包 波1 王旭红1 卞书军1 任 煜1 何湘华2
1 北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007 2 上海宝松重型机械工程（集团）有限公司 上海 201900

　　摘 要：通过对全国大量不同规格，不同型号的10t 及以下的电动葫芦进行能效试验所得出的试验数据进行筛选，整理和分析，进而得出10t 及以下电动葫芦的能效特性。并根据此特性，提出了电动葫芦的能效改善方法与使用建议。

　　关键词：电动葫芦；能效；特性分析；使用建议

　　中图分类号：TH211.3 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2020）07-0058-05

　　1 背景概述
葫芦式起重机（以下简称电动葫芦）具有体积小、自重轻、操作简单、使用方便等特点，被广泛用于工矿企业、仓储、码头等场所。据保守统计，截止到目前我国已有300 多万台电动葫芦，其能源消耗量巨大。随着社会上环保节能意识的增强，在关注安全性能的基础上，越来越关注产品本身的节能减排功能。随着我国不断推进《电动葫芦能效试方法》国际标准草案，引起了世界各国强烈的关注，纷纷针对电动葫芦进行能效试验，逐渐达成共识，电动葫芦的能效特性是衡量产品性能的重要指标。

　　2 国内外研究现状
2.1 国际现状
国内外学者与行业专家在进行了大量的试验后，积累了大量试验数据。在此基础上，提出了系统而完善的方法与标准。其中以美国、德国和日本最有代表性。以德国为例，2011 年德国机械设备制造业联合会（VDMA）就发起了“蓝色能效”倡议，集中德国机械设备制造业联合会会员的资源、专业知识和力量，推动可持续发展。

　　德国制造商有较深的能效意识。其蓝色能效方略已经进入不同的机械制造领域。早在2013 年德国汉诺威欧洲机床展（EMO）上，主办方特设了蓝色能效特展，包括德马吉机床、通快机床、Fraunhofer IWU 等各种企业机构，展示并推广节能环保理念。

　　2.2 国内现状
近年来，我国能效标准也一直在推进。在起重机行业中，针对不同的机型先后制定了详细的能效测试方法和能效限额。电动葫芦方面，目前现行的标准为GB/T 30028—2013《电动葫芦能效测试方法》和JB/T12745—2016《电动葫芦能效限额》，并正在致力于将其推向国际化。

　　3 10 t 以下小型电动葫芦能效特性
小吨位的电动葫芦被广泛应用于各种场合。本研究依据国家标准要求的测试方法，在多种不同的工况下，对全国不同厂家生产的不同型号、起重量小于10 t 的电动葫芦进行了能效测试，取得了电动葫芦在轻载、中载和重载工况下的数据，绘制了载荷系数普，为研究、总结电动葫芦在不同载荷下的能效特性提供了数据基础。3.1 10 t 以下小型电动葫芦试验数据

　　3.1.1 数据筛选与处理
在对全国100 余个大、小电动葫芦生产厂家的不同规格的电动葫芦进行抽样并进行试验后，得到了大量的试验数据。首先将这些试验数据按照设备品种、额定起重量进行了分类与抽取，得到了小于10 t 的电动葫芦的全部数据。

　　对抽取的数据进行按照特定规则进行了清洗。清洗的具体规则为：1）删除有缺失信息的记录。当记录中主要信息缺失，尤其是丢失较多关键信息时，数据已经不能够反应其所能够代表的信息，就可以将记录某条记录删除。2）对信息进行人工补全。对于不易复原的数据，利用默认值来代替缺失的信息，将缺失属性值的属性视为特殊的属性，为缺失的信息值设置特殊的属性值，从而得到完备的信息。3）利用数学公式将数据对已有信息的值进行统计分析，利用统计的值进行补全。可以使用平均值填补空缺值，或者使用同类型样本预测值进行补全空缺值。4） 出现异常数据时，判断数据是否是确实是异常数据并分析造成异常数据的原因。

