轮胎式集装箱龙门起重机应用现状及发展分析

上机实验报告

课程名称： 物流装备与运输

实验名称：RTG应用现状及发展分析

学院(系)： 交通运输工程学院

班 级： 物流工程0902班

学 生：

学 号：

指导老师：

2012年 3月 23 日

实验名称：轮胎式集装箱龙门起重机应用现状及发展分析

实验目的：加深对起重设备产品的认识，了解相关设备设计、生产、销售、使用等环节的国内外现状，认识物流设备在物流中的地位。

实验内容：

上网查阅典型运输车辆或起重机械典型产品知识与信息。

实验时间： 2012 年 3 月 23 日

上机报告：

轮胎式集装箱龙门起重机应用现状及发展分析

摘要： 轮胎式集装箱龙门起重机是集装箱码头货场进行堆码作业的专用机械。由于其具有跨距大、便于紧密堆码等特点, 越来越广泛地应用于大型集装箱码头货场。

1概述

图1-1

轮胎式龙门起重机是集装箱码头堆场进行装卸、搬运、堆码作业的专用机械。目前, 轮胎式龙门起重机的起重量大多是30st , 跨距为6列集装箱和1条底盘车道的宽度, 起升高度一般为堆4过5也就是11一12 m 。轮胎式龙门起重机的主要优点是可以有效利用堆场、堆场建设费用相对较低、机动灵活、通用性强。它不仅能前进、后退, 而且还设有转向装置, 通过轮子的90“旋转, 能从一个箱区转移到另一个箱区进行作业。

2集装箱起重机的使用现状

随着港口集装箱吞吐量的增长, 对装卸效率、经济效益要求的提高, 以及现代科学技术的发展, 轮胎式集装箱龙门起重机不断发展。下表列出了目前使用的产于不同年份的几种轮胎式集装箱龙门起重机的主要技术参数和它们的驱动、控制方式。

表2-1 轮胎式集装箱龙门起重机主要参数和控制方式

从表中可见, 轮胎式集装箱起重机正朝着大型化、高速化、现代化的方向发展。随着现代科学技术的发展, 机电一体化技术的广泛应用, 轮胎式集装箱龙门起重机的控制方式有了根本性的变革。

2.1轮胎式集装箱龙门起重机特点

物流从狭义上来说可为物资的流动，这就让我们不能否认运输在物流中的重要地位。而集装箱的运用就是为使运输活动更有效。在集装箱运输中他具有一些特点：1、龙门起重机的走行轨道直接铺设在作业场地，并且走行轨道面的高度可与作业场地在同一平面上，因此，起重机下的货位面积、通道等能得到充分利用。

2、龙门起重机没有固定永久性建筑物，如果货场改建、变迁，侧影响不大。3、大多数龙门起重机两端带有一定长度的悬臂，不仅作业面积增大，货位得到充分利用，而且汽车等短途搬运设备与铁路车辆可直接进行装卸或换装，提高了装卸效率，加速了车辆和货位的周转。4、轮胎式龙门起重机具有一定机动性，不受轨道的限制。

2.2集装箱吞吐量

2011年欧美主要大港集装箱货量大幅缩减，而我国规模以上港口集装箱吞吐量将增长11%中国港口集装箱逆势上扬。与新兴经济体海运贸易的活跃，直接带动了中国港口的吞吐量上升。从港口货源比重看，今年前7个月首次出现了进口增长高于出口增长，从而有效避免了欧美等主要经济体需求减弱带来的港口货量下

滑的势头。

由上海港领衔，中国港口在全球航运的低迷中逆势突围，呈现逆势上扬、快速回升的态势。统计数据显示，今年前十月，全国规模以上港口完成国际标准集装箱吞吐量13499.44万TEU，同比增长12.6%。其中，深圳、宁波、广州、青岛、天津等港口的集装箱吞吐量均呈现了两位数的增长。

