起重设备专用超载限制器的工作原理

超载作业对起重机结构的危害很大，既会造成起重机主梁的下挠、主梁的上盖板及腹板出现裂纹和开焊，还会造成臂架和塔身折断的重大事故。由于超载破坏了起重机的稳定性，因此有可能造成整机倾覆的恶性事故。超载限制器也称起重量限制器，是一种超载保护安全装置。其功能是当载荷超过额定值时，促使起升动作停止，从而避免超载。超载限制器广泛用于桥式类型起重机和升降机上。有些臂架类型起重机（如汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机、塔式起重机）将超载限制器与力矩限制器结合使用。

按国标的规定，额定起重量大于20t的桥式起重机，大于10t的门式起重机及装卸桥、铁路、门座起重机，不论吨位都应装置超载限制器。汽车起重机、轮胎起重机，其起重量等于或大于16t的应装力矩限制器；履带起重机和起重能力等于25t的塔式起重机都应装置力矩限制器。

1.超载限制器类型

（1）按工作原理分类 超载限制器分为机械式、电子式超载限制器及液压超载限制器。

1）机械式超载限制器就是利用杠杆、弹簧、凸轮等机构实现对超载的限制。

①杠杆式超载限制器：杠杆式超载限制器是利用杠杆平衡原理来实现对超载的限制，如图4⁃7所示。正常起重作业时，钢丝绳的合力对转轴O的力矩为M₁＝Ra，与弹簧力N对转轴O的力矩M₂＝Nb相平衡。当超载时，M₁＞M₂，使杠杆顺时针转动，撞杆1撞开限位开关2，切断起升机构的电源，从而起到超载保护作用。

图4⁃7 杠杆式超载限制器的原理

1—撞杆 2—开关 3—起升滑轮

②弹簧式超载限制器：图4⁃8所示为一种弹簧式超载限制器的示意图，超载限制器有三个滑轮，当正常作业时，悬浮滑轮在弹簧的作用下固定不动。当超载作业时，钢丝绳的张力增加，在钢丝绳合力的作用下，促使悬浮滑轮4克服弹簧力而上浮，与悬浮滑轮相连接的撞杆6、7，撞开限位开关2、8。两个限位开关可以限制两个额定起重量，例如不同的幅度有不同的额定起重量等。

图4⁃8 弹簧式超载限制器示意图

1—弹簧罩 2、8—开关 3—支架 4—悬浮滑轮 5—导向滑轮 6、7—撞杆

图4⁃9所示为弹簧式超载和起升高度限制器示意图。当超载时，钢丝绳1拉力增加，压缩弹簧2带动限位开关撞杆3，撞开限位开关4，起到超载保护作用。当过卷扬位置时，吊钩抬起重锤，由于压缩弹簧伸张撞开限位开关4，起升作业停止，起到防止过卷扬位置的保护作用。

③偏心滑轮（凸轮）式超载限制器：图4⁃10所示为偏心滑轮式超载限制器示意图，其平衡轮安装在偏心轴上。正常作业时，偏心滑轮（平衡轮）产生的力矩为M₁＝Re，与弹簧对滑轮轴的力矩M₂＝Nb相平衡。当超载时，偏心滑轮产生的力矩M₁＝Re大于弹簧对滑轮轴的力矩M₂＝Nb，即M₁＞M₂，连杆带动限位开关撞杆，撞开限位开关，起到超载保护作用。

图4⁃9 弹簧式超载和起升高度限制器示意图

1—钢丝绳 2—压缩弹簧 3—撞杆 4—限位开关

图4⁃10 偏心滑轮式超载限制器示意图

2）电子式超载限制器由载荷传感器、测量放大器、显示器等部分构成。当载荷传感器受力时，电桥输出的信号经过放大后驱动微型电动机旋转，通过旋转角度反映出载荷的大小，因此这类超载限制器又具有称量功能（即电子秤）。当超载时，可通过电路切断电源，停止起升吊具的上升运动。图4⁃11所示为QHK—1型电子秤工作原理框图。超载控制和报警功能是通过载荷测量放大器输出不同电压信号来实现的，与设定电压相比较，当载荷达到额定值（即设定载荷）的95％时，比较器通过控制继电器发出预警信号。当载荷超过额定载荷时，比较器控制继电器发出报警信号并且切断上升方向的电路，起到超载保护作用。传感器可以安装在平衡轮上，也可以安装在钢丝绳上。图4⁃12所示为传感器的两种安装示意图。图4⁃13所示为安装在吊钩上电子秤，起重量直接显示在屏幕上，该电子秤的额定起重量为15t，精度可达到±0.1％。

