（山濟）牌K3系列塔式起重機主令控制器產(chǎn)品介紹
當前國內(nèi)塔式起重機保有量近百萬臺。每年新生產(chǎn)的塔機和社會上在用的塔機主要有兩種型號的主令控制器在用，一種是YGK3,另一種是QT3A。據(jù)用戶反映，國內(nèi)主令龍頭企業(yè)生產(chǎn)的YGK3，一般在操作頻率低，只在白天工作的塔機上可用2-3年的時間就要更換。而用在港口裝卸用的門座起重機上的主令控制器由于操作頻繁，晝夜不停工作，國內(nèi)比較好的YGK3也只能用大約6-7個月的時間，而其他廠家的產(chǎn)品更是2個多月就出質(zhì)量問題。在鋼鐵企業(yè)用的也不理想。
這些問題的出現(xiàn)主要是本型產(chǎn)品產(chǎn)生于上世紀80年代后期，設(shè)計階段國內(nèi)無成熟的參考機型和使用經(jīng)驗，造成設(shè)計缺陷較多，先天不足。但由于該產(chǎn)品在主令控制器系列中僅此一款民族品牌，開發(fā)早，價格低，迎合國內(nèi)急需。在國內(nèi)現(xiàn)占有整個起重機主令控制器市場的60-70%，應(yīng)用非常廣泛。我們從2008年就分析認為，重新設(shè)計一款沒有設(shè)計缺陷的類似機型，再以精工制造生產(chǎn)，一定是一款受市場歡迎的新產(chǎn)品。
從2012年開始，經(jīng)過幾年的準備，組織人員著手創(chuàng)新研究該產(chǎn)品。首先要對現(xiàn)有產(chǎn)品存在嚴重設(shè)計缺陷及可靠性差、壽命短的原因分析清楚，然后有針對性的進行創(chuàng)新改進設(shè)計。
2、現(xiàn)將YGK3及QT3A型主令控制器設(shè)計缺陷梳理歸納如下：
2.1 整體結(jié)構(gòu)如壘積木，機殼、凸輪軸部分的觸頭框全都是由上、中、下板用螺釘緊固在一起，凸輪開關(guān)部分采取立式布置。雙機構(gòu)的凸輪軸也全采取立式布置，造成傳動機件過長，整個機型松垮、丑陋，體積大。但好處是對起重機控制臺機箱的適應(yīng)性較強，既適用塔機聯(lián)動臺窄機箱，也適應(yīng)港機、工業(yè)起重機的寬機箱，且機箱上板不需要開偏置孔進行安裝。這也應(yīng)該是得到廣泛采用的原因。這種結(jié)構(gòu)形式，在全世界范圍內(nèi)各類小型主令控制器中均未見采用。
由于這類控制器由人工手動操作，操作中對機件的沖擊是很嚴重的。因此操作機構(gòu)及各部件必須扎實，堅固，方能經(jīng)受住數(shù)年的操作沖擊和磨損。
主令控制器雖是一個電器部件，實際上是以機械結(jié)構(gòu)為堅實基礎(chǔ)的電器組件，也是起重機駕駛室內(nèi)核心的部件，沒有之一。機構(gòu)可靠性差，耐用性低一直是生產(chǎn)商和使用者長期的心頭之痛。研發(fā)難度大，生產(chǎn)門檻高，制作要求精細。因此是國內(nèi)外都難以完美攻克的一個產(chǎn)品，這也是我公司下決心攻破的目標。
2.2 齒輪傳動付和軸承座均采用工程塑料制作。尤其齒輪傳動付由于采取工程塑料造成齒輪付尺寸大、嚙合松曠。這在世界范圍內(nèi)在小型主令控制器的設(shè)計制造上使用工程塑料制造齒輪傳動付，也只有中國這一款產(chǎn)品。顯然不合理。
2.3 手柄自動回歸零位機構(gòu)不可靠
