吳學松，劉 偉，吳 靜，周建軍

（1.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.撫順永茂建筑機械有限公司，遼寧 撫順 113126；3.廊坊市正達裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

塔式起重機能效測試方法與節(jié)能探討

吳學松1，劉 偉2，吳 靜3，周建軍3

（1.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.撫順永茂建筑機械有限公司，遼寧 撫順 113126；3.廊坊市正達裝飾裝修有限公司，河北 廊坊 065000）

結合塔式起重機工作的特點及工作循環(huán)要求，提出了塔式起重機能效測試方法的基本原則，制定合理的測試工況，給出供給能、有效能及能效計算公式，分析了提高塔式起重機能效的主要措施，提出塔式起重機使用管理中的節(jié)能建議。

塔式起重機；能效；節(jié)能，測試方法

近年來，我國建筑施工中對塔機的需求量猛增，每年新增塔機數(shù)萬臺，塔機市場保有量已達到近40萬臺，而且大型塔機越來越多，每年在用塔機耗電量十分巨大，提高塔機能源利用效率意義重大。建筑施工行業(yè)正在大規(guī)模地推行綠色施工，施工中使用節(jié)能環(huán)保的建筑起重機械是綠色施工的重要方面。

《特種設備安全法》提出要“加強特種設備安全和節(jié)能管理”。國務院印發(fā)的“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案要求“健全節(jié)能減排統(tǒng)計、監(jiān)測和考核體系。加大能效標識和節(jié)能環(huán)保產品認證實施力度。擴大終端用能產品能效標識實施范圍，加強宣傳和政策激勵，引導消費者購買高效節(jié)能產品。繼續(xù)推進節(jié)能產品、環(huán)境標志產品、環(huán)保裝備認證，規(guī)范認證行為，擴展認證范圍，建立有效的國際協(xié)調互認機制，加強標識、認證質量的監(jiān)管?！蹦壳皣鴥韧鉀]有塔式起重機的能效測試標準，缺少統(tǒng)一、科學的塔機能效評價方法，制約了建筑施工企業(yè)對綠色施工機械設備的選用。

制訂塔機能效測試方法標準是節(jié)能產品認證的基礎，更重要的是可以引導用戶購買耗電量較小的起重機械，并由此指導和促進塔機生產企業(yè)研究、應用節(jié)能技術，生產低能耗的產品，促使企業(yè)有計劃地開發(fā)節(jié)能高效產品、推動產品能效水平的提高。通過對塔式起重機能效的分析研究和現(xiàn)場測試，可初步了解其使用中的實際能耗情況，找出節(jié)能的空間和方向，提高從業(yè)者的節(jié)能意識。

1 能效測試方法制定原則

我國大、中、小型塔機起重能力差別巨大，型號繁多，即使同一起重力矩大小的塔機，不同制造商的產品其額定起重量、最大幅度也不同，控制方式、運行速度也有區(qū)別?；谶@種現(xiàn)狀，塔機能效測試方法中不可能規(guī)定統(tǒng)一的起重量、最大幅度等參數(shù)，只適宜統(tǒng)一起升高度、變幅距離這類比較容易統(tǒng)一的參數(shù)，以便于相近大小的塔機之間的比較，而起重量、最大幅度、運行速度等按被測試塔機實際能力確定，不做統(tǒng)一規(guī)定。同時須規(guī)定測試時對風速、電網電壓波動要求，這是影響測試結果的重要因素。

通過研究塔機工作的特點及工作循環(huán)，認為應結合塔機三大主要機構即起升機構、變幅機構和回轉機構工作特點設定統(tǒng)一工況和工作循環(huán)，按作業(yè)周期測試，采用測量與計算相結合的形式，遵循電能轉變?yōu)闄C械能這一能量轉換的基本定律，得出整機的供給能和有效能，從而計算出能效。測試方法應既能反映塔機能效的真實水平，同時又有利于提高測試工作效率。

