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3、<山濟(jì)>牌K5系列工業(yè)操作手柄研發(fā)介紹

3.1中國國內(nèi)用戶在用的該類型的小型主令控制器除德國進(jìn)口的以外，均為仿造德國杰斯曼的機(jī)型。從本世紀(jì)初，國內(nèi)就有少數(shù)幾家企業(yè)仿造，后來仿造企業(yè)又有所增加。由于該類小型主令控制器零部件小巧、精細(xì)，制造工藝難度大.仿制門檻高，國內(nèi)多年仿制不過關(guān)。其中國內(nèi)仿制該產(chǎn)品的主導(dǎo)廠家歷經(jīng)多年，直到2011年，經(jīng)多次改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量才有所提高，產(chǎn)品用2—6個(gè)月就換掉的局面才有所改變。2017年初，我公司在大連一家鋼鐵企業(yè)用戶走訪時(shí)，用戶反映該產(chǎn)品主導(dǎo)廠家仿造的該主令控制器，一般用到2年到2年半就故障頻發(fā)，只能換掉。這不包括因操作時(shí)機(jī)構(gòu)卡死或觸頭組卡組的故障。浙江一企業(yè)仿制該產(chǎn)品因質(zhì)量問題多從本世紀(jì)初直到2018年左右才逐漸被客戶接受。直到現(xiàn)在，仿制品和正宗進(jìn)口貨之間仍存在不少差距，但總算能用了。不少廠家顧忌產(chǎn)品質(zhì)量問題，質(zhì)保期多在半年到一年。

3.2 仿造機(jī)型號(hào)QT18結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，存在的設(shè)計(jì)缺陷及故障分析

3.2.1傳動(dòng)箱為壓鑄鋁制造，國內(nèi)個(gè)別廠家用沖壓板焊接而成。但其傳動(dòng)軸的支撐均為鋼套。這種結(jié)構(gòu)，對(duì)于在鋼鐵廠、鑄鋁冶金行業(yè)的高溫，嚴(yán)重污染、輪班操作的連續(xù)使用環(huán)境中，極易產(chǎn)生干摩擦 ，加速磨損損壞。在粉塵嚴(yán)重的煤炭行業(yè)也是一個(gè)嚴(yán)重考驗(yàn)。這種套結(jié)構(gòu)可以使傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)緊湊，但從耐用性上考慮是有缺陷的。

3.2.2傳動(dòng)箱的齒輪傳動(dòng)付，在單機(jī)構(gòu)和雙機(jī)構(gòu)的立式凸輪開關(guān)組布置中，立式凸輪軸手柄操縱時(shí)的回轉(zhuǎn)式通過兩級(jí)傳動(dòng)付完成的，一級(jí)傳動(dòng)付是手柄帶動(dòng)直齒扇形輪通過增速帶動(dòng)直齒介輪轉(zhuǎn)動(dòng)，二級(jí)傳動(dòng)是和小直齒輪一體的錐齒輪帶動(dòng)凸輪軸上錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使立式凸輪軸回轉(zhuǎn)，錐齒付變速比為1:1，正是這種傳動(dòng)方式，使傳動(dòng)箱的體積小巧緊湊，但存在的結(jié)構(gòu)隱患也非常明顯。和直齒輪一體化錐齒輪是套在小軸上，小軸通過螺母緊固在安裝板上，而安裝板再通過4個(gè)M4的螺釘緊固在鋁質(zhì)傳動(dòng)箱上。使用中齒輪付受到操縱沖擊力是不能忽視的，螺母稍有松曠，即產(chǎn)生機(jī)構(gòu)操作時(shí)的卡死，這種機(jī)械事故在國內(nèi)各仿造產(chǎn)品中始終未得到解決。這個(gè)隱患可造成起重機(jī)在關(guān)鍵時(shí)候因操縱機(jī)構(gòu)卡死而突然不能工作，如果發(fā)生在鋼鐵廠鐵水包的吊裝過程中事故就大了。