2.3集装箱起重机还存在的一些问题

随着世界集装箱运输的快速发展，供应短周期，高质量的RTG已成为用户日益强烈的要求。但是轮胎式龙门起重机与其它起重机相比还是存在些问题。就拿轨道龙门起重机来说， 轮胎式龙门起重机（Rubber-TyredGantry Crane，RTG） 和轨道式龙门起重机（Rail-Mounted Gantry Crane，RMG）在集装箱码头堆场得到广泛应用。这两种起重机的功能相似，但在技术性能、装卸性能、操作性能、经济性能、自动化性能等方面存在一定差异。

(1) 技术性能

由表可见，RTG 除了在大车行走和转场机动性方面优于RMG外，其他方面均逊于RMG或没有明显优势。

表

2-2

(2) 装卸性能

1) 技术参数

受发动机—发电机系统的限制，RTG的起升速度不宜过快，否则容易导致发动机失速熄火或超速飞车；而RMG 直接使用电网系统的电能，在启动、制动及重载起升、下降时有较好的机械特性，在行程较大的情况下，起升机构、小车机构、大车机构均可快速运行。

2) 机动性

RTG 可进行90 °转向，从而实现转场作业，但由于大车两侧轮胎与地面之间的摩擦力不同，因此极易走偏，必须不断纠偏，否则容易出现安全事故；RMG 虽然只能沿固定轨道行走，无法实现转场作业，但无需纠偏。

3) 故障停机时间

RTG 采用发动机—发电机系统和转向液压系统，其驱动和控制线路通过拖令电缆由电气房到达驾驶室，机械故障较多，故障停机时间较长，维修保养难度较大；相比之下，RMG性能更为可靠，维修保养较为方便。

(3) 操作性能

RTG排放废气较多，噪声较大，严重干扰司机与地面人员的交流，削弱大车行走警报的警示效果，容易导致安全事故；而RMG不排放废气，且无噪声，整机运行安静、平稳，司机与地面人员交流通畅。

(4) 自动化性能

RMG 沿固定轨道运行，大车不易跑偏，易于实现自动定位和自动控制，从而为集装箱码头的全自动化作业创造必要条件；相比之下，RTG 则难以实现全自动化作业

虽然RMG在国内起步较晚，但其具有技术性能优、装卸效率高、作业成本低、堆场利用率高、操作维护方便、易于实现自动化等优点，而且RMG的跨距和外伸距可以定制，能满足不同堆场的作业要求。相比之下，虽然目前RTG 在国内集装箱码头堆场机械中占有较大比例，但随着经济发展方式的变革、燃油价格的攀升以及环保要求的提高，RTG 的优势正逐渐弱化，缺点日益明显，一些港口正在逐步淘汰RTG或者采取“油改电”的方式来消除RTG的弊病；

2.4解决方案

无柴油发电机组的集装箱轮胎式龙门起重机的设计前景因一种全新的电能储存元件的使用变得越来越实际。采用磷酸铁锂电池来提供电能，使得轮胎式龙门起重机的转场问题得到根本性的解决。

表2-3 磷酸铁锂动力电池的内部结构示意图

磷酸铁锂动力电池的内部结构如图1 所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4 作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，将正极与负极隔开，锂离子Li + 可以通过但电子e－ 不能通过，右边是由碳( 石墨) 组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。电池在充电时，正极中的锂离子Li + 通过聚合物隔膜向负极迁移; 在放电过程中，负极中的锂离子Li + 通过隔膜向正极迁移。锂离子电池因锂离子在充放电时来回迁移而命名。

节能型集装箱龙门吊( 即绿色RTG) 具有以下特征: 无任何柴油消耗; 无任何被动电能消

耗;无大气污染排放; 噪声污染降至最低; 无液压污染，也即无液压单元; 电力谐波畸变率瞒足规定和使用要求; 至少大车电动机和小车电动机为永磁同步电动机驱动，如果起升电动机也为永磁同步电动机驱动更好; 投光灯照明采用非电感式整流器; 采用LED 灯照明; 机器上的设备元件的维护工作量达到最小化。为保持龙门吊的灵活性特点，一种新的全自动接电和断电的安全滑触线集电器已经由德国法勒移动供电公司和康达－ 稳孚勒开发成功。该装置不需地面人员协助，完全由司机在司机室内操作完成安全滑触线的上电和断电，再采用磷酸铁锂动力电池供电即可实现灵活的转场作业。

