1 “油改電”技術(shù)的發(fā)展
目前，“油改電”ERTG 主要有電纜卷筒、低架滑觸線、高架滑觸線 3 種方式，其中后 2 種應(yīng)用更普遍。低架“油改電”方式簡單、靈活、應(yīng)用廣，早期的低架“油改電”采用手動插拔，成本低，非常吸引人。但在應(yīng)用過程中也暴露出很多問題，手動插拔效率低下( 輪胎吊效率下降很大，往往僅有原來的一半) 、工作量大( 需要專職人員和車輛負(fù)責(zé)插拔) 、安全性差( 易出現(xiàn)人身和設(shè)備安全事故) 。這幾個問題非常嚴(yán)重，以至于很難被港口操作人員接受，導(dǎo)致很多碼頭雖然實施了低架“油改電”，但往往司機作業(yè)時盡量不用市電，“油改電”供電系統(tǒng)利用率僅為50% ～60%。因此在新上的低架“油改電”系統(tǒng)中，已經(jīng)把自動插拔取電小車技術(shù)列為必要技術(shù)和裝備。
自動插拔取電小車用于低架“油改電”，使得原來手動插拔的低架“油改電”漸漸失去了成本優(yōu)勢，但自動插拔取電小車技術(shù)復(fù)雜且不成熟，小車和取電方式仍需改進(jìn)，如用液壓自動插拔，再改進(jìn)到氣動自動插拔等，由于系統(tǒng)復(fù)雜和笨重，目前還沒有辦法采用*優(yōu)的電動自動插拔方式。低架“油改電”存在很多致命缺點，如系統(tǒng)故障多，結(jié)構(gòu)容易變形，安全可靠性差，使用不方便等，在港口作業(yè)中實際利用率仍然比較低，通常僅為 65% ～ 75% ，與高架“油改電”95% ～ 98% 的利用率相比，僅此一項，低架“油改電”就相當(dāng)于作業(yè)成本提高了 1 倍。
筆者認(rèn)為，傳統(tǒng)的低架“油改電”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在缺陷，在此結(jié)構(gòu)上無法從根本上解決問題，通過多年對高架和低架“油改電”的研究，考慮港口裝卸作業(yè)的需求和特點，我們變換思路，提出了全新的低架“油改電”結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上保證了自動插拔小車可以非常簡單、輕巧。系統(tǒng)非常簡單可靠，故障少，壽命長，經(jīng)濟性也非常好。該技術(shù)已經(jīng)完成了產(chǎn)品化和標(biāo)準(zhǔn)化工作，進(jìn)入了推廣應(yīng)用階段，并且已經(jīng)在港口大面積推廣應(yīng)用。
在“油改電”技術(shù)發(fā)展過程中，電纜卷筒重點解決了單個輪胎吊供電問題; 低架滑觸線重點解決了單個箱區(qū)供電和移動問題; 高架滑觸線重點解決了跨箱區(qū)供電和移動問題。
與其他“油改電”技術(shù)相比，高空跨箱區(qū)滑觸線技術(shù)更加安全、方便和經(jīng)濟實用，保留了輪胎吊的機動性，因此，得到了業(yè)界和用戶的好評。
2 低架“油改電”的插拔取電技術(shù)
2006 年，青島港率先把滑觸線式的移動供電應(yīng)用到輪胎式集裝箱門式起重機上，取得了重大突破。滑觸線在工廠行車的移動供電中已經(jīng)是非常廣泛應(yīng)用的成熟技術(shù)，工廠行車的滑觸線是安裝在固定的支撐剛性墻體上的，取電小車通常是利用滾動輪以槽鋼作為軌道進(jìn)行移動的。而在集裝箱堆場沒有這個支撐墻，因此，*初滑觸線的支撐結(jié)構(gòu)采用了*為經(jīng)濟方便的形式，即以槽鋼和方鋼為主要結(jié)構(gòu)的支撐墻，用于橫向支撐的槽鋼同時也作為移動小車的軌道。同樣為了經(jīng)濟，架設(shè)高度通常不超過 2～ 3 m，每隔 3 m 左右須有 1 個立桿作滑觸線支撐，由于高度有限，需采用安全滑觸線，供電電壓通常為機上電壓( 如 460 V) ，所以，也稱為低架“油改電”。
2． 1 手動插拔取電小車重點解決輪胎吊供電問題
在低架滑觸線結(jié)構(gòu)上引入集電小車，由輪胎吊牽引，集電小車以鋼結(jié)構(gòu)上的槽鋼作為軌道進(jìn)行移動，通常有 4 組輪子。為了防止集電小車從軌道中被拉出，通常在槽鋼上每個接觸點采用 1 組輪，有承重輪、定位輪等共計 3 ～ 4 個。當(dāng)需要進(jìn)入另外 1 個箱區(qū)時，輪胎吊必須切換電源，啟動柴油發(fā)電機等，通常需要增加 10 ～ 20 min 的額外時間。另外，早期的低架“油改電”采用人工插拔，插拔效率低下，并且非常不安全。