3.2.3傳動(dòng)箱內(nèi)的零位桿鎖定機(jī)構(gòu)由一個(gè)機(jī)加工球形件和螺母緊固在一起的沖壓板件構(gòu)成，沖壓板使用M4螺栓固定在傳動(dòng)箱壁上，該結(jié)構(gòu)在零件擁擠的傳動(dòng)箱空間內(nèi)顯得復(fù)雜些，因空間受限制，給裝配增加麻煩。國內(nèi)一仿制企業(yè)因沖壓件固定問題多年來未很好解決。

3.2.4凸輪開關(guān)組部分由凸輪軸、上安裝板、中間安裝板、下安裝板、棘輪組件、觸頭座、觸頭組、凸輪片和9個(gè)支桿組成。上安裝板和中間安裝板由6根支桿緊固在一起，其間裝有棘輪搖臂組件。而中間安裝板與下安裝板之間由3根支柱連接固定在一起。而凸輪軸工作的回轉(zhuǎn)由上安裝板和下安裝板上的小銅套支承，這種支承套同樣不適應(yīng)鋼鐵廠、煤炭、水泥行業(yè)的工作環(huán)境。

凸輪片安裝在中間安裝板和下安裝板之間的凸輪軸上，其間還裝有觸頭座、觸頭組部件。凸輪軸的軸向限位由軸上下兩端的零件控制，由于零件較多，尺寸鏈較長，其軸向竄動(dòng)量準(zhǔn)確控制有難度。所以在仿造產(chǎn)品實(shí)際使用中，觸頭組頂桿在凸輪片上偏磨，搖臂滾輪對(duì)棘輪的偏磨都是存在的，這縮短了機(jī)件的使用壽命。國內(nèi)QT18仿造品和進(jìn)口原裝品所不同的地方就是棘輪部分的位置和觸頭組部件位置換一下。國內(nèi)也有家和進(jìn)口貨一樣的布置形式。

3.2.5國內(nèi)仿造的主令手柄自動(dòng)回零功能，有用壓簧實(shí)現(xiàn)的，也有用扭簧實(shí)現(xiàn)的，均不成熟，也未在用戶中正常使用。夲型主令是以手柄檔位保持的狀態(tài)被用于實(shí)用中的。其檔位鎖定和末位檔控制是通過棘輪上的停檔實(shí)現(xiàn)的，檔位變化很靈活，制造方便。這一點(diǎn)是其他法國施耐德和德國S+B公司所不具備的。

該型主令的優(yōu)點(diǎn)還是非常明顯的，德國先進(jìn)工藝制造出來的產(chǎn)品比國內(nèi)仿造的產(chǎn)品在可靠性、耐用度上都遠(yuǎn)高于國內(nèi)產(chǎn)品，這是不容置疑的。該主令是款比較先進(jìn)實(shí)用的機(jī)型，是國內(nèi)仿造的首款主導(dǎo)機(jī)型，在國內(nèi)工業(yè)起重機(jī)市場上是主要機(jī)型。不改進(jìn)創(chuàng)新，克服設(shè)計(jì)缺陷，想進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性和使用壽命是困難的。因此為滿足國內(nèi)客戶需求，大幅度提高產(chǎn)品的可靠性和耐用性，創(chuàng)造一款叫得響，超可靠，超耐用的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民族品牌產(chǎn)品是起重機(jī)電氣行業(yè)科技人員的重要任務(wù)。