3集装箱起重机发展前景

3.1磷酸铁锂动力电池的特点

( 1) 超长寿命磷酸铁锂动力电池循环寿命达到2 000 次以上，2 000 个循环容量衰减小于 15%，使用将达到7 ～ 8 年;

( 2) 使用安全磷酸铁锂已经过严格的安全测试，即使在最恶劣的碰撞、挤压、短路中也不 会产生爆炸和起火;

( 3) 最大放电电流可达10C，起动电流可达2C;

( 4) 耐高温磷酸铁锂电热峰值可达350 ℃ ～500 ℃;

( 5) 稳定性高包括高温充电的容量稳定性好，储存性能好;

( 6) 无记忆效应;

( 7) 能量密度大，故体积小、重量轻;

( 8) 其本身的原材料以及放电释放物无毒、无污染，绿色环保。

3.2 磷酸铁锂动力电池的应用领域

( 1) 大型电动车辆: 公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;

( 2) 轻型电动车: 电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等; ( 3) 电动工具: 电钻、电锯、割草机等;

( 4) 遥控汽车、船、飞机等玩具;

( 5) 太阳能及风力发电的储能设备;

( 6) UPS 及应急灯、警示灯及矿灯( 安全性最好) ;

( 7) 替代照相机中3 V 的一次性锂电池及9 V的镍镉或镍氢可充电电池;

( 8) 小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

3.3磷酸铁锂动力电池在轮胎式龙门起重机的配置

轮胎式龙门起重机( 以下简称龙门吊) 安装

磷酸铁锂动力电池后，其充电和放电配置的构成

要充分考虑安全、可靠和节能需求等因素。

( 1) 安全配置

因磷酸铁锂动力电池本身的安全性保证了使用的安全。虽然电池必须安装在防水、防晒的金属箱体内，但不能将箱体的防护等级设计得太高，这样对电池的散热不利，为此可设计为双层结构，外层防护等级为IP23，内层为特殊设计防止经外层进入的水滴影响电池工作。 ( 2) 可靠性配置

为了保证大车在电池发生故障的情况下能慢速行走，应设计为2 组并列电池组和充放电单元。一旦其中1 组电池发生故障，另1 组仍可保证大车以30%以下的速度继续行走。

( 3) 节能效果

只要电池充电完好，即使在非转场使用阶段，大车的运行也可由PLC 的控制尽量使用电池的电能，使节能效果达到最大。

( 4) 电气控制

PLC 系统电源和限位、传感器等安全控制回路电源均采用24 VDC，此24 VDC电源由双电源冗余提供，保证其可靠性。一路直接由电池组提供，另一路由UPS 提供。其余的照明、空调等辅助回路由一变频电源单元( 大约32kVA) 提供。变频电源已经是非常成熟的技术产品。在冶金、电信、邮电等行业已经成功应用多年，在港口机械上也已经有成功的应用。其配置如图。

图3-1

可以预见，永磁同步电动机的实际应用和磷酸铁锂动力电池的应用会在同一时期实现，而这个时期会在短短的几年之内到来。届时，柴油发电机组在集装箱龙门吊上的使用将成为历史，进而迎来超级绿色RTG 时代。RTG的发展前景会越来越变好。

4总结(结论)

随着港口集装箱吞吐量的增长, 对装卸效率、经济效益要求的提高, 以及现代科学技术的发展, 轮胎式集装箱龙门起重机不断发展。轮胎式集装箱起重机正朝着大型化、高速化、现代化的方向发展。其中无柴油发电机组的集装箱轮胎式龙门重机的设计前景因一种全新的电能储存元件的使用变得越来越实际。采用磷酸铁锂电池来提供电能，使得轮胎式龙门起重机的转场问题得到根本性的解决。

