土方机械 挖掘机运行能效评价方法-最新国标

土方机械挖掘机运行能效评价方法
1 范围
本文件规定了液压挖掘机运行能效的评价指标体系、评价指标计算方法、评价流程。

本文件适用于以内燃机为动力源的液压挖掘机运行能效评价，其他挖掘机可参考使用。

2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 6572 土方机械液压挖掘机术语和商业规格
GB/T 20220845-T-469 工程机械运行能耗基础数据测试与计算方法
3 术语和定义
GB/T 6572、GB/T 20220845-T-469界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1
运行能效energy efficiency in operation
产品服役过程中完成具体任务时，输出的能源、产品、服务或绩效，与输入的能源之比或其他数量关系。

如：转换效率，能源需求/能源实际使用，输出/输入，理论运行的能源量/实际运行的能源量。

注：输入和输出都需要在数量及质量上进行详细说明，并且可以测量。

[来源：GB/T 23331-2020,3.5.3，有修改]
4 评价指标体系
4.1 挖掘机运行能效评价指标体系由单项评价指标和综合评价指标构成，见表1。

表1 运行能效评价指标
值、负载能耗比值。

待机能耗比值按公式（1 4.3综合评价指标是指挖掘机空载、负载等作业全过程的总体能效，包括单位时间能耗、单位重量能耗、能量利用率。

5评价指标计算5.1待机能耗比值）进行计算：
=
ηE
E s s (1)
式中：
ηs ----待机能耗比值；
E s ----待机能耗，单位为千克标准煤（kgce ）；
E ----总能耗，单位为千克标准煤（kgce ）。

5.2 空载能耗比值
空载能耗比值按公式（2）进行计算：
=
ηE
E u u (2)
式中：
ηu ----空载能耗比值；
E u ----空载能耗，单位千克标准煤（kgce ）。

5.3 负载能耗比值
负载能耗比值按公式（3）进行计算：
=
ηE
E l l
（3）
式中：
ηl ----负载能耗比值；
E l ----负载能耗，单位为千克标准煤（kgce ）。

5.4 单位时间能耗
单位时间能耗按公式（4）进行计算：
=
T
U E
T (4)
式中：
U T ----单位时间能耗，单位为千克标准煤每小时（kgce/h ）；
T ----运行时间，单位为小时（h ）。

5.5 单位重量能耗
单位重量能耗按公式（5）进行计算：
G
U E
G =
(5) 式中：
U G ----单位重量能耗，单位为千克标准煤每千克（kgce/kg ）；
G ----土方重量（包括挖方重量和填方重量），单位为千克（kg ）。

其中，土方重量可直接称量或按式（6）进行计算：
=ρG V (6)
式中：
ρ----土壤的密度，单位为千克每立方米（kg/m 3
）；
V ----土方体积，单位为立方米（m 3
）。

5.6 能量利用率
能量利用率按公式（7）进行计算：
E E e =η
（7）
式中：
η----能量利用率；
E e ----净负载能耗,单位为千克标准煤（kgce ）。

6 评价流程 6.1 确定评价范围
挖掘机运行能效评价应确定评价范围，包括时间范围和能源范围。

时间范围：挖掘机发动机启动的时刻至作业完成后停机的时刻。

能源范围：挖掘机消耗的燃油。

6.2 选取与计算评价指标 6.2.1 选取评价指标
根据挖掘机运行能效评价需求进行选取，选取原则如下： a) 评价挖掘机不同运行状态能耗占比情况，应选用待机能耗比值、空载能耗比值、负载能耗比值；
b)评价多台挖掘机完成相同任务的能效情况，应选用单位时间能耗、单位重量能耗、能量利用率。

6.2.2 计算评价指标
评价指标的计算包括以下步骤：
1）按照GB/T 20220845-T-469测量待机能耗、空载能耗、负载能耗、总能耗和净负载能耗。

2) 记录挖掘机发动机启动的时刻和作业完成后停机的时刻，其差值记为运行时间。

3) 测算并记录挖掘机作业过程中的土方重量。

4) 按第5章计算评价指标值，结果记为测算值。

6.3 判定评价结果
6.3.1 获取评价指标基准值
6.3.1.1 评价指标的基准值获取包括参考法和测试法。

6.3.1.2 参考法。

行业中若已发布相同工况的运行能效限额值或先进值，可参考限额值或先进值，选取制定评价指标的基准值。

6.3.1.3 测试法。

通过实际测试来制定评价指标的基准值。

具体步骤如下：
a）构建测试工况。

所建工况应满足作业过程中机器未发生故障，机器机型、铲斗规格、土壤类型以及环境温度尽可能与评价目标一致。

b）按GB/T 20220845-T-469进行测试工况的能耗测试试验，试验次数不少于3次；
c）记录土方重量和运行时间，并计算各次试验的能量效率评价指标值，计算结果记为测算值；
d）对每项评价指标测算值，按从大到小进行排序；选取排序中的最大值作为该项评价指标的基准最大值，并选取排序中的最小值作为该项评价指标的基准最小值。

