橋門式起重機起升高度限位裝置

劉 兵 蔡大偉 王 亮 程永恒

江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院 宿遷 223800

0 引言

在起重機械行業(yè)中，橋門式起重機起升高度限位裝置是一種比較常見的安全保護裝置。起升高度限位器又稱上限位,在起重機防沖頂中屬于重要的安全保護裝置,其可靠性直接影響起重機的安全性能[1]。2021年3月9日，市場監(jiān)管總局辦公廳印發(fā)了《市場監(jiān)管總局辦公廳關于開展起重機械隱患排查治理工作的通知》（市監(jiān)特設發(fā)[2021]16號）（以下簡稱16號文），對橋門式起重機起升高度限位裝置的設置提出了新要求。為了更好地貫穿落實16號文的要求，本文結合工作實踐，對橋門式起重機起升高度限位器進行討論。

1 起升高度限位裝置結構形式

常用的起升高度限位裝置按照檢測元件的不同可分為2大類：采用位置開關作為檢測元件和采用傳感器作為檢測元件。

1.1 采用位置開關作為檢測元件的起升高度限位裝置

位置開關一般只有通、斷2種狀態(tài)，當?shù)蹙咂鹕揭欢ǜ叨葧r，觸發(fā)位置開關使其電氣動作，進而發(fā)出通或斷信號（一般是斷）。雖然這類高度限位裝置不能實時反映吊具高度位置，但應用的控制電路比較簡單，傳統(tǒng)的繼電器控制方式就能實現(xiàn)其功能，且抗干擾性好、成本低。

常用的位置開關有接觸式限位開關、非接觸式接近開關、光電接近開關3種，其中接觸式的限位開關使用最為廣泛。

位置開關動作驅動方式有以下幾種：

1）低速軸傳動驅動 一般通過起升機構卷筒軸帶動傳動機構（螺桿、齒輪、蝸輪蝸桿、凸輪等）驅動位置開關動作。

2）吊具升降驅動 利用升降的吊具驅動位置開關動作，如重錘式、壓板式、拉繩開關式起升高度限位裝置。

3）起升鋼絲繩卷繞驅動 對于單層纏繞卷筒，吊具起升高度與鋼絲繩沿卷筒軸向排列位置有確定的對應關系，據(jù)此利用起升鋼絲繩卷繞驅動位置開關動作，如斷火式起升高度限位裝置。

上述3種方式中，低速軸傳動驅動方式精度高、重復性好、壽命長，采用這種方式的起升高度限位裝置屬于16號文中例外情況；采用其余2種方式由于使用過程中不可避免的碰撞、磨損等原因，可靠性較差，應滿足16號文中雙限位的要求。

1.2 采用傳感器作為檢測元件的起升高度限位裝置

本文所述傳感器，是指其輸入量（如起升位置）與輸出量（如電信號）之間有明確的特性曲線關系，且穩(wěn)定性應達到一定技術要求的傳感器。雖然有些標準中把位置開關（或接近開關）稱為位置傳感器，由于位置開關不能滿足上述要求，在實際使用過程中無法準確且穩(wěn)定的輸出信號，故位置開關不是真正意義上的傳感器。

橋門式起重機起升高度限位裝置通常采用的傳感器有電阻型（如電位器）、光電型（如光電型絕對值編碼器），其驅動方式有高速軸（電動機軸）傳動驅動和低速軸（卷筒軸）傳動驅動。

這類起升高度限位裝置可實時向控制系統(tǒng)反饋吊具高度位置，控制系統(tǒng)可根據(jù)預先設定的起升高度極限值判斷起升高度是否超限，精度高、可靠性好、壽命長，但應用的控制電路較復雜，一般需采用可編程電子控制系統(tǒng)（需驗證性能等級或安全完整性等級），且抗干擾性差、成本高。

1.3 關于傳動式高度限位裝置

16號文中提及的傳動式高度限位裝置目前還沒有準確的定義，本文認為以下幾種形式高度限位裝置屬于傳動式高度限位裝置：

1）將位置開關與傳動機構（螺桿、齒輪、蝸輪蝸桿、凸輪等）組合成行程限位器，再將行程限位器直接或通過萬向節(jié)、鏈條、齒輪連接到起升機構低速軸的高度限位裝置。

2）將本文1.2條所述傳感器直接或通過萬向節(jié)、鏈條、齒輪連接到起升機構低速軸、高速軸的高度限位裝置，或將編碼器碼盤直接安裝在起升機構低速軸、高速軸的高度限位裝置。

2 起升高度限位裝置設置

2.1 基本要求

綜上所述，橋門式起重機常用的起升高度限位裝置有傳動式、重錘式、壓板式、拉繩開關式、斷火式等5種形式，結合JB/T 7688.5—2012《冶金起重機技術條件第5部分：鑄造起重機》等標準要求，16號文實施后，橋門式起重機起升高度限位裝置應滿足表1要求。

對于冶金起重機，標準要求必須通過2種不同形式的起升限位器的設置,雙重保護,提升機械安全性[3]。但從表1中可以看出，16號文中對普通橋門式起重機雙限位控制要求較低，沒有規(guī)定雙限位動作時必須切斷不同級的起升動力源[4]，也沒有明確規(guī)定雙限位不應同時動作，本文重點討論普通橋門式起重機雙限位。

