起重安全保护传感器应用

起重机安全保护传感器应用
为了保证起重机械安全运行，避免造成人身伤亡及机械损坏等事故，在起重设备上配备各种安全防护装置是必须的。

了解安全防护装置的构造、工作原理和使用要求，对起重机的操作人员和日常维护保养人员来说是非常重要的。

本章主要对起重机常见的安全装置作简要介绍，尤其对火电公司常见起重力矩限制器及超载限制器作重点说明。

第一节起重机安全装置的设置要求
根据《安全防护装置在各种起重机上设置的要求（GB606-85)》与《起重机监督检验规程》（国质检（2002）296号），本节就桥门式、塔式及臂架式起重机的安全装置做简要介绍。

1、桥门式起重机安全防护装置的设置要求
在门桥式起重机上装设常见的安全防护装置的名称、要求程度及要求范围，见表3-1。

在日常维护保养中要注意及时检查、维护这些装置，使之保持正常工作性能。

表3-1 桥门式起重机的安全防护装置
安装防护装置名称
桥式起重机门式起重机
要求程度要求范围要求程度要求范围
超载限制器应装额定起重量大于20t 应装额定起重量大于10t 宜装
动力驱动，额定起重量
为3至20t的
宜装
动力驱动，额定起重量
为5至10t的
上升极限位置限位器应装动力驱动的应装动力驱动的下降极限位置限位器宜装宜装
运行极限位置限位器应装
动力驱动的，并且在
大车和小车运行的限制
位置
应装
动力驱动的，并且在
大车和小车运行的限制
位置
缓冲器应装
在大车、小车运行机构
或轨道端部
应装
在大车、小车运行机构
或轨道端部
夹轨钳和锚定装置宜装露天工作的应装露天工作的
防倾翻安全钩应装
单主梁起重机在主梁
一侧落钩的小车架上
应装
单主梁起重机在主梁
一侧落钩的小车架上
检修吊笼应装
在司机室对面靠近滑线一端
扫轨板和支承架应装
动力驱动的大车运行
机构上
应装
在大车运行机构
轨道端部止挡应装应装
露天的活动零部件的
防护罩
应装应装
电气设备的防雨罩应装露天工作的应装露天工作的
2、塔式起重机安全防护装置的设置要求
塔式起重机上安全防护装置的设置要求见表3-2。

在日常维护保养中要注意及时检查、维护这些装置，使之保持正常工作性能。

表3-2 塔式起重机安全防护装置的设置的要求
序号安全防护装置名称
要求程度要求范围
1 超载限制器宜装起重能力小于250kN·m
2 力矩限制器应装起重能力大于或等于250kN·m
3 上升极限位置限制器应装
4 下降极限位置限制器
5 幅度指示器应装
6 连锁保护装置应装在动臂变幅机构与吊臂的支持停止器之间
7 防止吊臂后倾装置应装动臂变幅
8 极限力矩限制装置应装有可能自锁的旋转机构
9 缓冲器应装
10 夹轨器与锚定装置应装
11 风速风级报警装置应装臂架铰点高度大于50m时
12 登机信号按钮宜装司机室在上部并且设在运动部分
13 轨道端部止挡应装
14 暴露的活动零部件的防护罩应装
15 电气设备的防雨罩应装
3、臂架式起重机安全防护装置的设置要求
塔式起重机上安全防护装置的设置要求见表3-3。

在日常维护保养中要注意及时检查、维护这些装置，使之保持正常工作性能。

表3-3 臂架式起重机安全装置的设置要求
序号安全防护装置
名称
汽车起重机轮胎起重机履带起重机要求程
度
要求范围
要求程
度
要求范围
要求程
度
要求范围
1 力矩限制器应装
2 上升极限位置
限制器
应装应装应装
3 幅度指示器应装应装应装
4 水平仪应装起重量大于或
等于16t
应装
起重量大于或
等于16t
5 风速仪应装
6 支腿回缩锁定
装置
应装应装应装
7 倒退报警装置应装应装应装
8 暴露的活动零
部件的防护罩
应装应装应装
9 电气设备的防
雨罩
应装应装应装
本节所及的安全装置均应在日常维护中及时检查和保养，如发现性能异常应立即进行修理和更
换。

