橋、門式起重機起升高度限位器的配置

李 威 黃 斌 蔣元棟

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院蘇州分院 蘇州 215031）

起升高度限位器是防止起重機械起升機構(gòu)取物裝置沖頂?shù)闹匾踩Ｗo裝置,其功能可靠與否將直接影響起重機械的安全運行。根據(jù)近年來特種設(shè)備事故統(tǒng)計和原因分析,在橋、門式起重機使用過程中,由于起升高度限位器配置不當、缺失、損壞和失效等原因引起的事故占比較高。為此,國家市場監(jiān)督管理總局辦公廳于2021年3月10日下發(fā)了《市場監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于開展起重機械隱患排查治理工作的通知》（市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號,以下簡稱16號文）[1]。按照16號文要求,對于未配置傳動式起升高度限位器的橋、門式起重機,應(yīng)按時間節(jié)點要求再安裝（加裝）（以下統(tǒng)稱加裝）一套不同于原配置形式的起升高度限位器,以確保滿足“雙限位”裝置的要求,達到提高設(shè)備本質(zhì)安全之目的。以下筆者就常見的起升高度限位器形式、工作原理等,并結(jié)合工作中的實際問題談一下對配置起升高度限位器的理解。

1 起升高度限位器的形式及其工作原理

1.1 傳動式起升高度限位器

傳動,即機械之間的動力傳遞。所謂起重機械的傳動式起升高度限位器,首先,此類限位器內(nèi)部為機械傳動形式,通常有螺桿螺母傳動式、蝸輪蝸桿傳動式及齒輪傳動式等。其次,限位器的傳動端部件（如螺桿、蝸桿或傳動軸等）與起重機起升機構(gòu)的某一旋轉(zhuǎn)部件（如卷筒軸等）之間通過聯(lián)軸器、套裝等方式直接剛性連接或通過齒輪、鏈輪鏈條傳動機構(gòu)等方式間接柔性連接,以此實現(xiàn)動力傳遞。下面簡單介紹幾種常見的鋼絲繩卷揚式起升機構(gòu)的傳動式起升高度限位器。

●1.1.1 螺桿螺母傳動式起升高度限位器

螺桿螺母傳動式起升高度限位器（以下簡稱螺桿螺母式限位器）安裝及構(gòu)造圖,見圖1。

圖1 螺桿螺母傳動式起升高度限位器

該限位器的內(nèi)部為螺桿螺母傳動形式,螺桿與卷筒軸之間套裝連接以始終實現(xiàn)卷筒與限位器之間的動力傳遞。具體工作原理分析如下：

當起升機構(gòu)上升運行時,其卷筒軸帶動螺桿螺母式限位器的螺桿并按圖1（b）中的紅色箭頭方向轉(zhuǎn)動,于是限位器的移動螺母在導桿的約束作用下向右側(cè)移動。當?shù)蹙撸ㄈ绲蹉^、抓斗等）到達上升極限位置時,固定在移動螺母上的螺栓碰觸電氣開關(guān),于是電氣開關(guān)動作并切斷上升方向動力源,促使起升機構(gòu)停止上升運行。

●1.1.2 蝸輪蝸桿傳動式起升高度限位器

蝸輪蝸桿傳動式起升高度限位器（以下簡稱蝸輪蝸桿式限位器）安裝及構(gòu)造圖,見圖2。

圖2 蝸輪蝸桿傳動式起升高度限位器

該限位器的內(nèi)部為蝸輪蝸桿傳動形式,蝸桿與卷筒軸之間套裝連接以始終實現(xiàn)卷筒與限位器之間的動力傳遞。具體工作原理分析如下：

當起升機構(gòu)上升運行時,其卷筒軸以一定方向（從圖2（a）中紅色箭頭方向看為順時針）轉(zhuǎn)動并帶動蝸輪蝸桿式限位器的蝸桿轉(zhuǎn)動,這時限位器的蝸輪蝸桿機構(gòu)按一定速比傳動運轉(zhuǎn),同時蝸輪（在限位器內(nèi)部）轉(zhuǎn)動并帶動蝸輪軸上的凸輪轉(zhuǎn)動。當?shù)蹙叩竭_上升極限位置時,凸輪碰觸電氣開關(guān)（圖中4個電氣開關(guān),一般情況下2個控制上升方向,另外2個控制下降方向,具體按圖設(shè)計接線）,于是電氣開關(guān)動作并切斷上升方向動力源,促使起升機構(gòu)停止上升運行。

