本發(fā)明涉及能效檢測技術領域，具體來說是一種岸邊集裝箱起重機能效檢測方法。

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背景技術：
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現有的檢測方法如下：

每個機構每種工況至少重復測試三次，從起重機的計算機管理系統(tǒng)顯示器上讀取運行數據，通過數字式電能測量儀測量供給能，取三次正常測量值的算術平均值。

具體測試步驟如下：

A)以額定速度起升載荷，載荷質量取額定起重量的60％，載荷起升高度應不小于額定起升高度的50％，且不得低于表2.1中所列高度。放下載荷到起吊的位置；

B)起升載荷至A)中所述高度，小車以額定速度帶載運行，小車運行的距離不小于額定距離的50％，且不得低于表2.2中所列距離；

C)起升機構以額定速度僅帶吊具升降，起升高度與A)中高度相同；

D)小車以額定速度帶吊具運行，小車運行的距離與B)中距離相同。

表1測試時載荷起升高度取值表

表2測試時小車運行距離取值表

現有的有效能計算方法如下：

岸邊集裝箱起重機的有效能計算公式為：

式中：

Q_y—一個做作業(yè)周期的有效能，單位為焦耳；

G—集裝箱載荷質量，單位為噸；

G₀—吊具質量，單位為噸；

G'—小車質量，單位為噸；

h—集裝箱提升高度，單位為米；

h'—不吊集裝箱時，吊具起升的高度，單位為米；

v₁—吊集裝箱時，起升集裝箱的速度，單位為米每秒；

v′₁—不吊集裝箱時，起升吊具的速度，單位為米每秒；

v₂—吊集裝箱時，小車運行的速度，單位為米每秒；

v'₂—不吊集裝箱時，小車運行的速度，單位為米每秒；

S₁—吊集裝箱時，小車運行的距離，單位為米；

S′₁—不吊集裝箱時，小車運行的距離，單位為米；

μ—鋼輪與鋼軌之間的摩擦系數，取0.015；

現有的供給能檢測方法如下：

供給能宜采用數字式電能測量表(儀)測量。

Q_g＝3.6×10⁶D

式中：Q_g為一個作業(yè)周期內供給能，單位為焦耳；D為數字式電能表測量值，單位為千瓦時。

現有的能源利用效率的計算方法如下：

岸邊集裝箱起重機能源利用效率計算公式為：

η＝Q_y/Q_g×100％

Q_y起重機在一個作業(yè)周期內的有效能。

Q_g起重機在一個作業(yè)周期內的供給能。

該標準所確定的檢測方法的核心思想是“分機構測試，按作業(yè)周期計算”。有效能的定義是設備按工藝要求完成物體位移時理論上必須消耗的能量，或者說設備在作業(yè)中達到工藝要求所必須利用的能量。如起升機構提升載荷時克服重力作的功、如小車機構在水平位移時克服摩擦力作的功及載荷由靜止變?yōu)檫\動所作的功。

對岸邊集裝箱起重機而言，公式中表示設備提升載荷(包括吊具)增加的勢能和動能，表示空載時設備提升吊具增加的勢能和動能。表示設備重載時，小車運行時載荷(包括吊具和小車)克服摩擦力做的功和增加的動能。表示設備空載時，小車運行時吊具和小車克服摩擦力做的功和增加的動能。勢能和動能均是標量，其單位是焦耳(J)。大車運行機構、前臂架俯仰機構在起重機作業(yè)周期中是非工作機構，故不計入有效能。

