淺談兩套起升高度限制器的合理性設置

趙西城 李培峨

（煙臺市特種設備檢驗研究院 煙臺 265508）

2021年3月國家市場監督管理總局下發了《市場監管總局辦公廳關于開展起重機械隱患排查治理工作的通知》（市監特設發〔2021〕16號）文件，該通知中明確了“根據近年來特種設備事故統計和原因分析，在橋式、門式起重機使用過程中，由于高度限位裝置的配置不當、缺失、損壞和失效等原因引起的事故所占比例較高”的特點，提出了橋式和門式起重機應增加“雙限位”裝置的要求［1］。本文對橋門式起重機加裝“雙限位”的結構形式和電路進行分析，針對不同形式接入的優缺點，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生風險或發生事故。

1 常見的幾種高度限位器形式

首先起重機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葫蘆為起升機構的輕小型起重機械中，電機功率較小，主要是通過切斷電動機電源的斷火器作為高度位置限制器使用。常見的起重機品種有電動單梁橋門式起重機、電動懸掛起重機、雙梁葫蘆橋門式起重機等。斷火器的工作原理是當斷火器的推桿向右移動時，斷開斷火器的觸點3和觸點4以及觸點5和觸點6的連接，此時斷火器中的三相電源被切斷其中的二相電源，正向電動機停止運行。當推桿向左推動時，斷開斷火器的觸點1和觸點2以及觸點7和觸點8的連接，此時斷火器中的三相電源被切斷其中的二相電源，反向電動機停止運行。斷火器作為高度限位器的結構及工作原理如圖1所示。

圖1 斷火器的結構及接線

在橋門式起重機中其工作原理是通過電動葫蘆的導繩器向右移動時通過推動推桿SQ1并控制斷火器，使斷火器中接入上升電路中的常閉觸點斷開，使得電動機停止向上運轉，起到上升位置限制作用的安全保護裝置。當按下上升按鈕S1時，KM3線圈得電，KM3常開觸點閉合，電動機得電向上運行，當導繩器推動推桿運行至斷火器SQ1的常閉觸點斷開時，切斷電動機的L1和L2動力電源，電動機M2實現停止轉動［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

常見于中、重型橋式和門式起重機上，也有部分無導繩器的電動葫蘆起重機及其他起重機采用這種形式的高度限位裝置。其結構是在重錘的另一端掛一個由吊鉤滑輪組可碰觸的擋塊裝置，在正常工作狀態時，擋塊依靠自身的重力拉動限位開關，使限位開關的常開觸點閉合。在非正常工作時，擋塊失去重力時，限位開關在另一側重力和彈簧的作用下，使觸點斷開。在接入電路時，常閉觸點的限位開關串接在起升電路中，用于控制起升接觸器的電磁線圈。當滑輪組碰觸到擋塊裝置時，限位開關在自身重力和彈簧作用下斷開觸點，切斷起升回路的接觸器線圈，電機停止上升。如圖3所示，在電機向上運行時，由K1和主令控制器的觸點接通上升回路，電機上行，當運行至高度位置限制處，在重力和彈簧作用下常閉觸點K1斷開時，上升接觸器線圈ZC失電，電機斷電停止運行［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、門式起重機上，也可應用于通用橋、門式起重機上，國內生產的起重機械上使用的較少，國外部分起重機采用該種結構，如韓國生產的星都電動葫蘆和半島電動葫蘆。其工作原理與國內的重錘式相似，但其控制電路與常見的控制接線方式不同。其實物結構如圖4和圖5所示。

圖4 韓國產星都葫蘆壓板式位置限制器結構圖

圖5 韓國產半島葫蘆壓板式位置限制器結構圖

1.4 齒輪或蝸輪蝸桿傳動式高度位置限制器

該種形式的高度限位一般常見于大于20 t及以上的起重機械中，由于其工作可靠性較高，本次專項整治不包括該種形式的起重機械。其工作原理是通過齒輪或蝸輪蝸桿傳動控制凸輪（或滑塊）斷開或接通觸點來實現對起升電路的控制。其原理如圖6所示。

