李 威 黃 斌 蔣元棟

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

起升高度限位器是防止起重機(jī)械起升機(jī)構(gòu)取物裝置沖頂?shù)闹匾踩Ｗo(hù)裝置,其功能可靠與否將直接影響起重機(jī)械的安全運(yùn)行。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、門(mén)式起重機(jī)使用過(guò)程中,由于起升高度限位器配置不當(dāng)、缺失、損壞和失效等原因引起的事故占比較高。為此,國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局辦公廳于2021年3月10日下發(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),以下簡(jiǎn)稱16號(hào)文）[1]。按照16號(hào)文要求,對(duì)于未配置傳動(dòng)式起升高度限位器的橋、門(mén)式起重機(jī),應(yīng)按時(shí)間節(jié)點(diǎn)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(dá)到提高設(shè)備本質(zhì)安全之目的。以下筆者就常見(jiàn)的起升高度限位器形式、工作原理等,并結(jié)合工作中的實(shí)際問(wèn)題談一下對(duì)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(dòng)式起升高度限位器

傳動(dòng),即機(jī)械之間的動(dòng)力傳遞。所謂起重機(jī)械的傳動(dòng)式起升高度限位器,首先,此類限位器內(nèi)部為機(jī)械傳動(dòng)形式,通常有螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)式、蝸輪蝸桿傳動(dòng)式及齒輪傳動(dòng)式等。其次,限位器的傳動(dòng)端部件（如螺桿、蝸桿或傳動(dòng)軸等）與起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的某一旋轉(zhuǎn)部件（如卷筒軸等）之間通過(guò)聯(lián)軸器、套裝等方式直接剛性連接或通過(guò)齒輪、鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等方式間接柔性連接,以此實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常見(jiàn)的鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)式起升高度限位器。

●1.1.1 螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)式起升高度限位器

螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)式起升高度限位器（以下簡(jiǎn)稱螺桿螺母式限位器）安裝及構(gòu)造圖,見(jiàn)圖1。

圖1 螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)式起升高度限位器

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

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)上升運(yùn)行時(shí),其卷筒軸帶動(dòng)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(dòng),于是限位器的移動(dòng)螺母在導(dǎo)桿的約束作用下向右側(cè)移動(dòng)。當(dāng)?shù)蹙撸ㄈ绲蹉^、抓斗等）到達(dá)上升極限位置時(shí),固定在移動(dòng)螺母上的螺栓碰觸電氣開(kāi)關(guān),于是電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作并切斷上升方向動(dòng)力源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)行。

●1.1.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)式起升高度限位器

蝸輪蝸桿傳動(dòng)式起升高度限位器（以下簡(jiǎn)稱蝸輪蝸桿式限位器）安裝及構(gòu)造圖,見(jiàn)圖2。

圖2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)式起升高度限位器

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

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)上升運(yùn)行時(shí),其卷筒軸以一定方向（從圖2（a）中紅色箭頭方向看為順時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)蝸輪蝸桿式限位器的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng),這時(shí)限位器的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)按一定速比傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)蝸輪（在限位器內(nèi)部）轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)蝸輪軸上的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)蹙叩竭_(dá)上升極限位置時(shí),凸輪碰觸電氣開(kāi)關(guān)（圖中4個(gè)電氣開(kāi)關(guān),一般情況下2個(gè)控制上升方向,另外2個(gè)控制下降方向,具體按圖設(shè)計(jì)接線）,于是電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作并切斷上升方向動(dòng)力源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)行。

●1.1.3 齒輪傳動(dòng)式起升高度限位器

齒輪傳動(dòng)式起升高度限位器（以下簡(jiǎn)稱齒輪傳動(dòng)式限位器）外形及構(gòu)造圖,見(jiàn)圖3。

圖3 齒輪傳動(dòng)式起升高度限位器

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

起升機(jī)構(gòu)工作時(shí),卷筒軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)式限位器的內(nèi)部齒輪減速機(jī)構(gòu)按一定速比傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)限位器齒輪減速機(jī)構(gòu)上的凸輪也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)蹙叩竭_(dá)上升極限位置時(shí),凸輪碰觸電氣開(kāi)關(guān),于是電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作并切斷上升方向動(dòng)力源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)行。

1.2 非傳動(dòng)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(jī)械傳動(dòng)形式,且起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)能始終實(shí)現(xiàn)卷筒與限位器之間動(dòng)力傳遞的起升高度限位器定義為“傳動(dòng)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(dòng)式起升高度限位器”。與傳動(dòng)式起升高度限位器相比,非傳動(dòng)式起升高度限位器最顯著的特點(diǎn)是：當(dāng)?shù)蹙呶吹竭_(dá)上升極限位置時(shí),該限位器始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常見(jiàn)的鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式起升機(jī)構(gòu)的非傳動(dòng)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(jiǎn)稱斷火式限位器）外形及安裝圖,見(jiàn)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(jī)上,其工作系統(tǒng)主要包括導(dǎo)繩器、推桿、撞塊及斷火式限位器4個(gè)功能部件。具體工作原理分析如下：