電能質量分析儀PW3198連接完畢后進行現場的有效能測試，并從該岸邊集裝箱起重機的計算機管理系統(tǒng)顯示器上讀取相關參數和運行數據(見表3)。

表3相關參數和運行數據

將上述數值代入公式，可得該岸邊集裝箱起重機各機構各工況的有效能和一個工作周期的有效能(見表4可見，一個工作周期的有效能Q_y約等于1.17×10⁷J。

表4各機構各工況的有效能和一個測試周期的有效能 單位：J

對電能質量分析儀PW3198所得數據進行整理，得到三次循環(huán)測試中各機構各工況的有功能耗情況(見表5)。

表5各機構各工況的有功能耗 單位kW·h

可見，岸邊集裝箱起重機空載下降工況消耗的電能平均值為0.31kW·h，而有載下降工況消耗的電能平均值為0.05kW·h，說明變頻調速岸邊集裝箱起重機有載下降工況能耗較小。將各機構各工況有功能耗的平均值帶入公式，計算可得總的供給能：

據公式，計算可得能源利用效率：

該方法雖然在一定程度上能夠反映岸邊集裝箱起重機的能源利用效率情況，但是也存在一些缺陷：

(1)能源利用效率的檢測方法和計算公式應當能夠準確、科學的反應起重機的電能消耗情況，能夠為起重機的選擇提供一定參考。起重機有效能的計算公式是基于牛頓定律的推理應用，機械運動消耗的有效能計算公式要符合其物理過程和運動規(guī)律。能源利用效率是有效能與供給能的比值。實際上，有效能主要與下列參數有關：起重量G、工屬具重量G₀、起升高度H、起升速度v、水平移動距離S、水平移動速度v'有關。供給能主要與下列參數有關：起重量G、工屬具重量G₀、小車重量G'、起升高度H、起升速度v、水平移動距離S、小車水平移動速度v'、小車鋼輪和鋼軌之間的摩擦系數μ有關。由于精確描述有效能的公式較為復雜，基本可用下列關系式表示：

將此關系式和標準所列關系式進行比較不難發(fā)現，將小車所消耗的能量計算在有效能中是不合理的。按標準中的公式進行計算，小車質量越大，有效能越大，能源利用效率越高，這和現實是不符的。現階段國內國際的趨勢都是對起重機進行輕量化研究，以利于節(jié)能減排。在強度、剛度等性能參數滿足使用要求的前提下，希望小車的重量越輕越好。因此，有效能的計算中應當將小車因素排除在外。

(2)岸邊集裝箱起重機所吊運的載荷重量變化很大，而標準中進行試驗時所用載荷質量是取額定起重量的60％，顯然這和實際中起重機的工作情況不同。例如，載荷狀態(tài)級別為Q₁的起重機，經常吊運較輕載荷；載荷狀態(tài)級別為Q₄的起重機，經常吊運額定載荷。因此試驗載荷簡單取為額定起重量的60％是不科學的，據此得到的能源利用效率也不能反映實際情況。如果用戶依據標準測得的能源利用效率選擇起重機，由于實際使用時吊運載荷并不是以額定起重量的60％為主，這就導致實際的能源利用效率偏差較大，依據標準測得的能源利用效率反而會誤導用戶。

(3)標準中規(guī)定“起升高度應不小于額定起升高度的50％，且不得低于表2.1中所列高度”，根據這一原則起升高度是一個范圍，而不是具體數值。這就造成即使是同一臺岸邊集裝箱起重機，如果每次測量時的起升高度不同，最終測得的能源利用效率值也不同。我們確定能源利用效率檢測方法和計算方法的目的就是希望通過“能源利用效率”這一參數為用戶選用起重機提供參考和依據。如果同一臺岸邊集裝箱起重機每次測得的能源利用效率的數值都是不同的，那么能源利用效率就不能反映岸邊集裝箱起重機的能耗情況，用戶也無法依據能源利用效率進行選型。同樣，標準中規(guī)定“小車運行的距離不小于額定距離的50％，，且不得低于表5.2中所列距離”也存在類似的問題。

此外，我國專利申請?zhí)枺篊N201510993724.5公開了一種電動葫蘆能效測試方法及系統(tǒng)，根據規(guī)定載荷的起升高度，計算出電動葫蘆在預設工作周期內的有效能，其有效能的計算過于理想化，不能夠與起重機的實際運行相符合。

