基于能效測試的綜合電動葫蘆試驗臺研制

撰文/汪洋王國防，2

■1. 450004 河南省特種設(shè)備安全檢測研究院 河南 鄭州■2. 450001 鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院 河南 鄭州

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基于能效測試的綜合電動葫蘆試驗臺研制

撰文/汪洋1王國防1，2

■1. 450004 河南省特種設(shè)備安全檢測研究院 河南 鄭州
■2. 450001 鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院 河南 鄭州

通過對國內(nèi)電動葫蘆試驗臺現(xiàn)狀分析，并結(jié)合國家對電動葫蘆能效的要求，在改進現(xiàn)有電動葫蘆試驗臺不足的基礎(chǔ)上增加能效測試的手段，使試驗臺能實現(xiàn)國家安全技術(shù)規(guī)范和相關(guān)產(chǎn)品標準要求的全項目試驗。電動葫蘆；能效測試；試驗臺

電動葫蘆由于其結(jié)構(gòu)緊湊、自重輕、效率高、操作簡便，而廣泛應(yīng)用于工廠、港口、倉庫、貨場等場所，其可以單獨 使用，亦可安裝于起重機的橋架上作為起重機的起重小車。而隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，電動葫蘆的應(yīng)用對其要求越來越高，集約化、模塊化、高性能、大型化［1］的電動葫蘆開始在市場上被應(yīng)用。

電動葫蘆作為獨立的起重設(shè)備或起重機械的起升機構(gòu)，其使用的安全性關(guān)系到國家和人民的財產(chǎn)和生命安全，由于吊物形狀多樣、載荷多變、運行范圍大、活動空間廣、以及工作環(huán)境復(fù)雜等原因?qū)е码妱雍J使用過程中事故頻發(fā)，因此對于電動葫蘆不論是新研發(fā)產(chǎn)品還是定型產(chǎn)品常規(guī)生產(chǎn)，國家都要求按相關(guān)規(guī)定進行產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能檢驗。

根據(jù)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)在每制造100臺起重機就有75～80臺是以電動葫蘆作為起升機構(gòu)的，因為其普遍使用，能耗情況也開始越來越引起人們的重視，隨著GB/T 30028-2013《電動葫蘆能效測試方法》的出臺與實施，能效測試方法的實現(xiàn)也越來越引起人們的關(guān)注。

我國電動葫蘆試驗臺現(xiàn)狀

在對國內(nèi)電動葫蘆制造廠家及第三方檢驗機構(gòu)的電動葫蘆試驗臺進行考察的基礎(chǔ)上分析目前國內(nèi)電動葫蘆發(fā)展現(xiàn)狀的，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)的電動葫蘆試驗臺普遍存在不能滿足電動葫蘆標準及安全技術(shù)規(guī)范對電動葫蘆試驗和測試的要求。具體存在以下三個問題：

a結(jié)構(gòu)單一，不能滿足新型電動葫蘆研發(fā)的需要

目前國內(nèi)電動葫蘆試驗臺結(jié)構(gòu)型式大部分采用兩根五邊形梁的型式，梁的下部分別采用不同型號的工字鋼，以滿足CD1、HC兩種型式的懸掛式電動葫蘆試驗，梁的上部加裝軌道，滿足雙梁小

圖1　新型框架結(jié)構(gòu)電動葫蘆

車式電動葫蘆的試驗需要。由于新型框架結(jié)構(gòu)的電動葫蘆（見圖1）開始被廣泛采用，其結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)電動葫蘆比較，兩者之間發(fā)生了很大的變化，這種結(jié)構(gòu)單一的電動葫蘆試驗臺已不能滿足新型結(jié)構(gòu)電動葫蘆試驗的需要，雖然有些廠家為滿足生產(chǎn)對于試驗要求的需要，新研制了適用于部分新型電動葫蘆的試驗臺，由于其生產(chǎn)的局限性，亦不能滿足更多結(jié)構(gòu)型式電動葫蘆試驗的需要，同時兩個試驗臺也造成了浪費。

b功能不完善，試驗項目不能全覆蓋

國內(nèi)大部分的電動葫蘆試驗都不能進行電動葫蘆爬坡試驗，只有極少能進行該項試驗的試驗臺，采用的試驗方法是反向加力法，這種方法雖然在一定程度能滿足試驗?zāi)康牡囊螅浯嬖诘膯栴}也是顯而易見的。

