K3圖五、(山濟(jì))牌K3-21系列(立式觸頭框加長)
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。但好處是對起重機(jī)控制臺機(jī)箱的適應(yīng)性較強(qiáng),既適用塔機(jī)聯(lián)動(dòng)臺窄機(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。有一對或多對凸輪片在凸輪軸上對稱布置,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(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。使用現(xiàn)場據(jù)使用者反映,為獲得末位檔電信號,有時(shí)把操縱桿掰彎,末位檔無信號時(shí),主令只能換掉。
3、下面再對本機(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(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),凸輪片的布置由對稱改為錯(cuò)開布置,采取長M4螺釘緊固,第二輪試用和臺架試驗(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<山濟(jì)>牌主令已達(dá)到三臺主導(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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