起升高度限制器的技術發展與管理

1 概述

隨著現代工業企業的生產和建設需要，起重機械已廣泛應用于國民經濟建設的各個領域和部門，是實現工業生產及工藝過程機械化不可缺少的重要設備。由于其工作性質決定，根據《特種設備安全監察條例》的規定，起重機械又是危險性較大、容易發生事故的特種設備。在生產作業過程中，起重機械能夠安全地運行，是使用者最關心的問題。目前，各種類型的起重機都安裝了各類安全防護裝置，保證了起重機的安全運行。

起升高度限制器是安全防護裝置的一種。其作用是當吊具上升至最高極限位置時，自動切斷起升的動力源，卷筒停止轉動，使吊具不再繼續升高，避免吊具與橫梁（臂架）相撞；當吊具下降至最低極限位置時，自動切斷下降動力源，卷筒停止轉動，使吊具不再繼續下降，以保證鋼絲繩在卷筒上的纏繞圈數不少于設計規定的圈數。通俗地講，只要是起升高度限制器的功能正常，司機就是想把吊具升降到極限以外的高度，都不能做到，從而實現了起重機吊具在起升高度變化中的安全保護。為了保證起升高度限制器的動作可靠性，使用者應對其進行檢查、維修、保養，嚴格按起重機操作規程作業。以下事故案例應當引起人們足夠的重視。

事例一：1988年11月29日，某廠電爐加料起重機主鉤沖頂，拉斷鋼絲繩，吊鉤墜落砸死一人。事故原因：一是管理部門未按規定進行定期檢查，司機未按規定進行作業前的功能試驗；二是當主鉤起升到位后，司機雖然將主鉤控制手柄拉到零位，但動作不準確，控制手柄又從零位滑移，造成主鉤繼續上升；三是因主鉤起升高度限制器的觸頭發生粘連，使限制器失效，作業前又沒有進行功能試驗，導致主鉤繼續上升沖頂。

事例二：1989年1月5日，某鋼管廠電爐車間在用橋式起重機吊鋼錠模時，造成吊鉤沖頂，拉斷鋼絲繩，吊鉤組墜落砸死一人。事故原因：一是司機誤操作，將吊鉤下降誤操作為上升而又沒有及時停車；二是限制器失效，作業前沒有進行功能試驗。

以上兩個事故案例的共同問題都是與起升高度限制器的可靠性直接有關的，如何從這些機損人亡，以鮮血和生命為代價的事故中吸取經驗教訓，預防類似事故的重復發生，是需要人們深思的。首先應當對起升高度限制器從設計的角度進行考慮，設計出功能完善，動作更加可靠的裝置，提高其本質安全性。

2 起升高度限制器的主要形式

目前，比較廣泛使用的起升高度限制器有兩種，即重錘式和傳動式。

重錘式起升高度限制器保護作用的實現：當吊具上升到上極限位置時，吊具的上端面將繩錘向上抬起，限制器在其本身構造的不平衡力作用下，限制器的轉臂向下轉動，帶動開關軸，使開關內的動觸頭與靜止觸頭脫離，切斷起升機構的控制電源，使起升動作停止。此時，起升機構只能做下降運動。該型式起升高度限制器在80年代中期以前生產的橋門式起重機上應用的較多。其缺點：一是限制器的構造空間體積大，安裝部位受限制。二是繩錘容易與起升鋼絲繩發生纏繞，造成停車故障。三是在大車小車運行時，繩錘容易發生振動搖擺，使保護動作失效。四是由于安裝部位的特殊性，保養維修困難。五是在多粉塵的環境下、潤滑油容易變質，動作不可靠。

傳動式起升高度限制器有兩種，即螺桿式、蝸輪蝸桿式。

螺桿式高度限制器保護作用的實現：起升卷筒軸轉動，帶動螺桿轉動，移動螺母在殼體內滑動，頂桿抵壓或松開限位開關，使限位開關處于常閉或常開狀態，實現其保護功能。該型式的起升高度限制器在部分類型的起重機如：橋門式起重機，門座式起重機等都有應用。其缺點：一是調整限制高度范圍的操作繁瑣，調整固定螺帽易松動；二是螺桿螺紋易磨損；三是密封墊圈易老化損壞，造成漏油；四是有的限制器只能限制一個方向的極限位置；五是進行維護保養不方便。

