起重机是工业生产的基本装备之一，随着中国制造业的迅猛发展，其保有量得以快速增加。一方面，起重机是高耗能产品，一台普通的50t通用桥式起重机，整机功率就达到几十kW。另一方面，起重机属于特种设备，对安全性有很高的要求，力求避免出现不可预期的失效。围绕这两方面的要求，目前研究有两大热点：一是节能研究，包括节能设计、能耗评价、能耗检测等几大方向；二是失效研究，主要有失效分析、损伤分析、疲劳分析等［1-4］。

根据交通运输部办公厅印发的《公路水运品质工程评价人（试行）》的文件精神，结合对当前内河航道施工企业的现状分析，应重点在以下几个方面做好改进工作。

起重机的节能和失效涉及的是互不相同的2个领域，但2个方面要求集中在同一设备上，必然存在相互交叉的内容。举例来说，节能设计往往受到失效条件的约束：常见的如为节能而进行的主梁轻量化要考虑疲劳损伤和失效的影响；为了减小失效概率而提出冗余设计往往导致能耗增加；机构部分失效后，如轴承磨损、电机绝缘变化，大多数情况会导致能耗的增加。这些都说明，起重机的节能和失效其实是有内在关联性的。单一考虑某一方面，可能存在片面性。

本文将分析起重机节能的主要因素以及与失效的相互作用关系，为起重机节能设计评价和预防失效提供参考。

1 起重机能耗影响因素分析

一般的起重机，输入电能，将电能转化为位能、动能，同时克服摩擦做功，抵消各种损耗，达到搬运重物的功能。在不同的工作状态，消耗的电能差异比较大。归纳起来有如下5种工作状态，分别为待机、上升、下降、小车运行、大车运行。

1.1 不同工作状态的能耗消耗分析

待机时，主要耗能的部件有电控系统、照明和安全监控系统，统称待机能耗E待，

 

待机能耗在所有工作状态下都存在，在不同工况时，能耗值有所不同。虽然待机的功率比较低，但是工作期间累积起来的能耗也不少，要予以考虑。

初心如磐，奋楫争先。在平凡而又艰苦的岗位上，郝哲严谨求实、敬业奉献，用行动诠释了一名共产党员的担当，用奉献履行了全心全意服务“三农”的工作使命，用高尚的品格和优良的作风实现了个人的人生价值。郝哲忘我的工作精神和取得的丰硕成绩得到各级领导和服务对象的高度赞誉。

下降状态时，电机处于电气制动状态，不同的控制设备，电气制动状态不同，相应的下降时的能耗不同［5］。比如通用起重机电动机转子串电阻类电控柜PQR2和PQR4系列，下降采用一挡反接制动，一挡单项制动加一挡再生发电制动。比如适用于经常重载工作的QR2S控制柜，下降为2挡反接制动加一挡再生发电制动［6］。再比如采用变频驱动，下降不但不耗能，还可以将电能回馈给直流母线或者电网。

有研究者将70例葡萄糖耐量降低（IGT）的T2DM患者随机分为生活干预组和二甲双胍（250 mg，tid）+生活干预组。治疗1年后，二甲双胍+生活干预组患者餐后血糖水平和颈动脉内膜厚度的增量均显著低于生活干预组（P＜0.05），从一定程度上证实了二甲双胍对T2DM患者心血管系统的保护作用[21]。

 

上升状态时，电机将电能转化成重物的动能Ek和位能EP，这个过程中还需要额外电能抵消起升机构的内部损耗E损耗和制动器耗能E制。内部损耗E损耗包括电机电损耗和各种摩擦损耗等，制动器耗能E制主要指维持开闸状态的电机能耗。因此，上升状态的总能耗E上为

起重机失效的主要表现为：结构或机构破坏；传动机构振动、噪声超标；电机、电气元件过热导致性能降低或功能异常，相应导致失效的原因是冲击、摩擦、发热。

 

式中，势能EP一部分转换为重物动能EK和E损耗，剩余部分和电机提供的驱动能抵消。制动器的能耗单独计算。

小车运行和大车运行状态能耗机理基本一致。运行机构能耗主要用来克服摩擦力做功、提供动能、抵消驱动机构内部损耗和制动器能耗。总的运行能耗用下式表示，

20世纪90年代前后，我国多个与食品工业研究相关的科研院所、高校开始把目光转向促进食品工业发展共赢、推动行业交流、把握市场动向上来。在这样的时代契机下，各种形式、规模不等，打破国家界限，以“探讨食品工业发展”“引进多国食品工业发展经验”为主题的国际食品技术交流与研讨会纷纷举办。