因此，應當對現有的有效能檢測方法進行優(yōu)化。

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技術實現要素：
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本發(fā)明的目的在于解決現有技術的不足，提供一種岸邊集裝箱起重機能效檢測方法，能夠準確、科學的反應起重機的電能消耗情況，得到的能源利用效率也能反映實際情況并且能確定具體的起升高度，能夠為起重機的選擇提供更優(yōu)參考。

為了實現上述目的，設計一種岸邊集裝箱起重機能效檢測方法，其特征在于檢測步驟如下：

步驟一:選定被測岸邊集裝箱起重機獲取相關技術參數；

步驟二:準備載荷；

步驟三:空載工況下分機構重復測試三次；

步驟四:每種典型載荷工況下分機構重復測試三次；

步驟五:采集運行數據獲取供給能；

步驟六:計算加權平均有效能、加權平均供給能、能源利用效率；

每個機構每種典型載荷每種工況下至少重復測試三次，從岸邊集裝箱起重機的計算機管理系統(tǒng)顯示器上讀取運行數據，通過數字式電能測量儀器測量供給能，取三次正常測量值的算術平均值，具體測試步驟如下：

a.起升機構以額定速度僅帶吊具空載升降，起升高度應等于額定起升高度的60％；

b.小車以額定速度僅帶吊具空載運行，小車運行的距離應等于額定距離的60％；

c.以額定速度起升載荷，載荷質量取典型起升載荷G₁，起升高度與a中高度相同；

d.起升載荷G₁至a中所述高度，小車以額定速度帶載運行，小車運行的距離與b中距離相同；

e.載荷質量依次取典型起升載荷G₂、G₃、…和G_max代替G₁，重復步驟c和d。

步驟一所述的集裝箱相關技術參數包括：吊具質量、小車質量、軌上、軌下起升高度、前伸距、后伸距、軌距、吊具下和吊鉤梁下額定載荷、滿載和空載時的主起升速度、小車和大車速度、單循環(huán)俯仰時間。

步驟四所述的典型載荷，即載荷的典型狀態(tài)，是根據實際的運行得出的具有代表性的載荷值，如額定載重量的30％、50％、60％、80％、100％。

所述的步驟六中加權平均有效能的計算方法具體如下：

載荷質量為G_i時，岸邊集裝箱起重機一個工作循環(huán)有效能Q_Yi的計算公式為：

式中：

Q_Yi為一個做作業(yè)周期的有效能，單位為焦耳(J)；

G_i為集裝箱載荷質量，單位為噸(t)；

G₀為吊具質量，單位為噸(t)；

H₀為空載時，吊具起升的高度，單位為米(m)；

H_i為有載時，集裝箱起升的高度，單位為米(m)；

v₀為空載時，起升吊具的速度，單位為米每秒(m/s)；

v'₀為空載時，小車運行的速度，單位為米每秒(m/s)；

v_i為有載時，起升集裝箱的速度，單位為米每秒(m/s)；

v′_i為有載時，小車運行的速度，單位為米每秒(m/s)；

S₀為空載時，小車運行的距離，單位為米(m)；

S_i為有載時，小車運行的距離，單位為米(m)；

μ為鋼輪與鋼軌之間的摩擦系數，取0.015；

η_i為加權系數；

岸邊集裝箱起重機一個測試周期加權平均有效能Q_Y的計算公式為：

所述的步驟六中加權平均供給能的計算方法如下：

供給能采用數字式電能測量儀器進行測試，一個測試周期加權平均供給能Q_G的計算公式如下：

Q_G＝Q_G0+Ση_iG_Gi＝3.6×10⁶(D₀+∑η_iD_i)

式中：Q_G為一個測試周期加權平均供給能，J；D₀為空載工況下步驟a和b測得的值，kW·h；D_i-當起升載荷為G_i時，一個工作循環(huán)內步驟c和d測得的值，kW·h。

