K3圖四、（山濟）牌K3-11系列帶電位器（高端機型）
這些問(wèn)題的出現主要是本型產(chǎn)品產(chǎn)生于上世紀80年代后期，國內無(wú)成熟的參考機型，造成設計缺陷較多，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(kāi)發(fā)早，價(jià)格低，迎合國內急需，在國內還占用整個(gè)起重機主令控制器市場(chǎng)的60-70%，應用非常廣泛。我們從2008年就分析認為，重新設計一款沒(méi)有缺陷的類(lèi)似機型，再以精工制造生產(chǎn)，一定是一款受市場(chǎng)歡迎的新產(chǎn)品，前景看好。
從2012年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾年的準備，組織人員著(zhù)手創(chuàng )新研究該產(chǎn)品。首先對現有產(chǎn)品存在嚴重設計缺陷及可靠性差、壽命短的原因進(jìn)行分析清楚，然后有針對性的進(jìn)行創(chuàng )新改進(jìn)設計。
2.現有YGK3及QT3A型主令控制器設計缺陷梳理歸納如下：
2.1整體結構如壘積木，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(kāi)關(guān)部分采取立式布置。雙機構的凸輪軸也全采取立式布置，造成傳動(dòng)機件過(guò)長(cháng)，整個(gè)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性較強，既適用塔機聯(lián)動(dòng)臺窄機箱，也適應港機、工業(yè)起重機的寬機箱，且在機箱上板上不需要開(kāi)偏置孔進(jìn)行安裝。這也是得到廣泛采用的一個(gè)原因。這種結構形式，在全世界范圍內均未見(jiàn)采用。
由于這類(lèi)控制器由人工操作，操作中對機件的沖擊是很?chē)乐氐?，因此操作機構及各部件必須扎實(shí)，堅固，方能經(jīng)受住數年的操作、沖擊和磨損。
主令控制器雖是一個(gè)電器部件，實(shí)際上是以機械結構為堅實(shí)基礎的電器組件，也是起重機駕駛室內核心的部件，沒(méi)有之一。機構可靠性差，耐用性低一直是生產(chǎn)商和使用者長(cháng)期的心頭之痛。所有研發(fā)難度大，生產(chǎn)門(mén)檻高，制作要求精細。是國內外都難以攻克的一個(gè)產(chǎn)品，這也是我公司決心攻破的目標。
2.2齒輪傳動(dòng)付和軸承座均采用工程塑料制作。尤其齒輪傳動(dòng)付由于采取工程塑料造成齒輪付尺寸大、嚙合松曠。這在世界范圍內在小型主令控制器的設計制造上使用工程塑料制造齒輪傳動(dòng)付，也只有中國這一款產(chǎn)品。顯然不合理。
2.3手柄自動(dòng)回歸零位機構不可靠
主令具備手柄自動(dòng)準確可靠的回歸零位功能。在整個(gè)使用過(guò)程中。一直保持這個(gè)功能是現有各類(lèi)主令控制器的設計者和制造者一直追求的目標。也始終是各類(lèi)主令控制器產(chǎn)品長(cháng)期難以完美解決的問(wèn)題。零位復位機構是原YGK3和QT3A主令控制器中問(wèn)題特別突出，設計缺陷嚴重的問(wèn)題，長(cháng)期以來(lái)，始終未解決。原因之一是扭簧力不夠，小馬拉大車(chē)。該扭簧外徑?21mm,鋼絲直徑?2.5MM，有效圈數5.5.彈簧剛度21.5Nmm/(o),手柄接近零位時(shí)復位力矩偏小，在手柄處于5檔位置時(shí)，彎曲應力達1500Mpa，易疲軟失效。原因之二，靠扭簧的長(cháng)扭臂推動(dòng)手柄回到零位，扭臂稍有變形，既造成回零失效。且由于設計結構限制，又無(wú)法增大扭簧，故長(cháng)期未解決。當出現手柄不能準確地回歸零位時(shí)，由于凸輪片的零位角度只有16°，太小，操作者無(wú)法感知到是否到達零位，此時(shí)維修人員必須停機更換新復位扭轉彈簧，或者更換新的主令控制器，方可繼續作業(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(chēng)布置，兩個(gè)凸輪片共用一個(gè)M4螺孔，用兩個(gè)短螺絲釘從兩邊分別緊固。由于螺釘進(jìn)入絲孔只有3㎜多，緊固一旦松動(dòng)，即造成使用的凸輪片脫落。這是用戶(hù)常反映的問(wèn)題。我們在臺架試驗時(shí)也出現過(guò)凸輪片脫落的問(wèn)題。
