三、<SJ>P-XKDF全金屬結構高端主令控制器
發布日期： 2025-2-20 本文被閱讀 88 次
專利號： ZL2021 2 230 3289.2
主令控制器（也稱操作手柄）是起重機電氣控制系統皇冠上的明珠，也是起重機司機室內聯動控制臺上重要且核心的電控部件，研發門檻極高，制造難度大。<SJ>P-XKDF中型全金屬結構主令控制器系我公司專家團隊以法國施耐德XKDF中型主令控制器為基礎，并參考國內同類機型，立足創新，超越為目標，堅持自主開發，多輪改進提高，歷經6年才研發成功。并與2019年底定型，轉入批量生產。產品的堅固性、可靠性、耐用性，遙遙高于進口產品，是名符其實的國貨精品。產品用于交流頻率50HZ或60HZ，交流電壓至380V；直流電壓至220V。輸出開關量信號或模擬量信號，控制起重運輸機械電動機的起動、換向、調速和制動。
一、標準及適用條件：
1、標準：符合IEC947，IEC337-1NFC63-140標準；德國標準VDE660第二部分。執行中華人民共和國機械行業標準JB/T13480-2018；(不采用標準中75萬次的機械壽命規定)。公司內控標準：每個方向操作機構的機械壽命800萬次，不采用法國施耐德XKDF機械壽命300萬次標準，電壽命600萬次。
2、環境條件：作用溫度-40°C-+85°C。
3、防護等級：上部IP54。
二、各機型產品照：
三、型號及觸頭分合程序表：
1. 型號舉例及意義：
2. 觸頭分合程序表：
以上程序如不能滿足客戶需求，客戶定制主令時可自行提供觸頭分合程序。
四、分類、手柄操作方式及凸輪軸布置形式：
1、分類：<SJ>P-XKDF系列主令控制器按手柄控制起重機運行機構數量分為單機構控制器和雙機構控制器。
2、手柄操作方式：
單機構控制器，操作一個凸輪軸開關，手柄“一”字形操作，用SK表示；
雙機構控制器，操作兩個凸輪軸開關，手柄分為聯動操作，用AK表示和“十”字形操作，用KK表示。
3、凸輪開關組布置形式：
凸輪開關組布置形式不采用法國施耐德全水平布置形式。<SJ>P-XKDF雙機構主令控制器凸輪開關組布置形式AB向（前后操作）垂直型布置，CD向（左右操作）水平布置。
4、操作手柄：零位機械聯鎖手柄（上提解鎖）。上提下手球順時針旋轉后，手柄處于長時間解鎖狀態。此種狀況上提下手球，逆時針旋轉，手柄處于鎖定狀態。
五、產品創新特點:
1. 全金屬框架結構，小型滾珠軸承支承，結構堅固，扎實。
2. 等強度、等壽命設計，高可靠性，超耐用。零部件設計無壽命短板部件。
3.碳鋼齒輪傳動付，體積小，壽命長。
4.獨創中心臂扭簧復位機構，耐用，可靠。復位準確，零位永不飄移。
5.凸輪片交錯布置，緊固可靠，不掉凸輪片。
6.采用雙搖臂，鋼棘輪及拉簧組成檔位控制和末檔限位裝置,先進可靠。
7.操作順滑，檔位清晰。操作力符合人體工學。
8.使用壽命超長，高性價比。機械壽命800萬次，電壽命600萬次。質保期內無故障長期運行。
六、控制器主要技術參數:
1.控制器的基本參數見下表：
2.檔位
3.適用于連續工作制和斷續周期工作制。操作頻率不大于每小時1200次，負載因數為40%。
4.手柄操作力11—13N，符合人體工學。
5.控制器的機械壽命為800萬次，電壽命為600萬次。
6.檔位清晰，扭簧自復位準確，零位永不漂移。
七、外形及安裝開孔尺寸：
七、配套電器元件：
1、配套觸頭組：正宗施耐德觸頭組。型號ZB2-BE102C,采用NC常閉觸點。參數：240V ,3A,發熱電流10A。
2、 配套電位器：（軍 用品質）