3.3<山濟(jì)>牌K5系列工業(yè)操作手柄創(chuàng)新專利結(jié)構(gòu)介紹：

3.3.1齒輪傳動(dòng)箱采用球軸承支承的鋼結(jié)構(gòu)殼體：主令傳動(dòng)箱機(jī)殼由冷軋薄板沖壓，氬弧焊焊接而成。其側(cè)壁上焊有機(jī)加工軸承座，選用兩邊帶防塵密封蓋的小型球軸承來支承傳動(dòng)軸手動(dòng)操作時(shí)的回轉(zhuǎn)。這種支承適應(yīng)主令在各種工作環(huán)境中。特別是在溫度高，污染嚴(yán)重、灰塵多的鋼鐵廠、煉鋁廠、煤炭、水泥廠的工作環(huán)境中更顯其優(yōu)越性能，能很好的長期使用。

3.3.2傳動(dòng)箱內(nèi)的齒輪傳動(dòng)付去掉介輪組的結(jié)構(gòu)形式：

傳動(dòng)箱由仿造機(jī)型兩級(jí)傳動(dòng)付設(shè)計(jì)為一級(jí)錐齒輪付完成操縱桿增速傳動(dòng)，一級(jí)扇形錐齒輪由機(jī)箱殼上的兩個(gè)球軸承支承，其操縱時(shí)，回轉(zhuǎn)通過增速嚙合使得固定在凸輪軸的小錐齒輪回轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)凸輪軸回轉(zhuǎn)，完成觸頭組的分?jǐn)鄤?dòng)作。這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)錐齒輪傳動(dòng)付的知識(shí)產(chǎn)權(quán)須做重新設(shè)計(jì)調(diào)整，在保證傳動(dòng)箱的結(jié)構(gòu)尺寸因改為一級(jí)錐齒輪傳動(dòng)付造成的增大，控制在不大于5％的情況下完成。傳動(dòng)付有足夠強(qiáng)度的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)。1000萬次的臺(tái)架壽命試驗(yàn)和客戶多年的使用從未發(fā)生質(zhì)量問題，證明設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)付耐用可靠。這種創(chuàng)新改進(jìn)很成功，既解決了原機(jī)的故障隱患，還簡化了傳動(dòng)付結(jié)構(gòu)，降低了制造成本。

3.3.3零位定位桿零位鎖定裝置的簡化

原QT18主令零位鎖定裝置原由一個(gè)機(jī)加工球形碗和一塊安裝板用螺母緊固在一起而構(gòu)成?，F(xiàn)簡化成安裝板中沖壓出球形碗凹坑，功能相同，但結(jié)構(gòu)得到簡化。

3.3.4開關(guān)凸輪軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化：

開關(guān)凸輪軸有兩層，上層由上安裝板、中間安裝板，二者通過三根短支桿緊固在一起，再用2支帶有定位圓凸臺(tái)的長支桿穿過中間安裝板，將上安裝板和下安裝板固定在長支桿的兩端。中間安裝板和下安裝板之間增加一個(gè)短支柱。這樣就形成了上層和下層，層間隔內(nèi)兩個(gè)棘輪搖臂套裝在長支桿上，通過搖臂滾輪在拉簧的拉力作用下，鎖住安裝在凸輪軸上棘輪檔位。下層間隔內(nèi)，觸頭座的圓孔套裝在兩根長桿上。觸頭組騎在下層的短桿上，觸頭組的底腳嵌入到觸頭座上。該觸頭組具有不借助任何工具的情況下實(shí)現(xiàn)在觸頭座上的快卸快裝。

凸輪軸從三層板的中間穿過，被上下安裝板上的帶有雙邊防塵罩的密封球軸承所支承。棘輪和凸輪片分別安裝在相應(yīng)的準(zhǔn)確位置上，凸輪軸的軸向定位由固定在上軸承座凸輪軸和卡簧所固定，由于尺寸鏈短，凸輪軸的軸向竄動(dòng)被限制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，這就能做到觸頭組和凸輪片接觸的頂桿前端能吃滿，不產(chǎn)生偏磨。

為了防止鋼制搖臂滾輪對(duì)棘輪產(chǎn)生偏磨損，搖臂滾輪帶有雙臺(tái)階，兩臺(tái)階騎在棘輪上，棘輪永不會(huì)產(chǎn)生偏磨的現(xiàn)象，從而提高了棘輪的使用壽命。