2.2 有關注意事項

2.2.1 接觸式限位開關

使用接觸式限位開關，應采用具有直接斷開（不采用彈簧使觸頭斷開）操作的開關電器。圖1是一種壓板式起升高度限位裝置，吊具起升到一定高度頂起壓板后，壓板推動頂桿向上運動，頂桿再推動推桿向上運動，帶動固定在推桿上的動觸點向上移動，動觸點與靜觸點強制斷開，從而使起升回路斷開，該方式屬于直接斷開。吊具向下運動，離開壓板后，壓板和頂桿在重力作用下向下移動，在復位彈簧作用下，推桿帶動動觸點向下移動直至動觸點與靜觸點閉合。

圖1 壓板式起升高度限位裝置

圖2是一種重錘式起升高度限位裝置，吊具起升到一定高度碰到重錘后，拉繩松弛，頂桿在分斷彈簧的作用下，推動推桿克服閉合彈簧的力向上移動，帶動固定在推桿上的動觸點向上移動，動觸點與靜觸點斷開，從而使起升回路斷開，該方式采用彈簧使觸頭斷開、非直接斷開。吊具向下運動，重錘通過拉繩拉著頂桿克服分斷彈簧的力向下運動，推桿在閉合彈簧作用下，帶動動觸點向下移動直至動觸點與靜觸點閉合。一旦分斷彈簧失效，或動觸點、靜觸點粘連，起升高度限位裝置將失去作用，故采用直接斷開操作開關的起升高度限位裝置比采用彈簧使觸頭斷開操作開關的起升高度限位裝置更可靠。

圖2 重錘式起升高度限位裝置

2.2.2 選型

加裝起升高度限位裝置時，選擇何種形式要考慮以下因素：

1）起升機構形式

對于一體式起升機構（如鋼絲繩電動葫蘆、環(huán)鏈電動葫蘆），由于結構的原因，一般不選用傳動式起升高度限位裝置。鋼絲繩電動葫蘆可采用斷火式、重錘式、壓板式任意2種組合形成雙限位。

對于分組式起升機構，要視設備條件情況，采用傳動式，或者傳動式、重錘式、壓板式、拉繩開關式、斷火式任意2種組合形成雙限位即可。

對于有多套起升機構的起重機，每套起升機構的起升高度限位裝置都應滿足16號文要求。

環(huán)鏈電動葫蘆可采用重錘式、壓板式、自配的限位開關（如果有）任意2種組合形成雙限位。本文認為環(huán)鏈電動葫蘆的安全離合器不滿足起升限位器的定義，不應作為一種起升高度限位裝置。

2）起重機使用工況

加裝起升高度限位裝置不應影響起重機正常使用，為了保證起升高度限位裝置的可靠性，雙限位不應同時動作，為此要考慮加裝起升高度限位裝置后對起升范圍的影響，例如：在原有重錘式起升高度限位裝置基礎上，再加裝壓板式起升高度限位裝置，會使有效的起升范圍減小，影響正常使用。

根據(jù)動作原理，重錘式、壓板式起升高度限位裝置不適用于有下降深度限位要求的場合。

2.2.3 加裝方案

設計在用起重機起升高度限位裝置加裝方案時，除了上述選型因素外，還應考慮：

1）應采用2種不同形式的起升高度限位裝置，采用相異技術可提高系統(tǒng)的安全性。

2）雖然16號文中沒有明確要求，但建議2套起升高度限位裝置不應同時動作，當采用斷火式起升高度限位裝置時，其應后動作。2套起升高度限位裝置分別動作時，應切斷不同級的起升動力源（如起升動力回路、總回路）。采用冗余技術能使電路中單一失效引起危險的可能性減至最小。為了方便應急處置，不論哪一級的起升動力源被切斷后，仍需保留下降方向動力源。

3）可維護性 加裝起升高度限位裝置以后，需方便操作，便于維保人員對雙限位進行日常檢查、維護。為此，加裝方案不僅要包括加裝后的電氣原理圖、還應包括對雙限位進行日常檢查、維護的操作說明。加裝后，使用單位應根據(jù)加裝方案內容，完善相關制度和操作規(guī)程，并對相關人員進行培訓。

2.2.4 加裝起升高度限位裝置的施工類別

在用起重機僅加裝起升高度限位裝置，不論是加裝斷火式起升高度限位裝置，還是其他形式的起升高度限位裝置，只要加裝過程中沒有更換控制系統(tǒng)，施工類別應按照修理進行處理，若干加裝過程中更換了控制系統(tǒng)，施工類別應按照重大修理進行處理。

3 建議

1）目前，很多標準規(guī)定了起升高度限位裝置安全性能要求和控制要求，但缺少起升高度限位裝置統(tǒng)一的術語、型號、技術要求和試驗方法標準。起升高度限位裝置有關一些名詞術語還在沿用傳統(tǒng)的習慣用法，隨著技術的發(fā)展進步，這些術語需要進行規(guī)范表述。例如安裝在起升機構驅動高速軸上，運用減速器的減速比提高精度的新型高度限位器是否屬于傳動式有待明確[5]。

2）現(xiàn)行的標準均要求雙限位動作時應能切斷不同級的起升動力源[6]，但對于第二級限位動作后是否可進行相反方向運動，GB/T 6067.1—2010和GB/T 3811—2008的規(guī)定不完全一致。16號文則完全沒有提及對雙限位的控制要求。不同起重機生產單位、使用單位、檢驗機構對16號文的理解各不相同，執(zhí)行的結果也各不相同，建議各地根據(jù)實際情況出臺補充規(guī)定對雙限位的控制要求予以明確。

3）加裝起升高度限位裝置可有效提高橋門式起重機的本質安全水平，但16號文對加裝起升高度限位裝置后使用管理要求并不明確，需要引起相關單位注意。