3、<山济>牌K5系列工业操作手柄研发介绍

3.1中国国内用户在用的该类型的小型主令控制器除德国进口的以外，均为仿造德国杰斯曼的机型。从本世纪初，国内就有少数几家企业仿造，后来仿造企业又有所增加。由于该类小型主令控制器零部件小巧、精细，制造工艺难度大.仿制门槛高，国内多年仿制不过关。其中国内仿制该产品的主导厂家历经多年，直到2011年，经多次改进产品质量才有所提高，产品用2—6个月就换掉的局面才有所改变。2017年初，我公司在大连一家钢铁企业用户走访时，用户反映该产品主导厂家仿造的该主令控制器，一般用到2年到2年半就故障频发，只能换掉。这不包括因操作时机构卡死或触头组卡组的故障。浙江一企业仿制该产品因质量问题多从本世纪初直到2018年左右才逐渐被客户接受。直到现在，仿制品和正宗进口货之间仍存在不少差距，但总算能用了。不少厂家顾忌产品质量问题，质保期多在半年到一年。

3.2 仿造机型号QT18结构特点，存在的设计缺陷及故障分析

3.2.1传动箱为压铸铝制造，国内个别厂家用冲压板焊接而成。但其传动轴的支撑均为钢套。这种结构，对于在钢铁厂、铸铝冶金行业的高温，严重污染、轮班操作的连续使用环境中，极易产生干摩擦 ，加速磨损损坏。在粉尘严重的煤炭行业也是一个严重考验。这种套结构可以使传动箱结构紧凑，但从耐用性上考虑是有缺陷的。

3.2.2传动箱的齿轮传动付，在单机构和双机构的立式凸轮开关组布置中，立式凸轮轴手柄操纵时的回转式通过两级传动付完成的，一级传动付是手柄带动直齿扇形轮通过增速带动直齿介轮转动，二级传动是和小直齿轮一体的锥齿轮带动凸轮轴上锥齿轮旋转，从而使立式凸轮轴回转，锥齿付变速比为1:1，正是这种传动方式，使传动箱的体积小巧紧凑，但存在的结构隐患也非常明显。和直齿轮一体化锥齿轮是套在小轴上，小轴通过螺母紧固在安装板上，而安装板再通过4个M4的螺钉紧固在铝质传动箱上。使用中齿轮付受到操纵冲击力是不能忽视的，螺母稍有松旷，即产生机构操作时的卡死，这种机械事故在国内各仿造产品中始终未得到解决。这个隐患可造成起重机在关键时候因操纵机构卡死而突然不能工作，如果发生在钢铁厂铁水包的吊装过程中事故就大了。

3.2.3传动箱内的零位杆锁定机构由一个机加工球形件和螺母紧固在一起的冲压板件构成，冲压板使用M4螺栓固定在传动箱壁上，该结构在零件拥挤的传动箱空间内显得复杂些，因空间受限制，给装配增加麻烦。国内一仿制企业因冲压件固定问题多年来未很好解决。

3.2.4凸轮开关组部分由凸轮轴、上安装板、中间安装板、下安装板、棘轮组件、触头座、触头组、凸轮片和9个支杆组成。上安装板和中间安装板由6根支杆紧固在一起，其间装有棘轮摇臂组件。而中间安装板与下安装板之间由3根支柱连接固定在一起。而凸轮轴工作的回转由上安装板和下安装板上的小铜套支承，这种支承套同样不适应钢铁厂、煤炭、水泥行业的工作环境。

凸轮片安装在中间安装板和下安装板之间的凸轮轴上，其间还装有触头座、触头组部件。凸轮轴的轴向限位由轴上下两端的零件控制，由于零件较多，尺寸链较长，其轴向窜动量准确控制有难度。所以在仿造产品实际使用中，触头组顶杆在凸轮片上偏磨，摇臂滚轮对棘轮的偏磨都是存在的，这缩短了机件的使用寿命。国内QT18仿造品和进口原装品所不同的地方就是棘轮部分的位置和触头组部件位置换一下。国内也有家和进口货一样的布置形式。

3.2.5国内仿造的主令手柄自动回零功能，有用压簧实现的，也有用扭簧实现的，均不成熟，也未在用户中正常使用。夲型主令是以手柄档位保持的状态被用于实用中的。其档位锁定和末位档控制是通过棘轮上的停档实现的，档位变化很灵活，制造方便。这一点是其他法国施耐德和德国S+B公司所不具备的。

该型主令的优点还是非常明显的，德国先进工艺制造出来的产品比国内仿造的产品在可靠性、耐用度上都远高于国内产品，这是不容置疑的。该主令是款比较先进实用的机型，是国内仿造的首款主导机型，在国内工业起重机市场上是主要机型。不改进创新，克服设计缺陷，想进一步提高产品的可靠性和使用寿命是困难的。因此为满足国内客户需求，大幅度提高产品的可靠性和耐用性，创造一款叫得响，超可靠，超耐用的具有自主知识产权的民族品牌产品是起重机电气行业科技人员的重要任务。

3.3<山济>牌K5系列工业操作手柄创新专利结构介绍：

3.3.1齿轮传动箱采用球轴承支承的钢结构壳体：主令传动箱机壳由冷轧薄板冲压，氩弧焊焊接而成。其侧壁上焊有机加工轴承座，选用两边带防尘密封盖的小型球轴承来支承传动轴手动操作时的回转。这种支承适应主令在各种工作环境中。特别是在温度高，污染严重、灰尘多的钢铁厂、炼铝厂、煤炭、水泥厂的工作环境中更显其优越性能，能很好的长期使用。

