淺談兩套起升高度限制器的合理性設(shè)置

趙西城 李培峨

（煙臺(tái)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 煙臺(tái) 265508）

2021年3月國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局下發(fā)了《市場(chǎng)監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于開(kāi)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(hào)）文件，該通知中明確了“根據(jù)近年來(lái)特種設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)和原因分析，在橋式、門式起重機(jī)使用過(guò)程中，由于高度限位裝置的配置不當(dāng)、缺失、損壞和失效等原因引起的事故所占比例較高”的特點(diǎn)，提出了橋式和門式起重機(jī)應(yīng)增加“雙限位”裝置的要求［1］。本文對(duì)橋門式起重機(jī)加裝“雙限位”的結(jié)構(gòu)形式和電路進(jìn)行分析，針對(duì)不同形式接入的優(yōu)缺點(diǎn)，提出更為可靠的“雙限位”接入線路，從根本上徹底解決和消除由于高度限位器失效產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)或發(fā)生事故。

1 常見(jiàn)的幾種高度限位器形式

首先起重機(jī)械的高度位置限制器的主要形式有斷火器式、重錘式、壓板式、齒輪齒條式和蝸輪蝸桿傳動(dòng)式等這幾種形式。

1.1 斷火器式高度位置限制器

該種位置限制器通常使用在以電動(dòng)葫蘆為起升機(jī)構(gòu)的輕小型起重機(jī)械中，電機(jī)功率較小，主要是通過(guò)切斷電動(dòng)機(jī)電源的斷火器作為高度位置限制器使用。常見(jiàn)的起重機(jī)品種有電動(dòng)單梁橋門式起重機(jī)、電動(dòng)懸掛起重機(jī)、雙梁葫蘆橋門式起重機(jī)等。斷火器的工作原理是當(dāng)斷火器的推桿向右移動(dòng)時(shí)，斷開(kāi)斷火器的觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)4以及觸點(diǎn)5和觸點(diǎn)6的連接，此時(shí)斷火器中的三相電源被切斷其中的二相電源，正向電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)推桿向左推動(dòng)時(shí)，斷開(kāi)斷火器的觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2以及觸點(diǎn)7和觸點(diǎn)8的連接，此時(shí)斷火器中的三相電源被切斷其中的二相電源，反向電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。斷火器作為高度限位器的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示。

圖1 斷火器的結(jié)構(gòu)及接線

在橋門式起重機(jī)中其工作原理是通過(guò)電動(dòng)葫蘆的導(dǎo)繩器向右移動(dòng)時(shí)通過(guò)推動(dòng)推桿SQ1并控制斷火器，使斷火器中接入上升電路中的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得電動(dòng)機(jī)停止向上運(yùn)轉(zhuǎn)，起到上升位置限制作用的安全保護(hù)裝置。當(dāng)按下上升按鈕S1時(shí)，KM3線圈得電，KM3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)得電向上運(yùn)行，當(dāng)導(dǎo)繩器推動(dòng)推桿運(yùn)行至斷火器SQ1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，切斷電動(dòng)機(jī)的L1和L2動(dòng)力電源，電動(dòng)機(jī)M2實(shí)現(xiàn)停止轉(zhuǎn)動(dòng)［2］。斷火式位置限制器電路接線如圖2所示。

圖2 斷火式位置限制器電路接線圖

1.2 重錘式高度位置限制器

常見(jiàn)于中、重型橋式和門式起重機(jī)上，也有部分無(wú)導(dǎo)繩器的電動(dòng)葫蘆起重機(jī)及其他起重機(jī)采用這種形式的高度限位裝置。其結(jié)構(gòu)是在重錘的另一端掛一個(gè)由吊鉤滑輪組可碰觸的擋塊裝置，在正常工作狀態(tài)時(shí)，擋塊依靠自身的重力拉動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，使限位開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。在非正常工作時(shí)，擋塊失去重力時(shí)，限位開(kāi)關(guān)在另一側(cè)重力和彈簧的作用下，使觸點(diǎn)斷開(kāi)。在接入電路時(shí)，常閉觸點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)串接在起升電路中，用于控制起升接觸器的電磁線圈。當(dāng)滑輪組碰觸到擋塊裝置時(shí)，限位開(kāi)關(guān)在自身重力和彈簧作用下斷開(kāi)觸點(diǎn)，切斷起升回路的接觸器線圈，電機(jī)停止上升。如圖3所示，在電機(jī)向上運(yùn)行時(shí)，由K1和主令控制器的觸點(diǎn)接通上升回路，電機(jī)上行，當(dāng)運(yùn)行至高度位置限制處，在重力和彈簧作用下常閉觸點(diǎn)K1斷開(kāi)時(shí)，上升接觸器線圈ZC失電，電機(jī)斷電停止運(yùn)行［3］。

