K3圖六、（山濟(jì)）牌K3工業(yè)用主、副鉤
這些問題的出現(xiàn)主要是本型產(chǎn)品產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代后期，國內(nèi)無成熟的參考機(jī)型，造成設(shè)計(jì)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(jià)格低，迎合國內(nèi)急需，在國內(nèi)還占用整個(gè)起重機(jī)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(rèn)為，重新設(shè)計(jì)一款沒有缺陷的類似機(jī)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，前景看好。
從2012年開始，經(jīng)過幾年的準(zhǔn)備，組織人員著手創(chuàng)新研究該產(chǎn)品。首先對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品存在嚴(yán)重設(shè)計(jì)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(duì)性的進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)。
2.現(xiàn)有YGK3及QT3A型主令控制器設(shè)計(jì)缺陷梳理歸納如下：
2.1整體結(jié)構(gòu)如壘積木，機(jī)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(jī)構(gòu)的凸輪軸也全采取立式布置，造成傳動(dòng)機(jī)件過長，整個(gè)機(jī)型松垮、丑陋，體積大。但好處是對(duì)起重機(jī)控制臺(tái)機(jī)箱的適應(yīng)性較強(qiáng)，既適用塔機(jī)聯(lián)動(dòng)臺(tái)窄機(jī)箱，也適應(yīng)港機(jī)、工業(yè)起重機(jī)的寬機(jī)箱，且在機(jī)箱上板上不需要開偏置孔進(jìn)行安裝。這也是得到廣泛采用的一個(gè)原因。這種結(jié)構(gòu)形式，在全世界范圍內(nèi)均未見采用。
由于這類控制器由人工操作，操作中對(duì)機(jī)件的沖擊是很嚴(yán)重的，因此操作機(jī)構(gòu)及各部件必須扎實(shí)，堅(jiān)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(gè)電器部件，實(shí)際上是以機(jī)械結(jié)構(gòu)為堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的電器組件，也是起重機(jī)駕駛室內(nèi)核心的部件，沒有之一。機(jī)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。所有研發(fā)難度大，生產(chǎn)門檻高，制作要求精細(xì)。是國內(nèi)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(biāo)。
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(nèi)在小型主令控制器的設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)不可靠
主令具備手柄自動(dòng)準(zhǔn)確可靠的回歸零位功能。在整個(gè)使用過程中。一直保持這個(gè)功能是現(xiàn)有各類主令控制器的設(shè)計(jì)者和制造者一直追求的目標(biāo)。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(fù)位機(jī)構(gòu)是原YGK3和QT3A主令控制器中問題特別突出，設(shè)計(jì)缺陷嚴(yán)重的問題，長期以來，始終未解決。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(shí)復(fù)位力矩偏小，在手柄處于5檔位置時(shí)，彎曲應(yīng)力達(dá)1500Mpa，易疲軟失效。原因之二，靠扭簧的長扭臂推動(dòng)手柄回到零位，扭臂稍有變形，既造成回零失效。且由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)限制，又無法增大扭簧，故長期未解決。當(dāng)出現(xiàn)手柄不能準(zhǔn)確地回歸零位時(shí)，由于凸輪片的零位角度只有16°，太小，操作者無法感知到是否到達(dá)零位，此時(shí)維修人員必須停機(jī)更換新復(fù)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(dǎo)機(jī)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(duì)或多對(duì)凸輪片在凸輪軸上對(duì)稱布置，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。這是用戶常反映的問題。我們在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)也出現(xiàn)過凸輪片脫落的問題。
2.5凸輪軸檔位鎖定機(jī)構(gòu)不合理
主導(dǎo)機(jī)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(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(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(bǔ)不同步造成的相互干涉。實(shí)際上下端的棘輪機(jī)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，管內(nèi)的鋼球在操作過程中會(huì)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(jī)構(gòu)突然卡阻從而造成機(jī)械事故。我公司在臺(tái)架壽命考核YGK3機(jī)型時(shí)就出現(xiàn)了卡阻機(jī)械事故。