第二节起重量限制器
起重量限制器又称超载限制器，其功能是防止起重机超载吊运。

当起重机超载吊运时，它能够停止起重机向不安全的地方继续动作，但能允许起重机向安全方向动作，同时发出声光报警信号。

超载限制器按其结构形式和工作原理的不同，可以分为机械式、液压式和电子式三种类型。

1、机械式起重量限制器
机械式起重量限制器种类较多，大体分为杠杆式、偏心式和弹簧式三种，下面就杠杆式和弹簧式作简要介绍。

1.1 杠杆式起重量限制器
图3-1是直杠杆式起重量限制器机构图。

图3-1 直杠杆式起重量限制器
1-撞杆；2-开关；3-起升滑轮
它主要有杠杆、弹簧及限位开关等组成。

在正常的起重作业中，吊重小于额定起重量，起升钢丝绳的合力R对杠杆转轴O的力矩小于弹簧力N对O的力矩，即R<N，这时撞杆1不动，起重机正常运行。

当超载时，R>N，弹簧压缩变形，撞杆向下移动，触动与起升机构线路连锁的限位开关2，使机构断电，停止作业，起到超载限制作用。

偏心式起重量限制器主要由偏心轴、杠杆、弹簧、限位开关等组成。

它也是靠钢丝绳的合力R 对偏心轴产生偏心力矩使得杠杆传动压缩弹簧，触动限位开关而起到超载保护作用。

1.2 弹簧式起重量限制器
图3-2是弹簧式超载限制器机构图。

图3-2 弹簧式起重量起升高度限制器
1-支铰；2-调节螺母；3、6、9-弹簧；4、7-触杆；5-开关
8-杠杆；9-链条；10-重锤；11-钢丝绳；12-滑轮
这是一种起重量、起升高度限制器合为一体的结构形式。

超载时，弹簧13被压缩，触杆4撞开限位开关5，起升机构停车。

过卷扬时，由于重锤10被吊钩滑轮组抬起，通过链条9和杠杆8，使触杆7撞开限位开关，起重机停止卷扬机，起保护作用。

1.3 测力环起重量限制器
该类起重量限制器在塔式起重机中长用到，现以QT80EA塔式起重机常见的起重量限制器（又称测力环）作简要介绍。

结构与原理
构造如图3-3所示。

图3-3 起重量限制器（测力环）
1、3、5、8-调装螺钉
2、4、6、7-开关
其工作原理是塔式起重机起吊重物时，测力环变形。

当吊重达到该塔式起重机最大起重量(单绳拉力超过20kN),次测力环限位开关S2动作，使控制回路中的继电器得电，切断卷扬机起升控制回路；当单绳拉力超过10kN，测力环限位开关S3动作，切断电磁离合器中档回路，这时离合器只能置于重物档位置；当单绳拉力超过5kN，限位开关S4动作，切断离合器轻档位置，这时离合器只能置于中档或者重物档，防止离合器过载。

测力环的调试
下面是测力环的调整过程
（一）四倍率滑轮组调整
①轻档调整（离合器开关置于轻档）：
吊重2170kg，幅度在31m以内，载荷以高、中、低三档速度各升降一次，不允许任何一档出现不能起升现象；
加重20～30kg砝码，以高速挡起升，同时调整高速挡重量限制开关S4使其断开，高速挡不能起升；
重复以上步骤，应基本一致。

②中档调整（离合器开关置于中档）
起吊4370kg，幅度控制在16m以内，载荷以低、中速度个升降一次，低、中档不得出现不能起升现象，但操作高速挡时，应不能动作；
加重20～30kg砝码，以中速挡起升，同时调整中档重量限制开关S3，使中档断电停止起升；
重复以上步骤，应基本一致。

③低速档调整(幅度不大于11.85m）
起吊8000kg，以低速挡升降一次，操作中、高档时，不能起升；
加重100～300kg，以低速挡起升，同时调整低速挡重量限制器开关S2，使低速档报警并断电停止起升；
重复以上步骤，应保持一致。