3.3.2传动箱内的齿轮传动付去掉介轮组的结构形式：

传动箱由仿造机型两级传动付设计为一级锥齿轮付完成操纵杆增速传动，一级扇形锥齿轮由机箱壳上的两个球轴承支承，其操纵时，回转通过增速啮合使得固定在凸轮轴的小锥齿轮回转，从而带动凸轮轴回转，完成触头组的分断动作。这种结构在设计时对锥齿轮传动付的知识产权须做重新设计调整，在保证传动箱的结构尺寸因改为一级锥齿轮传动付造成的增大，控制在不大于5％的情况下完成。传动付有足够强度的技术参数设计。1000万次的台架寿命试验和客户多年的使用从未发生质量问题，证明设计锥齿轮传动付耐用可靠。这种创新改进很成功，既解决了原机的故障隐患，还简化了传动付结构，降低了制造成本。

3.3.3零位定位杆零位锁定装置的简化

原QT18主令零位锁定装置原由一个机加工球形碗和一块安装板用螺母紧固在一起而构成。现简化成安装板中冲压出球形碗凹坑，功能相同，但结构得到简化。

3.3.4开关凸轮轴结构的优化：

开关凸轮轴有两层，上层由上安装板、中间安装板，二者通过三根短支杆紧固在一起，再用2支带有定位圆凸台的长支杆穿过中间安装板，将上安装板和下安装板固定在长支杆的两端。中间安装板和下安装板之间增加一个短支柱。这样就形成了上层和下层，层间隔内两个棘轮摇臂套装在长支杆上，通过摇臂滚轮在拉簧的拉力作用下，锁住安装在凸轮轴上棘轮档位。下层间隔内，触头座的圆孔套装在两根长杆上。触头组骑在下层的短杆上，触头组的底脚嵌入到触头座上。该触头组具有不借助任何工具的情况下实现在触头座上的快卸快装。

凸轮轴从三层板的中间穿过，被上下安装板上的带有双边防尘罩的密封球轴承所支承。棘轮和凸轮片分别安装在相应的准确位置上，凸轮轴的轴向定位由固定在上轴承座凸轮轴和卡簧所固定，由于尺寸链短，凸轮轴的轴向窜动被限制在一个很小的范围内，这就能做到触头组和凸轮片接触的顶杆前端能吃满，不产生偏磨。

为了防止钢制摇臂滚轮对棘轮产生偏磨损，摇臂滚轮带有双台阶，两台阶骑在棘轮上，棘轮永不会产生偏磨的现象，从而提高了棘轮的使用寿命。

由于在凸轮开关组结构中采用了滚动轴承做两端的支承，对上层和下层隔断构成的框架的同轴度产生了更高的要求，同轴度低，凸轮轴回转时不灵活，我们设计两贯穿长支杆就很好解决这一问题。

多年客户实际使用证明，这种结构，同轴度高，轴向窜动小，运转灵活，其间各摩擦零件不偏磨，提高了使用寿命，改善了原结构用套做支承不适应钢铁厂、炼铝厂、煤炭、水泥厂恶劣环境下的工作情况。

3.3.5触头组下挺杆前端端采用增加金属嵌件，大幅度提高使用寿命

触头组的触点间开闭是由凸轮片对触头组的下挺杆顶起和放下实现的，由于触头组的下挺杆在触点开始断开和持续断开的状态，在触头压簧的作用下，触点持续断开时，触头组下挺杆的尖端部始终压在凸轮片的外圆上滑动，二者都是工程塑料制品，各自的磨损程度相差很大，顶杆前端的磨损量严重的可达凸轮片的30倍，国内仿造机型常因顶杆前端的过早磨损而使触头组早期失效。从而使触头组成为易损件，为此触头组构件才有了快拆快换机构。

为解决这一难题，在产品首轮设计中我们在触头组下挺杆前端嵌入了耐磨的金属构件，从而提高了下挺杆前端硬度，其金属嵌件的硬度可达35—40°。这样与硬度低的工程塑料之间就取得了平衡。为防止二者偏磨损，我们提高了二者的安装精度，控制了凸轮轴轴向窜动量。台架1000万次的带电负荷试验结果表明，二者之间磨损量均低于0.4毫米，均处于正常工作状态，触头分合正常。

3.3.6为防止开关触头组机构与机壳的紧固在多年使用中松动，我们在连接处增加双定位销锁定。

3.3.7增设自动复位功能机型和带电位器同时具有自动复位功能的机型，均属于高端机型。2019年，在<山济>牌K3系列塔式起重机主令控制器完善、定型、转入批量生产后。将其成熟的扭簧自动复位机构移植到该工业操作手柄上，同时创新设计了具有手柄自动回归零位和带电位器的工业操作手柄机型，进一步扩大了使用范围。

4.2工业手柄操作杆适用于24小时轮班工作制和断续周期工作制，其在断续周期工作制下的额定操作频率为每小时1200次，负载因数为40％。

4.3 档位保持机型手柄操作力：

手柄自动回零机型手柄操作力15—17N，符合人体工学。

          4.4工业操作手柄每个方向操作机构的机械寿命1000万      次，触头组的电寿命800万次。

          4.5操作手柄开角±42.5°，可达6档。每个机构可安装    2-6个触头总成。