K3圖七、（山濟）牌K3-21系列（抓斗型）
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)無成熟的參考機型，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)還占用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(rèn)為，重新設(shè)計一款沒有缺陷的類似機型，再以精工制造生產(chǎn)，一定是一款受市場歡迎的新產(chǎn)品，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。首先對現(xiàn)有產(chǎn)品存在嚴(yán)重設(shè)計缺陷及可靠性差、壽命短的原因進行分析清楚，然后有針對性的進行創(chuàng)新改進設(shè)計。
2.現(xiàn)有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，且在機箱上板上不需要開偏置孔進行安裝。這也是得到廣泛采用的一個原因。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，操作中對機件的沖擊是很嚴(yán)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。所有研發(fā)難度大，生產(chǎn)門檻高，制作要求精細。是國內(nèi)外都難以攻克的一個產(chǎn)品，這也是我公司決心攻破的目標(biāo)。
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
主令具備手柄自動準(zhǔn)確可靠的回歸零位功能。在整個使用過程中。一直保持這個功能是現(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)位機構(gòu)是原YGK3和QT3A主令控制器中問題特別突出，設(shè)計缺陷嚴(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),手柄接近零位時復(fù)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，既造成回零失效。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(dāng)出現(xiàn)手柄不能準(zhǔn)確地回歸零位時，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零位，此時維修人員必須停機更換新復(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(dǎo)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)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，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，由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(dǎo)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。
3、下面再對本機的設(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。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
由于本型機采用了大量工程塑料，傳動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，塔機井噴式發(fā)展，當(dāng)時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(shè)計缺陷，確實問題不少，先天不足嚴(yán)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
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，產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)。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)品研發(fā)。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(rèn)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，并打上定位銷防松動。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)位機構(gòu)進行了重要設(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50Gra，（含全鋼簧鋼絲）。零位檔時的扭矩1640N.mm,
扭簧剛度15.6Nmm/(
°),扭簧裝置機殼內(nèi)部。
少量試制后。首先樣機進行帶電壽命考核30臺投放市場使用，分別在碼頭裝卸用的門座起重機，鋼廠和塔機上使用。在2個月左右的早期，兩臺出現(xiàn)操作桿因材質(zhì)根部折斷，鋼廠用的一臺扭簧從中心臂處應(yīng)力集中斷裂，因扭簧在機殼內(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(fù)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，第二輪試用和臺架試驗未發(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，齒輪傳動箱改為封閉型，復(fù)位扭簧由箱內(nèi)移到機殼外，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(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。本輪解決了扭簧復(fù)位機構(gòu)早期個別復(fù)位失效問題。
第四輪定型設(shè)計，從2019年初到2019年底完成。包括當(dāng)時5個月的800萬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）等均通過歷時4個月，總試驗2200小時800萬次嚴(yán)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。
整個研發(fā)過程前后歷時6年，反復(fù)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，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(fù)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>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B)
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(xué)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(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。
整個機構(gòu)簡潔扎實、堅固可靠。
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，每個機構(gòu)可安裝3——12個觸頭組。
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1200次，負載因數(shù)為 40%。
6.4.控制器手柄操作力15——17N，符合人體工學(xué)。
6.5.控制器的機械壽命為800萬次，電壽命為600萬次。
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(fù)位機構(gòu)準(zhǔn)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(nèi)同類主導(dǎo)機型標(biāo)定75萬次（選自JB/T13480-2018標(biāo)準(zhǔn)要求）。<山濟>牌K3主令機械壽命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臺裝卸用門座起重機，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個月（大約操作75萬次）其他廠家的產(chǎn)品更是從兩個月就出現(xiàn)問題，維修人員停機檢修都修不過來，嚴(yán)重影響碼頭裝卸作業(yè)。2020年8月批量換裝<山濟>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<山濟>牌主令已達到三臺主導(dǎo)廠家的同類產(chǎn)品。用戶由一開始用時的持懷疑態(tài)度，轉(zhuǎn)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門為高端客戶量身定做的。主要銷售方向：國內(nèi)重點塔式起重機生產(chǎn)企業(yè)主機聯(lián)動臺配套，要求高端主令塔機租賃公司作為維修配件。起重機控制臺專業(yè)生產(chǎn)廠家配套，港口裝卸門座起重機生產(chǎn)廠家聯(lián)動臺配套及終端用戶維修備件。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個月內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題退貨款，12-24個月內(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。質(zhì)保期承諾可體現(xiàn)在客戶的采購合同中。
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