基于能效测试的综合电动葫芦试验台研制

撰文/汪洋王国防，2

■1. 450004 河南省特种设备安全检测研究院 河南 郑州■2. 450001 郑州大学机械工程学院 河南 郑州



基于能效测试的综合电动葫芦试验台研制

撰文/汪洋1王国防1，2

■1. 450004 河南省特种设备安全检测研究院 河南 郑州
■2. 450001 郑州大学机械工程学院 河南 郑州

通过对国内电动葫芦试验台现状分析，并结合国家对电动葫芦能效的要求，在改进现有电动葫芦试验台不足的基础上增加能效测试的手段，使试验台能实现国家安全技术规范和相关产品标准要求的全项目试验。电动葫芦；能效测试；试验台

电动葫芦由于其结构紧凑、自重轻、效率高、操作简便，而广泛应用于工厂、港口、仓库、货场等场所，其可以单独 使用，亦可安装于起重机的桥架上作为起重机的起重小车。而随着经济社会的发展，电动葫芦的应用对其要求越来越高，集约化、模块化、高性能、大型化［1］的电动葫芦开始在市场上被应用。

电动葫芦作为独立的起重设备或起重机械的起升机构，其使用的安全性关系到国家和人民的财产和生命安全，由于吊物形状多样、载荷多变、运行范围大、活动空间广、以及工作环境复杂等原因导致电动葫芦使用过程中事故频发，因此对于电动葫芦不论是新研发产品还是定型产品常规生产，国家都要求按相关规定进行产品质量和安全性能检验。

根据不完全数据统计，我国现在每制造100台起重机就有75～80台是以电动葫芦作为起升机构的，因为其普遍使用，能耗情况也开始越来越引起人们的重视，随着GB/T 30028-2013《电动葫芦能效测试方法》的出台与实施，能效测试方法的实现也越来越引起人们的关注。

我国电动葫芦试验台现状

在对国内电动葫芦制造厂家及第三方检验机构的电动葫芦试验台进行考察的基础上分析目前国内电动葫芦发展现状的，发现目前国内的电动葫芦试验台普遍存在不能满足电动葫芦标准及安全技术规范对电动葫芦试验和测试的要求。具体存在以下三个问题：

a结构单一，不能满足新型电动葫芦研发的需要

目前国内电动葫芦试验台结构型式大部分采用两根五边形梁的型式，梁的下部分别采用不同型号的工字钢，以满足CD1、HC两种型式的悬挂式电动葫芦试验，梁的上部加装轨道，满足双梁小

图1　新型框架结构电动葫芦

车式电动葫芦的试验需要。由于新型框架结构的电动葫芦（见图1）开始被广泛采用，其结构和传统电动葫芦比较，两者之间发生了很大的变化，这种结构单一的电动葫芦试验台已不能满足新型结构电动葫芦试验的需要，虽然有些厂家为满足生产对于试验要求的需要，新研制了适用于部分新型电动葫芦的试验台，由于其生产的局限性，亦不能满足更多结构型式电动葫芦试验的需要，同时两个试验台也造成了浪费。

b功能不完善，试验项目不能全覆盖

国内大部分的电动葫芦试验都不能进行电动葫芦爬坡试验，只有极少能进行该项试验的试验台，采用的试验方法是反向加力法，这种方法虽然在一定程度能满足试验目的的要求，但其存在的问题也是显而易见的。

根据考察的情况，国内目前尚无一家的电动葫芦试验台能进行电动葫芦能效测试。

c试验方法落后

在考察的过程中发现国内大部分的电动葫芦试验台在很多参数的测定仍采用传动钢卷尺、秒表之类的传统测试手段，这种手段不仅效率低下，而且测量精度难以保证，试验人员在高空作业自身安全更是难以保证。

综合电动葫芦试验台设计

通过对电动葫芦安全技术规范和相关产品标准对电动葫芦出厂检验和型式试验的要求的分析和解读，一个满足电动葫芦综合性能试验、能效测试、寿命试验和安全保护装置试验全部项目的综合试验台，设计能够实现不同类型和结构型式的钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦进行试验，且试验功能完备，应能够对每种类型和结构型式的电动葫芦标准及安全技术规范要求的所有项目进行试验，应对电动葫芦试验台的结构进行改进，采用先进的实现方法，实现试验过程智能化。

图2　电动葫芦结构图

a试验台结构设计

考虑电动葫芦结构的变化。及方便试验的要求，提出试验台结构的变化。主要有以下四点：

①从常规的双梁结构变为三梁结构及轨道；

试验台主体结构设计为三梁结构（见图2），三根梁均设置有运行机构，可以适应不同轨距的双梁小车式电动葫芦试验，而且可以方便从梁下面吊装被试验电动葫芦上试验台，运行机构设置有锁定装置，可以在试验时锁定两梁之间的距离，保证小车轨距不变。三根梁均设计成箱型梁，左边下翼缘为宽翼缘机构，适应新型框架结构悬挂式电动葫芦试验，中间和右边梁设计成箱型梁加工字钢结构，两根截面和工字钢设计成相同的大小，两工字钢梁同时使用可以试验小车悬挂式电动葫芦，对于不同起重量的国内传统悬挂式电动葫芦试验，才采用专用电动葫芦悬挂小车进行。梁的上翼缘板上加装P24轻型轨道，可适应不同车轮踏面的双梁小车式电动葫芦试验。