主令應(yīng)具備手柄自動準確可靠的回歸零位功能。在整個使用過程中，一直完好地保持這個功能是現(xiàn)有各類主令控制器的設(shè)計者和制造者一直長期追求的目標。也始終是各類主令控制器產(chǎn)品長期難以完美解決的問題。零位復位機構(gòu)在原YGK3和QT3A主令控制器中問題特別突出，是嚴重的設(shè)計缺陷問題，長期以來，始終未很好地解決。原因之一是扭簧力不夠，小馬拉大車。該扭簧外徑?21mm,鋼絲直徑?2.5mm，有效圈數(shù)5.5.彈簧剛度21.5Nmm/(o),手柄接近零位時復位力矩偏小，在手柄處于5檔位置時，彎曲應(yīng)力達1500Mpa，易疲軟失效。原因之二，靠扭簧的長扭臂推動手柄回到零位，扭臂稍有變形，即造成回零失效。且由于設(shè)計結(jié)構(gòu)限制，又無法增大扭簧，故長期未解決。當出現(xiàn)手柄不能準確地回歸零位時，由于凸輪片的零位角度只有16°，偏小，操作者無法準確感知到是否到達零位。此時維修人員必須停機更換新復位扭轉(zhuǎn)彈簧，或者更換新的主令控制器，方可繼續(xù)作業(yè)。
2.4凸輪片在凸輪軸上不合理的排列緊固方式
該型主令控制器主導機型YGK3采用的凸輪片外徑Φ50mm，每檔16°，共1-5檔，手柄轉(zhuǎn)角40°，凸輪方軸為8×8mm，凸輪片用短M4螺釘緊固在方軸上。有一對或多對凸輪片在凸輪軸上對稱布置，兩個凸輪片共用一個M4螺孔，用兩個短螺絲釘從兩邊分別緊固。由于螺釘進入絲孔只有3㎜多，緊固一旦松動，即造成使用的凸輪片脫落。這是用戶常反映的問題。我們在臺架試驗時也出現(xiàn)過凸輪片脫落的問題。
2.5凸輪軸檔位鎖定機構(gòu)不合理
主導機型YGK3型主令檔位鎖定是靠凸輪框架下端每檔16°的半圓塑料棘輪和在壓簧作用下的直動頂桿完成。在傳動箱內(nèi)還裝有扇形彈簧片，在壓簧作用下的鋼珠在扇形彈簧片的槽內(nèi)進出發(fā)出檔位響聲。由于二者不易同步，以下端棘輪的松曠彌補不同步造成的相互干涉。實際上下端的棘輪機構(gòu)起不到作用，所以QT3A型就省去了下面的棘輪鎖檔裝置。另外扇形彈簧片的孔槽檔位感靠裝在套管內(nèi)的鋼球完成，但管內(nèi)的鋼球在操作過程中會從套筒中跳出來，一旦跳出來，擠在彈簧片和軸承座之間，使操作機構(gòu)突然卡阻從而造成機械事故。我公司在臺架壽命考核YGK3機型時就出現(xiàn)了卡阻機械事故。用戶現(xiàn)場使用也有此情況發(fā)生。這個設(shè)計缺陷是不應(yīng)該的，有機械知識的人對套筒內(nèi)孔稍加改變即可解決問題。
2.6末位檔限位結(jié)構(gòu)具有局限性
該主導機型的末位檔限位結(jié)構(gòu)是由固定在機箱上面的塑膠孔的長方形塊斜面和手柄操縱桿構(gòu)成。手柄操縱桿達到末位檔時手柄桿靠在斜面上。這種結(jié)構(gòu)在法國施耐德和德國S+B主令控制器上也采用。其缺點是塑膠塊的種類多。另一個出現(xiàn)的問題是主令控制器在后期的使用中由于傳動付的松曠和磨損，因操縱桿的操作角度被末位檔限制，易造成一個方向上無電氣信號。使用現(xiàn)場據(jù)使用者反映，為獲得末位檔電信號，有時把操縱桿掰彎，末位檔無信號時，主令只能換掉。同時，傳動付扇形齒輪在傳動軸上壽命后期的松曠也是造成零位檔無電氣信號的重要原因之一。
3、下面再對原機的設(shè)計亮點梳理歸納一下：
3.1觸頭開閉機構(gòu)優(yōu)點明顯
本型主令選用的是施耐德觸頭組，觸頭頂桿伸縮是由凸輪片推動安裝在觸頭座上的銅滾輪，銅滾輪再推動觸頭組上的頂桿完成觸點組的開閉動作。由于屬于滾動摩擦，長期使用，觸頭頂桿前端的磨損很輕微。我公司臺架觸頭組帶電負荷試驗600萬次后，檢測發(fā)現(xiàn)觸頭前端磨損低于0.5㎜，觸頭仍能正常工作。實踐也證明公司投放到用戶已使用多年的主令控制器未發(fā)現(xiàn)觸頭組損壞的問題。但前提是必須是正宗的法國施耐德觸頭組，低劣的仿制品不行。
3.2主令造價成本低，制造門檻不高
