浅析影响装载机作业能效的因素与解决方案

曹金海

（天津港焦炭码头有限公司 天津 300452）

装载机在散杂货作业码头得到广泛应用，其能源消耗占据着装卸设备总能耗较大的份额。以焦炭码头公司为例，装载机能源消耗占据公司装卸生产能源消耗的60%以上，是影响装卸生产能源单耗的主要因素。在国家节能减排和交通运输部绿色循环低碳港口建设的背景下，如何实现港口生产的绿色发展，降低燃油消耗已成为迫在眉睫的问题。为此，笔者结合工作实际，就影响装载机作业能效的因素进行分析，并提出解决方案。

1 影响装载机作业能效的因素分析

1.1 作业货类对装载机作业能效的影响。装载机作业面对的主要是煤炭、焦煤、矿石、海沙等大宗散货。由于这些货物存在比重、粉粒、粘滑等不同的特性，在装载机作业过程中，需要装载机从功率、斗容、作业工艺等方面考虑配备方式和配备数量。如装船作业时，1-2台门机配备一台装载机，即可满足装船工艺的要求，且其能源单耗约为300 kg/万t；配合门机实施大粒度焦炭作业，一台门机需要配备2-3台装载机，且能源单耗约为600 kg/万t。卸船作业时，1台门机需要配备1-2台装载机，在作业结尾阶段需要舱内1台、码头装车1台，其能源消耗达到1300 kg/万t；尤其是粘性矿，装载机的作业效率降低近50%，即镍矿卸船作业装载机最高能耗达到2600 kg/万t。再如，原煤装车作业单耗为400 kg/万t、焦煤单耗为510 kg/万t、锰矿石单耗为410 kg/万t。由此可见，货类决定着装载机的能源消耗量。

1.2 作业工艺对装载机作业能效的影响。装载机在作业工艺中主要实现由“船舶-码头-货场-运输车”或“船舶-码头-运输车”的卸船货物位移，反之就是装船作业工艺流程。在这个环节，影响装载机能源消耗的因素是操作过程量，采用“船舶-码头-货场-运输车”作业工艺，比“船舶-码头-运输车”作业工艺多一个“货场”装车作业过程。同时，采用“船舶-码头-货场-运输车”作业工艺还隐含着一个装载机“货场”归垛作业过程。

按照作业过程装载机能源单耗定额统计值比较，采用“船舶-码头-货场-运输车”作业工艺，比“船舶-码头-运输车”作业工艺增加900 kg/万t的能源消耗。

1.3 运输车辆（长、高）对装载机作业能效的影响。就车型来讲，由于散货运输分为四轴、五轴和六轴，其承载车厢的长度和重心不同，决定着装车的方式方法不同，这需要司机装车作业的方法和技巧。

1.4 作业环境（场地、气候）对装载机作业能效的影响。其一，在“码头-货场”的运输环节，采用几台装载机同时装载一台运输车的组织方式。随着限载要求的实施，这种高效的“货场-码头”或“码头-货场”的装车作业方式改变为单车装车作业，以保障装车的准确性。这样一台装载机对应一台运输车的作业方式，由于码头或堆场的作业空间，限制了作业效能的发挥。其二，对于较黏性货类，由于其粘性会粘附在装载机货斗上，作业效率会更低。其三，对于原煤货类在干燥有风环境下，抑制起尘也是影响作业效率的重要因素。这些影响装载机的作业能效。

1.5 装载机型号对装载机作业能效的影响。前面分析了货类对装载机的影响。同样，同一台设备完成所有的货类作业也存在作业效率的问题。如常规进行矿石作业的装载机，由于货物品质的不同，用作业3.0 t/m3的货斗实施2.0 t/m3货品的装车作业，效率降低50%，存在“大马拉小车”的情况。反之，就存在“小马拉大车”的情况，不仅需要更高的能耗，而且给装载机机械性能造成冲击。解决这个因素需要形成专业化配备，以提成作业能效。

1.6 操作人员对装载机作业能效的影响。操作人员是装载机的灵魂，操作的得心应手叫做“人车一体”。要做到“人车一体”，需要眼、手、脚的有机配合，为此，操作方法是否得当是影响装载机作业效率的关键。在装车作业比武过程中我们看到，高效操作人员的“铲货、车辆进退、装车”三个环节，衔接流畅、借力运行、发动机工作平稳，整个作业过程令人赏心悦目。从比武成绩看，“能手”与“劣手”的能耗成绩相差一倍。如果通过规范操作普遍提升装载机节能操作水平，装载机能源消耗按照比武成绩推算可以降低20%以上。

1.7 管理机制对装载机作业能效的影响。操作人员的岗位工资是以装载机作业量考核的，有的实施班组计件、有的实施个人计件，以往作业过程中其作业量是一个附属考核的量，具体装载机作业多少，装载机司机无从掌握。通过计量的方式实施单车计件，将有利于促使操作人员学技术，提高自生操作能力和水平，进而推动装载机能效提升。

总结以上影响装载机能效的因素，可归结为，工艺、设备、管理和人员四项主要因素，结合生产实际合理组织好该因素是有效提高装载机能效的途径。

2 提高装载机能效的解决方案

2.1 通过工艺改进，提升装载机作业能效。工艺管理是以最经济的装卸作业投入，实现最大经济效益的管理方式，其工艺配机决定操作过程。以矿石卸船作业工艺为例，作业工艺：一是“船-车”和“船-码头-车”直提模式；二是“船-车-堆场”和“船-码头-车-堆场”存栈模式；三是“船-车-堆场-车（火车）”和“船-码头-车-堆场-车（火车）疏港模式。可见，同样是卸船作业，选择不同的作业工艺所导致的生产组织过程和设备投入有很大的差别。例如：直提模式：“船-车”和“船-码头-车”两者的差别是后者增加了“码头”这一环节，其代表着需要增加560 kg/万t的装载机油耗。