（二）二倍率滑轮组校核
①吊重4000kg,幅度控制在21m之内以低速档起升，但操作中、高档位时应不能动作。

②加载50～150kg左右，以低速档起升，加载至150kg左右时应报警断电。

重复以上步骤两次，应保持一致。

2、电子式起重量限制器
电子技术的日益发展，使起重机的安全装置逐步现代化。

电子式超载限制器主要用于起重设备的超载保护。

它可以根据预先调整好的起重量来进行控制。

一般把它调节为额定起重量的90%报警，额定量的110%切断电源。

它克服了机械式超载限制器体积大、重量大、精度低等缺点，并可以随时显示起吊物品的重量，近年来在起重机上广泛应用。

2.1 工作原理
电子超载限制器主要由载荷传感器、电子放大器、数字显示装置、控制仪表等组成一个自动控制系统。

图3-4是一种电子式超载限制器的工作原理方框图。

图3-4 电子式超载限制器方框图
电子式起重量限制器常用的传感器有筒式和环式两种，如图3-5所示。

图3-5 传感器
应变筒和应变环是用弹性较好的合金钢制成，表面贴有4或8片电阻感应片，并构成电桥回路，其作用是将载荷力信号转换为电信号的变化。

起重机吊重物时，载荷传感器的应变筒受载荷作用发生形变，贴在上面的应变片也随之形变，电阻值发生变化，于是，原经过调零的电桥失去平衡，输出端上出现与应变筒上所受载荷成正比的微软信号，并将信号送入电压放大器，经过放大器处理后即可以从显示器上看到起吊重物的重量，当载荷超过规定数值时，触发器即动作，红灯闪亮并报警。

当载荷超过额定起重量时，即自动切断起升机构电源。

2.2 传感器的安装
载荷传感器按受载方式有压力传感器和拉力传感器之分，因而有不同的安装方式。

(a)轴下安装方式 (b)钢丝绳固定式安装方式
图3-6 传感器的安装方式
1-槽钢；2-压力传感器；3-电缆；4-立板；5-连块；6-U型拉杆；
7-定滑轮轴；8-绳卡；9-钢丝绳；10-拉力传感器；11-钢丝绳夹头
当采用压力传感器时，需要采用类似图3-6(a)所示的安装方式，即把压力传感器安装在滑轮轴下。

这种方式需要吊车的结构具有容纳压力传感器的控制位置，否则就要改动设备。

当采用拉力传感器时，采用类似图3-6(b)所示的安装方式，即把拉力传感器安装在从均衡滑轮下绕入的钢丝绳上，将钢丝绳和拉力传感器用夹头紧固连接，不允许产生滑动。

这种方式不需要改动设备，但只适用于均衡滑轮在定滑轮组的情况。

值得注意的是，起重机更换不同重量的吊具后，必须将传感器的不平衡值重新调零。

否则，仪器会产生较大误差，造成起重机超载。

3、对起重量限制器的安全要求和报废
安全要求
①超载限制器的综合误差，机械式不得大于8%，电子式不得大于5%；
②载荷达到额定起重量90%时，应能够发出提示报警信号。

③起重机装设超载限制器后，应根据其性能和精度情况进行调整和标定，当载荷超过其额定起重量时，能自动切断起升电源。

超载限制器的综合误差计算方法如下：
综合误差=（动作点-设定点）/设定点×100%
起重量限制器的报废
①经修复仍不能灵敏可靠地动作的超载限制器应报废；
②超载限制器的综合误差大于上述要求时应报废。

4、常见起重量限制器举例
4.1 QHK-1B载荷限制器
龙门式起重机上所用起重量限制器多数为此型号的载荷限制器，下面对其作简要介绍。

技术性能
工作时间：连续24小时
工作电压：AC220V或AC380
显示器精度： <±1%ES
系统综合精度：<±5%
控制方式：继电器输出常开常闭触电1付，容量220V5A（阻性）
键盘功能
图3-7 键盘示意图
“设定”键：按一下此键，立刻显示当前仪表报警设定值并且数字在闪烁，此时利用“递增”、“递减”键可以修改设定值。

如果不要存储修改后的设定值，再按一下此键有恢复正常运行。

“递增”、“递减”键：分别按一下此两键可循环显示机内选定的6个设定值。

“输入”键：一旦确定设定值与所适用的起重机一致时，按一下“确定”键，您的设定值被输入机内保存起来了。

同时仪器会发出“嘟”、“嘟”的特殊声音。

同时恢复正常运行状态。

仪表内部调节部位功能
图3-8 仪表内部示意图
P1：重量调零电位器，调节此电位器，可以除去钩重等，显示值为0； P2：重量调满电位器，调节此电位器，可以使显示值和实际值相一致。