示例见附录A。

6.3.2 获取评价结果
将6.2中评价指标的测算值与基准值进行比较，结果判定方法如下：
a)正向指标包括负载能耗比值、能量利用率。

该指标的数值越高越好，判断原则如下：
1)当测算值低于基准最大值而高于基准最小值时，视为正常水平；
2)当测算值高于基准最大值时，则视为高效率；
3)当测算值低于基准最小值时，则视为低效率。

b)逆向指标包括待机能耗比值、空载能耗比值、单位重量能耗和单位时间能耗。

该指标的数值越
小越好，判断原则如下：
1)当测算值低于基准最大值而高于基准最小值时，则视为正常水平；
2)当测算值高于基准最大值时，则视为低效率；
3)当测算值低于基准最小值时，则视为高效率。

6.4 撰写评价报告
评价报告应包括但不限于以下内容：
——人员信息，包括操作人员、记录人员、评价人员、报告编写人、报告审核人和报告授权签字人等人员信息；
——评价基本信息，包括评价任务名称、评价地点、评价单位和评价目的等基本信息；
——工况信息，包括燃油密度、土壤类别和测试环境的大气压强、相对湿度、天气、气温等信息；
——机器信息，包括机器型号、机器类型、机器名称和制造商名称等信息；
——评价结果信息，包括评价测算值、评价基准值和评价结果。

7评价方法的应用
本文件可用于指导和制定节能运行模式、淘汰落后和高耗能的运行模式等。

附录A
（资料性）
挖掘机运行能效评价示例
A.1 概述
本附录以挖掘某凹坑作业的运行能效评价为示例说明挖掘机运行能效评价方法的实施过程。

挖掘过程如图A.1(a)所示，铲斗从凹坑处满斗挖掘土壤，然后提升动臂并回转使铲斗越过墙体而至放土处进行卸荷，最后反向回转并下降动臂继续挖掘，循环往复直至凹坑挖掘完成，如图A.1（a）所示。

其中，挖掘土壤为二级土壤（土壤密度为ρ），凹坑尺寸为⨯⨯
L W H，墙的高度为h。

为获取评价基准值而构建的测试工况为：在挖掘现场选取一块空地（以保证土壤类型一致），用标杆代替墙体，并选用同型号的新挖掘机进行铲斗挖掘、动臂提升、铲斗卸土等动作，如图A.1（b）所示。

其中，标杆高度要求与墙体高度一致。

评价工况
)
a
(
(
基准值工况
)
b
图A.1 工况示意图
A.2 确定评价范围
时间范围：挖掘机发动机启动的时刻至凹坑挖掘作业完成后停机的时刻。

能源范围：挖掘机消耗的燃油。

A.3 选取与计算评价指标
A.3.1 为展示运行能效评价实施全过程，本次评价选取了所有评价指标，包括待机能耗比值、空载能耗比值、负载能耗比值、单位时间能耗、单位重量能耗和能量利用率。

A.3.2 评价指标计算以下步骤：
1）按GB/T 20220845-T-469 测量待评价工况的待机能耗、空载能耗、负载能耗、总能耗、净负载能耗，结果如表A.1所示；
2）记录并计算待评价工况的运行时间，结果如表A.1所示；
3）将土壤密度和凹坑体积代入公式（6）计算土方重量，结果如表A.1所示；
4）将表A.1的数据代入公式（1）～（5）和（7），得待评价工况的评价指标测算值，结果如表A.
2所示。

A.4 判定评价结果
A.4.1 本示例采用测试法进行评价指标基准值的制定，具体过程如下：
1）构建测试工况，构建过程和结果见A.1；
2）按GB/T 20220845-T-469进行测试工况的能耗测试试验，6次试验结果见表A.3;
表A.3 测试工况的基础数据
3）记录各次试验的土方重量和运行时间，结果见表A.3；在此基础上，将表A.3的数据分别代入公式（1）～（5）和（7），得各次试验的评价指标值，结果见表A.4。

值，选取排序中的最小值作为该项评价指标的基准最小值，结果见表A.5 4）对表A.4中各项指标的测试值进行排序：选取排序中的最大值作为该项评价指标的基准最大。

表A.5 评价指标基准值范围
A.4.2 将表A.2和表A.5的数据进行比较，并按6.3.2的判定方法进行运行能效评价，评价结果如表A.6所示。

表A.6 评价结果
A.5 撰写评价报告
根据6.4的要求编写评价报告，结果如下所示：
A.6 评价方法的应用
根据综合评价指标的评判结果可知，本次凹坑作业过程的综合运行能效偏低，有待提高。

根据单项评价指标的评判结果可知，本次凹坑作业过程的空载能耗比值偏高，进一步分析发现空载时间较长，有进一步提升的空间。

基于上述评价结果，提出以下能效提升建议：缩短挖掘机空载时长。