基于超级电容的集装箱轮胎吊双速节能装置的研制

【摘要】：轮胎式集装箱龙门起重机(轮胎吊)是集装箱码头航运、陆运作业的主要设备之一,也是集装箱装卸设备中消耗燃油最多的设备。究其原因除了作业货物量大等外部因素之外,轮胎吊的作业特点是根本原因。轮胎吊使用柴油发电机组供电,在等待集卡车的作业间歇时,柴油机组始终处于高速空载运转,从而造成了柴油的不必要的浪费。随着最近几年来国际原油价格的持续上升,如何降低轮胎吊(简称RTG)的燃油消耗成本日益成为专业集装箱码头设备能耗管理和运行成本管理中的突出矛盾和棘手问题。因此,国内越来越多的码头意识到这个问题的严重性和紧迫性,都在积极探索不同节能新思路、新技术、新管理制度以解决上述问题,如使用市电代替柴油发电机组为轮胎吊供电的“油改电””改造项目、使用转速根据负载可进行宽范围调节的新型发动机等方法。 本文从集装箱码头的装卸作业工艺流程和集装箱轮胎吊的技术特点入手,分析提出了轮胎吊双速发电的节能新思路,并在这个思路的指导下进行了系统电路原理设计、装置硬件设计和选型、PLC程序编写、装置安装调试、系统性能和节能效果测试等工作,最终获得成功并取得了良好的经济效益和社会效益。 【关键词】：超级电容 轮胎吊 双速发电装置
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U653.921
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题来源7-9
• 1.1.1 集装箱码头作业流程及其特点7
• 1.1.2 集装箱轮胎吊作业特点7-8
• 1.1.3 轮胎吊能耗分析8-9
• 1.2 轮胎吊节能技术研究国内外现状9-12
• 1.2.1 上海振华港机绿色轮胎吊介绍11
• 1.2.2 日本安川公司H-轮胎吊11
• 1.2.3 VYCON 飞轮节能系统11-12
• 1.3 课题研究内容12
• 1.4 课题研究的目的和意义12-13
• 1.4.1 课题研究的目的12
• 1.4.2 课题研究的意义12-13
• 第二章 基于超级电容的双速节能装置的系统设计13-21
• 2.1 超级电容轮胎吊介绍13-15
• 2.1.1 超级电容在轮胎吊上的应用13-14
• 2.1.2 超级电容轮胎吊节能策略14-15
• 2.2 双速发电装置的可行性分析15-16
• 2.2.1 发动机怠速时输出电源的质量要求15-16
• 2.2.2 发动机怠速时间的要求16
• 2.2.3 轮胎吊负载对电源质量和容量的要求16
• 2.3 超级电容的特性和应用现状16-18
• 2.3.1 超级电容的特性16-17
• 2.3.2 超级电容的应用现状和在本装置中的应用17-18
• 2.4 双速发电装置的整体设计方案18-21
• 2.4.1 主电路的设计方案18-19
• 2.4.2 控制回路的设计方案19-21
• 第三章 双速发电装置的硬件设计21-32
• 3.1 发动机高速/怠速之间的切换21-23
• 3.1.1 发动机启动控制电路电路改造21-22
• 3.1.2 PLC 逻辑控制程序设计22-23
• 3.2 超级电容充放电过程设计23-26
• 3.3 辅助负载的电源转换过程控制设计26-28
• 3.3.1 发动机转速切换过程中辅助负载电源分析26-27
• 3.3.2 辅助负载电源转换电路设计27-28
• 3.4 系统故障应急控制28
• 3.5 元器件参数计算和选型28-32
• 3.5.1 整流桥和逆变器参数计算和选型28-29
• 3.5.2 低压配电元器件的参数计算与选型29
• 3.5.3 超级电容参数计算和选型29-32
• 第四章 双速发电系统PLC 控制程序设计32-36
• 4.1 PLC 系统的配置32-33
• 4.1.1 计算输入输出信号的数量32
• 4.1.2 PLC 系统的硬件配置32-33
• 4.2 PLC 程序说明33-36
• 4.2.1 程序结构说明33
• 4.2.2 PLC 输入输出信号说明33-34
• 4.2.3 各程序段功能说明34-36
• 第五章 双速系统在轮胎吊上的安装和调试36-40
• 5.1 轮胎吊原电路结构分析36
• 5.2 轮胎吊线路的改动36-37
• 5.3 系统调试37-40
• 5.3.1 双速发电装置初次启动测试37
• 5.3.2 双速发电装置的转速切换测试37-38
• 5.3.3 超级电容充放电测试38-40
• 第六章 双速发电系统效益分析40-42
• 6.1 经济效益分析40-41
• 6.2 社会效益分析41-42
• 参考文献42-44
• 发表论文和参加科研情况说明44-45
• 致谢45

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