所述的步驟六中能源利用效率的計算方法如下：

η＝Q_Y/Q_G×100％

式中：η為能源利用效率；Q_Y為一個測試周期內的加權平均有效能；Q_G為一個測試周期內的加權平均供給能。

本發(fā)明同現有技術相比，得到的能源利用效率更能反映實際情況，其優(yōu)點在于：

1、在有效能的計算中去除了小車消耗的能量，能夠準確、科學地反應起重機的電能消耗情況；

2、試驗載荷取多個典型載荷，能更準確地測得能源利用效率；

3、明確了每次測試的具體起升高度，使得測試更精準更具可行性。

[附圖說明]

圖1是檢測流程示意圖。

[具體實施方式]

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，這種方法的原理對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

基于現有技術的不足，本發(fā)明提出了相應的解決方法：

1.基于載荷狀態(tài)級別采用加權平均法對測試試驗中的載荷質量進行優(yōu)化

為適應起重機不同的使用情況和工作要求，在設計和使用起重機時，對起重機進行工作級別的劃分。由此引出起重機使用等級、起重機載荷狀態(tài)級別和整機工作級別的概念。

起重機的使用等級是表征起重機在整個設計壽命期間的使用頻繁程度，按設計壽命期內總的工作循環(huán)次數分為U0～U9共10級；起重機的載荷狀態(tài)級別是表明起重機受載的輕重程度的指標，按名義載荷譜系數分為輕、中、重和特重四級。綜合考慮使用等級和載荷狀態(tài)級別，按對角線原則，起重機工作級別分為A1～A8共8級

需要指出，起重機工作級別與起重機的起重量是兩個不同的概念。起重量是指一次被起升物料的質量，工作級別是起重機綜合工作特性參數。起重量大，工作級別未必高；起重量小，工作級別未必低。即使起重量相同的同類型起重機，只要工作級別不同，則零部件的安全系數就不相同，進而零部件尺寸也不同。如果僅僅看起重噸位而忽略工作級別，把工作級別低的起重機頻繁、滿負荷使用，那么就會加速易損零部件報廢，使故障頻發(fā)，甚至引起事故。

起重機的起升載荷狀態(tài)表示起重機受載的輕重程度，是指在起重機設計預期壽命期間，各個典型起升載荷值的大小G_i以及各相應的起吊次數C_i，與起重機額定起升載荷值的大小G_max以及總的起吊次數C_T的比值情況。

若具有起重機設計壽命期間有關起升載荷值的大小和相應的起吊次數的資料，則起重機的載荷譜系數K_P可按下式計算：

式中：K_P為起重機的載荷譜系數；

C_i為起升載荷G_i相應的工作循環(huán)次數，C_i＝C₁、C₂、C₃L C_n；

C_T為起重機總工作循環(huán)次數，C_T＝∑C_i＝C₁+C₂+C₃L+C_n；

G_i為各典型起升載荷，G_i＝G₁、G₂、L G_n，t；

G_max為起重機的額定起升載荷，t；

m為冪指數，取m＝3

根據計算得到的K_P值，從表中選擇不小于該計算值的載荷譜系數，得到對應的載荷狀態(tài)級別。若在設計起重機時，不知其實際的載荷變化情況，則按表中的“說明”欄的內容選擇一個合適的載荷狀態(tài)級別。

起重機的起升載荷狀態(tài)級別按載荷譜系數分為四級，用Q1、Q2、Q3、Q4表示，如表6所示。

表6載荷狀態(tài)級別

可見，起重機設計的時候是充分考慮起重機預期壽命內載荷使用情況的。一般情況下，用戶也是按照該載荷情況進行使用的。那么，能源利用效率測試試驗也應當基于實際情況確定試驗載荷情況。因此，本文提出采用加權平均法對能源利用效率測試方法和有效能計算公式進行改進，并提出加權平均有效能Q_Y、加權平均供給能Q_G的新概念。所謂“加權平均有效能”是指一個測試周期內，各典型載荷工況下的有效能與加權系數k_i的乘積之和。所謂“加權平均供給能”是指一個測試周期內，各典型載荷工況下的供給能與加權系數k_i的乘積之和。能源利用效率η等于加權平均有效能Q_Y與加權平均供給能Q_G之比。其核心思想是不再單純以60％額定載重量作為試驗載荷，測試一個作業(yè)周期的能耗，而是取多個典型載荷作為試驗載荷進行多個循環(huán)試驗，將其等效為一個作業(yè)周期內的能耗。