2.5凸輪軸檔位鎖定機構不合理
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(dòng)頂桿完成。在傳動(dòng)箱內還裝有扇形彈簧片，在壓簧作用下的鋼珠在扇形彈簧片的槽內進(jìn)出發(fā)生檔位響聲。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(shí)際上下端的棘輪機構起不到作用，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的鋼球完成，管內的鋼球在操作過(guò)程中會(huì )從套筒中跳出來(lái)。一旦跳出來(lái)，擠在彈簧片和軸承座之間，使操作機構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(shí)就出現了卡阻機械事故。用戶(hù)現場(chǎng)使用也有此情況發(fā)生，這個(gè)設計缺陷是不應該的，由機械知識的人對套筒內孔稍加改變即可解決問(wèn)題。
2.6末位檔限位結構具有局限性
該主導機型的末位檔限位結構是由固定在機箱上面的塑膠孔的長(cháng)方形塊斜面和手柄操縱桿構成。手柄操縱桿達到末位檔時(shí)手柄桿靠在斜面上。這種結構在法國施耐德和德國S+B主令控制器上也采用。其缺點(diǎn)是塑膠塊的種類(lèi)多。另一個(gè)出現的問(wèn)題是主令控制器在后期的使用中由于傳動(dòng)付的磨損，因操縱桿的操作角度被末位檔限制，易造成一個(gè)方向上無(wú)電氣信號。使用現場(chǎng)據使用者反映，為獲得末位檔電信號，有時(shí)把操縱桿掰彎，末位檔無(wú)信號時(shí)，主令只能換掉。
3、下面再對本機的設計亮點(diǎn)梳理歸納一下：
3.1觸頭開(kāi)閉機構優(yōu)點(diǎn)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(dòng)安裝在觸頭座上的銅滾輪，銅滾輪再推動(dòng)觸頭組上的頂桿完成觸點(diǎn)組的開(kāi)閉動(dòng)作。由于屬于滾動(dòng)摩擦，長(cháng)期使用，觸頭頂桿前端的磨損很輕。我公司臺架觸頭組帶電負荷試驗600萬(wàn)次后，檢測發(fā)現觸頭前端磨損低于0.5㎜，觸頭仍能正常工作，實(shí)踐也證明公司投放到用戶(hù)已使用多年的主令控制器未發(fā)現觸頭組損壞的問(wèn)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(jià)成本低，制造門(mén)檻不高
由于本型機采用了大量工程塑料，傳動(dòng)箱和觸頭框也都是沖壓板材料，經(jīng)過(guò)螺釘緊固而成。裝配工藝比較簡(jiǎn)單。在本世紀初10年，塔機井噴式發(fā)展，當時(shí)本型主令控制器供應非常短缺，尤其維修市場(chǎng)更缺。市場(chǎng)上的短缺刺激了個(gè)體戶(hù)自己組裝銷(xiāo)售，雖然質(zhì)量沒(méi)有保證，但也緩解了市場(chǎng)急需，支持了中國建筑市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展。因此該型主令控制器對中國經(jīng)濟做出了貢獻。
綜合以上列舉的本款YGK3主令控制器設計缺陷，確實(shí)問(wèn)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計缺陷。從另一個(gè)角度看，這是中國首款自行創(chuàng )新設計的產(chǎn)品，具有自主知識產(chǎn)權，是名副其實(shí)的民族品牌。也確實(shí)解決了市場(chǎng)上的急需，并占領(lǐng)了國內很大的市場(chǎng)份額，給起重機的電器配套方向做出了很大貢獻，應給予充分肯定。
4、<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器研發(fā)過(guò)程
