傳統(tǒng)的低架安全滑觸線結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本低廉，受到較多集裝箱港口的青睞。但是，由于早期的低架輪胎吊油改電的取電小車是手動插拔的，其在 RTG 轉(zhuǎn)場時人工插拔的效率和安全性都很差，一直是其在港口推廣應(yīng)用的主要障礙。近年來，人們已經(jīng)不能夠接受這種手動插拔的低架滑觸線輪胎吊油改電系統(tǒng)，希望采用自動插拔技術(shù)。
傳統(tǒng)的低架油改電的集電小車以槽鋼作為軌道，且通常在槽鋼上每個接觸點(diǎn)采用一組輪，有承重輪、定位輪等共計(jì) 3 ～ 4 個。為防止小車脫離軌道，它們需要在槽鋼的上下左右?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，通常需要有一個引導(dǎo)區(qū)，讓小車與滑觸線和軌道進(jìn)行對位。為了避免集電小車與鋼結(jié)構(gòu)的切合和分離的困難，有的方案把小車留在軌道上，僅僅進(jìn)行電源的插拔，但這也不容易，并且?guī)砹巳绾闻渲眯≤嚨刃聠栴}。從 2008 年開始，國內(nèi)外廠商開發(fā)了不同原理、不同結(jié)構(gòu)的多種自動插拔取電小車，但多以失敗告終，沒有得到推廣應(yīng)用［1 － 2］。
上海能港電氣經(jīng)過大量的研究，認(rèn)為如果在小車軌道上進(jìn)行設(shè)計(jì)，就可以使小車與軌道的分離和切合從原理上變得簡單方便。這種從問題的起因上來解決問題的方法取得了實(shí)質(zhì)性的突破，開發(fā)了原理性樣機(jī)，經(jīng)過認(rèn)真評估，連云港新東方集裝箱碼頭決定與上海能港電氣合作，使這一技術(shù)走向應(yīng)用。
1 輪胎吊低架油改電方式
幾種類型的低架油改電方案的主要區(qū)別在于自動插拔系統(tǒng)的差異，而該系統(tǒng)是*復(fù)雜也是*困難的。
1． 1 槽鋼軌道低架油改電形式
在原有的低架滑觸線取電系統(tǒng)上發(fā)展出低架自動插拔系統(tǒng)。原低架安全滑觸線用槽鋼作為滑觸線取電小車的導(dǎo)向槽，小車通過 4 組定位輪( 每組 2個) 在槽鋼的內(nèi)外側(cè)進(jìn)行定位，4 組承重輪在槽鋼上方承重。由于作為軌道的槽鋼有方向性，一組運(yùn)動輪上下左右都有，很難進(jìn)行小車與軌道的分離和切合，所以必須有一個引導(dǎo)段。引導(dǎo)段采用另一組槽鋼和小車上另一組運(yùn)動輪，來幫助小車的運(yùn)動輪被引導(dǎo)到軌道上去。所以，小車移動機(jī)構(gòu)通常有 14 ～18 個運(yùn)動輪和定位輪。每個運(yùn)動點(diǎn)通常需要接近開關(guān)測量運(yùn)動輪是否接觸到位，所以小車非常復(fù)雜、笨重，通常會達(dá)到 200 ～ 300 kg。
槽鋼受力大且復(fù)雜，從實(shí)際使用情況看，雖然采用了較大規(guī)格的槽鋼，但仍存在較大的扭曲與變形。
由于取電小車復(fù)雜和笨重，所以用于插拔取電小車的機(jī)械手臂必須出力大，不得不采用液壓驅(qū)動方式。顯而易見，與電驅(qū)動相比，液壓驅(qū)動有很多缺
點(diǎn)。通過一系列的改進(jìn)，目前正在開發(fā)和推廣的氣動驅(qū)動方式，較液壓方式有了一定的改善，但穩(wěn)定性還需要一定的檢驗(yàn)，要進(jìn)化到電動方式仍然有很多
困難。
雖然目前有個別產(chǎn)品投入應(yīng)用，但自動取電小車結(jié)構(gòu)復(fù)雜和笨重的問題仍然存在，使得支撐小車的鋼結(jié)構(gòu)和插拔取電小車的機(jī)械手臂也非常復(fù)雜和笨重。整個系統(tǒng)在運(yùn)行中的沖擊力和摩擦力也非常大，故障很多。
1． 2 無縫鋼管軌道低架油改電形式