2 測試工況與能效計算

2.1 測試工況設定

為了盡量體現(xiàn)塔機作業(yè)真實性，同時便于實現(xiàn)，選擇最大幅度、90%最大起重量、60%最大起重量三種代表性工況，每種測試工況下的工作循環(huán)包括帶載起升、變幅、回轉、下降動作，隨后空載返回，完成一個工作循環(huán)測試，其中變幅方向按向內變幅、向外變幅交替運行，回轉方向按順時針、逆時針交替運轉，可分階段一次性測試出塔機起升機構、變幅機構、回轉機構的耗電量與工作循環(huán)時間，與實際工作情況比較接近。具體測試條件、測試流程見即將發(fā)布的中國工程機械工業(yè)協(xié)會標準《塔式起重機能效測試方法》。

2.2 供給能與有效能

假設測得塔機完成一個工作循環(huán)的耗電量是Dj，則可以計算出供給能為

式中 Ed——一個工作循環(huán)的供給能，J；

Dj——一個工作循環(huán)的平均耗電量，kWh。

有效能是塔機按工況要求完成物體位移時理論上必須消耗的能量，或者說塔機完成吊裝作業(yè)要求所必須利用的能量。如起升機構提升載荷時克服重力做的功、變幅小車在水平位移時克服摩擦力做的功及載荷由靜止變?yōu)檫\動所做的功。塔機一個工作循環(huán)的有效能計算即使不很精確其計算也比較復雜，涉及參數(shù)比較多。為便于計算，在滿足主要條件的前提下宜采用簡化計算公式。因為在有效能計算中，帶載運行（起升、變幅、回轉）占有效能的比例較大，而空載變幅、回轉過程有效能很小可以忽略。小車變幅塔機與動臂變幅塔機因為變幅方式不同，其變幅過程有效能計算也不同。

小車變幅塔機其一個工作循環(huán)其有效能計算式

式中 Ey——一個工作循環(huán)的有效能，J；

Q——載荷質量，kg；

Q4——吊具質量，kg；

H——起升高度，m；

V——帶載起升速度，m/s；

V4——空載起升速度，m/s；

S——帶載變幅距離，m；

μ——運行阻力系數(shù)，取0.015；

R——帶載回轉時載荷回轉半徑，m；

Q5—— 塔機回轉支承以上轉動部分質量，kg；

tz——塔機帶載回轉時間，s；

r——塔機回轉支承半徑，m。

動臂變幅塔機其一個工作循環(huán)有效能計算式：

式中 Qb——起重臂質量，kg；

hb——變幅前后起重臂重心增加的高度，m。

2.3 塔機能效

塔機能效是有效能與供給能的比值，綜合考慮工況A、B、C，可計算出能效值η

式中 Eya、Eyb、Eyc—— 工況A、B、C的有效能，J；

Eda、Edb、Edc—— 工況A、B、C的供給能，J。

塔機能效與工作效率是密切相關的，不考慮工作效率只談能效是沒有意義的，否則可能會出現(xiàn)能效雖然較高而工作效率低的情況。建議將工作循環(huán)時間t作為工作效率的衡量指標，綜合考慮工況A、B、C，可計算出衡量工作效率的工作循環(huán)時間t

式中 ta、tb、tc—— 工況A、B、C的工作循環(huán)時間，s。

從上述計算公式可以看出，在塔機有效能一定的情況下，供給能越低則塔機能效值越好。塔機有效能主要與起重量、起升高度、臂長、上部結構重量等相關，一般由塔機工況和結構參數(shù)決定；塔機供給能大小除了載荷大小，主要影響因素有傳動機構效率、控制方式、動力匹配是否合適、司機操作熟練程度等。提高塔機能效應該主要由降低供給能來實現(xiàn)。