型號：WDY-35S-612-OZ
技術參數：
電位器制造商：寧波市北侖機械電器有限公司
八、選型指南及訂貨須知：
1、選型指南：
大中型塔式起重機、港口門座起重機、工業起重機主機配套和維修客戶選用機型為：
a.需要主令輸出開關量信號的請選用：手柄自復位雙機構和手柄自復位單機構主令控制器。
b.港口散裝機要求主令控制器輸出模擬量信號的請選用帶電位器機型。
2、客戶須知：
a.訂購主令控制器需提供型號、分合程序、訂貨數量、供貨日期等。
b.操作時，操作桿下手球上提，順時針轉動到位，解鎖后再操作。工作結束后，下手球上提逆時針轉動，主令鎖定。本機操縱桿上設有備用軸卡，解鎖后上推軸卡，可使操作手柄長期處于解鎖狀態。因手柄具有自動復位功能，可保操作安全。
c.用戶使用中應做好正常維護工作。每半年定期向手柄自動復位機構齒輪傳動付、棘輪及手柄桿上的耐磨銅套等摩擦部位清潔后涂抹潤滑脂，防止機件在干摩擦狀態下運行，可延長使用壽命。
d.主令接線應使用管型接線端子。
九、超長質保期及有關說明：
1、產品用于高價值塔式起重機配套或維修備件使用，質保期5年，推薦使用8-12年；
2、產品用于港機和冶金起重機正常維護下質保期3年，推薦使用5-6年。
質保期首年年內產品出現質量問題，現場無法修復時，無條件換貨。兩年后，出現產品質量問題，免費提供配件或返公司維修。返廠維修期間，公司可提供周轉主令使用。超過質保期的有償服務。
公司對自己精工制作的產品的質量有信心，有底氣。有能力承受超長質保期增加的成本支出。
歡迎各尊貴的客戶選用，謝謝您們！
附件：<SJ>P-XKDF主令控制器研發介紹
為了幫助尊敬的客戶全面了解該產品，更準確選型，現將<SJ>P-XKDF全金屬結構主令控制器研發過程及有關情況報告如下：
（一）.背景
上世紀九十年代后，在中國起重機電器行業普及的主令控制器主要有兩種，一種是法國施耐德的XKDF中型主令控制器，另一種是中國人在借鑒XKDF基礎上自主研發的YGK3（含QT3A）。進口的法國施耐德XKDF中型主令控制器由于凸輪開關組水平布置，平面體積過大，不適應塔機聯動臺的窄小機箱。但在國內港機、工業起重機上得到大范圍應用。伴隨著中國房地產行業的興起，建筑起重機井噴式發展，YGK3是當時專為建筑起重機聯動臺配套的主令控制器機型，造成一機難求。由于進口機價格高，供貨周期長，這給國內企業仿造帶來了機遇。
由于XKDF國內仿制品質量不夠過關，這給價格適中的 YGK3機型提供了不斷向中小港機和工業起重機的領域發展契機。YGK3適宜在操作頻率低，白天單班運行的塔機工作。在塔機上，用戶反映可用兩年半左右的時間。一但用在港機和工業橋式起重機上，由于其操作頻繁，工作時間長，耐用性差的問題就暴露出來了。但在中國市場上有個怪現象，講價格的多，講質量的少。如低價格QT3A和個體戶組裝的YGK3硬是憑著低價位在河南長垣工業起重機（含中小港機）配套市場上占有絕大部分份額。但在終端客戶考察中，客戶對起重機配置的劣質控制器很惱火。維修勤，維修成本大和設備停機時間長。他們從心底渴望能用上質量過硬的產品。所以在港口起重機的出廠配套中客戶仍然選擇進口品牌。終端客戶對產品質量的需求，正是我們研發好產品的機遇。相反，如果國內現有主令控制器質量過關，我們就沒有新研發的必要了。
為了準確的弄清現有產品的具體質量問題，我公司科技人員對從終端客戶手中拿到的多臺廢舊主令控制器進行逐個拆解分析研究。對從生產企業采購的新樣機，我們都進行了臺架帶電壽命試驗考核，分析臺架試驗中出現的質量問題及原因。質量問題梳理如下：