存栈模式：“船-车-堆场”和“船-码头-车-堆场”，这种模式在比直提模式增加了堆场作业，需要增加汽车短倒运输作业柴油消耗580 kg/万t和装载机归垛作业柴油消耗300 kg/万t，如增加“码头”这一环节，还需要增加560 kg/万t的柴油消耗。即增加装载机油耗1440 kg/万t。

疏港模式：“船-车-堆场-车（火车）”和“船-码头-车-堆场-车（火车），该模式在存栈模式的基础上，又增加一个“堆场-车（火车）”的装车作业，又需要增加560 kg/万t的柴油消耗。能源消耗增加2000 kg/万t。

可见，选择不同的装卸生产工艺，影响着装载机能源消耗量，降低装载机能耗，要从“直提”工艺着手，简化码头作业量以提高能效。

2.2 通过设备选型，提升装载机作业能效。根据生产工艺和货类的不同，装载机配备规格不一。如小松W500、小松W470、V 0 VO、卡特980 G、卡特980 H、柳工50等等。通过实践小松适合装车或归垛作业，沃尔沃和卡特较适合矿石卸船下仓作业，柳工较适合海沙作业。但是也需要考虑影响装载机作业的因素。一方面，从设备选型上，装载机的功率要与作业货类相适应，以满足货类、货质作业需求，装载机斗容要与运输车辆相匹配，使装载机工作在满负荷作业状态下，把运输车辆装载合适的吨位，即实现装载机作业的专业化，以提升装载机作业能效。另一方面，装载机能源选择上，应以清洁能源为主。如随着甲醇、LNG等清洁能源为主内燃机已经试验成功，有的生产商已将适配港口生产的新能源装载机投产。尤其是天津港LNG项目实施后，清洁能源的供应和使用将更为便捷。从能源管理的角度看，天然气折标系数为1.214 kgce/kg，在输出同等功率的情况下相当于1.1倍0#柴油，使用清洁能源将有效改变能源消耗结构，降低能源消耗成本和吨标煤单耗。

2.3 通过操作技能的熟练，提升装载机作业能效。装载机在从事装车（火车）作业、归垛作业、下仓作业，以及货场内部的短到、筛分等辅助作业时，不同环境需要采取不同的作业方式、方法，以及使用不同规格的装载机。这就需要操作人员全面熟悉掌握装载机的操作技能和不同工况下的操作方法。比如：在装车作业，通过测试装载机在货与车之间走“Y”字形单耗最低，比走“T”字形单耗低50%。在大粒度焦炭装船作业时，装载机从不同的角度、方位实施作业，可以提升门机作业效率30%。

2.4 通过加强管理，提升装载机作业能效。通过实践以下措施有利于装载机作业能效提升。一是完善考核机制。可通过计量技术与信息技术的集合，建立装载机作业能耗定额指标，实时掌握装载机的工作状态，指导操作人员提高作业效率。二是发挥节能奖励基金的引导作用。引导技术创新向节能技术和节能管理创新发展，以引导员工围绕节能增效开展技术和管理创新的积极性，实现在装卸生产节能的突破。三是开展经常性的技术练兵活动，促进作业技术的交流，以全面提升操作人员作业速度、质量和能效。这样使操作者参与到装载机节能工作中来，推动“我要节能”意识的提升。

3 解决影响装载机能效因素的节能效果评估

为评价实施该改进可能取得的效果，按照有关节能计算规范对节能量进行评估。评估过程采用数据有。

3.1 工艺能效提升节能评估。按照码头散货作业工艺，直提模式和疏港模式两者之间有着2000 kg/万t消耗之差，如按照最简单的作业工艺，每万吨可以节约装载机燃油消耗2000千克，如果仅减少一个装车作业环节，可以节约装载机燃油消耗600千克，折合0.874吨标煤。

3.2 设备能效提升节能评估。一是装载机功率是设备避免大马拉小车或小车超负荷造成的能源浪费的方式，需要使用合适的铲斗作业合适的货类。二是实施清洁能源替代，随着清洁能源利用技术的成熟，使用LNG清洁能源在降低能源消耗成本、减少排放的同时，折标煤量将降低（1.4571-1.214*1.1=）0.122吨标煤。

3.3 管理机制改进和操作技能提升节能评估。司机的操作技能类属软环境，通过管理机制的改进，其效果将体现在操作效率和技能的提升，因此将其与管理机制合并分析。参照实测数据，操作人员技能得到普遍提升后，装车作业效能将提升20%，按照目前600 kg/万t的单耗计算，节能量为120 kg/万t，即每万吨可以节约装载机燃油消耗120千克，折合0.175吨标煤。

3.4 按照以上评估，从工艺减少一个装车操作、发动机使用LNG替代柴油、加强管理提高操作技能三个环节看，每万吨节约能源为（0.874吨标煤+0.122+0.175吨标煤）=1.171吨标煤。按照港口生产规模，如果装载机操作量达到1亿吨，控制以上因素可以实现11710吨标煤的节能量。