淺析起重機(jī)起升高度“雙限位”的設(shè)計(jì)方案

陳遲

摘要：起升高度限位器作為起重機(jī)械最重要的安全保護(hù)裝置之一，其目的是為了防止起升機(jī)構(gòu)過卷揚(yáng)而發(fā)生事故，保證起重機(jī)械使用安全。電動葫蘆使用的起升高度限位器由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)損壞和失效等情況，將作業(yè)人員置于危險(xiǎn)之中。文中通過分析國家市場監(jiān)管總局市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文和GB/T 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程》對起升高度限位器的要求，提出適合電動葫蘆的“雙限位”設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：電動葫蘆;起升高度限位器;設(shè)置

Analysis on the Design Scheme of "Double Limit" Crane Lifting Height

CHEN Chi

（ Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute，F(xiàn)uzhou，350008， Fujian ， China）

Abstract： Lifting height limiter is one of the most important safety protection devices for lifting machinery. Its purpose is to prevent accidents caused by hoisting mechanism over winch and ensure the safety of lifting machinery. Due to the structural characteristics of the lifting height limiter used by the electric hoist， there is often damage and failure， which puts the operator in danger. Based on the analysis of the requirements of lifting height limit device in the document NO. 2021 issued by the municipal Supervision of the State Administration for Market Regulation and the GB/T 6067.1-2010 Safety Regulations for Hoisting Machinery， a "double limit" design scheme suitable for electric hoist is proposed in this paper.

Key Words： Electric hoist; Lift height limiter; Set up

1引言

起重機(jī)械作為一種重要的生產(chǎn)工具，能夠減輕勞動者工作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。對于額定起重量不大，工作級別不高的橋門式起重機(jī)械，常以電動葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在電動葫蘆的故障中，起升高度限位器的損壞和失效問題占有很大的比例，對電動葫蘆的使用安全造成極大的影響。文中以電動葫蘆為例，分析起重機(jī)第二級起升高度限位器的設(shè)置方式。

2 現(xiàn)有電動葫蘆起升高度限位器使用及

缺陷分析

2.1斷火式限位器

斷火式限位器是電動葫蘆中最常用的高度限位器，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，由斷火器開關(guān)、限位滑桿、上限位擋塊、下限位擋塊、導(dǎo)繩器組成。起升機(jī)構(gòu)上下移動時(shí)，導(dǎo)繩器隨著鋼絲繩纏繞方向左右移動，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行到上下極限位置時(shí)，導(dǎo)繩器推動安裝在限位滑桿上的上下限位擋塊使滑桿滑動，從而帶動接在電動葫蘆起升主回路中的斷火器開關(guān)觸點(diǎn)通斷，來分別通斷起升電機(jī)的上下動作，常見的接線方式見圖2。

斷火式限位器使用簡單機(jī)構(gòu)就實(shí)現(xiàn)了上下限位功能，且是使用安全開關(guān)的方式強(qiáng)制切斷主回路的動力電源，即使存在接觸器觸點(diǎn)粘連的情況也能斷開。該結(jié)構(gòu)看似十分完美，但在實(shí)際使用過程中卻出現(xiàn)了許多問題。其功能失效的原因主要有三個(gè)方面：

（1）導(dǎo)繩器損壞、脫落

導(dǎo)繩器作為限位器最重要的觸發(fā)裝置卻是一個(gè)極其易損的部件，由于其本身的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)原因，容易因歪拉斜吊產(chǎn)生損壞或脫落。一旦導(dǎo)繩器損壞，斷火器開關(guān)將無法被觸發(fā)，導(dǎo)致高度限位功能失效。

（2）限位擋塊位置偏移

由于使用場所廠房的高度不相同，為盡可能利用葫蘆的起升高度，則要求高度限位器能夠?qū)崿F(xiàn)微度可調(diào)。因此限位擋塊使用螺栓固定在限位滑桿上，長期使用會導(dǎo)致限位擋塊松動偏移，將導(dǎo)致起升高度超過設(shè)定值，出現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)過卷揚(yáng)，使吊鉤滑輪撞擊到葫蘆外殼而發(fā)生事故。

（3）斷火器開關(guān)損壞

斷火器開關(guān)內(nèi)的觸點(diǎn)是直接分?jǐn)嘀麟娐啡嚯娭械膬上?，但由于主電路的電流較大，導(dǎo)致斷火器開關(guān)的使用壽命并不高，經(jīng)常會出現(xiàn)觸點(diǎn)燒毀的現(xiàn)象，設(shè)備不能正常使用。