　　综合上述抽样方法，在总体样本空间内得到抽样组数据。并运用统计学的知识对各组数据中能效与其他参数间的相关性进行了分析。

　　丝绳电动葫芦能效试验数据如表1 所示，环链电动葫芦能效试验数据如表2 所示。

　　

　　

　　3.2 10 t 以下小型电动葫芦能效特性
3.2.1 10 t 以下钢丝绳电动葫芦能效特性分析
通过对抽样数据进行分组处理，分别得出了额定起重量、额定起升速度、倍率、起升电机级数、转速、额定起重量X 额定起升速度与能效的关系。

　　

　　图 1 10 t 以下钢丝绳电动葫芦能效与额定载荷相关性

　　图1 为试验样机额定起重量与能效的关系，由图1可知，额定起重量较小时，样机能效较低，当额定起重量超过1 t 之后，能效值趋于稳定。目前国内生产的单速钢丝绳电动葫芦的能效值约在78% 左右，双速钢丝绳电动葫芦能效则基本在60% 左右。

　　通过数据对比开可知同等额定起重量的情况下，采用圆柱形转子电机作为起升电机的电动葫芦能效值相比于采用锥形转子的电机的电动葫芦能效值要略高。且相同额定起重量的电动葫芦中，同时采用四极电机的情况下，起升速度快，倍率低的葫芦比起升速度慢，倍率高的葫芦能效明显要高。当选用非4 级电机的时，电机级数小，转速快的葫芦能效值要略高于选用级数大，转速慢的电机作为起升电机的葫芦。

　　在对不同规格，不同型号的钢丝绳电动葫芦的能效值进行对比的同时，还收集了同1 台葫芦在从轻载到额载工况下，能效随试验载荷变化而变化的试验数据。经过对数据的分析，图2 列举了一台5t 的双速钢丝绳电动葫芦能效随载荷变化的变化曲线，此曲线具有广泛代表性。根据曲线趋势，可得出以下结论，钢丝绳电动葫芦在吊载不足30% 额定起重量的载荷时，其能效值很低，大量能量均被浪费，当吊载重物超过30% 额定起重量的载荷时，电动葫芦的能效值会有显著提升，并逐渐趋于最高能效值。直至吊载重物超过50%额定起重量，能效值变化非常微小，趋于稳定。

　　

　　图 2 能效与实际载荷关系曲线

　　2.2.2 10t 以下环链电动葫芦能效特性分析
通过对抽样数据进行分组处理，分别得出了额定起重量、额定起升速度、倍率、起升电机级数、转速、额定起重量X 额定起升速度与能效的关系。

　　图3 为试验样机额定起重量与能效的关系，由图1可知，额定起重量较小时，样机能效较低，当额定起重量超过1 t 之后，能效值趋于稳定。目前国内生产的单速环链电动葫芦的能效值约在70% 左右，双速环链电动葫芦能效则一般在57% 左右。

　　通过数据对比开可知出同等额定起重量的情况下，相同额定起重量的电动葫芦中，同时采用四极电机的情况下，起升速度快，倍率低的葫芦比起升速度慢，倍率高的葫芦能效明显要高。当选用非4 级电机的时，电机级数小，转速快的葫芦能效值要略高于选用级数大，转速慢的电机作为起升电机的葫芦。

　　

　　图 3 10t 以下环链电动葫芦能效与额定载荷相关性

　　在对不同规格，不同型号的环链电动葫芦的能效值进行对比的同时，还收集了同1 台葫芦在从轻载到额载工况下，能效随试验载荷变化而变化的试验数据。经过对数据的分析，图2 列举了一台5 t 的双速环链电动葫芦能效随载荷变化的变化曲线，此曲线具有广泛代表性。根据曲线趋势，可得出以下结论，钢丝绳电动葫芦在吊载不足30% 额定起重量的载荷时，其能效值很低，大量能量均被浪费，当吊载重物超过30% 额定起重量的载荷时，电动葫芦的能效值会有显著提升，并逐渐趋于最高能效值。直至吊载重物超过50% 额定起重量，能效值变化非常微小，趋于稳定。