由于在凸輪開關(guān)組結(jié)構(gòu)中采用了滾動(dòng)軸承做兩端的支承，對(duì)上層和下層隔斷構(gòu)成的框架的同軸度產(chǎn)生了更高的要求，同軸度低，凸輪軸回轉(zhuǎn)時(shí)不靈活，我們?cè)O(shè)計(jì)兩貫穿長支桿就很好解決這一問題。

多年客戶實(shí)際使用證明，這種結(jié)構(gòu)，同軸度高，軸向竄動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，其間各摩擦零件不偏磨，提高了使用壽命，改善了原結(jié)構(gòu)用套做支承不適應(yīng)鋼鐵廠、煉鋁廠、煤炭、水泥廠惡劣環(huán)境下的工作情況。

3.3.5觸頭組下挺桿前端端采用增加金屬嵌件，大幅度提高使用壽命

觸頭組的觸點(diǎn)間開閉是由凸輪片對(duì)觸頭組的下挺桿頂起和放下實(shí)現(xiàn)的，由于觸頭組的下挺桿在觸點(diǎn)開始斷開和持續(xù)斷開的狀態(tài)，在觸頭壓簧的作用下，觸點(diǎn)持續(xù)斷開時(shí)，觸頭組下挺桿的尖端部始終壓在凸輪片的外圓上滑動(dòng)，二者都是工程塑料制品，各自的磨損程度相差很大，頂桿前端的磨損量嚴(yán)重的可達(dá)凸輪片的30倍，國內(nèi)仿造機(jī)型常因頂桿前端的過早磨損而使觸頭組早期失效。從而使觸頭組成為易損件，為此觸頭組構(gòu)件才有了快拆快換機(jī)構(gòu)。

為解決這一難題，在產(chǎn)品首輪設(shè)計(jì)中我們?cè)谟|頭組下挺桿前端嵌入了耐磨的金屬構(gòu)件，從而提高了下挺桿前端硬度，其金屬嵌件的硬度可達(dá)35—40°。這樣與硬度低的工程塑料之間就取得了平衡。為防止二者偏磨損，我們提高了二者的安裝精度，控制了凸輪軸軸向竄動(dòng)量。臺(tái)架1000萬次的帶電負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明，二者之間磨損量均低于0.4毫米，均處于正常工作狀態(tài)，觸頭分合正常。

3.3.6為防止開關(guān)觸頭組機(jī)構(gòu)與機(jī)殼的緊固在多年使用中松動(dòng)，我們?cè)谶B接處增加雙定位銷鎖定。

3.3.7增設(shè)自動(dòng)復(fù)位功能機(jī)型和帶電位器同時(shí)具有自動(dòng)復(fù)位功能的機(jī)型，均屬于高端機(jī)型。2019年，在<山濟(jì)>牌K3系列塔式起重機(jī)主令控制器完善、定型、轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)后。將其成熟的扭簧自動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)移植到該工業(yè)操作手柄上，同時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了具有手柄自動(dòng)回歸零位和帶電位器的工業(yè)操作手柄機(jī)型，進(jìn)一步擴(kuò)大了使用范圍。

4.2工業(yè)手柄操作桿適用于24小時(shí)輪班工作制和斷續(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(shí)1200次，負(fù)載因數(shù)為40％。

4.3 檔位保持機(jī)型手柄操作力：

手柄自動(dòng)回零機(jī)型手柄操作力15—17N，符合人體工學(xué)。

          4.4工業(yè)操作手柄每個(gè)方向操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械壽命1000萬      次，觸頭組的電壽命800萬次。

          4.5操作手柄開角±42.5°，可達(dá)6檔。每個(gè)機(jī)構(gòu)可安裝    2-6個(gè)觸頭總成。