塔機工作循環(huán)時間是體現(xiàn)工作效率的指標，其大小由各機構運行速度、速度控制方式、司機操作熟練程度等決定，其數(shù)值越小則效率越高。

3 測試與計算實例分析

在塔機能效研究過程中，我們選取了數(shù)臺塔機進行實地測試，表1是其中一臺小車變幅塔機的測試數(shù)據，將測試結果利用上述公式即可計算出其能效值（表2）。隨著操作司機熟練操作和熟悉測試流程后，測試數(shù)據將更接近實際。

表1 小車變幅塔機能效測試記錄

表2 塔式起重機能效測試計算實例（計算過程略）

從以上測試及計算結果可以看出，塔機起重載荷越接近于塔機最大起重量其能效值越高，而最小起重量時能效值明顯降低，所以應盡量提高小起重量時的運行速度。

4 提高能效措施

影響塔機能效的因素雖然很多，但對其中的主要共性因素進行研究，可以得出以下節(jié)能措施。

1）塔機的制造精度是影響機械效率的重要因素，減速器的傳動效率、卷筒及導向滑輪效率、滑輪組的效率等都是制約機械效率的一部分。

2）負載特性與電動機的工作特性的匹配有利于提高塔機的能效值。如電動機容量相對較小，則不利于設備作業(yè)能力的發(fā)揮，還會造成電動機的過載、發(fā)熱，降低能效比； 如電動機容量相對較大，則會造成能源的巨大浪費，電動機的承載能力不能得到有效的發(fā)揮，降低能效比。

3）起重機械變頻控制的使用可有效地削弱設備起動時對電網的沖擊，減少啟動能耗和調速電阻的轉差功率損耗，對塔機鋼結構動載沖擊下，增強塔機鋼結構使用安全性，是塔機調速控制技術發(fā)展方向之一。

4）起重機的優(yōu)秀節(jié)能設計是最根本的節(jié)能途徑。目前，國內塔機生產廠家較多但規(guī)模小，技術實力有限，設計理念比較落后，材料和工藝也存在不足之處，大多數(shù)塔機制造企業(yè)尚未從節(jié)能角度考慮塔機設計，有待提高，應該加強節(jié)能技術研究。

5 塔機使用中的建議

塔式起重機是建筑施工中的主要設備，其安全狀況直接關系到人民群眾的生命財產，其能耗狀況直接反映出能源利用的管理水平。

1）在設備采購中，必須采用符合國家標準的塔機，且在同級別下應優(yōu)先選用能效值高、工作效率高、安全性好的塔機產品，逐步淘汰老舊的高能耗產品。

2）在塔機安裝布局過程中，須考慮到設備的使用效率，最大限度地發(fā)揮起重性能并利用好設備起重能力，避免造成設備資源的浪費。

3）加強日常保養(yǎng)中的質量控制，加強設備潤滑管理，保持塔機的順利運轉，充分發(fā)揮塔機最高效能。在日常保養(yǎng)中組織有關技術人員制訂保養(yǎng)質量驗收標準，保養(yǎng)過程中嚴格按標準執(zhí)行，保養(yǎng)結束后按照驗收標準組織驗收。

4）對操作人員進行定期培訓，提高設備操作人員的思想認識及技術素養(yǎng)，將節(jié)能管理知識和節(jié)能操作技能納入作業(yè)人員的考核內容。糾正操作人員的不良操作習慣，在操作塔機過程中應保證機械平滑穩(wěn)定地運行，禁止越檔、反檔及長時間的低速運行。做好吊裝作業(yè)規(guī)劃，在不超重的前提下集中吊運物資，做到功率和負載相匹配的作業(yè)。

（編輯 賈澤輝）

Discussion on tower crane effi ciency test method and energy conservation

WU Xue-song， LIU Wei， WU Jing， ZHOU Jian-jun

“十二五”國家科技支撐計劃“綠色建造與施工協(xié)同關鍵技術研究與示范”（2012BAJ03B01）

TH212；TH213.3

B

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