4.1公司專(zhuān)家團隊產(chǎn)生創(chuàng )新研發(fā)想法開(kāi)始于2008年，開(kāi)始收集有關(guān)資料，調研市場(chǎng)需求，產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)。2014年下半年，公司專(zhuān)家團隊集資籌建山東濟寧三好電器科技公司，并著(zhù)手進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。首輪設計于2014年年底完成，2015年上半年完成試制。首輪設計比較保守，單機構和雙機構主令控制器整體結構仍采取市場(chǎng)認可的立式布置，外形基本上未做改動(dòng)。但傳動(dòng)付改為鋼制齒輪，傳動(dòng)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(dòng)箱用螺絲緊固，并打上定位銷(xiāo)防松動(dòng)。檔位鎖定和末位檔限制均由棘輪上的停檔柱完成。凸輪片的排列仍保持原樣。但復位機構進(jìn)行了重要設計，扭簧外徑Φ40mm,鋼絲直徑d=3mm,有效圈數n=5.9圈，屬中心臂扭簧。鋼絲材料為50Gra，（含全鋼簧鋼絲）。零位檔時(shí)的扭矩1640N.mm,
扭簧剛度15.6Nmm/(
°),扭簧裝置機殼內部。
少量試制后。首先樣機進(jìn)行帶電壽命考核30臺投放市場(chǎng)使用，分別在碼頭裝卸用的門(mén)座起重機，鋼廠(chǎng)和塔機上使用。在2個(gè)月左右的早期，兩臺出現操作桿因材質(zhì)根部折斷，鋼廠(chǎng)用的一臺扭簧從中心臂處應力集中斷裂，因扭簧在機殼內部，現場(chǎng)更換有困難。
第二輪試制從2015年至2016年完成，為減少傳動(dòng)軸尺寸，雙機構主令凸輪軸由雙立狀態(tài)改為立式+水平狀態(tài)，單機構主令仍為立式布置，但復位扭簧仍在機殼內，凸輪片的布置由對稱(chēng)改為錯開(kāi)布置，采取長(cháng)M4螺釘緊固，第二輪試用和臺架試驗未發(fā)現大的問(wèn)題。
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(dòng)箱改為封閉型，復位扭簧由箱內移到機殼外，外跨式布置，便于復位扭簧的維修，其他已成熟的結構保留。為降低操作力，扭簧鋼絲直徑降為2.8mm，材料選用65Mn，發(fā)展應力造成中心臂斷裂。用戶(hù)使用中，個(gè)別產(chǎn)品出現了早期手柄回零故障，經(jīng)分析是扭簧在工作時(shí)產(chǎn)生軸向抗力，造成扭簧導軸兩端的復位撥盤(pán)傾斜，撥盤(pán)和導軸短的間隙大于0.4㎜，扭簧兩端的頭擠進(jìn)撥盤(pán)和導軸的間隙中，增大復位阻力，扭簧和導軸之間稍有磨損，就增加復位阻力。
第四輪產(chǎn)品定型設計。本輪解決了扭簧復位機構早期個(gè)別復位失效問(wèn)題。
第四輪定型設計，從2019年初到2019年底完成。包括當時(shí)5個(gè)月的800萬(wàn)次的臺架機械壽命試驗。整機和各關(guān)鍵部件、觸頭組（正宗施耐德觸頭組）等均通過(guò)歷時(shí)4個(gè)月，總試驗2200小時(shí)800萬(wàn)次嚴格的帶電負荷壽命考核試驗。這期間。為滿(mǎn)足繁忙的港口裝卸門(mén)座起重機對主令控制器輸入模擬信息需求，在原基礎上增設專(zhuān)門(mén)機構加裝電位器。
整個(gè)研發(fā)過(guò)程前后歷時(shí)6年，反復與產(chǎn)品使用客戶(hù)磨合，不斷對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，前后經(jīng)四輪改型，與2019年底，完成了所有研發(fā)過(guò)程，定型產(chǎn)品投入批量生產(chǎn)，正式投放市場(chǎng)，很成功。與2020年下半年申請國家專(zhuān)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，成本有所提高，進(jìn)入門(mén)檻困難度增大，因此，其目標群選定各高端用戶(hù)。
5、定型后<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器結構簡(jiǎn)介(參見(jiàn)圖A圖B)
定型產(chǎn)品各機件按1000萬(wàn)次的機械壽命量強度設計，無(wú)薄弱機件。整機可靠性高，超耐用，用戶(hù)使得住。