1. XKDF和YGK3機型共同存在的突出的質量問題就是手柄自動復位機構問題。XKDF手柄復位機構存在很多的故障問題。XKDF是拉簧自復位機構，其產生故障的原因主要是自復位的各機件結構可靠性差造成的。而YGK3的早期故障70%的都是手柄自復位裝置不能正確復位的問題。其主要原因在于用扭簧的長扭臂作為復位動力驅動件產生的惡果。扭臂早期的疲勞變形就是造成復位不到位的原因。YGK3生產廠家也多次嘗試改進，但始終未能解決問題。2023年，國內建筑起重機主導生產企業設計的電子主令控制器又選用了YGK3長扭臂扭簧自復位結構，所不同的是新增加了調零恢復裝置。據廠方維修人員講，新塔機出廠后，平均使用8個月時間就出現手柄不回零故障，因仍在一年的質保期內，廠方質保維修人員就得爬到高空塔機司機室內去調整復位螺釘。質保期過后，再出現問題，不熟悉此結構的塔吊司機不知道怎樣調整。還得有其他維修人員爬上維修，爬一次塔吊，其費用就要好幾百元，這就是麻煩事。
2. YGK3掉凸輪片問題。 YGK3的凸輪片是一對或多對凸輪片對稱布置，即兩個凸輪片共用一個8*8方軸上的M4螺孔，短螺釘從兩邊分別緊固。螺釘進入絲孔小于4㎜，一旦松動，就掉凸輪片。我們對YGK3新樣機在臺架試驗中就出現過凸輪片掉落的問題。
3. 檔位鎖定機構不合理的問題。YGK3主令檔位鎖定是靠凸輪開關組框架末端設置的半圓形塑料棘輪和壓簧作用下塑料棘爪實現的。為增強檔位手感，在傳動機構部位加裝扇形彈簧片，在彈簧片的槽內進出的鋼球發出檔位響聲。由于上下不同步，互相干涉。末端的檔位控制機構靠松曠補償干涉，實際上不起鎖檔作用，所以有的QT3A生產廠家干脆就省去下端棘輪鎖檔裝置。另外套筒內的鋼球在操作過程中，一旦跳出來，擠在彈簧片和軸承支座內端面上，造成機構突然卡阻，形成較大機械事故。我公司在對YGK3樣機進行試驗到20萬次時，就出現鋼球卡阻的機械故障，造成試驗臺停機。
4. 還有一處欠妥的地方，末位檔限位由機殼上部的塑膠塊方孔斜面通過限制操作手柄桿實現，XKDF和YGK3都采用了這種形式。在主令壽命后期，因機件磨損，有可能造成末位檔無電氣信號的情況。
5. 蕞后一個棘手問題，YGK3扇形增速齒輪在方軸套裝的間隙過大，大約操作70萬次以后出現松曠，從而影響末位檔，造成無電氣信號和操作手柄無法自動復位到正確零位位置。此時，主令控制器必須被換掉。這是造成主令使用壽命大約只有70萬次的根本原因。
XKDF和YGK3機型也有個結構亮點就是觸頭組的工作結構。主令配置的是施耐德橋式觸頭組。型號ZB2BE102C,觸點的分合是由凸輪片推動觸頭座上的銅滾輪上下運動實現的。臺架試驗表明，在主令試驗中，觸頭開距幾乎不變。因此正宗的施耐德觸頭組可以達到和主令同壽命。另一方面，YGK3和QT3A工藝簡單，進入門檻低。塑料件多，生產成本不高，所用國內生產廠家眾多，有的個體戶也可組裝成品，因此售價極低。YGK3的主導廠家生產的產品質量相對較好，但售價高點，就是因為價格問題，河南長垣眾多起重機生產廠家為了降低制造成本，只選便宜的，主導廠家生產的主令就不被選用。這是中國市場的畸形和悲哀。通過以上梳理分析，我們基本摸清了XKDF和YGK3的各種質量情況，給我們自主研發增加了底氣。
（二）、自主研發產品市場定位、質量目標及技術設計方案:
市場定位：港口起重機、工業及冶金起重機和高價值建筑起重機。
質量目標：打造一款結構堅固扎實，性能可靠耐用，在整個壽命周期中無故障運行，終生免修的高端全金屬結構的中型主令控制器。