軌道的結(jié)構(gòu)對自動取電小車與軌道的分離方便與否有重要影響，軌道的合理設(shè)計(jì)是解決自動插拔問題的關(guān)鍵。通過大量的分析研究，用無縫鋼管作為軌道的低架油改電形式( 見圖 1) ，可以很好地解決這個問題，其原理如同火車軌道和游樂場的過山車一樣。
采用無縫鋼管作為低架滑觸線小車的行走軌道，取電小車可以采用凹槽形的輪來代替一組承重輪和定位輪，不再需要邊輪作為小車行走的輔助輪，也不需要外加自動插拔的導(dǎo)向輪，結(jié)構(gòu)簡單，而鋼管在各個方向上有很好的力學(xué)特性，采用鋼管軌道代替槽鋼軌道，用鋼量可以大大減少，且受力及抗彎性更好，不存在軌道扭曲、變形的問題。
2 低架滑觸線油改電方案的應(yīng)用
2． 1 低架油改電方案的選擇［3］
連云港新東方國際集裝箱碼頭根據(jù)自身情況選擇了無縫鋼管軌道形式的低架油改電方案。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
( 1) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度低。自動取電小車僅有 4 個輪子，檢測點(diǎn)少，所以故障點(diǎn)少。新系統(tǒng)檢測和故障點(diǎn)大幅度下降。
( 2) 重量輕。自動取電小車體型輕盈，只有 60～ 80 kg，因此結(jié)構(gòu)受力小，運(yùn)動時的沖擊力和摩擦力小，系統(tǒng)不容易變形，故障率大大降低。
( 3) 體積小。自動取電小車體形較小，常規(guī)的自動取電小車輪胎吊下面的液壓泵站和液壓管道需要移位，費(fèi)用較大，而且取電小車在不取電時需要掛在輪胎吊油箱的外側(cè)，使得這部分位置的總體寬度增加約 1 m，容易引起輪胎吊的碰撞和損壞。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)簡易。系統(tǒng)采用電動傳動系統(tǒng)，簡單、安全、可靠，基本免維護(hù)，沒有氣動和液壓動力系統(tǒng)容易出現(xiàn)漏油漏氣的問題，故障率低。
( 5) 運(yùn)行沖擊力降低。系統(tǒng)小車與輪胎吊連接處采用柔性鏈接，系統(tǒng)成熟可靠，受干擾力很小。
( 6) 軌道不易變形。系統(tǒng)的支架采用圓管，結(jié)構(gòu)簡單輕巧，受力均勻，不易變形。
( 7) 側(cè)向受力小。小車的重心低，側(cè)向力小，系統(tǒng)支撐在小車重心上，力臂原理好，可靠性好。
( 8) 盲道占據(jù)空間減小。原鋼結(jié)構(gòu)在盲道所占寬度大，結(jié)構(gòu)寬度達(dá)到 800 mm，已經(jīng)是可以運(yùn)行的極限，容易引起結(jié)構(gòu)與輪胎吊的碰撞，通常還要求輪胎吊減速運(yùn)行。有的不能接受這一寬度，采用滑觸線上下結(jié)構(gòu)的形式來降低寬度，但又增加了 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，比原來的減小 16% ，從而可以滿足絕大部分堆場的要求，且大大提高了 RTG 大車行走的安全性。
2． 2 低架油改電方案的實(shí)施
2． 2． 1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
( 1) 鋼結(jié)構(gòu)立柱支架為“T”型和“Γ”型 2 種結(jié)構(gòu)形式，軌道采用無縫鋼管，其剛度和強(qiáng)度能滿足承受額定載荷的要求，并具有一定的過負(fù)荷儲備能力及受外力碰撞能力。
( 2) 在每條滑觸線路上，每 30 m 設(shè)與大地接地點(diǎn)，并保證整個滑觸線的可靠接地，每個接地點(diǎn)的接地電阻不大于 5 Ω。
( 3) 整個滑觸線支架通過螺栓連接，連成一個導(dǎo)電整體，電源的地線設(shè)多處重復(fù)接地。