●1.1.3 齒輪傳動式起升高度限位器

齒輪傳動式起升高度限位器（以下簡稱齒輪傳動式限位器）外形及構(gòu)造圖,見圖3。

圖3 齒輪傳動式起升高度限位器

該限位器的內(nèi)部為齒輪傳動形式,限位器上的齒輪與起升機構(gòu)卷筒軸上的齒圈嚙合傳動（圖中略）,以始終實現(xiàn)卷筒與限位器之間的動力傳遞。具體工作原理分析如下：

起升機構(gòu)工作時,卷筒軸轉(zhuǎn)動并帶動齒輪傳動式限位器的內(nèi)部齒輪減速機構(gòu)按一定速比傳動運轉(zhuǎn),同時限位器齒輪減速機構(gòu)上的凸輪也隨之轉(zhuǎn)動。當?shù)蹙叩竭_上升極限位置時,凸輪碰觸電氣開關(guān),于是電氣開關(guān)動作并切斷上升方向動力源,促使起升機構(gòu)停止上升運行。

1.2 非傳動式起升高度限位器

若將上述分析中起升高度限位器的內(nèi)部為機械傳動形式,且起升機構(gòu)工作時能始終實現(xiàn)卷筒與限位器之間動力傳遞的起升高度限位器定義為“傳動式起升高度限位器”,那么不滿足該定義的起升高度限位器則可稱之為“非傳動式起升高度限位器”。與傳動式起升高度限位器相比,非傳動式起升高度限位器最顯著的特點是：當?shù)蹙呶吹竭_上升極限位置時,該限位器始終處于靜止狀態(tài)。下面簡單介紹幾種常見的鋼絲繩卷揚式起升機構(gòu)的非傳動式起升高度限位器。

●1.2.1 斷火式起升高度限位器

斷火式起升高度限位器（以下簡稱斷火式限位器）外形及安裝圖,見圖4。

圖4 斷火式起升高度限位器

斷火式限位器通常安裝固定在起升電機上,其工作系統(tǒng)主要包括導繩器、推桿、撞塊及斷火式限位器4個功能部件。具體工作原理分析如下：

起升機構(gòu)作上升方向運行時導繩器由左向右方向水平移動,當?shù)蹉^滑輪組接近上升極限位置時,導繩器開始碰觸固定在推桿上的撞塊并促使推桿緩慢向右側(cè)移動,從而使推桿推動斷火式限位器開始進入動作行程。當?shù)蹉^滑輪組再次上升一定距離（CD15-6D型電動葫蘆約為600 mm）后,斷火式限位器被推桿推動而完全動作并切斷起升電機的兩相動力電源（即斷開兩相火線,故稱“斷火”）,于是起升機構(gòu)停止上升運行。

●1.2.2 重錘式起升高度限位器

重錘式起升高度限位器（以下簡稱重錘式限位器）外形及安裝圖,見圖5。

圖5 重錘式起升高度限位器

該限位器由電氣開關(guān)、重錘及細鋼絲3個部件組成,電氣開關(guān)通常固定在起升鋼絲繩（靜繩）上,重錘空套在起升鋼絲繩（靜繩）上并通過細鋼絲與電氣開關(guān)固定連接。具體工作原理分析如下：

當起升機構(gòu)作上升方向運行且吊鉤滑輪組接近上升極限位置時,吊鉤滑輪組的外殼左側(cè)上部開始碰觸重錘并將其向上抬升,此時電氣開關(guān)因細鋼絲松弛便失去了重錘的拉力而復(fù)位,于是電氣開關(guān)動作（其常開觸頭恢復(fù)斷開狀態(tài)）并切斷上升方向動力源,促使起升機構(gòu)停止上升運行。

●1.2.3 壓板式起升高度限位器

壓板式起升高度限位器（以下簡稱壓板式限位器）外形及安裝圖,見圖6。

圖6 壓板式起升高度限位器

圖6 壓板式起升高度限位器（續(xù)）

該限位器由電氣開關(guān)、壓板及U形螺栓等部分組成,限位器整體通過U形螺栓固定在起升鋼絲繩（靜繩）上。具體工作原理分析如下：

當起升機構(gòu)作上升方向運行且吊鉤滑輪組接近上升極限位置時,吊鉤滑輪組的外殼頂部開始碰觸壓板并繼續(xù)將其向上頂壓呈水平狀態(tài),此時電氣開關(guān)因受壓板頂壓作用而動作（其常閉觸頭斷開）并切斷上升方向動力源,促使起升機構(gòu)停止上升運行。