技術方案：（1）結構造型：依據市場定位擬定。港口起重機和冶金起重機司機室比較寬大，聯動臺多是寬機箱。安裝孔為偏孔，主令控制器凸輪開關組多為水平布置，如法國施耐德XKDF中型主令控制器和德國S+B公司經典操縱桿VNSO凸輪開關組均為水平布置。
如圖一：
凸輪開關組全水平布置的結構形式，不適用建筑起重機窄小機箱和開正孔的工業起重機機箱。而適用范圍廣的主令控制器造型只能選圖二和圖三的凸輪組合開關組布置形式。YGK3(含QT3A)雙機構主令機型就采取了圖二雙立布置形式。這種布置形式適應各類起重機的寬窄機箱，對于開偏孔的寬體聯動臺機箱也能適應。但雙立布置形式的缺點是：左右操作方向的傳動機構較長，制造工藝性差，機殼體積大，不美觀緊湊。本機在結構選型時，考慮到廣大用戶已習慣了圖二的布置形式，所以第 一輪設計時仍保留了圖二的布置。但重點選中的是圖三的布置形式：機箱整體軸承化，左右操作的傳動付和前后操作傳動均設計在機殼內，中心臂扭簧復位機構設計在機箱的另一側。檔位控制機構設計在凸輪開關組的末端。操作手柄直徑由10mm改為12mm，橡膠防塵罩由普通橡膠材料改為好的硅橡膠制造，所用的運動部件支承均選用小型滾珠軸承，凸輪開關組框架由鋼板沖壓焊合，裝配時與機型緊固后打上定位銷，以防使用中松動，一切從產品的堅固耐用考慮。
（2）凸輪片、觸頭組和觸頭座選定
凸輪片的選擇有兩種方案，一是施耐德XKDF型，另一種是YGK3型。XKDF型凸輪片是裝配工根據客戶選定的閉合形式現場組裝，要求裝配工專業水平較高，裝配調試也比較麻煩，我們決定放棄這種凸輪結構。YGK3型凸輪片為單個凸輪片，用螺釘緊固在凸輪軸上，由韌性好、耐摩的工程塑料制造。臺架試驗和用戶調研中均未發生凸輪片本身的質量問題。易裝配，對裝配工的技術水平要求不高。本新主令就沿用YGK3型凸輪片，未重新設計凸輪片。
XKDF型觸頭組、銅滾子和觸頭座結構形式已被實踐證明性能良好，決定采用。
（3）.檔位選定：XKDF檔位有1-5檔，手柄轉角1-0-1 12°；2-0-2 18°；3-0-3 24°；4-0-4 30°；5-0-5 36°.齒輪付增速比i=3.25，與手柄轉角對應的凸輪軸轉角（凸輪軸裝有凸輪片）為：39°，58.5°，78°，97.5°，117°。
本新主令的檔位設定上不采用XKDF的方案。而是設定為1-5檔和1-2檔兩種模式。
a）.當1-5檔時，直接選用YGK3的成熟技術方案。1—5檔手柄轉角為8°，16°，24°，32°，40°。齒輪付增速比為i=2，凸輪軸對應轉角為16°，32°，48°，64°，80°。凸輪片安裝方式，用M4螺釘緊固。
b）當1-2檔模式時，手柄轉角15°，27°，齒輪付增速比仍為i=2，凸輪軸對應轉角為30°，54°。此時凸輪片選用<SJ>P-QT18凸輪片，凸輪片在凸輪軸上安裝方式為套裝，并用開口擋圈軸向鎖定。
（4）檔位控制：檔位控制和末位檔限制機構設計在凸輪開關組框架的末端，不采用XKDF單棘爪鎖檔方式，采取雙搖臂雙滾子，鋼板棘輪用拉簧鎖檔。末位檔限制由安裝板上死停檔柱和在棘輪上鉚接的兩停檔柱完成。
（5）手柄自動回零機構：采用中心臂扭簧手柄自動回零機構。扭簧參數：有效圈數n=5.9,左旋，初始扭矩T1=1640N/MM2,工作扭矩T2=2234N.MM，彈簧內側的彎曲應力為1147N.MM。彈簧初始扭矩和工作扭矩可變，手柄操作力出廠設計為11-13N?？蛻羧缬薪档褪直僮髁σ?，扭簧的初始扭矩可下調，手柄操作力可降低到10-11N，操作更順滑省力。本機構極為可靠、耐用，手柄復位承保準確。零位終生不漂移。（本機構為專利保護項目）