图4⁃11 QHK—1型电子秤工作原理框图

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图4⁃12 传感器两种安装示意图

1、4—过荷重计 2—滑轮 3、5—钢丝绳

图4⁃13 安装在吊钩上的电子秤

1—数显 2—线路板 3—箱体 4—传感器 5—吊环 6—吊钩

3）液压超载限制器由油压缸、导管、布顿管和表盘等构成。当起吊载荷时，压力油使布顿管变形运动，从而带动扇齿轮，进而驱动小齿轮转动。由于指针与小齿轮同轴，这样就能在刻度盘上显示出起吊载荷的数值。

（2）按功能分类 分为自动停止型、报警型和综合型。

1）自动停止型超载限制器 当起升重量超过额定起重量时，自动停止型超载限制器能停止起重机械向不安全方向继续动作，同时允许起重机械向安全方向动作（安全方向是指吊载下降、臂架收缩、幅度减小及其这些动作的组合）。自动停止型一般为机械式超载限制器，多用于塔式起重机上。

2）报警型超载限制器 能显示出起重量，并能在起重量达到额定值的95％～100％时发出报警的声光信号。

3）综合型超载限制器 能在起重量达到额定起重量的95％～100％时，发出报警的声光信号。当起升重量超过额定值时，能停止起重机械向不要全方向继续动作。

2.超载限制器的安全技术要求

1）机械式起载限制器的综合误差不应超过±8％，电子式超载限制器的综合误差不应超过±5％。

2）当载荷达到额定起重量的90％时，应能发出提示性报警信号。

3）起重机械设置超载限制器后，应根据其性能和精度情况进行调整或标定。当起重量超过额定值时，能自动切断起升动力源，并发出禁止性报警信号。

3.超载限制器的安装调试检验

当装置初次安装在起重机时，起重机经过拆装或转移工作场地后重新安装使用时，装置经过拆装、重新使用时，对装置工作性能有怀疑时，应做安装调试检验。调试方法和程序按制造厂规定，调试内容应包括以下几点。

1）设定点的标定。

2）检验装置综合误差。

①对额定起重量不变的起重机，吊起重物后停止起升，逐渐加载至装置动作，实测起重量。

②对额定起重量随幅度变化的起重机，测试点应不少于两点。其中；a.允许带载变幅的，对应每个测试点准备试验重物，以小于测试点的工作幅度起吊，逐渐增加工作幅度使装置动作，实测工作幅度后在起重特性表上查出对应的额定起重量。如果实测工作幅度在起重特性表上不能直接查到相应额定起重量时，应按起重机制造厂提供的计算方法和其他规定的方法计算出额定起重量（以下同）。b.不允许带载变幅的，对应每个测试点的工作幅度，吊起重物后停止起升，逐渐加载使装置动作，实测起重量。实测工作幅度后，在起重特性表上查出对应的额定起重量。

对应每个测试点应重复试验三次，综合误差应符合上述安全技术要求中的第一条规定。具有显示动能的装置，同时检测显示误差，应不超过5％。具有预警信号的装置，同时检测预警信号。

3）检验装置最大超载防护能力任选起重机的一种状态，缓慢起吊110％额定起重量，装置应能执行其设计的自动停止、报警或综合型中的一种功能。

安装调试过程中，主管安全和设备的负责人应在现场。检测数据必须经现场两人以上核对无误，并记入安装调试报告，装入起重机的档案。安装调试后，对装置“设定点”调节部分应加封记，严禁非主管人员调动。