对于这段开关互市的历史，在辽东满族民众的记忆中也有记载和表现。最有代表性的就是在桓仁地区采录的《老杲子》[注]夏秋主编：《满族民间故事·辽东卷》上卷，辽宁民族出版社，2010年，第12页。，其内容如下：

 

E摩擦由整机或小车重量和车轮摩擦系数决定［7］。整机或小车重量由机构和结构重量组成，摩擦系数与车轮直径、车轮材料有关。这也是影响整机能耗水平的重要因素之一。

1.2 影响能耗主要因素

电机和电气元件的过热失效一般是选型不当导致的，也有少部分情况是起重机操作不正确，频繁的点动操作使得发热量增大。例如抓斗起重机的起升机构电机，现实使用时，时常有用户反映电机过热或烧毁。原因是抓斗起重机的起升机构由起升和开闭2套驱动组成，设计规范规定在起升和开闭同步性较好的情况下，电机容量可以适当减小，没有经验的厂家往往忽略“同步”这个条件，直接减小了电机容量。

E制动是制动器的能耗。由制动器的原理可知，制动力靠弹簧力使闸瓦和制动轮摩擦，开闸和保持开闸状态靠液压推杆的推力克服弹簧力，因此制动器的耗能（耗电）部件是液压推杆。不考虑开闸的瞬间，液压推杆的推力在整个工作过程中保持恒定，即弹簧的弹性力，其耗能与起重机参数没有密切关系。

E损耗由以下参数决定：包括电机效率、减速器效率、轴承效率、传动轴效率、滑轮效率、控制方式、转子电阻等。这是整机能耗水平或能量使用效率的关键一项，提高各部件效率，采用更先进的控制方式，相同水平下能有效降低能耗。

式中，E摩擦主要指车轮与轨道的摩擦阻力做功，Ek是整机或小车（包括吊重）的动能，E损耗指驱动系统和车轮组的电损耗和摩擦损耗。

2 导致失效的因素分析

目前大多数情况，下降时重物势能不回收，则下降的能耗E下为

转变工作作风。工会最大的优势是密切联系职工群众，最大的危险是脱离职工群众。各级工会要加强对工会干部的教育、管理、监督，激励广大工会干部事不避难、干事创业，促进工会干部在实践中锻炼成长，增强群众工作本领，打造一支高素质专业化的工会干部队伍。要完善联系职工群众的制度机制，深入基层一线，加强调查研究，坚决防止“四风”特别是形式主义、官僚主义。基层工会要紧紧围绕职工群众转、依靠职工群众干、成效由职工群众来评判，面对面、心贴心、实打实地做工作，让工会工作深深扎根于广大职工群众之中。

起升控制方式不合理或制动器制动力调整过大，容易对结构和机构产生额外冲击力，导致结构或机构的破坏。在检验过程中遇到过不少这样的案例。例如一台双梁桥式起重机，中轨梁结构（轨道在上盖板中间），在下降制停时，突然发生轮压附近的上盖板塌陷。经过分析可知主要原因是下降停车时，加速度过大，导致施加在结构上的冲击力超过设计许用值。

摩擦导致传动机构噪声和振动超标也是常见失效形式之一。检验中曾遇到典型的例子是一台改造过的桥式起重机，改造项目是更换新的起升机构，现场施工人员在处理电机、减速器的基座垫高时，没有测量准确，导致新安装的电机、减速器同轴度误差太大。起重机试运行时，轴承与齿轮摩擦超过正常水平，结果噪音和振动严重超标，无法正常使用。

通过分析了起升、下降和运行工作状态，得到了能耗的表达式，式中的EP、EK是由起重机设计需求决定的，是所谓的有用功。用户在技术协议中规定了起重机的额定起吊重量、额定速度（包括起升和运行速度）和额定起升高度，这3个参数决定了EP、EK的大小，参数不能改变，也就无法通过优化这些参数降低能耗。