若具有起重機設計壽命期間有關起升載荷值的大小和相應的起吊次數的資料，即已經知道起重機設計預期壽命期間，各典型起升載荷值的大小G_i以及各相應的起吊次數C_i，與起重機額定起升載荷值的大小G_max以及總的起吊次數C_T的比值情況。那么測試試驗中分別以G_i作為試驗載荷，計算有效能Q_Yi，同時用數字式電能測量表(儀)測量供給能D_i。

若在設計起重機時，不知其實際的載荷變化情況，則按表中的“說明”欄的內容選擇一個合適的載荷狀態(tài)級別。如下表所示，列出了載荷的幾個典型狀態(tài)，額定載重量的30％、50％、60％、80％、100％，G_i可以據此進行選擇。根據載荷狀態(tài)級別中的“說明”，對定性的描述性語句進行量化。(1)對載荷情況進行量化。所謂“較輕載荷”是指載荷以額定起重量的30％為主，小于額定起重量50％；“中等載荷”是指以額定載重量的50％和60％為主；“較重載荷”是指以額定載重量的80％為主。(2)對典型載荷對應的起吊次數占總次數的比值情況進行量化?！敖洺！绷炕癁檎伎偞螖档?5％，“較多”量化為占總次數的60％，“有時”量化為占總次數的15％，“較少”量化為占總次數的5％，“很少”量化為占總次數的2％。如下表7所示。

表7載荷狀態(tài)級別所對應的典型起升載荷及相應起吊次數所占比值

在測試中，不再簡單的取額定載荷60％作為試驗載荷，而是分別選取幾種典型載荷作為試驗載荷進行測試，并根據預期壽命內典型載荷起吊次數占總次數的比值情況采用加權平均的方法將整個測試周期等效為一個工作周期。通過上述方法，可避免試驗載荷選取單一，和實際使用情況相差較大的現象。

2.有效能的計算公式中不應包含小車部分。若試驗載荷質量為G_i，則岸邊集裝箱起重機一個工作循環(huán)有效能Q_Yi的計算公式可以優(yōu)化為：

式中：

Q_Yi為一個做作業(yè)周期的有效能，單位為焦耳；

G_i為集裝箱載荷質量，單位為噸；

G₀為吊具質量，單位為噸；

H₀為空載時，吊具起升的高度，單位為米；

H_i為有載時，集裝箱起升的高度，單位為米；

v₀為空載時，起升吊具的速度，單位為米每秒；

v'₀為空載時，小車運行的速度，單位為米每秒；

v_i為有載時，起升集裝箱的速度，單位為米每秒；

v′_i為有載時，小車運行的速度，單位為米每秒；

S₀為空載時，小車運行的距離，單位為米；

S_i為有載時，小車運行的距離，單位為米；

μ為鋼輪與鋼軌之間的摩擦系數，取0.015；

η_i為加權系數；

3.標準中規(guī)定的起升高度和小車移動距離的問題，可人為規(guī)定其取值為最大值的60％，這就有效的避免了同一臺岸邊集裝箱起重機每次測試能源利用效率值都不同的情況發(fā)生。事實上，實際工作中雖然每次起升高度和小車移動距離可能都是不同的，但是試驗中都選用60％能夠反映能源利用效率的變化趨勢，進而定性的反映起重機的能耗情況。