起升機(jī)構(gòu)作上升方向運(yùn)行時(shí)導(dǎo)繩器由左向右方向水平移動(dòng),當(dāng)?shù)蹉^滑輪組接近上升極限位置時(shí),導(dǎo)繩器開(kāi)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(dòng),從而使推桿推動(dòng)斷火式限位器開(kāi)始進(jìn)入動(dòng)作行程。當(dāng)?shù)蹉^滑輪組再次上升一定距離（CD15-6D型電動(dòng)葫蘆約為600 mm）后,斷火式限位器被推桿推動(dòng)而完全動(dòng)作并切斷起升電機(jī)的兩相動(dòng)力電源（即斷開(kāi)兩相火線,故稱“斷火”）,于是起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)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(jiǎn)稱重錘式限位器）外形及安裝圖,見(jiàn)圖5。

圖5 重錘式起升高度限位器

該限位器由電氣開(kāi)關(guān)、重錘及細(xì)鋼絲3個(gè)部件組成,電氣開(kāi)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(guò)細(xì)鋼絲與電氣開(kāi)關(guān)固定連接。具體工作原理分析如下：

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)作上升方向運(yùn)行且吊鉤滑輪組接近上升極限位置時(shí),吊鉤滑輪組的外殼左側(cè)上部開(kāi)始碰觸重錘并將其向上抬升,此時(shí)電氣開(kāi)關(guān)因細(xì)鋼絲松弛便失去了重錘的拉力而復(fù)位,于是電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作（其常開(kāi)觸頭恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)）并切斷上升方向動(dòng)力源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)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(jiǎn)稱壓板式限位器）外形及安裝圖,見(jiàn)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(kāi)關(guān)、壓板及U形螺栓等部分組成,限位器整體通過(guò)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(dāng)起升機(jī)構(gòu)作上升方向運(yùn)行且吊鉤滑輪組接近上升極限位置時(shí),吊鉤滑輪組的外殼頂部開(kāi)始碰觸壓板并繼續(xù)將其向上頂壓呈水平狀態(tài),此時(shí)電氣開(kāi)關(guān)因受壓板頂壓作用而動(dòng)作（其常閉觸頭斷開(kāi)）并切斷上升方向動(dòng)力源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)行。

2 起升高度限位器的配置

2.1 對(duì)16號(hào)文關(guān)于“雙限位”要求的理解

16號(hào)文要求：對(duì)于未配置傳動(dòng)式起升高度限位器的橋、門(mén)式起重機(jī),應(yīng)按時(shí)間節(jié)點(diǎn)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(dá)到提高設(shè)備本質(zhì)安全之目的。同時(shí),可能考慮傳動(dòng)式起升高度限位器可靠性高、電氣觸頭多、易實(shí)現(xiàn)電氣控制的原因,未對(duì)已配置此類限位器的橋、門(mén)式起重機(jī)提出額外加裝第二套限位器的要求。但值得注意的是,16號(hào)文提出了僅配置非傳動(dòng)式起升高度限位器時(shí)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(rèn)為在提高起升高度限位可靠性方面,對(duì)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(dá)不到預(yù)期效果。例如：若將2個(gè)限位器的電氣觸頭串接在同一斷路裝置中,則當(dāng)該斷路裝置發(fā)生因觸頭粘連等故障而導(dǎo)致通斷功能失效時(shí),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(jìn)設(shè)計(jì)中參照GB/T 6067.1—2010《起重機(jī)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(jī)構(gòu)均應(yīng)裝設(shè)起升高度限位器。當(dāng)取物裝置上升到設(shè)計(jì)規(guī)定的上極限位置時(shí),應(yīng)能立即切斷起升動(dòng)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(dòng)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?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)力源?！蓖瑫r(shí),建議特檢機(jī)構(gòu)在開(kāi)展相關(guān)檢驗(yàn)[5-7]工作時(shí)能關(guān)注確認(rèn)。

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(shí)際加裝過(guò)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(dòng)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(wèn)題。

●2.2.1 加裝重錘式限位器

CD型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆（原配置單一斷火式限位器）加裝重錘式限位器,見(jiàn)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(dòng)葫蘆上加裝一套重錘式限位器,并將其作為第一級(jí)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(jí)限位器（控制起升電機(jī)的兩相動(dòng)力電源,其功能相當(dāng)于電源刀開(kāi)關(guān)）。具體動(dòng)作過(guò)程及保護(hù)原理分析如下：