参考文献

[1] 中国起重机网www.chinacrane.org

[2] 知网http://www.cnki.net；

[3]中国起重机械网http://www.chinacrane.net/

上机实验报告

课程名称： 物流装备与运输

实验名称：RTG应用现状及发展分析

学院(系)： 交通运输工程学院

班 级： 物流工程0902班

学 生：

学 号：

指导老师：

2012年 3月 23 日

实验名称：轮胎式集装箱龙门起重机应用现状及发展分析

实验目的：加深对起重设备产品的认识，了解相关设备设计、生产、销售、使用等环节的国内外现状，认识物流设备在物流中的地位。

实验内容：

上网查阅典型运输车辆或起重机械典型产品知识与信息。

实验时间： 2012 年 3 月 23 日

上机报告：

轮胎式集装箱龙门起重机应用现状及发展分析

摘要： 轮胎式集装箱龙门起重机是集装箱码头货场进行堆码作业的专用机械。由于其具有跨距大、便于紧密堆码等特点, 越来越广泛地应用于大型集装箱码头货场。

1概述

图1-1

轮胎式龙门起重机是集装箱码头堆场进行装卸、搬运、堆码作业的专用机械。目前, 轮胎式龙门起重机的起重量大多是30st , 跨距为6列集装箱和1条底盘车道的宽度, 起升高度一般为堆4过5也就是11一12 m 。轮胎式龙门起重机的主要优点是可以有效利用堆场、堆场建设费用相对较低、机动灵活、通用性强。它不仅能前进、后退, 而且还设有转向装置, 通过轮子的90“旋转, 能从一个箱区转移到另一个箱区进行作业。

2集装箱起重机的使用现状

随着港口集装箱吞吐量的增长, 对装卸效率、经济效益要求的提高, 以及现代科学技术的发展, 轮胎式集装箱龙门起重机不断发展。下表列出了目前使用的产于不同年份的几种轮胎式集装箱龙门起重机的主要技术参数和它们的驱动、控制方式。

表2-1 轮胎式集装箱龙门起重机主要参数和控制方式

从表中可见, 轮胎式集装箱起重机正朝着大型化、高速化、现代化的方向发展。随着现代科学技术的发展, 机电一体化技术的广泛应用, 轮胎式集装箱龙门起重机的控制方式有了根本性的变革。

2.1轮胎式集装箱龙门起重机特点

物流从狭义上来说可为物资的流动，这就让我们不能否认运输在物流中的重要地位。而集装箱的运用就是为使运输活动更有效。在集装箱运输中他具有一些特点：1、龙门起重机的走行轨道直接铺设在作业场地，并且走行轨道面的高度可与作业场地在同一平面上，因此，起重机下的货位面积、通道等能得到充分利用。

2、龙门起重机没有固定永久性建筑物，如果货场改建、变迁，侧影响不大。3、大多数龙门起重机两端带有一定长度的悬臂，不仅作业面积增大，货位得到充分利用，而且汽车等短途搬运设备与铁路车辆可直接进行装卸或换装，提高了装卸效率，加速了车辆和货位的周转。4、轮胎式龙门起重机具有一定机动性，不受轨道的限制。

2.2集装箱吞吐量

2011年欧美主要大港集装箱货量大幅缩减，而我国规模以上港口集装箱吞吐量将增长11%中国港口集装箱逆势上扬。与新兴经济体海运贸易的活跃，直接带动了中国港口的吞吐量上升。从港口货源比重看，今年前7个月首次出现了进口增长高于出口增长，从而有效避免了欧美等主要经济体需求减弱带来的港口货量下

滑的势头。

由上海港领衔，中国港口在全球航运的低迷中逆势突围，呈现逆势上扬、快速回升的态势。统计数据显示，今年前十月，全国规模以上港口完成国际标准集装箱吞吐量13499.44万TEU，同比增长12.6%。其中，深圳、宁波、广州、青岛、天津等港口的集装箱吞吐量均呈现了两位数的增长。