根據(jù)考察的情況，國內(nèi)目前尚無一家的電動葫蘆試驗臺能進行電動葫蘆能效測試。

c試驗方法落后

在考察的過程中發(fā)現(xiàn)國內(nèi)大部分的電動葫蘆試驗臺在很多參數(shù)的測定仍采用傳動鋼卷尺、秒表之類的傳統(tǒng)測試手段，這種手段不僅效率低下，而且測量精度難以保證，試驗人員在高空作業(yè)自身安全更是難以保證。

綜合電動葫蘆試驗臺設(shè)計

通過對電動葫蘆安全技術(shù)規(guī)范和相關(guān)產(chǎn)品標準對電動葫蘆出廠檢驗和型式試驗的要求的分析和解讀，一個滿足電動葫蘆綜合性能試驗、能效測試、壽命試驗和安全保護裝置試驗全部項目的綜合試驗臺，設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型和結(jié)構(gòu)型式的鋼絲繩電動葫蘆和環(huán)鏈電動葫蘆進行試驗，且試驗功能完備，應(yīng)能夠?qū)γ糠N類型和結(jié)構(gòu)型式的電動葫蘆標準及安全技術(shù)規(guī)范要求的所有項目進行試驗，應(yīng)對電動葫蘆試驗臺的結(jié)構(gòu)進行改進，采用先進的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)試驗過程智能化。

圖2　電動葫蘆結(jié)構(gòu)圖

a試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮電動葫蘆結(jié)構(gòu)的變化。及方便試驗的要求，提出試驗臺結(jié)構(gòu)的變化。主要有以下四點：

①從常規(guī)的雙梁結(jié)構(gòu)變?yōu)槿航Y(jié)構(gòu)及軌道；

試驗臺主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為三梁結(jié)構(gòu)（見圖2），三根梁均設(shè)置有運行機構(gòu)，可以適應(yīng)不同軌距的雙梁小車式電動葫蘆試驗，而且可以方便從梁下面吊裝被試驗電動葫蘆上試驗臺，運行機構(gòu)設(shè)置有鎖定裝置，可以在試驗時鎖定兩梁之間的距離，保證小車軌距不變。三根梁均設(shè)計成箱型梁，左邊下翼緣為寬翼緣機構(gòu)，適應(yīng)新型框架結(jié)構(gòu)懸掛式電動葫蘆試驗，中間和右邊梁設(shè)計成箱型梁加工字鋼結(jié)構(gòu)，兩根截面和工字鋼設(shè)計成相同的大小，兩工字鋼梁同時使用可以試驗小車懸掛式電動葫蘆，對于不同起重量的國內(nèi)傳統(tǒng)懸掛式電動葫蘆試驗，才采用專用電動葫蘆懸掛小車進行。梁的上翼緣板上加裝P24輕型軌道，可適應(yīng)不同車輪踏面的雙梁小車式電動葫蘆試驗。

②為爬坡試驗專門設(shè)計的坡度調(diào)整裝置；

在每根梁的一端設(shè)置有液壓千斤頂傳動機構(gòu)，通過調(diào)整一端梁的高度使梁產(chǎn)生1/200的坡度來完成電動葫蘆的爬坡試驗，解決目前國內(nèi)大部分試驗臺無法進行爬坡測試的難題。（配圖）

③吊裝裝置及轉(zhuǎn)運平車（見圖2的電動平車）

為方便雙梁小車式電動葫蘆試驗時吊裝，又不增加實驗室車間的高度，在試驗臺下方加裝一臺轉(zhuǎn)運平車，試驗時首先把平車開到試驗臺外，把電動葫蘆吊裝到平車上開進試驗臺，移動試驗梁，使用起重機把電動葫蘆吊起，高度高于試驗臺，調(diào)整兩梁的距離到被試驗電動葫蘆小車軌距的尺寸后固定主梁的位置，然后把被試驗電動葫蘆放置在試驗臺上。

④方便試驗及操作人員的工作平臺（見圖2的工作平臺）

增加可以活動的工作平臺既可以方便對被試驗葫蘆接線，又方便試驗過程中對測試儀器進行調(diào)整以及查看被試驗電動葫蘆的工作狀況，安全且方便。

b試驗臺自動控制系統(tǒng)設(shè)計

①試驗臺自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)試驗要求的需要，集成先進的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)搭建了智能型電動葫蘆試驗臺的測試控制系統(tǒng)。該試驗臺控制系統(tǒng)由工控機、PLC、A/D模塊、D/A模塊、測試傳感器及各種電參數(shù)表組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖3所示。