　　

　　图 4 能效与实际载荷关系曲线

　　2.2.3 钢丝绳电动葫芦与环链电动葫芦能效对比
通过数据可知清楚地看出，钢丝绳电动葫芦与环链电动葫芦的能效与额定起重量、额定起升速度、倍率、起升电机级数、转速、额定起重量X 额定起升速度等参数之间的关系具有相同的趋势。所不同的是，相同或者相似起重量和配置的环链电动葫芦的能效普遍较钢丝绳电动葫芦要低10% 左右，经分析认为，这主要是链条传动的效率要低于减速器的传动效率所导致的。

　　4 能效改善方法与使用建议
4.1 提升电动葫芦能效的方法
通过对10 t 以下小型电动葫芦的能效特性分析，可知，提高电动葫芦的的能效，最关键的是要重视各个零部件加工技术的提高，进而来提高电动葫芦的整体性能。尤其是对于传动部件的关键尺寸和作为动力源的电机的选型，都直接影响到电动葫芦的能效高低。

　　如对于起重链条式环链电动葫芦承载的关键零部件，选用合适的链条式环链电动葫芦的关键环节。提高链条的品质，可以有效地增加链条及环链电动葫芦的使用寿命。链轮的作用主要是做到平稳的传动链条，链轮的而几个关键尺寸和链窝形状公差很重要，链轮关键尺寸有节圆直径、齿顶圆直径、槽底平面到链轮中心的距离，链窝分度误差等。所以链轮的技术要求更加的严格，也需要做到更加适合链条的传动。导链器是保证链条平稳运行的作用，若导链器设计错，反而阻碍链条顺畅运行。所以导链器导链的尺寸要根据实际链条和链轮齿轮来定。起升电机是环链电动葫芦的核心部分，所以起升电机质量的提升，是保证环链电动葫芦高性能的关键。需要研发出各种散热快、产热慢，使用时间更长的环链电动葫芦来保证其性能。

　　4.2 针对能效特性如何使用电动葫芦
通过对10 t 以下的电动葫芦能效特性的分析，可知只有在载荷超过半载以上吨位时，电动葫芦才会有比较高的能效。为此，在保证安全性的前提下，应根据常用工况合理选用电动葫芦，避免选型的电动葫芦过大，使其在工作时，常常处于轻载状态，而造成能源浪费。

　　在使用过程中，应尽量避免频繁点动的现象。同时还要保持电动葫芦零件的干燥, 操纵完华时需将葫芦驶离湿润区、高温区或化学区，以维持其机能。电动葫芦链条的保养，链条需使用机油润滑，高粉尘工厂需使用机油，且按期清除链条及极限导槽组内之异物，确保链条运转之顺畅。（注: 锻造厂链条，不可使用机油，因其粉尘物对链条有磨耗性。长期不使用电动葫芦时，应做防锈处理及清洁保养，并上下运转1~3 min 以维持其机能。链条如使用中发出喀喀声，可使用少许机油即可消除声音，当声音消除后不可再添加机油。电动葫芦齿轮箱内机油从开始运作时达500 h 请检查润滑油量是否足够，以后第三个月按期检查润滑油情况，不足则需加油。只有做到良好的维护保养，才能使电机的各个部件得到最大程度的保护，使电动葫芦处于高效、安全的运转状态。）

　　5 结论
通过对全国大量不同规格，不同型号的 10 t 及以下的电动葫芦进行能效试验所得出的试验数据进行筛选，整理和分析，进而得出10 t 及以下电动葫芦的能效特性。并根据此特性，提出了电动葫芦的能效改善方法与使用建议，可供参考。