2． 2 液壓或氣動自動插拔取電小車重點解決輪胎吊轉(zhuǎn)場問題
由于輪胎吊需要頻繁轉(zhuǎn)場，人們漸漸認(rèn)識到原來手動插拔的低架“油改電”已經(jīng)不能滿足要求，而且，手動插拔效率低、安全性差等問題越來越嚴(yán)重，人們不惜大幅度增加投資來引入自動插拔技術(shù)。
然而，由于集電小車以槽鋼作為軌道，且通常在槽鋼上每個接觸點采用 1 組輪，為防止小車脫離軌道，需要在中槽鋼上下左右?guī)讉€方向定位，因此集電小車與鋼結(jié)構(gòu)的切合和分離比較困難，也有采用把小車 留 在 軌 道 上，僅進(jìn)行電源的插拔等方式的。2008 年以來，國內(nèi)外多家廠商相繼開發(fā)了不同原理、不同結(jié)構(gòu)的自動插拔取電小車，但大多數(shù)以失敗告終。
雖然目前有個別產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)化推廣應(yīng)用，但其問題仍然存在，自動取電小車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大和笨重，使得支撐小車的鋼結(jié)構(gòu)和插拔取電小車的機械手臂也非常復(fù)雜、龐大和笨重，整個系統(tǒng)在運行中的沖擊力和摩擦力也非常大，故障很多。
由于取電小車復(fù)雜、龐大和笨重，用于插拔取電小車的機械手臂必須出力大，因此不得不采用液壓驅(qū)動方式，而與電驅(qū)動相比，液壓驅(qū)動有很多缺點。此外，經(jīng)過不斷改進(jìn)的氣動驅(qū)動方式的效果還需要進(jìn)一步改善。
2． 3 電動自動插拔式低架“油改電”系統(tǒng)重點解決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性問題
上海能港電氣工程科技有限公司經(jīng)過大量的研究，變換思路，徹底改變了傳統(tǒng)低架安全滑觸線的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計中就考慮了適合于自動插拔取電小車的使用，從結(jié)構(gòu)上保證了自動插拔小車可以非常簡單、輕巧。這樣，不同于其他低架“油改電”復(fù)雜笨重的自動插拔小車需要采用液壓或氣動的方式，取電小
車可以采用電動自動插拔。因此該系統(tǒng)也稱為電動自動插拔式輪胎吊低架“油改電”系統(tǒng)。該技術(shù)已完成了產(chǎn)品化和標(biāo)準(zhǔn)化工作，達(dá)到了成熟推廣應(yīng)用階段，已經(jīng)在港口得到大面積推廣應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)低架“油改電”的許多缺陷。應(yīng)用結(jié)果表明: 系統(tǒng)簡單、可靠、實用，故障少，壽命長，經(jīng)濟性也非常好，有很好的推廣價值。
由于新的低架安全滑觸線的結(jié)構(gòu)就是適合自動插拔取電小車工作的，所以取電小車非常簡單、輕巧、經(jīng)濟耐用，而一旦取電小車從根本上得到簡化，其他問題也就迎刃而解了。
電動自動插拔系統(tǒng)有以下優(yōu)點:
( 1) 用無縫鋼管代替槽鋼。承重?zé)o縫鋼管作為小車的導(dǎo)軌，小車運動輪是與無縫鋼管吻合的凹槽輪，鋼管與凹槽輪接觸是線/面接觸，接觸面大，支撐受力好。
( 2) 滾動滑行，凹槽輪自動形成喇叭口導(dǎo)角，無受力死角，為自平衡式，拉力非常小。
( 3) 集電小車僅用 3 ～ 4 個輪子，既可以在自動插拔中使用，又可以在小車移動中使用，無需其他輔助定位、導(dǎo)向、承重的輪子，結(jié)構(gòu)簡單，受力均勻，慣性和沖擊均小。
( 4) 小車與軌道定位準(zhǔn)確、**，自動定位**，始終與軌道平行。
( 5) 支架采用無縫鋼管，支承在小車重心上，結(jié)構(gòu)簡單，輕巧，受力均勻，無側(cè)向力，不易變形。
( 6) 導(dǎo)入和導(dǎo)出無不平衡受力，進(jìn)出平穩(wěn)。
( 7) 引導(dǎo)區(qū)短，對位方便，受電區(qū)域?qū)?，確保能吊裝端部集裝箱。
( 8) 采用電動取電手臂，結(jié)構(gòu)簡單、方便，故障少，壽命長( 5 年免維護(hù)) 。
