境保护的程度较好、堆场容量大等优点。其结构型式有很多，早期有桁架结构和L形箱形单梁结构等，但目前基本上都采用箱形双梁的结构型式。根据轨道式龙门起重机是否有悬臂可将其分为三大类：不带悬臂结构型式；带单臂结构型式；带双臂结构型式。其中带单臂结构型式的轨道式龙门起重机主要用于受场地限制的一些特殊场合，从结构受力角度来讲不是一种好的结构型式，因此应用极少。双悬臂的RMG由于其门框的净宽要考虑集装箱的通过，故往往设计为U形门架，结构自身刚性较差。而无悬臂的RMG其门框的净宽不必考虑集装箱的通过，因此结构设计较为简单，往往设计为A形门架，结构自身刚性较好。门架结构型式的不同，导致双悬伸臂的RMG的自重往往较无悬伸的RMG自重增加很多，从而导致更高的价格以及更多的基础设施的投资。从RMG工艺平面布置上看似乎可以得出：轨距越大，堆场利用率越高，所选择的轨距越理想的结论。其实不然，因为从机械设计看，随着轨距的增大，为使整机金属结构满足强度、刚度的要求，特别是动态刚度的要求，结构设计的复杂性、制作工艺的要求将大大增加。一般认为当轨距在30～35 m以下时，其结构型式可采用全刚性门腿。当轨距在30～35 m以上时，结构型式一般采用一刚性腿一柔性腿，但此时小车方向的动态刚度较弱，因此为保证小车方向具有足够的刚度，主梁的刚度也必须加强，以降低小车方向的振幅，提高自振频率，为此整机重量将随之增加，从而导致轮压加大，进而增加轨道基础的投资。另外，当轨距越大，整机的金属结构随着大车运行速度提高的变形就越严重，同时两侧门腿的运行阻力差别也越大，两侧门腿不同步运行的情况也更加明显，此时需要通过增加电气控制设备以保证两侧大车运行机构运行速度的同步，因此增加了整机的造价。

3.RTG

目前，节能型 RTG采用的主要技术有：

①提高柴油发电机组的能源利用效率。 目前，实用的工程技术是以西门子公司的ECO节能技术为代表的发动机速度调节方式。

②把RTG在下方重物和运行机构制动时产生的再生回馈能量储存起来加以利用。目前，实用的工程技术是以超级电容和飞轮储能系统为代表的能量存储与回馈方式。其中，利用超级电容的能量存储与回馈方式的主要代表有TM GE（东芝、三菱、通用电气）联合研发的节能电控系统Fuel Efficient-RTG、 Yaskawa研发的混合动力RTG控制技术、ZPMC的绿色RTG技术。利用飞轮储能系统的能量存储与回馈方式的主要代表有VYCON公司的飞轮节能系统。 目前，国内港口节能型轮胎式起重机大规模实际运用的实例较少，仅ZPMC的绿色RTG在洋山工程的三期有过一些应用。

以上介绍了一些场桥设备的使用情况和各种机型的特点。在集装箱码头的场桥具体选择时，应遵循《海港总体设计规范》（JTS 165—2013）第7.2.3条的规定：

集装箱码头堆场作业及装卸车作业机械，应根据泊位的通过能力、集疏运方式、陆域面积、环保要求和不同的工艺布置形式经技术经济论证选用，可选用电力轮胎式集装箱龙门起重机（E-RTG）、轮胎式集装箱龙门起重机（RTG）、轨道式集装箱龙门起重机（RMG）、集装箱跨运车、集装箱正面吊运车、集装箱叉车和集装箱空箱堆箱机等装卸机械，并应优先采用电力驱动设备。