圖3 重錘式位置限制器電路接線圖

1.3 壓板式高度位置限制器

可用于葫蘆橋、門式起重機(jī)上，也可應(yīng)用于通用橋、門式起重機(jī)上，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的起重機(jī)械上使用的較少，國(guó)外部分起重機(jī)采用該種結(jié)構(gòu)，如韓國(guó)生產(chǎn)的星都電動(dòng)葫蘆和半島電動(dòng)葫蘆。其工作原理與國(guó)內(nèi)的重錘式相似，但其控制電路與常見(jiàn)的控制接線方式不同。其實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示。

圖4 韓國(guó)產(chǎn)星都葫蘆壓板式位置限制器結(jié)構(gòu)圖

圖5 韓國(guó)產(chǎn)半島葫蘆壓板式位置限制器結(jié)構(gòu)圖

1.4 齒輪或蝸輪蝸桿傳動(dòng)式高度位置限制器

該種形式的高度限位一般常見(jiàn)于大于20 t及以上的起重機(jī)械中，由于其工作可靠性較高，本次專項(xiàng)整治不包括該種形式的起重機(jī)械。其工作原理是通過(guò)齒輪或蝸輪蝸桿傳動(dòng)控制凸輪（或滑塊）斷開(kāi)或接通觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)起升電路的控制。其原理如圖6所示。

圖6 齒輪齒條傳動(dòng)式位置限制器原理圖

2 常見(jiàn)的高度位置限制器接線形式

以上是幾種常見(jiàn)的高度位置限制器的結(jié)構(gòu)形式，下面分析不同形式的接線及優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 直接切斷動(dòng)力回路

對(duì)于斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力回路的斷火器，由于其切斷的為電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力回路，理論上講這種形式較為可靠，但對(duì)于大功率的電機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)的工作電流較大，易燒蝕觸點(diǎn)，其可靠性大幅降低，故這種限位方法只適用于輕小型起重機(jī)上。同時(shí)由于導(dǎo)繩器受歪拉斜吊造成部件的損壞，極易造成高度位置限制器的失效。加裝后的控制接線有2種形式，第1種形式為在上升電路的控制電路中串入加裝后的位置限制器常閉觸點(diǎn)SQ2，通過(guò)斷開(kāi)上升接觸器的線圈，使電動(dòng)機(jī)失去動(dòng)力電源。如圖7所示。

圖7 上升回路中串接位置限制器觸點(diǎn)

第2種方法是接到起重機(jī)的控制主回路中，在控制主回路中串入第二套位置限制器的常閉觸點(diǎn)SQ3，當(dāng)位置限制器觸點(diǎn)SQ3動(dòng)作后，起重機(jī)的控制電路全部失電，必須人為使觸點(diǎn)閉合才能恢復(fù)起重機(jī)控制電路的正常供電。如圖8所示。

圖8 控制主回路中串接位置限制器觸點(diǎn)

2.2 直接切斷起升控制回路

對(duì)于中大型起重機(jī)械常采用凸輪或主令控制，由于只有一套高度限位器，在使用過(guò)程中重錘式或壓板式存在的鉸接處銹蝕、卡阻、觸點(diǎn)粘連和彈簧失效等原因，也是這次要求加裝第二套高度限位的原因。其接線形式有2種，第1種是將第二套限位的常閉觸點(diǎn)K2通過(guò)中間繼電器JD1接入電路中，通過(guò)繼電器的常閉觸點(diǎn)JD1接入上升回路，用于控制上升回路的接觸器，如圖9所示。

圖9 上升回路中串接第二套位置限制器

第2種接線形式是將第二套限位器的常閉觸點(diǎn)K2接入1個(gè)中間繼電器JD2接入電路，將繼電器的常閉觸點(diǎn)JD2接入控制電路的主回路中，當(dāng)?shù)诙紫尬黄鞯某ｉ]觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，必須采用人工復(fù)位的方法才能使起重機(jī)得電運(yùn)行，如圖10所示。