2.2斷控式限位器

對于起重量大于10t的電動葫蘆，由于主電路工作電流的增大，常選用斷控式限位器作為電動葫蘆的起升高度限位裝置。

斷控式限位器的組成結(jié)構(gòu)與斷火式相同，區(qū)別在于其開關(guān)盒內(nèi)的2個(gè)微動開關(guān)未接在起升主電路中，而是分別串接在控制電路的起升和下降接觸器回路中，由于控制電路中的電流較小，觸點(diǎn)的故障率大大降低。但是斷控式限位器仍是使用導(dǎo)繩器與限位擋塊的推拉結(jié)構(gòu)觸發(fā)開關(guān)動作，因此在導(dǎo)繩器損壞或擋塊位置偏移時(shí)，依然無法保證限位裝置的有效性，且當(dāng)起升或下降接觸器觸點(diǎn)出現(xiàn)粘連時(shí)，高度限位器也會隨之失效。

3 電動葫蘆第二級起升高度限位器的

設(shè)置方法

當(dāng)前電動葫蘆的起升高度限位器可靠性不高，如何保證葫蘆的使用安全是一個(gè)亟需解決的問題。國家市場監(jiān)管總局在2021年3月發(fā)布的市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文中提出要求：“除安裝了傳動式高度限位裝置的起重機(jī)外，其余新出廠的橋、門式起重機(jī)，自2021年5月1日起應(yīng)當(dāng)同時(shí)安裝兩種不同形式的高度限位裝置，如重錘式、斷火式、壓板式高度限位器等任意兩種。對于在用的橋、門式起重機(jī)，須在2022年3月31日前加裝一套不同于原配置形式的高度限位裝置?！?/p>

上述文件僅要求了第二級限位的形式，并未對其安裝方式作出規(guī)定，但是在GB/T 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程》中對第二級起升高度限位器的設(shè)置有以下要求：

（1）當(dāng)取物裝置上升到設(shè)計(jì)規(guī)定的上極限位置時(shí)，第一級起升高度限位器應(yīng)能立即切斷起升動力源。在此極限位置的上方，還應(yīng)留有足夠的空余高度，以適應(yīng)上升制動行程的要求。在特殊情況下，如吊運(yùn)熔融金屬，還應(yīng)裝設(shè)防止越程沖頂?shù)牡诙壠鹕叨认尬黄?，第二級起升高度限位器?yīng)分?jǐn)喔咭患壍膭恿υ础?/p>

（2）第一級起升高度限位器切斷起升動力源后，仍可進(jìn)行下降方向運(yùn)動。

（3）第二級起升高度限位器動作后，設(shè)備應(yīng)停止運(yùn)行，待檢修人員手動恢復(fù)后方可繼續(xù)使用。

下文以采用斷火式限位器作為第一級限位，重錘式限位器作為第二級限位裝置的電動葫蘆為例，結(jié)合市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文和GB/T 6067.1-2010的要求，找到最適合電動葫蘆的“雙限位”設(shè)計(jì)方案。

3.1重錘式限位器觸點(diǎn)串接在起升接觸器回路中

如圖3所示，將重錘式限位器的開關(guān)觸點(diǎn)SQ2串接在起升接觸器KM11線圈上方。設(shè)備啟動后，按住起升按鈕SB1，起升接觸器線圈KM11得電，主電路KM11常開觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，起升機(jī)構(gòu)向上運(yùn)行。當(dāng)導(dǎo)繩器接觸到上限位擋塊時(shí)，斷火限位器觸點(diǎn)SQ1斷開，起升機(jī)構(gòu)停止上升。若斷火限位失效，起升機(jī)構(gòu)將繼續(xù)上升，觸碰到重錘后，重錘觸點(diǎn)SQ2斷開，起升接觸器KM11線圈失電，主電路KM11常開觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)失電，起升機(jī)構(gòu)停止上升。

此方案雖然滿足了市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文的要求，但卻存在以下缺點(diǎn)：

（1）重錘限位與斷火限位均是控制起升回路，當(dāng)起升接觸器粘連時(shí)，重錘限位也會失去作用。

（2）在重錘限位觸發(fā)后，仍然可以控制起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行，這使得操作人員難以發(fā)現(xiàn)斷火限位器已經(jīng)失效，提醒維修人員及時(shí)進(jìn)行維修更換。

3.2重錘式限位器觸點(diǎn)串接在總接觸器回路中

如圖4所示，重錘式限位器的SQ2觸點(diǎn)與總接觸器線圈KM1串接。當(dāng)重錘觸發(fā)后，KM1線圈失電，主電路KM1常開觸點(diǎn)斷開，切斷電機(jī)電源。此時(shí)起升機(jī)構(gòu)既無法繼續(xù)上升也無法下降。只有專業(yè)人員對重錘限位進(jìn)行復(fù)位后才能繼續(xù)操作。但是電動葫蘆一般使用線控手柄或遙控器控制，通常情況沒有設(shè)置固定的檢修平臺，操作人員很難到達(dá)重錘位置進(jìn)行復(fù)位，而重物長期懸掛半空不但影響了生產(chǎn)效率，也對現(xiàn)場安全造成一定的影響。所以此方案雖然滿足了市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文和GB/T 6067.1中第二級限位器的要求，卻對實(shí)際使用造成不便。