（6）手柄操作機構組件：手柄為零位機械聯鎖手柄，上提式解鎖。操縱桿直徑12mm,剛性好。橡膠防塵罩用好硅橡膠制造，與主機同壽命，用金屬壓蓋安裝壓緊。
(三)、研發過程：
公司專家團隊對該主令有研發沖動始于2008年。直到2014年下半年，山東濟寧三好電器科技公司組建后，全面研發工作才正式啟動。首輪技術設計2014年年底完成。
1.第 一輪試制：2015年上半年完成第 一輪試制。主令結構造型是:雙機構主令控制器在設計時將AB向（前后操作）凸輪開關組框架采用立式布置，而CD向（左右操作）凸輪開關組采用水平布置。此種立式+水平布置作為主導機型。但考慮到市場上占據很大份額的YGK3、QT3A均為雙立式布置，所以第 一輪設計還是保留了YGK3的雙立布置形式。而單機構主令只采用立式布置形式。增速齒輪傳動付用中碳鋼制造。淘汰了YGK3塑料傳動付。在1-5檔時凸輪片仍沿用國內YGK3的成熟凸輪片，凸輪片的布置形式仍沿用了YGK3背靠背安裝形式。傳動箱為鋼板激光割后拼接，氬弧焊接而成。箱體未密閉。裝配時觸頭組框架與傳動箱用螺釘緊固后，打定位銷防移位。末位檔限制裝置由棘輪上兩個檔柱和安裝板上停檔柱組成。檔位控制由雙搖臂、棘輪、滾輪、拉簧構成。凸輪片的排列仍保持原機布置形式，但復位機構進行了創新設計。自復位機構由中心臂扭簧、扭簧導軸、撥盤、限位機構構成。扭簧外徑Φ40mm,鋼絲直徑d=3mm,有效圈數n=5.9
圈。鋼絲材料為50Grva（合金鋼彈簧鋼絲）。零位檔時的預緊扭矩1640N.mm，扭簧剛度15.6N.mm/rad。
此時簧復位機構設計在機殼內部。
雙機構兩種布置形式都進行了試制，首批共試制31臺，隨機抽取一臺雙立布置形式的樣機進行臺架帶電壽命考核。共試驗200萬次，試驗中出現一片凸輪脫落，復位機構試驗后期復位已不太正常。
新產品在公司網站和產品選型手冊中進行了介紹。首批30臺試制品投放市場試用。主要用在港口吊機、鋼廠天車和塔機上。2個月后，有兩只單機構主令控制器操作桿根部收口處折斷，分析原因為手柄桿材質差，鋼管直徑為10毫米，內孔5mm,壁太薄，直徑有些偏小。還有一臺復位扭簧從中心臂應力集中處斷裂。因新制品樣機扭簧設計在機殼內部，現場無法更換。
2.第二輪試制：根據第 一輪產品出現的問題，公司進行了改進設計。第二輪試制從2015年至2016年完成，操縱桿直徑變為12毫米，材料為國標冷拉圓管。自復位機構仍設計在機箱內，其扭簧材料改為韌性較好的65Mn，防止在中心臂發生應力集中處斷裂。為減少左右操作方向傳動軸尺寸，淘汰掉雙立布置形式。雙機構主令凸輪開關組全部改為用戶已認可的立式+水平布置形式。凸輪片在凸輪軸上安裝形式由對稱改為錯開布置，改用長M4螺釘緊固。第二輪小批量生產，并隨機抽樣一臺，再一次臺架試驗200萬次，這次臺架試驗未發現質量問題，投放市場后也未出現質量問題。
3.第三輪小批量試制：第三輪設計和試制從2016年下半年到2017年上半年完成。第三輪設計改變蕞大。齒輪傳動箱改為封閉型。并將手柄復位機構由傳動箱內移到機箱外，呈懸臂結構，利于復位機構的潤滑維護。為改善操作手感，扭簧鋼絲直徑降為2.8mm。
第三輪產品試產后，仍隨機抽樣一臺做臺架壽命試驗，200萬次壽命試驗中未發現明顯質量問題。試驗結束后，檢查發現扭簧復位有阻滯現象。經清潔加潤滑油后復位正常。