用戶現(xiàn)場使用也有此情況發(fā)生，這個(gè)設(shè)計(jì)缺陷是不應(yīng)該的，由機(jī)械知識(shí)的人對(duì)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(dǎo)機(jī)型的末位檔限位結(jié)構(gòu)是由固定在機(jī)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(dá)到末位檔時(shí)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(diǎn)是塑膠塊的種類多。另一個(gè)出現(xiàn)的問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)方向上無電氣信號(hào)。使用現(xiàn)場據(jù)使用者反映，為獲得末位檔電信號(hào)，有時(shí)把操縱桿掰彎，末位檔無信號(hào)時(shí)，主令只能換掉。
3、下面再對(duì)本機(jī)的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)梳理歸納一下：
3.1觸頭開閉機(jī)構(gòu)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)組的開閉動(dòng)作。由于屬于滾動(dòng)摩擦，長期使用，觸頭頂桿前端的磨損很輕。我公司臺(tái)架觸頭組帶電負(fù)荷試驗(yàn)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(shí)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(jià)成本低，制造門檻不高
由于本型機(jī)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)過螺釘緊固而成。裝配工藝比較簡單。在本世紀(jì)初10年，塔機(jī)井噴式發(fā)展，當(dāng)時(shí)本型主令控制器供應(yīng)非常短缺，尤其維修市場更缺。市場上的短缺刺激了個(gè)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。因此該型主令控制器對(duì)中國經(jīng)濟(jì)做出了貢獻(xiàn)。
綜合以上列舉的本款YGK3主令控制器設(shè)計(jì)缺陷，確實(shí)問題不少，先天不足嚴(yán)重。后天如何精細(xì)制造也解決不了先天設(shè)計(jì)缺陷。從另一個(gè)角度看，這是中國首款自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是名副其實(shí)的民族品牌。也確實(shí)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(jī)的電器配套方向做出了很大貢獻(xiàn)，應(yīng)給予充分肯定。
4、<山濟(jì)>牌K3系列塔式起重機(jī)主令控制器研發(fā)過程
4.1公司專家團(tuán)隊(duì)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，產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)。2014年下半年，公司專家團(tuán)隊(duì)集資籌建山東濟(jì)寧三好電器科技公司，并著手進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。首輪設(shè)計(jì)于2014年年底完成，2015年上半年完成試制。首輪設(shè)計(jì)比較保守，單機(jī)構(gòu)和雙機(jī)構(gòu)主令控制器整體結(jié)構(gòu)仍采取市場認(rèn)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(fù)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重要設(shè)計(jì)，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(jī)殼內(nèi)部。
少量試制后。首先樣機(jī)進(jìn)行帶電壽命考核30臺(tái)投放市場使用，分別在碼頭裝卸用的門座起重機(jī)，鋼廠和塔機(jī)上使用。在2個(gè)月左右的早期，兩臺(tái)出現(xiàn)操作桿因材質(zhì)根部折斷，鋼廠用的一臺(tái)扭簧從中心臂處應(yīng)力集中斷裂，因扭簧在機(jī)殼內(nèi)部，現(xiàn)場更換有困難。
第二輪試制從2015年至2016年完成，為減少傳動(dòng)軸尺寸，雙機(jī)構(gòu)主令凸輪軸由雙立狀態(tài)改為立式+水平狀態(tài)，單機(jī)構(gòu)主令仍為立式布置，但復(fù)位扭簧仍在機(jī)殼內(nèi)，凸輪片的布置由對(duì)稱改為錯(cuò)開布置，采取長M4螺釘緊固，第二輪試用和臺(tái)架試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)大的問題。
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(fù)位扭簧由箱內(nèi)移到機(jī)殼外，外跨式布置，便于復(fù)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，發(fā)展應(yīng)力造成中心臂斷裂。用戶使用中，個(gè)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(shí)產(chǎn)生軸向抗力，造成扭簧導(dǎo)軸兩端的復(fù)位撥盤傾斜，撥盤和導(dǎo)軸短的間隙大于0.4㎜，扭簧兩端的頭擠進(jìn)撥盤和導(dǎo)軸的間隙中，增大復(fù)位阻力，扭簧和導(dǎo)軸之間稍有磨損，就增加復(fù)位阻力。
第四輪產(chǎn)品定型設(shè)計(jì)。本輪解決了扭簧復(fù)位機(jī)構(gòu)早期個(gè)別復(fù)位失效問題。
第四輪定型設(shè)計(jì)，從2019年初到2019年底完成。包括當(dāng)時(shí)5個(gè)月的800萬次的臺(tái)架機(jī)械壽命試驗(yàn)。整機(jī)和各關(guān)鍵部件、觸頭組（正宗施耐德觸頭組）等均通過歷時(shí)4個(gè)月，總試驗(yàn)2200小時(shí)800萬次嚴(yán)格的帶電負(fù)荷壽命考核試驗(yàn)。這期間。為滿足繁忙的港口裝卸門座起重機(jī)對(duì)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(jī)構(gòu)加裝電位器。