安装
1）传感器可选用轴承座式、张力式或者销轴式等多种安装形式。

龙门吊上有采用的张力式传感器，它安装在起重机钢丝绳的端头上。

如图3-9。

图3-9 传感器安装示意图
2）仪表不能直接安装在室外，一般应安装司机室中便于观察的位置上。

重量 调满 重量 调零
调试
拆下面板压框的4个螺丝，取下压框并自左向右打开面板，面板与机箱是绞连连接，露出调试电位器与输入输出接线端。

1）接好力传感器，控制线和电源线。

确认无误后将各电缆接头旋紧，不能松动；
2）开机通电，空钩在离地0.2m处调调零电位器，使显示为0.00；
3）起吊额定重量（或接近额定重量)的砝码，砝码离地0.2m处调调满电位器，使显示和实际值相一致；
4）起吊额定重量105%的砝码，看是否能切断起升，通过微量加或减砝码来确定断电点误差达到系统综合精度。

调试完毕后，盖上盖板，拧紧紧固螺丝。

调试完毕。

4.2 MSWL起重量限制器
江麓JL7034型16t建筑塔吊上所用的起重量限制器为MSWL系列起重量限制器。

其主要技术指标如下：
超载控制范围：500kg至3000kg
超载保护重负精度：±3%ES至±2%
报警范围：90%至110%（可调）
断电范围：100%至130%（可调）
报警断电形式：由控制回路输出电压使继电器动作断电
工作原理
所有塔式起重机起升机构穿过起重滑轮的起升钢丝绳把力传传到与滑轮连接的测力环上。

使该测力环随着负载的变化而发生机械形变，由于环体变形使固定在环体内的金属板触动微动开关。

可将吊载重量的变形大小触动该重量微动开关进行工作。

经过适当的调整后，可使微动开关起到安全电路的闭合作用，该种安全电路的控制是根据载荷的大小而定的。

根据塔式起重机起升机构的使用要求，限制器内安装有两个微动开关，一个控制高速起吊重量，另一个控制最大起重量。

JL7034型16t建筑塔吊重载最大起重量、轻载最大起重量如下表：
表3-4 JL7034型重载、轻载最大重量
倍率 2 4 6
轻载最大起重量
2.5 5 7.5
(t)
重载最大起重量
5 10 16
(t)
调试方法
塔机正式使用前根据塔机的实际情况，利用标准重量块进行检测，与实际的工况的载荷不符时要进行调整。

调整后要反复试吊重块3次以上无误后方可进行正常工作。

调试范围图3-10所示：
注：2467为微动开关 1358为螺钉调整装置
图3-10
以4倍率滑轮组调整为例，调整步骤如下：
1)调整高速起重量限制器
①吊重5000kg，幅度控制在51m以内，载荷以各档速度升降一次，不允许任何一档产生不能升降现象。

调整螺栓1直至头部接触到微动开关2为止；
②降下载荷，再增加250kg至500kg，先以低速起吊，后换高速档（四、五档）。

高速档应不能起升，如能得到高速档，则再调整螺栓1，至不能起升为止；
③重复以上步骤，应基本一致。

2）调整最大起重量限制器
①起吊10000kg，幅度控制在28m以内，载荷以手柄一、二、档速度升降一次，不允许产生不能起升现象，但动作操作手柄四、五档时，应不能提速。

调整螺栓3直至头部接触到微动开关4为止；②降下载荷，再增加500kg至1000kg，起吊重物，若被吊起，则重新调整调整螺栓3，使起升电机断电停止起升，超重指示灯亮；
③重复以上步骤，应基本一致。

3）二倍率滑轮组校核
①吊重5000kg，幅度控制在51m以内以手柄一、二档起升，但手柄操作四、五档时，不能提速；
②加载250kg至500kg起升，应报警并断电；
③重复以上步骤，应基本一致。

4）六倍率滑轮组校核
①吊重16000kg，载荷以低速挡升降一次，幅度控制在18.2m以内，操作手柄四、五，应不能提速；
②再加重800kg至1600kg，以低速挡起升，最大起重量超重指示灯亮，起升回路断电；
③重复以上步骤，应基本一致。