李顺说，李六如，你可真倔，住上楼也还是个土老帽。都说与时俱进，我看你就是块石头，你这样是要吃亏的。我说，我有和村里的合同，再说，我这么做与上头的精神也一致。上头不也号召把青山绿水留给子孙后代？

3 节能设计与避免失效的相关性分析

经分析起重机能耗的主要方面，列举了常见的失效现象和原因，有助于指导我们采取更有效的措施，以达到更低的能耗和更高的可靠性双重目标。

2013年中央一号文件提出，鼓励和支持承包土地向专业大户、家庭农场、农民合作社流转。其中，“家庭农场”的概念是首次在中央一号文件中出现。虽然早在21世纪初便已试水，但将其顺利融入农产品现代流通体系还需进一步借鉴发展中国家已有的成熟发展经验。本文以拉美发展中国家洪都拉斯的“农超对接”为例，对其“农超对接”模式进行评估，为我国家庭农场的发展道路提供借鉴。

起重机行业内非常热门的降低能耗的措施之一是结构轻量化，例如优化主梁、端梁、支腿、小车架等主要结构件，使得自重变轻，从而运行机构的功率变小，动能Ek和摩擦损耗E损耗相应减小。但是同时，这种优化后的结构对于可靠性来说，很有可能降低了。一般来说优化后的结构安全系数要比原来小，如果采用形状优化，通常是结构比原来复杂了，给控制制造质量带来不确定性。

控制方式改变对起重机能耗和可靠性的影响比较复杂。目前常见的转子串电阻和变频驱动控制方式，对于节能来说，变频驱动方式显然有优势。从结构可靠性来说，变频驱动能减小对起重机结构冲击，相同吊重情况下提高了结构可靠性。前面提到的主梁塑性变形的案例，有一部分原因就是制停时冲击过大，使得主梁局部失稳。从控制系统本身可靠性来说，转子串电阻因结构简单反而有优势。

采用高效率的驱动部件在节能方面是不言而喻的，更进一步，高效率意味着各种发热、振动、摩擦的损耗减小，一般来说能提高部件可靠性。

在起重机使用阶段，正确、及时的维护保养，确保各部件润滑正常，有利于各运动部件保持高效率，降低磨损，既能降低能耗，也能提高可靠性。

对于某些特殊场合，起重机往往会采用部分冗余设计以提高其可靠性，如防爆起重机和冶金起重机的双制动设计，铸造起重机的双驱动设计等，但这些冗余设计显然增加了能耗。

驱动部件，如电机、减速器选型时，设计人员为了提高可靠性，往往会选择大一级的产品。而电机、减速器工作在额定值附近时效率最高，因此选择大的驱动部件意味着大马拉小车，对节能是不利的。

综合上述分析，得到图1的关系图。从图中可以看出，有一些措施会使起重机更节能，但对于可靠性来说是有负面影响的，有一些措施对于可靠性来说有益，但是耗能更高。其中提高传动部件的效率和机构装配精度这2项措施，对于节能和提高可靠性都是有利的，这也是欧式起重机相比国产起重机更为先进的地方。正确及时的维护保养，也有利于维持起重机处于最优能耗和高可靠性状态。

  

图1 各种措施对起重机节能与提高可靠性影响关系

4 结论

在起重机的节能研究与失效研究中综合考虑各方因素，针对不同用途的起重机，区别对待节能和可靠性的重要性，才能得出具有实际意义的研究结论，便于推广应用。

［参考文献］

［1］ 杨瑞刚，徐格宁，等. 桥式起重机结构可靠性失效准则与剩余寿命评估准则［J］. 中国安全科学学报，2009，10.

［2］ 程文明，李亚民，等. 桥式起重机与门式起重机轻量化设计的关键要素［J］. 中国工程机械学报，2012，1.

［3］ 李向东，叶伟，等. 起重机械能耗检测与评价研究［J］. 起重运输机械，2014，1.

［4］ 李向东，叶伟，等. 基于全生命周期能耗因素的桥式起重机节能评价研究［J］. 起重运输机械，2013，12.

［5］ 赵国，等. 起重机械电气安全技术检验［M］. 大连：大连理工大学出版社，2008.

［6］ 傅德源，等. 实用起重机电气技术手册［M］. 北京：机械工业出版社，2011.

［7］ 张质文. 起重机设计手册［M］. 北京：中国铁道出版社，1998.