整個(gè)研發(fā)過程前后歷時(shí)6年，反復(fù)與產(chǎn)品使用客戶磨合，不斷對(duì)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)過程，定型產(chǎn)品投入批量生產(chǎn)，正式投放市場，很成功。與2020年下半年申請國家專利保護(hù)并獲得成功。
定型的<山濟(jì)>牌K3系列主令控制器由于減少了塑料件，提高了零件的復(fù)雜度，增加了機(jī)械加工件，增大了模具件生產(chǎn)量，成本有所提高，進(jìn)入門檻困難度增大，因此，其目標(biāo)群選定各高端用戶。
5、定型后<山濟(jì)>牌K3系列塔式起重機(jī)主令控制器結(jié)構(gòu)簡介(參見圖A圖B)
定型產(chǎn)品各機(jī)件按1000萬次的機(jī)械壽命量強(qiáng)度設(shè)計(jì)，無薄弱機(jī)件。整機(jī)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(dòng)箱部件2，觸頭組框架3，檔位控制機(jī)構(gòu)4，手柄自動(dòng)回零機(jī)構(gòu)5共5大部分構(gòu)成。并符合人體工學(xué)設(shè)計(jì)，長時(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(jī)箱、齒輪傳動(dòng)付、傳動(dòng)軸類機(jī)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(jī)構(gòu)4由棘輪、停檔、搖臂、拉簧、支架構(gòu)成
手柄自動(dòng)回零機(jī)構(gòu)5由中心臂復(fù)位扭簧、扭簧導(dǎo)軸、復(fù)位撥盤、撥盤零位檔限位件構(gòu)成。
整個(gè)機(jī)構(gòu)簡潔扎實(shí)、堅(jiān)固可靠。
6．控制器主要技術(shù)參數(shù)
6.1.控制器的基本參數(shù)見下表：
6.2.手柄操縱角度小于或等于±40°，檔位1——5檔，每個(gè)機(jī)構(gòu)可安裝3——12個(gè)觸頭組。
6.3.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(shí)1200次，負(fù)載因數(shù)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(jī)械壽命為800萬次，電壽命為600萬次。
8.1、<山濟(jì)>牌K3系列塔式起重機(jī)主令控制器達(dá)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(jī)堅(jiān)固性、可靠性、手柄復(fù)位機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確回零功能、耐用性都遠(yuǎn)高于國外水平。法國施耐德XKD機(jī)械壽命300外次，國內(nèi)同類主導(dǎo)機(jī)型標(biāo)定75萬次（選自JB/T13480-2018標(biāo)準(zhǔn)要求）。<山濟(jì)>牌K3主令機(jī)械壽命800萬次，電壽命600萬次。江西一鋼鐵企業(yè)的鐵礦石裝卸碼頭上有20臺(tái)裝卸用門座起重機(jī)，通過招標(biāo)，購買國內(nèi)產(chǎn)的YGK3包括帶電位器主令作為維修備件，國內(nèi)主導(dǎo)廠家只能用6—7個(gè)月（大約操作75萬次）其他廠家的產(chǎn)品更是從兩個(gè)月就出現(xiàn)問題，維修人員停機(jī)檢修都修不過來，嚴(yán)重影響碼頭裝卸作業(yè)。2020年8月批量換裝<山濟(jì)>牌K3系列塔式起重機(jī)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(xiàn)任何故障，現(xiàn)仍繼續(xù)使用。至此，一臺(tái)<山濟(jì)>牌主令已達(dá)到三臺(tái)主導(dǎo)廠家的同類產(chǎn)品。用戶由一開始用時(shí)的持懷疑態(tài)度，轉(zhuǎn)變到使用后直呼好，太好。
8.2、<山濟(jì)>牌K3系列塔式起重機(jī)主令控制器專門為高端客戶量身定做的。主要銷售方向：國內(nèi)重點(diǎn)塔式起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主機(jī)聯(lián)動(dòng)臺(tái)配套，要求高端主令塔機(jī)租賃公司作為維修配件。起重機(jī)控制臺(tái)專業(yè)生產(chǎn)廠家配套，港口裝卸門座起重機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)動(dòng)臺(tái)配套及終端用戶維修備件。冶金起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)配套或維修備件。
8.3、<山濟(jì)>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(jī)配套或備件，質(zhì)保期10年，用戶用在港口機(jī)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(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題退貨款，12-24個(gè)月內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題可以換貨。2年以后，質(zhì)保期出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，免費(fèi)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(duì)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。質(zhì)保期承諾可體現(xiàn)在客戶的采購合同中。
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