3.3重錘式限位器觸點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)起升接觸器常閉觸點(diǎn)再串接在總接觸器回路中

此方案是對上一方案的改進(jìn)，將重錘式限位器觸點(diǎn)SQ2與起升接觸器常閉輔助觸點(diǎn)KM11（7，9）并聯(lián)后，再與總接觸器線圈KM1串接，如圖5所示。當(dāng)重錘觸發(fā)，總接觸器KM1線圈失電后，只需要再按下一次啟動按鈕ON，就能通過KM11（7，9）觸點(diǎn)重新使KM1線圈得電，啟動設(shè)備。然后按住下降按鈕SB2就能讓起升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行，釋放重物。若此時(shí)按下上升按鈕SB1，起升接觸器線圈KM11得電，常閉觸點(diǎn)KM11（7，9）斷開，再一次切斷總接觸器回路，避免了重物處于上極限位置時(shí)由于誤操作導(dǎo)致重物進(jìn)一步提升的情況。這種設(shè)計(jì)簡化了重錘限位觸發(fā)后復(fù)位的過程，但由于只需要再按一次啟動按鈕就能重啟設(shè)備，且起升機(jī)構(gòu)下降離開上極限位置后起重機(jī)便可以繼續(xù)正常使用，所以依然存在操作人員忽略斷火限位器已經(jīng)損壞，導(dǎo)致斷火器不能及時(shí)得到維修的可能。

3.4重錘式限位器觸點(diǎn)串接在總接觸器自鎖回路中

如圖6所示，將重錘式限位器觸點(diǎn)SQ2與總接觸器自鎖觸點(diǎn)KM1（11，7）串接。重錘限位觸發(fā)后，SQ2觸點(diǎn)斷開，切斷總接觸器KM1自鎖回路，KM1線圈失電，主電路KM1常開觸點(diǎn)斷開，起重機(jī)停止運(yùn)行。此時(shí)按下啟動按鈕ON，KM1線圈能夠恢復(fù)得電，但是由于自鎖回路被SQ2切斷，無法實(shí)現(xiàn)自鎖功能，當(dāng)放開啟動按鈕ON時(shí)，總接觸器KM1回路將再次斷開，設(shè)備不能正常工作。這個(gè)現(xiàn)象能夠明確告知操作人員起重機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)故障，需要通知維修人員進(jìn)行修理。當(dāng)維修人員到達(dá)現(xiàn)場后，只需要同時(shí)按壓住啟動按鈕ON和下降按鈕SB2便可將重物下放至地面，保證現(xiàn)場安全。在啟動按鈕ON下方串接一個(gè)起升接觸器常閉輔助觸點(diǎn)KM11（9，7），能夠避免維修人員準(zhǔn)備下放重物時(shí)，由于失誤同時(shí)按下了啟動按鈕ON和起升按鈕SB1，導(dǎo)致重物在上極限位置繼續(xù)向上沖頂?shù)那闆r。

這個(gè)設(shè)計(jì)方案不僅能夠同時(shí)滿足市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文和GB/T 6067.1-2010的要求，而且能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)第一級高度限位已經(jīng)失效。同時(shí)針對電動葫蘆的使用情況，還簡化了第二級限位動作后的復(fù)位方式，避免了因重物長時(shí)間置于高空對現(xiàn)場安全的影響，是目前最適合電動葫蘆的“雙限位”設(shè)計(jì)方案。

3.5使用斷控式限位器的電動葫蘆二級

限位器設(shè)置方式

斷控式限位器與斷火式限位器的區(qū)別僅在于開關(guān)觸點(diǎn)的安裝位置，因此對于使用斷控式限位器作為第一級限位裝置的電動葫蘆，其二級限位器可采用相同的設(shè)置方法，如圖7所示，將二級限位開關(guān)觸點(diǎn)SQ3與總接觸器自鎖觸點(diǎn)KM1（11，7）串接，并在啟動按鈕ON下方串接一個(gè)起升接觸器常閉輔助觸點(diǎn)KM11（9，7），達(dá)到提高使用安全及維修便利的目的。

4 結(jié)語

文中通過介紹電動葫蘆常用的起升高度限位器及存在的缺陷，明確了增設(shè)第二級高度限位器的必要性，結(jié)合市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號文和GB/T 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程》中對第二級高度限位器的要求及現(xiàn)場使用條件，通過分析對比4種常見的第二級起升高度限位器設(shè)置方法，優(yōu)化電動葫蘆使用的“雙限位”設(shè)計(jì)方案，消除潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，確保起重機(jī)械安全使用。

參考文獻(xiàn)

[1]國家市場監(jiān)督管理總局辦公廳關(guān)于開展起重機(jī)械隱患排查治理工作的通知（市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號）[Z].

[2]起重機(jī)械安全規(guī)程 第一部分：總則：GB/T 6067.1-2010[S].