蝸輪蝸桿式高度限制器保護作用的實現：起升卷筒軸帶動限制器的主軸轉動，通過變速齒輪組帶動凸輪軸轉動，轉動到調定位置，凸輪與微動開關的滾子觸點相抵壓或松開，完成起升系統電源的切斷或導通。

該產品的優點：結構緊湊，動作精度高，安裝與調整方便，對工作的環境條件要求不高，動作可靠，故障率較低。

蝸輪蝸桿式高度限制器是目前市場上的主導產品。產品經過多年的技術改進及吸收國外先進技術，使其各種功能或使用性能日臻完善，尤其是機電結合，增加了該產品的附加功能。如通過數字顯示屏，將起重機的工作位置狀態非常準確地、直觀地顯示出來，使司機操作起來得心應手。即提高了工作效率，又保證了安全。目前該型式的起升高度限制器的傳動與調整有以下特點：一是與卷筒的連接形式有齒輪式、十字形萬向節式、聯接軸式。二是某些傳動齒輪采用了高強度耐磨的塑料材質，裝配間隙的精度很高。零件尺寸小，使限制器整體尺寸大大縮小。三是可同時控制起升高度范圍內的四個運動位置，適應特殊點位置如報警功能的設定。四是調整控制范圍的操作簡單，不需專用工具。絕大多數凸輪組是由四個凸輪（A、B、C、D）組成的，并且是固定在同一根軸上的。所以在調整控制范圍的操作時，只需松開一個緊固螺母就可以了。

3 現代起升高度限制器的技術特點

目前，電子技術的應用深入各行各業，特別是在起重機安全保護裝置方面的應用更具有其獨到性，使安全裝置功能更完善，人機界面更直觀，起重機的安全又有了進一步的可靠保證。以下是電子技術在起升高度限制器方面的應用情況。

電位器式起升高度限制器保護作用的實現：卷筒帶動限制器的主軸轉動，通過變速齒輪組帶動凸輪軸和傳感器轉動，同時傳感器通過其電壓的改變輸出相應的電信號給顯示儀，顯示儀顯示出吊鉤組行程的瞬時位置，實現對起升行程的實時監控。當達到極限位置時，由凸輪觸碰微動開關，切斷起升控制電源。

光電式起升高度限制器保護作用的實現：當吊具在設定的起升高度檢測區內運動時，吊具本體便將相應高度位置的光束切割阻斷。被阻斷光束信號的光幕傳感器輸出電信號，通過系統的識別判斷后，`發出相應的位置燈光預警信號，并自動識別吊具當前的運動狀態。在檢測區內，可設定多級保護區段，通過電信號可自動對起升速度進行控制與調整，并有語音提示。當吊具運行至極限位置時，相應高度位置的光束被切斷，報警裝置發出語音報警，同時起升系統的電源被斷開，吊具停止繼續起升。其特點是，光電信號與起升控制系統具有電氣互鎖功能，如果光幕傳感器元件失靈，則吊具不能起升，可保證安全。

接近開關式起升高度限制器保護作用的實現：卷筒軸通過十字接頭、萬向節帶動限制器的蝸桿、蝸輪轉動，通過蝸輪軸帶動標靶旋轉，當吊具達到極限位置時，標靶旋轉至接近開關的感應區，接近開關則輸出電信號，控制繼電器動作，切斷起升控制電源。蝸輪軸在帶動標靶轉動時，也帶動固定在其上的壓鐵轉動，達到極限位置時，壓鐵同時將機械微動開關壓下，也切斷了卷揚機的主電源，實現了電氣裝置與機械裝置的雙保險。

4 我國起重機械安全裝置的管理形式

我國的特種設備（包括安全裝置）管理歸口于國家質檢總局。凡是從事特種設備產品生產制造的企業，必須經過國家質檢總局的許可后，才能進行生產和銷售，否則是違法行為。從事起重機械安全裝置的制造單位，必須依照《機電類特種設備制造許可證（試行）》文件的規定，向國家質檢總局特種設備安全監察機構提出型式試驗申請，經受理、型式試驗（達到型式試驗規程要求）、備案等程序，合格產品的單位由國家質檢總局定期進行網上公布后，方可進行正式銷售。產品的型式試驗單位由國家質檢總局授權的機構進行。