圖10 控制主回路中串接第二套位置限制器

對(duì)于第4種形式的齒輪或蝸輪蝸桿傳動(dòng)式高度限位器由于其工作的可靠性較高，這里就不再討論。

3 對(duì)常見(jiàn)接線形式的分析

通過(guò)對(duì)斷火式和重錘式（含壓板式）位置限制器加裝第二套時(shí)存在的不同接線形式做以下討論：

第1種接線形式是在起升回路中串入第二套限位的常閉觸點(diǎn)，如圖7中的SQ2觸點(diǎn)和圖9中的中間繼電器的JD1觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行控制的方式。這種接線方式比較簡(jiǎn)單，但存在著同一個(gè)缺點(diǎn)，就是在工作和檢查中很難發(fā)現(xiàn)其中的某一套限位器失效，也不能正確判斷是哪一套限位器動(dòng)作。圖7中接入的SQ2觸點(diǎn)和圖9中接入的JD1觸點(diǎn)，雖然都能夠滿足TSG Q0002—2008 《起重機(jī)械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——橋式起重機(jī)》中第七十條對(duì)雙限位的要求，即規(guī)定“應(yīng)當(dāng)設(shè)置不同形式的上升極限位置的雙重限位器，并且能夠控制不同的斷路裝置”的要求[4]，但當(dāng)其中的一套限位器失效時(shí)并不能夠發(fā)現(xiàn)這種隱患和風(fēng)險(xiǎn)，如果此時(shí)第二套限位器也發(fā)生了失效時(shí)，事故就不可避免地發(fā)生了，這就失去了加裝第二套高度限位器的意義。正是由于這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)存在，這種接線方式是不科學(xué)的，不能滿足對(duì)事故和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防。

下面分析第2種接線方式，即加裝后的第二套限位器的觸點(diǎn)接入控制電路的主回路中，如圖8中SQ3觸點(diǎn)和圖10中的JD2觸點(diǎn)接線方式。這種接線方式是在控制的主回路中串入第二套高度位置限制器的常閉觸點(diǎn)或通過(guò)中間繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)?shù)诙紫尬谎b置動(dòng)作時(shí)，切斷控制主回路的電源，這時(shí)起重機(jī)的控制回路失電，各機(jī)構(gòu)均停止工作，需要人為地恢復(fù)該位置限制器的觸點(diǎn)，同時(shí)由于該觸點(diǎn)的動(dòng)作，也可以判斷出第一套限位器處于失效狀態(tài)。這樣在人為恢復(fù)過(guò)程中，同時(shí)也對(duì)第一套限位器進(jìn)行檢查和修復(fù)，可消除兩套高度位置限制器同時(shí)失效帶來(lái)的事故隱患。由此，通過(guò)人為復(fù)位過(guò)程與修復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)起升高度位置限制的本質(zhì)安全，更為合理。

4 實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的接線方式

通過(guò)以上分析，可以得出結(jié)論，在加裝第二套限位器時(shí)，應(yīng)將其常閉觸點(diǎn)串入控制電路的主回路中，當(dāng)?shù)诙紫尬黄鲃?dòng)作時(shí)，必須通過(guò)人為恢復(fù)才能使起重機(jī)械正常供電，通過(guò)人為恢復(fù)且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除第一套限位器的失效，從而消除了起重機(jī)械由于高度限位器失效帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和事故隱患。此種線路圖8和圖10中的高度位置限制器觸點(diǎn)的接入，韓國(guó)產(chǎn)的半島葫蘆其接線形式原理也是采用這種。其特點(diǎn)是既能滿足TSG Q0002—2008中對(duì)雙限位的要求，即規(guī)定“應(yīng)當(dāng)設(shè)置不同形式的上升極限位置的雙重限位器，并且能夠控制不同的斷路裝置”的要求，同時(shí)也滿足GB/T 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》中9.2.1中規(guī)定的“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?jí)起升高度限位器，第二級(jí)起升高度限位器應(yīng)分?jǐn)喔咭患?jí)的動(dòng)力電源”的要求［5］。在本質(zhì)上真正實(shí)現(xiàn)消除由于過(guò)起升而造成的事故隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，對(duì)于目前正在加裝的第二套高度位置限制器的制造、修理和檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械的本質(zhì)安全是十分重要的，不同的接線形式會(huì)取得不同的安全效果，在滿足“應(yīng)當(dāng)設(shè)置不同形式的上升極限位置的雙重限位器，并且能夠控制不同的斷路裝置”的要求的同時(shí)，也要滿足“第二級(jí)起升高度限位器應(yīng)分?jǐn)喔咭患?jí)的動(dòng)力電源”的要求，這是制造、維修和檢驗(yàn)人員在實(shí)施加裝過(guò)程中的重點(diǎn)。通過(guò)科學(xué)地接入控制回路，大幅度降低起重機(jī)械安全生產(chǎn)事故，這將對(duì)提升起重機(jī)械安全水平產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。