橋門式起重機(jī)起升高度限位裝置

劉 兵 蔡大偉 王 亮 程永恒

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 宿遷 223800

0 引言

在起重機(jī)械行業(yè)中，橋門式起重機(jī)起升高度限位裝置是一種比較常見(jiàn)的安全保護(hù)裝置。起升高度限位器又稱上限位,在起重機(jī)防沖頂中屬于重要的安全保護(hù)裝置,其可靠性直接影響起重機(jī)的安全性能[1]。2021年3月9日，市場(chǎng)監(jiān)管總局辦公廳印發(fā)了《市場(chǎng)監(jiān)管總局辦公廳關(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(hào)）（以下簡(jiǎn)稱16號(hào)文），對(duì)橋門式起重機(jī)起升高度限位裝置的設(shè)置提出了新要求。為了更好地貫穿落實(shí)16號(hào)文的要求，本文結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)橋門式起重機(jī)起升高度限位器進(jìn)行討論。

1 起升高度限位裝置結(jié)構(gòu)形式

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

1.1 采用位置開關(guān)作為檢測(cè)元件的起升高度限位裝置

位置開關(guān)一般只有通、斷2種狀態(tài)，當(dāng)?shù)蹙咂鹕揭欢ǜ叨葧r(shí)，觸發(fā)位置開關(guān)使其電氣動(dòng)作，進(jìn)而發(fā)出通或斷信號(hào)（一般是斷）。雖然這類高度限位裝置不能實(shí)時(shí)反映吊具高度位置，但應(yīng)用的控制電路比較簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)的繼電器控制方式就能實(shí)現(xiàn)其功能，且抗干擾性好、成本低。

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

位置開關(guān)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種：

1）低速軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) 一般通過(guò)起升機(jī)構(gòu)卷筒軸帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（螺桿、齒輪、蝸輪蝸桿、凸輪等）驅(qū)動(dòng)位置開關(guān)動(dòng)作。

2）吊具升降驅(qū)動(dòng) 利用升降的吊具驅(qū)動(dòng)位置開關(guān)動(dòng)作，如重錘式、壓板式、拉繩開關(guān)式起升高度限位裝置。

3）起升鋼絲繩卷繞驅(qū)動(dòng) 對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系，據(jù)此利用起升鋼絲繩卷繞驅(qū)動(dòng)位置開關(guān)動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)方式精度高、重復(fù)性好、壽命長(zhǎng)，采用這種方式的起升高度限位裝置屬于16號(hào)文中例外情況；采用其余2種方式由于使用過(guò)程中不可避免的碰撞、磨損等原因，可靠性較差，應(yīng)滿足16號(hào)文中雙限位的要求。

1.2 采用傳感器作為檢測(cè)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(hào)）之間有明確的特性曲線關(guān)系，且穩(wěn)定性應(yīng)達(dá)到一定技術(shù)要求的傳感器。雖然有些標(biāo)準(zhǔn)中把位置開關(guān)（或接近開關(guān)）稱為位置傳感器，由于位置開關(guān)不能滿足上述要求，在實(shí)際使用過(guò)程中無(wú)法準(zhǔn)確且穩(wěn)定的輸出信號(hào)，故位置開關(guān)不是真正意義上的傳感器。

橋門式起重機(jī)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(duì)值編碼器），其驅(qū)動(dòng)方式有高速軸（電動(dòng)機(jī)軸）傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)和低速軸（卷筒軸）傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

這類起升高度限位裝置可實(shí)時(shí)向控制系統(tǒng)反饋吊具高度位置，控制系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)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(zhǎng)，但應(yīng)用的控制電路較復(fù)雜，一般需采用可編程電子控制系統(tǒng)（需驗(yàn)證性能等級(jí)或安全完整性等級(jí)），且抗干擾性差、成本高。

1.3 關(guān)于傳動(dòng)式高度限位裝置

16號(hào)文中提及的傳動(dòng)式高度限位裝置目前還沒(méi)有準(zhǔn)確的定義，本文認(rèn)為以下幾種形式高度限位裝置屬于傳動(dòng)式高度限位裝置：

1）將位置開關(guān)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（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(guò)萬(wàn)向節(jié)、鏈條、齒輪連接到起升機(jī)構(gòu)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(guò)萬(wàn)向節(jié)、鏈條、齒輪連接到起升機(jī)構(gòu)低速軸、高速軸的高度限位裝置，或?qū)⒕幋a器碼盤直接安裝在起升機(jī)構(gòu)低速軸、高速軸的高度限位裝置。

2 起升高度限位裝置設(shè)置

2.1 基本要求

綜上所述，橋門式起重機(jī)常用的起升高度限位裝置有傳動(dòng)式、重錘式、壓板式、拉繩開關(guān)式、斷火式等5種形式，結(jié)合JB/T 7688.5—2012《冶金起重機(jī)技術(shù)條件第5部分：鑄造起重機(jī)》等標(biāo)準(zhǔn)要求，16號(hào)文實(shí)施后，橋門式起重機(jī)起升高度限位裝置應(yīng)滿足表1要求。

對(duì)于冶金起重機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)要求必須通過(guò)2種不同形式的起升限位器的設(shè)置,雙重保護(hù),提升機(jī)械安全性[3]。但從表1中可以看出，16號(hào)文中對(duì)普通橋門式起重機(jī)雙限位控制要求較低，沒(méi)有規(guī)定雙限位動(dòng)作時(shí)必須切斷不同級(jí)的起升動(dòng)力源[4]，也沒(méi)有明確規(guī)定雙限位不應(yīng)同時(shí)動(dòng)作，本文重點(diǎn)討論普通橋門式起重機(jī)雙限位。