由于本機型采用了大量工程塑料，傳動箱和觸頭框也都是沖壓板材件，經(jīng)螺釘緊固而成。裝配工藝比較簡單。在本世紀初10年，塔機井噴式發(fā)展，主令控制器供應(yīng)非常短缺，一機難求。尤其維修市場更缺。市場上的短缺刺激了個體戶自己組裝銷售，雖然質(zhì)量沒有保證，但也緩解了市場急需，支持了中國建筑市場的蓬勃發(fā)展。因此該款主令控制器對中國經(jīng)濟做出了貢獻。
綜合以上列舉本款YGK3主令控制器設(shè)計缺陷，確實問題不少，先天不足嚴重。后天如何精細制造也解決不了先天設(shè)計缺陷。從另一個角度看，這是中國首款自行創(chuàng)新設(shè)計的產(chǎn)品，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，是名副其實的民族品牌。也確實解決了市場上的急需，并占領(lǐng)了國內(nèi)很大的市場份額，給起重機的電器配套方向做出了很大貢獻，應(yīng)給予充分肯定
4、<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器研發(fā)過程介紹
4.1 公司專家團隊產(chǎn)生創(chuàng)新研發(fā)想法開始于2008年，開始收集有關(guān)資料，調(diào)研市場需求及產(chǎn)品質(zhì)量狀況。2014年下半年，公司專家團隊集資籌建山東濟寧三好電器科技公司，并著手進行產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計。首輪設(shè)計于2014年年底完成。2015年上半年完成試制。首輪設(shè)計比較保守，單機構(gòu)和雙機構(gòu)主令控制器整體結(jié)構(gòu)仍采取市場認可的立式布置，外形基本上未做改動。但傳動付改為鋼制齒輪，傳動箱改為鋼板拼接，氬弧焊焊接。箱體不密閉，而觸頭組連接框架與傳動箱用螺絲緊固后，為防移位，并打上定位銷。檔位鎖定和末位檔限制均由棘輪和底安裝板上的停檔柱完成。凸輪片的排列仍保持原樣的對稱布置，但復位機構(gòu)進行了重新設(shè)計，扭簧外徑Φ40mm,鋼絲直徑d=3mm,有效圈數(shù)n=5.9圈，屬中心臂扭簧。鋼絲材料為50Grva，（合金鋼彈簧鋼絲）。零位檔時的預(yù)緊扭矩1640N.mm,扭簧剛度15.6Nmm/(°),而扭簧裝置機殼內(nèi)部。
首批試制31臺，抽取樣機進行帶電壽命考核。其余30臺試制品投放市場使用。主要放在港口裝卸用門座起重機，鋼廠和塔機上使用。在2個月左右的早期，兩臺因材質(zhì)差出現(xiàn)操作桿根部折斷。鋼廠用的其中一臺一只扭簧從中心臂應(yīng)力集中處斷裂，因扭簧設(shè)計在機殼內(nèi)部，現(xiàn)場更換有困難。
4.2 第二輪試制從2015年至2016年完成，為減少傳動軸尺寸，雙機構(gòu)主令凸輪軸由雙立狀態(tài)改為立式+水平狀態(tài)，單機構(gòu)主令仍為立式布置，但復位扭簧仍在機殼內(nèi)，凸輪片的布置由對稱改為錯開布置，采取長M4螺釘緊固，第二輪產(chǎn)品試用和臺架試驗均未發(fā)現(xiàn)大的質(zhì)量問題。
4.3 第三輪試制從2016年下半年到2017年上半年完成。第三輪改變比較大，齒輪傳動箱改為封閉型，復位扭簧由箱內(nèi)移到機殼外，外跨式布置，便于復位扭簧的維修，其他已成熟的結(jié)構(gòu)保留。為降低操作力，扭簧鋼絲直徑降為2.8mm。材料選用65Mn，防止中心臂應(yīng)力集中處斷裂。第三輪產(chǎn)品在用戶使用中，個別產(chǎn)品出現(xiàn)了早期手柄回零故障。經(jīng)分析是扭簧在工作時產(chǎn)生軸向抗力，造成扭簧導軸兩端的復位撥盤傾斜。當撥盤和導軸端面的間隙大于0.4㎜時，扭簧兩端的簧圈在扭簧內(nèi)圈和導軸早期磨損后容易擠進撥盤和導軸端的間隙中，增大復位阻力，造成復位失效。