至此，调试完毕。

但请注意，一般情况下，该超重量限制器调整一次以后不需要频繁调整，所以
更换工地安装完后不要随便调整调整螺栓，除非经过试验确认其失去应有的保护功能，同时调整时应采用较准确砝码。

4.3 SCH-1型升降机起重量控制器
施工升降机可加装SCH-1型起重量控制器采用数字模拟技术，使用高性能芯片，控制面板采用数字显示，数字调节。

控制器采用的过载继电器触点容量大，能直接驱动升降机接触器，体积小，安装方便。

其传感器安装示意图如右图：
图3-11 传感器安装示意图
其显示器接线图如右图：
图中，220V电源由20#与101#变压器侧引入；零位触电起锁定显示器显示数据，防止数据在运行过程中跳动，在升降机控制回路的接触器K3上增加了一常开的辅助接头，即K3闭合数据锁定；超载输出串接与105#与106#之间的主控制回路上，即超载时常闭触点打开，升降机合闸回路断开，禁止升降机继续动作。

图3-12 显示器接线图
调试过程及注意事项
严格按照下列顺序进行调试，不可顺序颠倒，不可遗漏步骤
①控制器调零
吊笼内空载，按下“调零”键，“调零”指示灯亮，同时蜂鸣器发出嘟的响声，控制器面板数字显示窗显示“000”，调零结束；
②调增益
笼内必须放置大于50%的载荷，按下“增益”键，再按“上升”和“下降”键调整至与实际百分比相同，然后按“确认”，面板上“运行”指示灯亮，调整完成；
③超载实验
按下“试验”键，显示窗的显示值即为“100%”，此时再增加少量负载（可以再进一个人）控制器就达到“103%”的报警数值，超载指示灯亮，同时蜂鸣器报警，再按下“确认”，实验结束。

注意事项
①“调零”时吊笼需在静止状态，“调增益”与“超载实验”需在30秒内按“确定”键；
②停机超过24小时控制器自动断电保护，如需恢复运行只需按下面板“调零”键即可；
③传感器调节螺丝调试完以后，必须用锁紧螺丝固定好；
④只有在K3吸合前才能称重，即零位接触器未闭合前；
⑤限制器上端A与B之间的基准电压是4.5mV，不得小于4.5mV，不得大于4.8mV。

保证称重准确，需定时对其进行检查。

第三节起重力矩限制器
对于动臂式起重机来讲，只装设起重量限制器是解决不了问题的。

在动臂式起重机中，还有一个重要的参数是起重机的工作幅度。

因此起重量对起重机的动臂销轴中心来说，还有一个起重力矩。

如果起重量不变，工作幅度越大，起重力矩就越大。

如果起重力矩不变，那么，当工作幅度减小时起重量就可以增加。

虽然，起重臂仰角变化时，其允许的起重力矩并不是一个常数，但其数值之间的变化还是不大的。

常见的起重力矩限制器有机械式和电子式，下面作简要介绍。

1、机械式起重力矩限制器
机械式起重力矩限制器种类很多，比较典型的杠杆式和水平吊臂两种。

下面就其结构与原理坐简要介绍。

1.1压杆式起重力矩限制器
其结构如图3-11所示：
图3-13 压杆式起重力矩限制器
1-起升钢丝绳导向滑轮；2-杠杆；3-重快；4-终端开关；5-偏心轮
6-上限位螺栓；7-下限位螺栓；8-重快固定螺栓
起升钢丝绳绕过导向滑轮，形成一个合力，当吊在某一个位置，起重量达到一定值时，合力就使整个系统中心点转动，杠杆向下压终端开关，切断电源，工作机构停止运行，重快G的位置定准后，严防变化，必须用螺钉固定在杠杆上，并经常检查。

1.2 水平式起重力矩限制器
用在水平吊臂上的起重力矩限制器的结构如图3-12：
图3-14 水平力矩限制器结构简图
1-控制块；2-控制杆；3-控制开关；4-螺母；5-螺杆；6-导杆；7-弹簧； 8-控杆；9-储簧筒；10-杠杆；11-起重量限制开关；12-箱体；13-螺栓
当吊钩吊重为最大时，起升钢丝绳的拉力使弹簧压缩，控制杆和控制块向右移动，使螺母上的控制开触头正好碰到控制块，吊钩上如果再加一个微重量就会碰触断电，卸下重物时，弹簧复位，杠杆向左，控制块随同左移至零位。