2.3集装箱起重机还存在的一些问题

随着世界集装箱运输的快速发展，供应短周期，高质量的RTG已成为用户日益强烈的要求。但是轮胎式龙门起重机与其它起重机相比还是存在些问题。就拿轨道龙门起重机来说， 轮胎式龙门起重机（Rubber-TyredGantry Crane，RTG） 和轨道式龙门起重机（Rail-Mounted Gantry Crane，RMG）在集装箱码头堆场得到广泛应用。这两种起重机的功能相似，但在技术性能、装卸性能、操作性能、经济性能、自动化性能等方面存在一定差异。

(1) 技术性能

由表可见，RTG 除了在大车行走和转场机动性方面优于RMG外，其他方面均逊于RMG或没有明显优势。

表

2-2

(2) 装卸性能

1) 技术参数

受发动机—发电机系统的限制，RTG的起升速度不宜过快，否则容易导致发动机失速熄火或超速飞车；而RMG 直接使用电网系统的电能，在启动、制动及重载起升、下降时有较好的机械特性，在行程较大的情况下，起升机构、小车机构、大车机构均可快速运行。

2) 机动性

RTG 可进行90 °转向，从而实现转场作业，但由于大车两侧轮胎与地面之间的摩擦力不同，因此极易走偏，必须不断纠偏，否则容易出现安全事故；RMG 虽然只能沿固定轨道行走，无法实现转场作业，但无需纠偏。

3) 故障停机时间

RTG 采用发动机—发电机系统和转向液压系统，其驱动和控制线路通过拖令电缆由电气房到达驾驶室，机械故障较多，故障停机时间较长，维修保养难度较大；相比之下，RMG性能更为可靠，维修保养较为方便。

(3) 操作性能

RTG排放废气较多，噪声较大，严重干扰司机与地面人员的交流，削弱大车行走警报的警示效果，容易导致安全事故；而RMG不排放废气，且无噪声，整机运行安静、平稳，司机与地面人员交流通畅。

(4) 自动化性能

RMG 沿固定轨道运行，大车不易跑偏，易于实现自动定位和自动控制，从而为集装箱码头的全自动化作业创造必要条件；相比之下，RTG 则难以实现全自动化作业

虽然RMG在国内起步较晚，但其具有技术性能优、装卸效率高、作业成本低、堆场利用率高、操作维护方便、易于实现自动化等优点，而且RMG的跨距和外伸距可以定制，能满足不同堆场的作业要求。相比之下，虽然目前RTG 在国内集装箱码头堆场机械中占有较大比例，但随着经济发展方式的变革、燃油价格的攀升以及环保要求的提高，RTG 的优势正逐渐弱化，缺点日益明显，一些港口正在逐步淘汰RTG或者采取“油改电”的方式来消除RTG的弊病；

2.4解决方案

无柴油发电机组的集装箱轮胎式龙门起重机的设计前景因一种全新的电能储存元件的使用变得越来越实际。采用磷酸铁锂电池来提供电能，使得轮胎式龙门起重机的转场问题得到根本性的解决。

表2-3 磷酸铁锂动力电池的内部结构示意图

磷酸铁锂动力电池的内部结构如图1 所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4 作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，将正极与负极隔开，锂离子Li + 可以通过但电子e－ 不能通过，右边是由碳( 石墨) 组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。电池在充电时，正极中的锂离子Li + 通过聚合物隔膜向负极迁移; 在放电过程中，负极中的锂离子Li + 通过隔膜向正极迁移。锂离子电池因锂离子在充放电时来回迁移而命名。

节能型集装箱龙门吊( 即绿色RTG) 具有以下特征: 无任何柴油消耗; 无任何被动电能消

耗;无大气污染排放; 噪声污染降至最低; 无液压污染，也即无液压单元; 电力谐波畸变率瞒足规定和使用要求; 至少大车电动机和小车电动机为永磁同步电动机驱动，如果起升电动机也为永磁同步电动机驱动更好; 投光灯照明采用非电感式整流器; 采用LED 灯照明; 机器上的设备元件的维护工作量达到最小化。为保持龙门吊的灵活性特点，一种新的全自动接电和断电的安全滑触线集电器已经由德国法勒移动供电公司和康达－ 稳孚勒开发成功。该装置不需地面人员协助，完全由司机在司机室内操作完成安全滑触线的上电和断电，再采用磷酸铁锂动力电池供电即可实现灵活的转场作业。