圖6 齒輪齒條傳動式位置限制器原理圖

2 常見的高度位置限制器接線形式

以上是幾種常見的高度位置限制器的結構形式，下面分析不同形式的接線及優缺點。

2.1 直接切斷動力回路

對于斷開電動機動力回路的斷火器，由于其切斷的為電動機的動力回路，理論上講這種形式較為可靠，但對于大功率的電機，由于電動機的工作電流較大，易燒蝕觸點，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上。同時由于導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SQ2，通過斷開上升接觸器的線圈，使電動機失去動力電源。如圖7所示。

圖7 上升回路中串接位置限制器觸點

第2種方法是接到起重機的控制主回路中，在控制主回路中串入第二套位置限制器的常閉觸點SQ3，當位置限制器觸點SQ3動作后，起重機的控制電路全部失電，必須人為使觸點閉合才能恢復起重機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

2.2 直接切斷起升控制回路

對于中大型起重機械常采用凸輪或主令控制，由于只有一套高度限位器，在使用過程中重錘式或壓板式存在的鉸接處銹蝕、卡阻、觸點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K2通過中間繼電器JD1接入電路中，通過繼電器的常閉觸點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K2接入1個中間繼電器JD2接入電路，將繼電器的常閉觸點JD2接入控制電路的主回路中，當第二套限位器的常閉觸點動作時，必須采用人工復位的方法才能使起重機得電運行，如圖10所示。

圖10 控制主回路中串接第二套位置限制器

對于第4種形式的齒輪或蝸輪蝸桿傳動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 對常見接線形式的分析

通過對斷火式和重錘式（含壓板式）位置限制器加裝第二套時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，如圖7中的SQ2觸點和圖9中的中間繼電器的JD1觸點來進行控制的方式。這種接線方式比較簡單，但存在著同一個缺點，就是在工作和檢查中很難發現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作。圖7中接入的SQ2觸點和圖9中接入的JD1觸點，雖然都能夠滿足TSG Q0002—2008 《起重機械安全技術監察規程——橋式起重機》中第七十條對雙限位的要求，即規定“應當設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]，但當其中的一套限位器失效時并不能夠發現這種隱患和風險，如果此時第二套限位器也發生了失效時，事故就不可避免地發生了，這就失去了加裝第二套高度限位器的意義。正是由于這個風險存在，這種接線方式是不科學的，不能滿足對事故和風險的預防。

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接入控制電路的主回路中，如圖8中SQ3觸點和圖10中的JD2觸點接線方式。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或通過中間繼電器的常閉觸點來進行控制。當第二套限位裝置動作時，切斷控制主回路的電源，這時起重機的控制回路失電，各機構均停止工作，需要人為地恢復該位置限制器的觸點，同時由于該觸點的動作，也可以判斷出第一套限位器處于失效狀態。這樣在人為恢復過程中，同時也對第一套限位器進行檢查和修復，可消除兩套高度位置限制器同時失效帶來的事故隱患。由此，通過人為復位過程與修復，可以實現起升高度位置限制的本質安全，更為合理。

4 實現本質安全的接線方式

通過以上分析，可以得出結論，在加裝第二套限位器時，應將其常閉觸點串入控制電路的主回路中，當第二套限位器動作時，必須通過人為恢復才能使起重機械正常供電，通過人為恢復且能夠及時發現和排除第一套限位器的失效，從而消除了起重機械由于高度限位器失效帶來的風險和事故隱患。此種線路圖8和圖10中的高度位置限制器觸點的接入，韓國產的半島葫蘆其接線形式原理也是采用這種。其特點是既能滿足TSG Q0002—2008中對雙限位的要求，即規定“應當設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，同時也滿足GB/T 6067.1—2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》中9.2.1中規定的“在特殊情況下，如吊運熔融金屬，還應裝設防止越程沖頂的第二級起升高度限位器，第二級起升高度限位器應分斷更高一級的動力電源”的要求［5］。在本質上真正實現消除由于過起升而造成的事故隱患和風險。

5 結束語

通過以上分析，對于目前正在加裝的第二套高度位置限制器的制造、修理和檢驗來說，如何實現起重機械的本質安全是十分重要的，不同的接線形式會取得不同的安全效果，在滿足“應當設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，也要滿足“第二級起升高度限位器應分斷更高一級的動力電源”的要求，這是制造、維修和檢驗人員在實施加裝過程中的重點。通過科學地接入控制回路，大幅度降低起重機械安全生產事故，這將對提升起重機械安全水平產生深遠影響。