基礎型主令由操縱手柄部件1，傳動(dòng)箱部件2，觸頭組框架3，檔位控制機構4，手柄自動(dòng)回零機構5共5大部分構成。并符合人體工學(xué)設計，長(cháng)時(shí)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(dòng)箱部件2由機箱、齒輪傳動(dòng)付、傳動(dòng)軸類(lèi)機件、零位桿和鎖定件構成。
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、凸輪軸構成。
檔位控制機構4由棘輪、停檔、搖臂、拉簧、支架構成
手柄自動(dòng)回零機構5由中心臂復位扭簧、扭簧導軸、復位撥盤(pán)、撥盤(pán)零位檔限位件構成。
整個(gè)機構簡(jiǎn)潔扎實(shí)、堅固可靠。
6．控制器主要技術(shù)參數
6.1.控制器的基本參數見(jiàn)下表：
6.2.手柄操縱角度小于或等于±40°，檔位1——5檔，每個(gè)機構可安裝3——12個(gè)觸頭組。
6.3.適用于8——24h工作制和斷續周期工作制，其在斷續周期工作制下的額定操作頻率為每小時(shí)1200次，負載因數為 40%。
6.4.控制器手柄操作力15——17N，符合人體工學(xué)。
6.5.控制器的機械壽命為800萬(wàn)次，電壽命為600萬(wàn)次。
8.1、<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器達到的水平狀態(tài)、性能、檔位清晰度、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外次，國內同類(lèi)主導機型標定75萬(wàn)次（選自JB/T13480-2018標準要求）。<山濟>牌K3主令機械壽命800萬(wàn)次，電壽命600萬(wàn)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(mén)座起重機，通過(guò)招標，購買(mǎi)國內產(chǎn)的YGK3包括帶電位器主令作為維修備件，國內主導廠(chǎng)家只能用6—7個(gè)月（大約操作75萬(wàn)次）其他廠(chǎng)家的產(chǎn)品更是從兩個(gè)月就出現問(wèn)題，維修人員停機檢修都修不過(guò)來(lái)，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（帶電位器，）到2022年4月已工作21個(gè)月，20多主令未出現任何故障，現仍繼續使用。至此，一臺<山濟>牌主令已達到三臺主導廠(chǎng)家的同類(lèi)產(chǎn)品。用戶(hù)由一開(kāi)始用時(shí)的持懷疑態(tài)度，轉變到使用后直呼好，太好。
8.2、<山濟>牌K3系列塔式起重機主令控制器專(zhuān)門(mén)為高端客戶(hù)量身定做的。主要銷(xiāo)售方向：國內重點(diǎn)塔式起重機生產(chǎn)企業(yè)主機聯(lián)動(dòng)臺配套，要求高端主令塔機租賃公司作為維修配件。起重機控制臺專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家配套，港口裝卸門(mén)座起重機生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)動(dòng)臺配套及終端用戶(hù)維修備件。冶金起重機生產(chǎn)企業(yè)配套或維修備件。
8.3、<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，用戶(hù)用在港口機械上和冶金企業(yè)配套或備件質(zhì)保期4年。在質(zhì)保期12個(gè)月內產(chǎn)品出現質(zhì)量問(wèn)題退貨款，12-24個(gè)月內產(chǎn)品出現質(zhì)量問(wèn)題可以換貨。2年以后，質(zhì)保期出現產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，免費提供配件或返公司維修。超過(guò)質(zhì)保期的有償服務(wù)。我們對自己的產(chǎn)品有信心，超長(cháng)質(zhì)保期，企業(yè)有能力接受增加的成本支出。質(zhì)保期承諾可體現在客戶(hù)的采購合同中。
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