本發(fā)明方法的檢測要求如下：

(1)風速應小于3m/s。

(2)在測試時，起重機應處在平整地面上，傾斜度不大于2.5％

(3)在測試時，載荷質量與規(guī)定值的偏差不大于5％。

(4)起重機供電電壓與額定載的偏差應在-10％～6％范圍內；三相電壓不平衡度不大于1.5％。

(5)在測試前，應對編碼器進行清零校對，以保證測試位置準確。

(6)各種測量儀器和計量器具，應符合國家計量器具的相關規(guī)定，并在合格檢定期內。

所述的一種岸邊集裝箱起重機能效檢測方法，其特征在于檢測步驟如下：

為了實現上述目的，設計一種岸邊集裝箱起重機能效檢測方法，其特征在于檢測步驟如下：

步驟一:選定被測岸邊集裝箱起重機獲取相關技術參數；

步驟二:準備載荷；

步驟三:空載工況下分機構重復測試三次；

步驟四:每種典型載荷工況下分機構重復測試三次；

步驟五:采集運行數據獲取供給能；

步驟六:計算加權平均有效能、加權平均供給能、能源利用效率；

每個機構每種典型載荷每種工況下至少重復測試三次，從岸邊集裝箱起重機的計算機管理系統(tǒng)顯示器上讀取運行數據，通過數字式電能測量儀器測量供給能，取三次正常測量值的算術平均值，具體測試步驟如下：

a.起升機構以額定速度僅帶吊具空載升降，起升高度應等于額定起升高度的60％；

b.小車以額定速度僅帶吊具空載運行，小車運行的距離應等于額定距離的60％；

c.以額定速度起升載荷，載荷質量取典型起升載荷G₁，起升高度與a中高度相同；

d.起升載荷G₁至a中所述高度，小車以額定速度帶載運行，小車運行的距離與b中距離相同；

e.載荷質量依次取典型起升載荷G₂、G₃、…和G_max代替G₁，重復步驟c和d。

步驟一所述的集裝箱相關技術參數包括：吊具質量、小車質量、軌上、軌下起升高度、前伸距、后伸距、軌距、吊具下和吊鉤梁下額定載荷、滿載和空載時的主起升速度、小車和大車速度、單循環(huán)俯仰時間。

步驟四所述的典型載荷，即載荷的典型狀態(tài)，是根據實際的運行得出的具有代表性的載荷值，如額定載重量的30％、50％、60％、80％、100％。

所述的步驟六中加權平均有效能的計算方法具體如下：

載荷質量為G_i時，岸邊集裝箱起重機一個工作循環(huán)有效能Q_Yi的計算公式為：

式中：

Q_Yi為一個做作業(yè)周期的有效能，單位為焦耳；

G_i為集裝箱載荷質量，單位為噸；

G₀為吊具質量，單位為噸；

H₀為空載時，吊具起升的高度，單位為米；

H_i為有載時，集裝箱起升的高度，單位為米；

v₀為空載時，起升吊具的速度，單位為米每秒；

v'₀為空載時，小車運行的速度，單位為米每秒；

v_i為有載時，起升集裝箱的速度，單位為米每秒；

v′_i為有載時，小車運行的速度，單位為米每秒；

S₀為空載時，小車運行的距離，單位為米；

S_i為有載時，小車運行的距離，單位為米；

μ為鋼輪與鋼軌之間的摩擦系數，取0.015；

η_i為加權系數；

岸邊集裝箱起重機一個測試周期加權平均有效能Q_Y的計算公式為：

所述的步驟六中加權平均供給能的計算方法如下：

供給能采用數字式電能測量儀器進行測試，一個測試周期加權平均供給能Q_G的計算公式如下：

Q_G＝Q_G0+Ση_iG_Gi＝3.6×10⁶(D₀+Ση_iD_i)

式中：Q_G為一個測試周期加權平均供給能，J；D₀為空載工況下步驟a和b測得的值，kW·h；D_i-當起升載荷為G_i時，一個工作循環(huán)內步驟c和d測得的值，kW·h。

所述的步驟六中能源利用效率的計算方法如下：

η＝Q_Y/Q_G×100％

式中：η為能源利用效率；Q_Y為一個測試周期內的加權平均有效能；Q_G為一個測試周期內的加權平均供給能。