2 起升高度限位器的配置

2.1 對16號文關(guān)于“雙限位”要求的理解

16號文要求：對于未配置傳動式起升高度限位器的橋、門式起重機,應(yīng)按時間節(jié)點要求再加裝一套不同于原配置形式的起升高度限位器,以確保滿足“雙限位”裝置的要求,達到提高設(shè)備本質(zhì)安全之目的。同時,可能考慮傳動式起升高度限位器可靠性高、電氣觸頭多、易實現(xiàn)電氣控制的原因,未對已配置此類限位器的橋、門式起重機提出額外加裝第二套限位器的要求。但值得注意的是,16號文提出了僅配置非傳動式起升高度限位器時的數(shù)量和形式要求（即“雙限位”裝置要求）,卻未明確提及相應(yīng)電氣控制要求。筆者認為在提高起升高度限位可靠性方面,對電氣控制的要求[2]是必不可少的。如果忽視電氣控制要求,那么加裝限位器的工作也有可能達不到預(yù)期效果。例如：若將2個限位器的電氣觸頭串接在同一斷路裝置中,則當該斷路裝置發(fā)生因觸頭粘連等故障而導致通斷功能失效時,起升高度限位將仍然失效[3]（具體電氣分析略）。因此,建議在起升高度限位的改進設(shè)計中參照GB/T 6067.1—2010《起重機械安全規(guī)程 第1部分：總則》[4]中9.2.1條關(guān)于起升高度限位器的規(guī)定予以執(zhí)行。即：“起升機構(gòu)均應(yīng)裝設(shè)起升高度限位器。當取物裝置上升到設(shè)計規(guī)定的上極限位置時,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應(yīng)分斷更高一級的動力源。”同時,建議特檢機構(gòu)在開展相關(guān)檢驗[5-7]工作時能關(guān)注確認。

2.2 起升高度限位器形式選配

起升高度限位器形式多樣,在實際加裝過程中具體選配何種形式的限位器尤為關(guān)鍵。下面以目前廣泛使用的CD型鋼絲繩電動葫蘆（原配置單一斷火式限位器）為例,分析選配加裝限位器的形式問題。

●2.2.1 加裝重錘式限位器

CD型鋼絲繩電動葫蘆（原配置單一斷火式限位器）加裝重錘式限位器,見圖7。

圖7 加裝重錘式起升高度限位器

在原配置單一斷火式限位器的CD型鋼絲繩電動葫蘆上加裝一套重錘式限位器,并將其作為第一級限位器（通?？刂粕仙佑|器線圈回路的電源）,斷火式限位器作為第二級限位器（控制起升電機的兩相動力電源,其功能相當于電源刀開關(guān)）。具體動作過程及保護原理分析如下：

當起升機構(gòu)作上升方向運行且吊鉤滑輪組到達第一起升高度設(shè)定位置時,第一級重錘式限位器動作并間接通過上升接觸器切斷起升電機的三相動力電源,促使起升機構(gòu)停止上升運行。若第一級重錘式限位器失效（包括上升接觸器主觸頭粘連等原因）導致吊鉤滑輪組繼續(xù)上升到達極限位置時,第二級斷火式限位器動作并直接切斷起升電機的兩相動力電源,此時起升機構(gòu)停止上升運行,從而防止吊鉤滑輪組沖頂。

●2.2.2 加裝壓板式限位器

CD型鋼絲繩電動葫蘆（原配置單一斷火式限位器）加裝壓板式限位器,見圖8。

圖8 加裝壓板式起升高度限位器

在原配置單一斷火式限位器的CD型鋼絲繩電動葫蘆上加裝一套壓板式限位器,并將其作為第一級限位器,斷火式限位器作為第二級限位器。對比圖7與圖8加裝限位器的情況,壓板式限位器與重錘式限位器的電氣控制原理一致,所不同的是壓板式限位器整體安裝固定在起升鋼絲繩（靜繩）上且位置相對靠下,而重錘式限位器的電氣開關(guān)安裝固定在接近起升鋼絲繩（靜繩）的尾端且重錘空套在鋼絲繩上。由此從圖8加裝情況來看,當?shù)谝患墘喊迨较尬黄魇е碌蹉^滑輪組繼續(xù)上升且未能到達第二級斷火式限位器動作位置時（從設(shè)計考慮,不同等級的限位器之間應(yīng)保留一定的動作距離）,壓板式限位器的部件（包括電氣開關(guān)、U形螺栓等）就已經(jīng)卡入滑輪組,這時有可能造成滑輪破損、滑輪罩殼開裂及起升鋼絲繩折彎等破壞性后果,因而增加了事故隱患和風險點。反觀圖7中的加裝情況,若第一級重錘式限位器失效導致吊鉤滑輪組繼續(xù)上升時,重錘能沿起升鋼絲繩（靜繩）向上滑動提升,此時吊鉤滑輪組及起升鋼絲繩等均不會受損；當?shù)竭_上升極限位置時,第二級斷火式限位器動作并促使起升機構(gòu)停止上升運行,從而防止吊鉤滑輪組沖頂。