②为爬坡试验专门设计的坡度调整装置；

在每根梁的一端设置有液压千斤顶传动机构，通过调整一端梁的高度使梁产生1/200的坡度来完成电动葫芦的爬坡试验，解决目前国内大部分试验台无法进行爬坡测试的难题。（配图）

③吊装装置及转运平车（见图2的电动平车）

为方便双梁小车式电动葫芦试验时吊装，又不增加实验室车间的高度，在试验台下方加装一台转运平车，试验时首先把平车开到试验台外，把电动葫芦吊装到平车上开进试验台，移动试验梁，使用起重机把电动葫芦吊起，高度高于试验台，调整两梁的距离到被试验电动葫芦小车轨距的尺寸后固定主梁的位置，然后把被试验电动葫芦放置在试验台上。

④方便试验及操作人员的工作平台（见图2的工作平台）

增加可以活动的工作平台既可以方便对被试验葫芦接线，又方便试验过程中对测试仪器进行调整以及查看被试验电动葫芦的工作状况，安全且方便。

b试验台自动控制系统设计

①试验台自动控制系统结构

根据试验要求的需要，集成先进的传感技术、网络技术、自动控制技术搭建了智能型电动葫芦试验台的测试控制系统。该试验台控制系统由工控机、PLC、A/D模块、D/A模块、测试传感器及各种电参数表组成，系统结构框架图如图3所示。

图3　试验台测试系统硬件拓扑图

系统的控制中心为工业控制计算机，各类参数通过不同的传感器和仪器测得相应的数据和信号，传输到PLC、测试装置、信号处理装置和信号调理装置进行数据和信号的后处理，最后传输到计算机，由计算机软件统一处理和记录。

②硬件设计

拉绳式位移传感器安装在固定位置上，拉绳缚在移动物体上。拉绳直线运动和移动物体运动轴线对准。运动发生时，拉绳伸展和收缩。一个内部弹簧保证拉绳的张紧度不变。带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电信号。测量输出信号可以得出运动物体的位移、方向或速率。

③电动葫芦能效测试的实现方法

测试环境

为了给电动葫芦能效测试提供提供一个稳定的测试环境，对供电系统提供的三相电压，需经过独立三相稳压调压器，每相电压粗调整到额定值，为后级提供一个三相电压基本一致的输出，然后把调压后的电源输入三相有源滤波器进一步调整正弦波电压，纠正波形畸变，消除谐波，为能效测试提供一个接近理想电源的供给供电电力。

测试方法

根据能效测试的方法，拟定两种测试方案，方案系统原理图见图4.1和图4.2。

方案1分别通过电参数表和激光传感器获取供给能和起升高度的参数值，其系统原理图（如图4.1所示）。

方案2分别通过功率计和激光接收器获取供给能和起升高度的参数值，其系统原理图（如图4.2所示）。

图4.1　方案1能效测试系统原理图

通过对以上两种测试方案进行比较发现，采用方案1进行测试时，电参数表连续测量整个上升过程的功率和电能，包含电动葫芦启动过程的功率和电能测量。由于启动过程中供电电压会跌落，使得电动葫芦的电源环境不易控制。

采用电度表连续测量功。对能效的测量过程是：在起升过程中，排除起升初期的1秒启动阶段。因为启动阶段功的消耗与供电系统有关。在稳定起升阶段测量消耗的功，同时计算出起升速度与载荷的数值，由此计算出此阶段电动葫芦入功与出功之比。

能效测量的测量方式中，砝码在升降过程中的晃动和偏转会引起测量误差，减低了测量精度，采用对射激光传感器精确测量起升高度会排除测量砝码高度误差。

图5　方案1能效测试采集数据时序图

图5　方案2能效测试采集数据时序图

结论

电动葫芦作为一种起重设备，其失效后的后果主要是重物坠落，易造成人员伤亡和财物的损失，因此要保证电动葫芦使用的安全，除了用户在使用过程中做好安全管理、按章操作外，在电动葫芦设计和制造过程中亦应不断提升电动葫芦产品的本质安全性能，同时使操作更加人性化。而对于制造出来的电动葫芦能否满足设计和国家标准对使用和安全性能的要求，按照国家相应标准和安全技术规范进行试验和测试是十分必要的，而满足试验和测试要求的电动葫芦试验台是试验和测试进行必要条件，能进行能效测试的电动葫芦试验台不仅是满足产品质量和安全性能的需要，更是顺应电动葫芦节能降耗，产品更新换代的需要。

基金项目：本文为河南省科技计划项目，项目编号为：132109000010

作者简介：

汪洋（1960-），男，本科，高级工程师，从事特种设备安全检验研究。