2． 4 2 種自動插拔低架“油改電”技術(shù)的對比電動自動插拔式低架“油改電”系統(tǒng)從根本上解決了液壓或氣動自動插拔“油改電”系統(tǒng)存在的以下問題:
( 1) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。原自動取電小車是在手動插拔的基礎(chǔ)上改過來的，小車輪子通常多達(dá) 12 ～ 18 個，檢測點多，所以故障點多。新系統(tǒng)僅有 4 個輪子，檢
測點和故障點大幅度減少。
( 2) 重量大，受力大。原自動取電小車體形笨重，通常重達(dá) 200 ～ 300 kg，容易引起結(jié)構(gòu)受力大、運動時沖擊力大、摩擦力大、容易變形等問題，從而引起故障率大大提高。新系統(tǒng)重量僅為 100 kg 以下，摩擦力減小 60% ～80%，從而極大地改善了系統(tǒng)性能。
( 3) 體積大。原自動取電小車體形大，常規(guī)的輪胎吊下面的轉(zhuǎn)向液壓泵站和液壓管道需要移位，費用較大，另外，即使這樣，取電小車在不取電時需要掛在輪胎吊油箱的外側(cè)，使得總體寬度增加約 1m，容易引起碰撞。新系統(tǒng)取電小車可以收縮在油箱的下方，不增加寬度，體積很小，不需要移動液壓泵站。
( 4) 驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜。原較成熟的自動取電小車中大多數(shù)采用氣動和液壓動力( 由于重量大，無法采用電動推進(jìn)) ，導(dǎo)致其自動小車系統(tǒng)復(fù)雜，需要額外的液壓系統(tǒng)或氣動系統(tǒng)來驅(qū)動，還容易出現(xiàn)漏油、漏氣現(xiàn)象，故障率高。新系統(tǒng)采用電氣控制，簡單、安全、可靠。
( 5) 運行沖擊力大。原自動取電小車與輪胎吊剛性鏈接，導(dǎo)致滑觸線經(jīng)常拉斷，不能很好地釋放各個方向的力，同時碼頭集裝箱堆場在使用過程中都會有不同程度的沉降，易造成原小車不能再使用，尤其是進(jìn)出場不能自動對位，小車不能導(dǎo)入導(dǎo)出。新系統(tǒng)小車與輪胎吊連接處采用的是柔性連接，系統(tǒng)成熟可靠，受干擾力很小。
( 6) 軌道易變形。原自動取電小車的軌道支架采用槽鋼，受力不好，容易變形; 新系統(tǒng)的支架采用無縫鋼管，結(jié)構(gòu)簡單，輕巧，受力均勻，不會變形。
( 7) 側(cè)向受力大。原自動取電小車的軌道支架與小車的重心嚴(yán)重偏離，側(cè)向力很大，故障率高。新系統(tǒng)的支撐在小車重心上，無側(cè)向力。
( 8) 盲道占據(jù)空間大。原鋼結(jié)構(gòu)在盲道所占寬度大，達(dá)到 800 mm，已經(jīng)是可以運行的極限，容易與輪胎吊發(fā)生碰撞，通常要求輪胎吊減速運行，若采用
滑觸線上下結(jié)構(gòu)形式以降低寬度，則要增加 500 ～1 000 mm 的高度。新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，鋼結(jié)構(gòu)寬度僅為 670 mm，可滿足絕大部分堆場的要求，大大提高了輪胎吊大車行走的安全性和方便性。
( 9) 投資成本和使用成本高。原產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用鋼量大，投資成本高，另外，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障多，使用維護(hù)成本也高。新系統(tǒng)簡單、方便、可靠，
經(jīng)濟性也非常好。
3 結(jié)語
經(jīng)過多年發(fā)展，人們對“油改電”技術(shù)的認(rèn)識越來越清晰，從*初只考慮節(jié)能效果，轉(zhuǎn)變到綜合考慮系統(tǒng)的性能，港口輪胎吊“油改電”技術(shù)走向成熟。產(chǎn)品從復(fù)雜、龐大、笨重走向簡單、輕盈、可靠，發(fā)展了低架“油改電”技術(shù)。我們提出了全新的低架“油改電”結(jié)構(gòu)，并且開發(fā)了適用的電動自動插拔取電小車。該技術(shù)已經(jīng)在港口得到大面積推廣應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)低架“油改電”的許多缺陷，取得了非常好的效果，具有很好的推廣價值。