4.4 第四輪產(chǎn)品為定型設(shè)計。本輪徹底解決了扭簧復位機構(gòu)早期個別復位失效問題。為了解決第三輪試制中出現(xiàn)早期復位機構(gòu)失效問題，我們把扭簧導軸兩端設(shè)計出臺階，用來承受扭簧預(yù)緊和復位時產(chǎn)生的軸向抗力。使得位于導軸兩端的復位撥盤不再承受扭簧軸向力的擠壓。這一措施很奏效，徹底解決復位機構(gòu)早期復位失效問題。
第四輪定型設(shè)計和小批量試制工作，從2019年初到2019年底完成。其中進行了5個月的800萬次的臺架機械壽命電氣壽命試驗。整機和各關(guān)鍵部件、觸頭組（正宗施耐德觸頭組）等均通過2200小時800萬次嚴格的帶電負荷壽命考核試驗。這期間，為滿足繁忙的港口裝卸門座起重機對主令控制器輸入模擬信息需求，在原基礎(chǔ)上增設(shè)專門機構(gòu)加裝電位器，并對樣機也進行了嚴格的臺架試驗，試驗很成功。
總之，整個研發(fā)過程前后歷時6年，反復與產(chǎn)品使用客戶磨合，不斷對產(chǎn)品進行改進，前后經(jīng)四輪改型，終于在2019年底，完成了整個研發(fā)過程。定型產(chǎn)品已投入批量生產(chǎn)，并正式投放市場。公司于2021年下半年申請國家專利保護并獲得成功。
定型的<山濟>牌K3系列主令控制器由于減少了塑料件，提高了零件的復雜度，增加了機械加工件，增大了模具件生產(chǎn)量，成本有所增加，進入門檻挺高。因此，其銷售目標群選定各高端用戶。
5、定型后<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器結(jié)構(gòu)簡介(參見圖A圖C)
定型產(chǎn)品各機件按1000萬次的機械壽命量強度設(shè)計，無薄弱機件。整機可靠性高，超耐用，用戶使得住。
基礎(chǔ)型主令由操縱手柄部件1，傳動箱部件2，觸頭組框架3，檔位控制機構(gòu)4，手柄自動回零機構(gòu)5共5大部分構(gòu)成。并符合人體工學設(shè)計，長時間操作，不易疲勞。
手柄操縱部件1由操作手球，操縱桿、零位鎖定桿和硅膠防塵罩組成。
傳動箱部件2由機箱、齒輪傳動付、傳動軸類機件、零位桿和鎖定件構(gòu)成。
觸頭組框架3由觸頭組焊接框架，法國施耐德觸頭組、凸輪片、凸輪軸構(gòu)成。
檔位控制機構(gòu)4由棘輪、停檔、搖臂、拉簧、支架構(gòu)成
手柄自動回零機構(gòu)5由中心臂復位扭簧、扭簧導軸、復位撥盤、撥盤零位檔限位件構(gòu)成。
整個機構(gòu)簡潔扎實、堅固可靠。
四、控制器主要技術(shù)參數(shù)
4.1.控制器的基本參數(shù)見下表：
4.2.手柄操縱角度小于或等于±40°，檔位1——5檔，每個機構(gòu)可安裝3——12個觸頭組。
4.3.適用于8——24h工作制和斷續(xù)周期工作制，其在斷續(xù)周期工作制下的額定操作頻率為每小時1200次，負載因數(shù)為 40%。
4.4.控制器手柄操作力15——17N，符合人體工學。
4.5.控制器的機械壽命為800萬次，電壽命為600萬次。
五、訂貨須知及用戶注意事項
1.訂購控制器需提供其型號、訂貨數(shù)量?？砂凑沼脩舻囊?，加裝電位器?？刂破鞯男吞柊匆?guī)定填寫。特殊訂貨時，應(yīng)提供主令控制器的分合程序表或技術(shù)圖樣。