圖3　試驗臺測試系統(tǒng)硬件拓撲圖

系統(tǒng)的控制中心為工業(yè)控制計算機，各類參數(shù)通過不同的傳感器和儀器測得相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信號，傳輸?shù)絇LC、測試裝置、信號處理裝置和信號調(diào)理裝置進行數(shù)據(jù)和信號的后處理，最后傳輸?shù)接嬎銠C，由計算機軟件統(tǒng)一處理和記錄。

②硬件設(shè)計

拉繩式位移傳感器安裝在固定位置上，拉繩縛在移動物體上。拉繩直線運動和移動物體運動軸線對準。運動發(fā)生時，拉繩伸展和收縮。一個內(nèi)部彈簧保證拉繩的張緊度不變。帶螺紋的輪轂帶動精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器旋轉(zhuǎn)，輸出一個與拉繩移動距離成比例的電信號。測量輸出信號可以得出運動物體的位移、方向或速率。

③電動葫蘆能效測試的實現(xiàn)方法

測試環(huán)境

為了給電動葫蘆能效測試提供提供一個穩(wěn)定的測試環(huán)境，對供電系統(tǒng)提供的三相電壓，需經(jīng)過獨立三相穩(wěn)壓調(diào)壓器，每相電壓粗調(diào)整到額定值，為后級提供一個三相電壓基本一致的輸出，然后把調(diào)壓后的電源輸入三相有源濾波器進一步調(diào)整正弦波電壓，糾正波形畸變，消除諧波，為能效測試提供一個接近理想電源的供給供電電力。

測試方法

根據(jù)能效測試的方法，擬定兩種測試方案，方案系統(tǒng)原理圖見圖4.1和圖4.2。

方案1分別通過電參數(shù)表和激光傳感器獲取供給能和起升高度的參數(shù)值，其系統(tǒng)原理圖（如圖4.1所示）。

方案2分別通過功率計和激光接收器獲取供給能和起升高度的參數(shù)值，其系統(tǒng)原理圖（如圖4.2所示）。

圖4.1　方案1能效測試系統(tǒng)原理圖

通過對以上兩種測試方案進行比較發(fā)現(xiàn)，采用方案1進行測試時，電參數(shù)表連續(xù)測量整個上升過程的功率和電能，包含電動葫蘆啟動過程的功率和電能測量。由于啟動過程中供電電壓會跌落，使得電動葫蘆的電源環(huán)境不易控制。

采用電度表連續(xù)測量功。對能效的測量過程是：在起升過程中，排除起升初期的1秒啟動階段。因為啟動階段功的消耗與供電系統(tǒng)有關(guān)。在穩(wěn)定起升階段測量消耗的功，同時計算出起升速度與載荷的數(shù)值，由此計算出此階段電動葫蘆入功與出功之比。

能效測量的測量方式中，砝碼在升降過程中的晃動和偏轉(zhuǎn)會引起測量誤差，減低了測量精度，采用對射激光傳感器精確測量起升高度會排除測量砝碼高度誤差。

圖5　方案1能效測試采集數(shù)據(jù)時序圖

圖5　方案2能效測試采集數(shù)據(jù)時序圖

結(jié)論

電動葫蘆作為一種起重設(shè)備，其失效后的后果主要是重物墜落，易造成人員傷亡和財物的損失，因此要保證電動葫蘆使用的安全，除了用戶在使用過程中做好安全管理、按章操作外，在電動葫蘆設(shè)計和制造過程中亦應(yīng)不斷提升電動葫蘆產(chǎn)品的本質(zhì)安全性能，同時使操作更加人性化。而對于制造出來的電動葫蘆能否滿足設(shè)計和國家標準對使用和安全性能的要求，按照國家相應(yīng)標準和安全技術(shù)規(guī)范進行試驗和測試是十分必要的，而滿足試驗和測試要求的電動葫蘆試驗臺是試驗和測試進行必要條件，能進行能效測試的電動葫蘆試驗臺不僅是滿足產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能的需要，更是順應(yīng)電動葫蘆節(jié)能降耗，產(chǎn)品更新?lián)Q代的需要。

基金項目：本文為河南省科技計劃項目，項目編號為：132109000010

作者簡介：

汪洋（1960-），男，本科，高級工程師，從事特種設(shè)備安全檢驗研究。