● 2.2.3 選配建議

基于以上分析比較,建議對原配置為單一斷火式限位器的電動葫蘆,加裝重錘式限位器為宜；同時其他僅配置單一非傳動式起升高度限位器的起升機構(gòu)也應(yīng)根據(jù)實際情況,因地制宜選配加裝相應(yīng)形式的限位器。

2.3 對環(huán)鏈電動葫蘆起升高度限位要求的探討

以環(huán)鏈電動葫蘆作為起升機構(gòu)的橋、門式起重機也較為常見,尤其以橋式起重機居多。部分環(huán)鏈電動葫蘆產(chǎn)品設(shè)計采用電氣+機械方式的起升高度限位來實現(xiàn)起升機構(gòu)吊具防沖頂功能,例如KITO、DEMAG及KONECRANES等公司相關(guān)型號的環(huán)鏈電動葫蘆。下面以KITO公司ER2系列環(huán)鏈電動葫蘆為例做相應(yīng)分析。

●2.3.1 杠桿式起升高度限位器

KITO公司ER2系列環(huán)鏈電動葫蘆的杠桿式起升高度限位器（以下簡稱杠桿式限位器）,見圖9。

圖9 杠桿式起升高度限位器

該杠桿式限位器為電氣式、非傳動式起升高度限位器,其工作原理類似于前述的壓板式限位器。當?shù)蹙叩竭_上升極限位置時,通過吊具上部的緩沖彈簧或者襯墊將限位桿向上方頂壓,于是安裝在葫蘆本體內(nèi)部的電氣開關(guān)動作并切斷上升方向動力源,促使起升機構(gòu)停止上升運行,從而防止吊具沖頂。

●2.3.2 摩擦離合器

KITO公司ER2系列環(huán)鏈電動葫蘆的內(nèi)部構(gòu)造圖及摩擦離合器圖,分別見圖10和圖11。

圖10 ER2系列環(huán)鏈電動葫蘆內(nèi)部構(gòu)造圖

圖11 摩擦離合器

該摩擦離合器為機械式,亦稱安全離合器,它兼具超載保護功能。按照生產(chǎn)單位的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)文件說明,當?shù)蹙叩竭_上升極限位置時,若上述杠桿式限位器失效等原因?qū)е码妱雍J可能發(fā)生過卷時,吊具緊貼在葫蘆本體底部外殼產(chǎn)生較大的力致使摩擦離合器機構(gòu)空轉(zhuǎn),此時的提升動力便不能帶動負載滑輪轉(zhuǎn)動,即吊具無法繼續(xù)上升,從而起到防止吊具沖頂、保護電機以及機構(gòu)的作用。

按照JB/T 5317—2016《環(huán)鏈電動葫蘆》[8]中5.4.1條規(guī)定：“環(huán)鏈葫蘆應(yīng)具有行程限位功能,可采用機械或電氣的方法。當起重吊鉤上升或下降至極限位置或設(shè)定的位置時,行程限位功能應(yīng)自動停止起重吊鉤在原方向上的運動,但并不影響起重吊鉤向相反方向的運動?！庇纱丝梢?將上述機械式摩擦離合器作為起升高度限位器的一種形式,符合JB/T 5317—2016的要求,但并不符合16號文的要求,因為16號文中提及的限位器均為電氣式限位。

筆者認為,若環(huán)鏈電動葫蘆設(shè)置了符合JB/T 5317—2016要求的能夠防止起升機構(gòu)沖頂?shù)臋C械式摩擦離合器,則應(yīng)當?shù)刃ё鳛槠鹕叨认尬黄鞯囊环N予以考慮,但更有待于商榷。

3 結(jié)束語

總局辦公廳16號文對加強起重機械使用安全管理具有重要推動作用。生產(chǎn)單位應(yīng)考慮不斷提高起重機械本質(zhì)安全,特檢機構(gòu)應(yīng)對起升高度限位器的符合性作出確認,使用單位應(yīng)做好起重機械日常檢查與維護保養(yǎng)[9]工作,從而確保起重機械安全運行。