2.本主令控制器，凡帶扭簧復位機構(gòu)的機型，考慮到用戶使用習慣，操縱桿上備用軸卡可上推，使定位桿在正常操作時處于解鎖狀態(tài)。在單手柄雙機構(gòu)機型中，操縱桿孔內(nèi)的零位定位桿是一種重要構(gòu)件，嚴禁抽出定位桿，否則將造成事故，特此告知。
3、 關(guān)于<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器銷售有關(guān)事項的說明：
3.1 <山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器達到的技術(shù)水平狀態(tài)、性能、檔位清晰度和手柄操作力與法國施耐德XKD小型主令控制器處于同一水平。但整機堅固性、可靠性、手柄復位機構(gòu)準確回零功能、耐用性都遠高于國外水平。法國施耐德XKD機械壽命300萬次，國內(nèi)同類主導機型達到75萬次（符合JB/T13480-2018標準要求）。<山濟>牌K3主令機械壽命達到800萬次，電壽命達到600萬次。江西一鋼鐵企業(yè)的鐵礦石裝卸碼頭上有20臺裝卸用門座起重機，通過招標，購買國內(nèi)產(chǎn)的YGK3包括帶電位器型主令作為維修備件，國內(nèi)主導廠家生產(chǎn)的主令只能用6—7個月（大約操作75萬次）其他廠家的產(chǎn)品更是從兩個月左右就出現(xiàn)問題，維修人員檢修不過來，嚴重影響碼頭裝卸作業(yè)。2020年8月批量換裝<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器（含帶電位器機型），到2022年4月已工作21個月，20多臺主令全部未出現(xiàn)任何故障，現(xiàn)仍完好，繼續(xù)使用中。至此，一臺<山濟>牌主令已達到三臺主導廠家的同類產(chǎn)品的使用壽命。用戶由一開始用時對我公司的質(zhì)保期承諾持懷疑態(tài)度，現(xiàn)轉(zhuǎn)變到直說三好的主令質(zhì)量好，實在太好了。
3.2 <山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器專門為高端客戶量身定做的。主要銷售方向：（1）國內(nèi)重點塔式起重機生產(chǎn)企業(yè)主機聯(lián)動臺配套及要求高端主令作為維修配件的各塔機租賃公司，起重機控制臺專業(yè)生產(chǎn)廠家配套；（2）港口裝卸門座起重機生產(chǎn)廠家聯(lián)動臺配套和港機維修備件。（3）冶金起重機生產(chǎn)企業(yè)主機配套和維修備件。（4）也可作為塔機、港機專業(yè)聯(lián)動臺生產(chǎn)商的主令控制器配套
3.3<山濟>牌K3系列主令控制器質(zhì)保期承諾如下：
產(chǎn)品用在塔式起重機配套或備件，質(zhì)保期10年，推薦使用10-15年；用戶用在港口機械上和冶金企業(yè)配套或備件質(zhì)保期3年，推薦使用5-8年。在質(zhì)保期12個月內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題無條件退貨款，第二年內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題可以換貨。2年以后，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，免費提供配件或返公司維修。超過質(zhì)保期的有償服務(wù)。我們對自己的產(chǎn)品有信心，超長質(zhì)保期，企業(yè)有能力接受增加的成本支出。本質(zhì)保期承諾可體現(xiàn)在客戶的采購合同中。
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