( 4) 所有鋼結(jié)構(gòu)在**次涂層前經(jīng)預(yù)處理，鋼結(jié)構(gòu)支架、軌道等在拋丸后噴涂一道環(huán)氧磷酸富鋅底漆。在鋼結(jié)構(gòu)發(fā)運(yùn)前涂上 2 層聚氨酯面漆，漆膜總厚度應(yīng)大于 200 μm，滑觸線結(jié)構(gòu)涂上黃色油漆。
( 5) 軌道與立柱采用長孔不銹鋼螺栓連接，并有防松斜墊片，留有膨脹間隙。所有的螺栓、墊片等緊固件都選用熱鍍鋅材料制造。
2． 2． 2 滑觸線設(shè)計(jì)
滑觸線電源為三相四線制，440 V、50 Hz。單層布置，分別為 PE、A、B、C 相。其中 PE 線起保護(hù)作用，不讓有效負(fù)載通過。滑觸線 裝 置 ( 雙 側(cè) 含 小 車) * 大 寬 度 為 660mm。
中低架絕緣滑觸線移動供電設(shè)備為全天候供電系統(tǒng)，能在暴雨及臺風(fēng)等惡劣天氣環(huán)境下安全工作。滑觸線導(dǎo)體下端距離地面的高度不低于 2． 20 m。單極滑觸線采用 V 形槽壓裝工藝，將不銹鋼與鋁型材緊密壓合而成，牢固可靠，結(jié)合強(qiáng)度大，剛性好，不易彎曲變形。滑觸線平直度小于 1 /1 000。散熱面大，溫升小。使用耐高溫護(hù)套后，可耐 120℃ 高溫。
每條滑觸線路徑設(shè) 3 處與大地接地點(diǎn)，接地點(diǎn)的接地電阻不小于 5 Ω，保證整個滑觸線的可靠接地。整個滑觸線使用連接固件連成一個導(dǎo)電整體，保證取電裝置在滑觸線全線上運(yùn)行安全可靠。
2． 2． 3 自動取電裝置設(shè)計(jì)
取電裝置采用三級推桿設(shè)計(jì)，全部為電驅(qū)動，體積小。取電小車采用 4 個尼龍輪子，配有感應(yīng)限位開關(guān)，一旦小車輪子走出即可報警。小車結(jié)構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，緊固件全部采用不銹鋼或者熱鍍鋅材質(zhì)。小車運(yùn)行的牽引裝置，保證輪胎吊大車在全速( 100 m /min) 行走的情況下，偏差在 ± 500 mm 范圍內(nèi)，安全可靠。運(yùn)行的牽引裝置保證輪胎吊行駛偏差在 ± 400 mm 內(nèi)時不碰撞滑觸線支架。軸承使用進(jìn)口 NSK 含油封閉軸承，能良好地自潤滑，壽命大于 15 000 h。行走時無聲平穩(wěn)，長期使用牽引力不會發(fā)生變化。
小車兩端配備三重安全保護(hù)，有效地防止小車被意外拉出: 機(jī)械限位必要時可自動切斷輪胎吊電源; 行走時的反光板在端頭截?cái)啵沟眉す鉁y距可判斷到達(dá)端頭; 小車與軌道切合和分離定位反光板，通過另外一組激光進(jìn)行定位。
2． 2． 4 項(xiàng)目的實(shí)施情況及經(jīng)濟(jì)效益
該油改電項(xiàng)目由上海能港電氣工程科技有限公司提供油改電的技術(shù)并承建該項(xiàng)目的油改電工程，在各方的努力下，克服了工期緊張、碼頭繁忙等困難，并且結(jié)合碼頭的具體應(yīng)用情況，進(jìn)行了大量實(shí)用性的改進(jìn)和**，于 2011 年底完成了 7 條油改電項(xiàng)目的建設(shè)，并順利投入生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每臺 RTG 用電比用油節(jié)約費(fèi)用 81% 。
3 結(jié)語
該新型自動插拔系統(tǒng)自 2011 年投入運(yùn)行以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，取得了良好的節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，比傳統(tǒng)的低架油改電有明顯的優(yōu)勢。