开动变幅机构，螺杆转动，带动螺母和固定在螺母上的控制开关移动，向左模仿载重小车移动一段距离，吊钩吊上最小重量，弹簧被压缩，控制块向右移近控制开关的触头，如果此时重量再增加，控制块压控制开关的触头而断电，工作机构停止。

载重小车的幅度从max 1R R →范围内运动，螺母和控制开关就在I 至II 范围内运动。

后者完全是模仿前者运动。

当小车在1max R R →范围内运动时，起重力矩等于定值的条件已不存在，这种情况下之允许起吊最大额定起重量。

载荷的限制由起重量开关控制，当起吊载荷超过最大额定起重量时，起重量开关即切断电源。

此时螺母停止在II 位置不起作用。

1.3 活动重锤式起重力矩限制器
其结构如图3-13所示，
3-15 活动重锤式起重力矩限制器
1-起重卷筒；2-起升绳；3-导向滑轮；4、11-角形杠杆；5-拉杆；6-限位开关
7-撞块；8-水平杆；9-活动平衡重；10-连杆；12-曲线导板；13-吊臂
起升合力作用在导向滑轮上，滑轮装有角形杠杆的一端，另一端装拉杆，拉杆与装有开关撞棒的水平杆连在一起，水平杆上有活动重锤，重锤下部与另一个角形杠杆的一端相连，杠杆另一端的滚子装在臂架的曲线槽内。

在正常情况下拉杆使水平杆绕支点的力矩（由重荷产生）是由处于一定位置的活动重锤的支点的力矩平衡，若重锤位置不变，荷重增加时，拉杆对水平杆的提升力也增加，当能克服重锤的反支力矩时，撞杆即与开关相撞，线路断电，反之，若荷重不变，放下臂架（即增加幅度），角形杠杆上的滚子在曲线槽的约束下，将重锤往左推（即靠近支点），力矩平衡关系破坏，碰到开关，
线路也断开。

2、电子式起重力矩限制器
电子式力矩限制器的一般原理如图3-14所示。

图3-16 电子式力矩限制器框图
起重量和幅度分别是由图中的两条线控制，一条线是由压力传感器将力信号转化为电信号，经过电子仪器处理和显示读书后也送入电子乘法器，电气乘法器便自动将送来的两组信号进行运算得出力矩值OR，再将此力矩值与KR相加，即可在读数表上输出一个反映起重机实际载荷的值。

这样力矩信号有仪器自动和额定起重力矩进行比较，若超载，继电器就会自动切断工作机构电源，起到保护作用。

电子式力矩限制器上一般设有额定载荷转换器，其功能是随时显示出输入信号相对应的额定载荷信号，并与起重机工作时的实际载荷进行比较，给出结果。

额定载荷转换器是通过模拟起重机的特性曲线做成的，模拟这样的曲线可以用二极管函数器逐段逼近的方法。

电子式力矩限制器克服了机械力矩限制器缺点，被广泛应用于各类起重机上。

一般，如果起重量达到允许起吊重量的90%时，比较检测回路即向报警信号装置发出指示，报警信号装置即发出预报。

若起重量达到允许起吊重量的110%，报警信号装置除了发出警报外，还会在报警发出5秒后切断电源使起重机停止作业。

3、对力矩限制的安全要求和报废标准
安全要求
①力矩限制器的综合误差不应大于10%；
②装设力矩限制后，应根据其性能和精度进行调整和标定，当载荷力矩达到额定起重力矩时，能自动切断起升或变幅机构的动力源，并发出禁止性报警信号。

报废标准
①经修复仍不灵敏可靠地动作的力矩限制器应报废；
②力矩限制器综合误差大于10%时应报废。

4、常见力矩限制器举例
4.1 JL7034型16t建筑塔吊上机械式力矩限制器的调试
为了保证塔机的起重力矩不超过额定力矩的110%在塔机上设有力矩保护装置，当起重力矩达到额定力矩的80%时，装在操作台上的力矩指示灯HLL亮进行报警，若此时小车变幅处在中、高速运。