2.2 有關(guān)注意事項(xiàng)

2.2.1 接觸式限位開關(guān)

使用接觸式限位開關(guān)，應(yīng)采用具有直接斷開（不采用彈簧使觸頭斷開）操作的開關(guān)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(dòng)頂桿向上運(yùn)動(dòng)，頂桿再推動(dòng)推桿向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定在推桿上的動(dòng)觸點(diǎn)向上移動(dòng)，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)，離開壓板后，壓板和頂桿在重力作用下向下移動(dòng)，在復(fù)位彈簧作用下，推桿帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)向下移動(dòng)直至動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)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?jǐn)鄰椈傻淖饔孟拢苿?dòng)推桿克服閉合彈簧的力向上移動(dòng)，帶動(dòng)固定在推桿上的動(dòng)觸點(diǎn)向上移動(dòng)，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)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(yùn)動(dòng)，重錘通過(guò)拉繩拉著頂桿克服分?jǐn)鄰椈傻牧ο蛳逻\(yùn)動(dòng)，推桿在閉合彈簧作用下，帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)向下移動(dòng)直至動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)閉合。一旦分?jǐn)鄰椈墒В騽?dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)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(guān)的起升高度限位裝置比采用彈簧使觸頭斷開操作開關(guān)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(shí)，選擇何種形式要考慮以下因素：

1）起升機(jī)構(gòu)形式

對(duì)于一體式起升機(jī)構(gòu)（如鋼絲繩電動(dòng)葫蘆、環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆），由于結(jié)構(gòu)的原因，一般不選用傳動(dòng)式起升高度限位裝置。鋼絲繩電動(dòng)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(duì)于分組式起升機(jī)構(gòu)，要視設(shè)備條件情況，采用傳動(dòng)式，或者傳動(dòng)式、重錘式、壓板式、拉繩開關(guān)式、斷火式任意2種組合形成雙限位即可。

對(duì)于有多套起升機(jī)構(gòu)的起重機(jī)，每套起升機(jī)構(gòu)的起升高度限位裝置都應(yīng)滿足16號(hào)文要求。

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

2）起重機(jī)使用工況

加裝起升高度限位裝置不應(yīng)影響起重機(jī)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(yīng)同時(shí)動(dòng)作，為此要考慮加裝起升高度限位裝置后對(duì)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(chǔ)上，再加裝壓板式起升高度限位裝置，會(huì)使有效的起升范圍減小，影響正常使用。

根據(jù)動(dòng)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(chǎng)合。

2.2.3 加裝方案

設(shè)計(jì)在用起重機(jī)起升高度限位裝置加裝方案時(shí)，除了上述選型因素外，還應(yīng)考慮：

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

2）雖然16號(hào)文中沒(méi)有明確要求，但建議2套起升高度限位裝置不應(yīng)同時(shí)動(dòng)作，當(dāng)采用斷火式起升高度限位裝置時(shí)，其應(yīng)后動(dòng)作。2套起升高度限位裝置分別動(dòng)作時(shí)，應(yīng)切斷不同級(jí)的起升動(dòng)力源（如起升動(dòng)力回路、總回路）。采用冗余技術(shù)能使電路中單一失效引起危險(xiǎn)的可能性減至最小。為了方便應(yīng)急處置，不論哪一級(jí)的起升動(dòng)力源被切斷后，仍需保留下降方向動(dòng)力源。

3）可維護(hù)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(duì)雙限位進(jìn)行日常檢查、維護(hù)。為此，加裝方案不僅要包括加裝后的電氣原理圖、還應(yīng)包括對(duì)雙限位進(jìn)行日常檢查、維護(hù)的操作說(shuō)明。加裝后，使用單位應(yīng)根據(jù)加裝方案內(nèi)容，完善相關(guān)制度和操作規(guī)程，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)。

2.2.4 加裝起升高度限位裝置的施工類別

在用起重機(jī)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(guò)程中沒(méi)有更換控制系統(tǒng)，施工類別應(yīng)按照修理進(jìn)行處理，若干加裝過(guò)程中更換了控制系統(tǒng)，施工類別應(yīng)按照重大修理進(jìn)行處理。

3 建議

1）目前，很多標(biāo)準(zhǔn)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(shù)語(yǔ)、型號(hào)、技術(shù)要求和試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。起升高度限位裝置有關(guān)一些名詞術(shù)語(yǔ)還在沿用傳統(tǒng)的習(xí)慣用法，隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，這些術(shù)語(yǔ)需要進(jìn)行規(guī)范表述。例如安裝在起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)高速軸上，運(yùn)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(dòng)式有待明確[5]。

2）現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)均要求雙限位動(dòng)作時(shí)應(yīng)能切斷不同級(jí)的起升動(dòng)力源[6]，但對(duì)于第二級(jí)限位動(dòng)作后是否可進(jìn)行相反方向運(yùn)動(dòng)，GB/T 6067.1—2010和GB/T 3811—2008的規(guī)定不完全一致。16號(hào)文則完全沒(méi)有提及對(duì)雙限位的控制要求。不同起重機(jī)生產(chǎn)單位、使用單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)16號(hào)文的理解各不相同，執(zhí)行的結(jié)果也各不相同，建議各地根據(jù)實(shí)際情況出臺(tái)補(bǔ)充規(guī)定對(duì)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(jī)的本質(zhì)安全水平，但16號(hào)文對(duì)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(guān)單位注意。