3集装箱起重机发展前景

3.1磷酸铁锂动力电池的特点

( 1) 超长寿命磷酸铁锂动力电池循环寿命达到2 000 次以上，2 000 个循环容量衰减小于 15%，使用将达到7 ～ 8 年;

( 2) 使用安全磷酸铁锂已经过严格的安全测试，即使在最恶劣的碰撞、挤压、短路中也不 会产生爆炸和起火;

( 3) 最大放电电流可达10C，起动电流可达2C;

( 4) 耐高温磷酸铁锂电热峰值可达350 ℃ ～500 ℃;

( 5) 稳定性高包括高温充电的容量稳定性好，储存性能好;

( 6) 无记忆效应;

( 7) 能量密度大，故体积小、重量轻;

( 8) 其本身的原材料以及放电释放物无毒、无污染，绿色环保。

3.2 磷酸铁锂动力电池的应用领域

( 1) 大型电动车辆: 公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;

( 2) 轻型电动车: 电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等; ( 3) 电动工具: 电钻、电锯、割草机等;

( 4) 遥控汽车、船、飞机等玩具;

( 5) 太阳能及风力发电的储能设备;

( 6) UPS 及应急灯、警示灯及矿灯( 安全性最好) ;

( 7) 替代照相机中3 V 的一次性锂电池及9 V的镍镉或镍氢可充电电池;

( 8) 小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

3.3磷酸铁锂动力电池在轮胎式龙门起重机的配置

轮胎式龙门起重机( 以下简称龙门吊) 安装

磷酸铁锂动力电池后，其充电和放电配置的构成

要充分考虑安全、可靠和节能需求等因素。

( 1) 安全配置

因磷酸铁锂动力电池本身的安全性保证了使用的安全。虽然电池必须安装在防水、防晒的金属箱体内，但不能将箱体的防护等级设计得太高，这样对电池的散热不利，为此可设计为双层结构，外层防护等级为IP23，内层为特殊设计防止经外层进入的水滴影响电池工作。 ( 2) 可靠性配置

为了保证大车在电池发生故障的情况下能慢速行走，应设计为2 组并列电池组和充放电单元。一旦其中1 组电池发生故障，另1 组仍可保证大车以30%以下的速度继续行走。

( 3) 节能效果

只要电池充电完好，即使在非转场使用阶段，大车的运行也可由PLC 的控制尽量使用电池的电能，使节能效果达到最大。

( 4) 电气控制

PLC 系统电源和限位、传感器等安全控制回路电源均采用24 VDC，此24 VDC电源由双电源冗余提供，保证其可靠性。一路直接由电池组提供，另一路由UPS 提供。其余的照明、空调等辅助回路由一变频电源单元( 大约32kVA) 提供。变频电源已经是非常成熟的技术产品。在冶金、电信、邮电等行业已经成功应用多年，在港口机械上也已经有成功的应用。其配置如图。

图3-1

可以预见，永磁同步电动机的实际应用和磷酸铁锂动力电池的应用会在同一时期实现，而这个时期会在短短的几年之内到来。届时，柴油发电机组在集装箱龙门吊上的使用将成为历史，进而迎来超级绿色RTG 时代。RTG的发展前景会越来越变好。

4总结(结论)

随着港口集装箱吞吐量的增长, 对装卸效率、经济效益要求的提高, 以及现代科学技术的发展, 轮胎式集装箱龙门起重机不断发展。轮胎式集装箱起重机正朝着大型化、高速化、现代化的方向发展。其中无柴油发电机组的集装箱轮胎式龙门重机的设计前景因一种全新的电能储存元件的使用变得越来越实际。采用磷酸铁锂电池来提供电能，使得轮胎式龙门起重机的转场问题得到根本性的解决。

参考文献

[1] 中国起重机网www.chinacrane.org

[2] 知网http://www.cnki.net；

[3]中国起重机械网http://www.chinacrane.net/