投放用戶使用后，個別產品使用2個月后又出現了早期手柄回零故障。故障產品返廠后檢查分析原因，是因扭簧在工作時產生軸向抗力，造成扭簧導軸兩端的復位撥盤傾斜。當撥盤和導軸端面的間隙大于0.4㎜時，隨著扭簧內圈和導軸外圓早期磨損后，扭簧兩端簧圈擠向撥盤和導軸端面的間隙中，加大了復位阻力，造成復位阻滯。這是個關鍵問題，也是個不好解決的問題。
為了解決第三輪試制中出現的自復位機構早期失效問題，針對復位機構復位阻滯的原因，我們嘗試了多種措施都不行，蕞后的方案是把扭簧導軸兩端設計出臺階，中心臂扭簧裝于兩個臺階之間，扭簧預緊和復位時產生的軸向抗力由導軸兩端臺階的內端面承受。扭簧的中心臂越過導軸兩端臺階外圓，穿入撥盤上的孔中，從而帶動撥盤動作。撥盤不再承受扭簧軸向力的擠壓。這一創新措施十分奏效，徹底解決復位機構復位阻滯問題。手柄自復位機構質量問題在國內外的所有主令控制器上至今都沒能徹底解決問題，這一直是主令控制器的壽命短板，也是行業內世界性的難題。終于被我們突破了，手柄自復位機構達到了和主令等壽命。
第四輪設計定型和批量生產：定型設計和批量試制工作，從2019年初到2019年底完成。
2019期間，為滿足港口門座起重機對主令控制器輸出模擬信號要求，在定型機型基礎上研制出帶電位器機型，并對樣機進行了200萬次臺架試驗，試驗很成功。產品同時投放市場，受到港機客戶的高度肯定。
XKDF全金屬結構高端主令控制器，從2014年開始研發到2019年底完成全部研發工作，整個研發過程前后歷經6年。研制期間反復與客戶溝通，聽取意見和建議，不斷對產品進行改進和完善。在2019年底，整個研發過程結束。并轉入正常批量生產階段。
該機型客戶定位為高端用戶。主令控制器設計制造中盡量減少塑料件，增加機械加工件，工藝難度有所增加。裝配選用的緊固件、軸承和零部件均選用好件，制造成本有所提高。
四、樣機試驗：
為了驗證批量生產的產品質量的可靠性、機械壽命、電氣壽命是否達到設計指標，從批量生產的產品中隨機抽樣一臺，對其進行800萬次的臺架機械壽命和電氣壽命試驗。
五、產品技術水平及客戶評價：
1、客戶評價：
產品批量投放市場后，客戶普遍反映該產品質量過硬。
例如：江西九江一家鋼企的鐵礦石裝卸碼頭上有20臺港口門座起重機，聯動控制臺主令原配置的為YGK3型主令（含帶電位器機型）。后招標采購其他廠家生產的YGK3作為維修備件。據用戶反映，國內主令主導廠家生產的產品。由于操作頻繁，運轉時間長，一般只能用6—7個月（相當于每個機構大約操作75萬次）。就因質量問題必須換掉。后來，通過招標，采購國內別的廠家產品，質量問題更多。兩個多月就壞掉。現場維修人員說搶修不過來，忙的焦頭爛額，嚴重影響碼頭鐵礦石裝卸作業。
2020年8月，批量換裝24臺<SJ>P-XKDF全金屬結構高端主令控制器（含20臺帶電位器機型）。到2023年底運行3年多，運行中全部無故障?，F仍繼續使用中。性價比超高。用戶由剛開始因對國產貨信心不足，供貨時對我公司承諾的三年質保期持懷疑態度，后來轉變為深度認可，高度評價為：“國內好品牌?！笨蛻艨扇ゴa頭現場考察。
2、產品技術水平
<SJ>P-XKDF全金屬結構高端主令控制器產品性能、檔位清晰度和人體工學與法國施耐德XKD小型主令控制器處于同一水平。
整機堅固性、手柄復位機構的可靠性都遠高于國外水平。
壽命方面：行業標準JB/T13480-2018規定：主令控制器每個方向操作機構的機械壽命不應小于75萬次。法國施耐德XKDF機型機械壽命300萬次。<SJ>P-XKDF主令機械壽命達到800萬次，電壽命達到600萬次的超高水平。
二零二四年三月二十日
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