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)作上升方向運(yùn)行且吊鉤滑輪組到達(dá)第一起升高度設(shè)定位置時(shí),第一級(jí)重錘式限位器動(dòng)作并間接通過(guò)上升接觸器切斷起升電機(jī)的三相動(dòng)力電源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)行。若第一級(jí)重錘式限位器失效（包括上升接觸器主觸頭粘連等原因）導(dǎo)致吊鉤滑輪組繼續(xù)上升到達(dá)極限位置時(shí),第二級(jí)斷火式限位器動(dòng)作并直接切斷起升電機(jī)的兩相動(dòng)力電源,此時(shí)起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)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(dòng)葫蘆（原配置單一斷火式限位器）加裝壓板式限位器,見(jiàn)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(dòng)葫蘆上加裝一套壓板式限位器,并將其作為第一級(jí)限位器,斷火式限位器作為第二級(jí)限位器。對(duì)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(duì)靠下,而重錘式限位器的電氣開(kāi)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(lái)看,當(dāng)?shù)谝患?jí)壓板式限位器失效導(dǎo)致吊鉤滑輪組繼續(xù)上升且未能到達(dá)第二級(jí)斷火式限位器動(dòng)作位置時(shí)（從設(shè)計(jì)考慮,不同等級(jí)的限位器之間應(yīng)保留一定的動(dòng)作距離）,壓板式限位器的部件（包括電氣開(kāi)關(guān)、U形螺栓等）就已經(jīng)卡入滑輪組,這時(shí)有可能造成滑輪破損、滑輪罩殼開(kāi)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(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。反觀圖7中的加裝情況,若第一級(jí)重錘式限位器失效導(dǎo)致吊鉤滑輪組繼續(xù)上升時(shí),重錘能沿起升鋼絲繩（靜繩）向上滑動(dòng)提升,此時(shí)吊鉤滑輪組及起升鋼絲繩等均不會(huì)受損；當(dāng)?shù)竭_(dá)上升極限位置時(shí),第二級(jí)斷火式限位器動(dòng)作并促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)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(duì)原配置為單一斷火式限位器的電動(dòng)葫蘆,加裝重錘式限位器為宜；同時(shí)其他僅配置單一非傳動(dòng)式起升高度限位器的起升機(jī)構(gòu)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,因地制宜選配加裝相應(yīng)形式的限位器。

2.3 對(duì)環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆起升高度限位要求的探討

以環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)的橋、門(mén)式起重機(jī)也較為常見(jiàn),尤其以橋式起重機(jī)居多。部分環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用電氣+機(jī)械方式的起升高度限位來(lái)實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)吊具防沖頂功能,例如KITO、DEMAG及KONECRANES等公司相關(guān)型號(hào)的環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆。下面以KITO公司ER2系列環(huán)鏈電動(dòng)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(dòng)葫蘆的杠桿式起升高度限位器（以下簡(jiǎn)稱杠桿式限位器）,見(jiàn)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(dòng)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(dāng)?shù)蹙叩竭_(dá)上升極限位置時(shí),通過(guò)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(kāi)關(guān)動(dòng)作并切斷上升方向動(dòng)力源,促使起升機(jī)構(gòu)停止上升運(yùn)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(dòng)葫蘆的內(nèi)部構(gòu)造圖及摩擦離合器圖,分別見(jiàn)圖10和圖11。

圖10 ER2系列環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆內(nèi)部構(gòu)造圖

圖11 摩擦離合器

該摩擦離合器為機(jī)械式,亦稱安全離合器,它兼具超載保護(hù)功能。按照生產(chǎn)單位的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)文件說(shuō)明,當(dāng)?shù)蹙叩竭_(dá)上升極限位置時(shí),若上述杠桿式限位器失效等原因?qū)е码妱?dòng)葫蘆可能發(fā)生過(guò)卷時(shí),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(jī)構(gòu)空轉(zhuǎn),此時(shí)的提升動(dòng)力便不能帶動(dòng)負(fù)載滑輪轉(zhuǎn)動(dòng),即吊具無(wú)法繼續(xù)上升,從而起到防止吊具沖頂、保護(hù)電機(jī)以及機(jī)構(gòu)的作用。

按照J(rèn)B/T 5317—2016《環(huán)鏈電動(dòng)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(jī)械或電氣的方法。當(dāng)起重吊鉤上升或下降至極限位置或設(shè)定的位置時(shí),行程限位功能應(yīng)自動(dòng)停止起重吊鉤在原方向上的運(yùn)動(dòng),但并不影響起重吊鉤向相反方向的運(yùn)動(dòng)?！庇纱丝梢?jiàn),將上述機(jī)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(hào)文的要求,因?yàn)?6號(hào)文中提及的限位器均為電氣式限位。

筆者認(rèn)為,若環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆設(shè)置了符合JB/T 5317—2016要求的能夠防止起升機(jī)構(gòu)沖頂?shù)臋C(jī)械式摩擦離合器,則應(yīng)當(dāng)?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(yǔ)

總局辦公廳16號(hào)文對(duì)加強(qiáng)起重機(jī)械使用安全管理具有重要推動(dòng)作用。生產(chǎn)單位應(yīng)考慮不斷提高起重機(jī)械本質(zhì)安全,特檢機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)起升高度限位器的符合性作出確認(rèn),使用單位應(yīng)做好起重機(jī)械日常檢查與維護(hù)保養(yǎng)[9]工作,從而確保起重機(jī)械安全運(yùn)行。