三、<SJ>P-XKDF全金属结构高端主令控制器
发布日期： 2025-2-20 本文被阅读 746 次
专利号： ZL2021 2 230 3289.2
主令控制器（也称操作手柄）是起重机电气控制系统皇冠上的明珠，也是起重机司机室内联动控制台上重要且核心的电控部件，研发门槛极高，制造难度大。<SJ>P-XKDF中型全金属结构主令控制器系我公司专家团队以法国施耐德XKDF中型主令控制器为基础，并参考国内同类机型，立足创新，超越为目标，坚持自主开发，多轮改进提高，历经6年才研发成功。并与2019年底定型，转入批量生产。产品的坚固性、可靠性、耐用性，遥遥高于进口产品，是名符其实的国货精品。产品用于交流频率50HZ或60HZ，交流电压至380V；直流电压至220V。输出开关量信号或模拟量信号，控制起重运输机械电动机的起动、换向、调速和制动。
一、标准及适用条件：
1、标准：符合IEC947，IEC337-1NFC63-140标准；德国标准VDE660第二部分。执行中华人民共和国机械行业标准JB/T13480-2018；(不采用标准中75万次的机械寿命规定)。公司内控标准：每个方向操作机构的机械寿命800万次，不采用法国施耐德XKDF机械寿命300万次标准，电寿命600万次。
2、环境条件：作用温度-40°C-+85°C。
3、防护等级：上部IP54。
二、各机型产品照：
三、型号及触头分合程序表：
1. 型号举例及意义：
2. 触头分合程序表：
以上程序如不能满足客户需求，客户定制主令时可自行提供触头分合程序。
四、分类、手柄操作方式及凸轮轴布置形式：
1、分类：<SJ>P-XKDF系列主令控制器按手柄控制起重机运行机构数量分为单机构控制器和双机构控制器。
2、手柄操作方式：
单机构控制器，操作一个凸轮轴开关，手柄“一”字形操作，用SK表示；
双机构控制器，操作两个凸轮轴开关，手柄分为联动操作，用AK表示和“十”字形操作，用KK表示。
3、凸轮开关组布置形式：
凸轮开关组布置形式不采用法国施耐德全水平布置形式。<SJ>P-XKDF双机构主令控制器凸轮开关组布置形式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：零位机械联锁手柄（上提解锁）。上提下手球顺时针旋转后，手柄处于长时间解锁状态。此种状况上提下手球，逆时针旋转，手柄处于锁定状态。
五、产品创新特点:
1. 全金属框架结构，小型滚珠轴承支承，结构坚固，扎实。
2. 等强度、等寿命设计，高可靠性，超耐用。零部件设计无寿命短板部件。
3.碳钢齿轮传动付，体积小，寿命长。
4.独创中心臂扭簧复位机构，耐用，可靠。复位准确，零位永不飘移。
5.凸轮片交错布置，紧固可靠，不掉凸轮片。
6.采用双摇臂，钢棘轮及拉簧组成档位控制和末档限位装置,先进可靠。
7.操作顺滑，档位清晰。操作力符合人体工学。
8.使用寿命超长，高性价比。机械寿命800万次，电寿命600万次。质保期内无故障长期运行。
六、控制器主要技术参数:
1.控制器的基本参数见下表：
2.档位
3.适用于连续工作制和断续周期工作制。操作频率不大于每小时1200次，负载因数为40%。
4.手柄操作力11—13N，符合人体工学。
5.控制器的机械寿命为800万次，电寿命为600万次。
6.档位清晰，扭簧自复位准确，零位永不漂移。
七、外形及安装开孔尺寸：
八、配套电器元件：
1、配套触头组：正宗施耐德触头组。型号ZB2-BE102C,采用NC常闭触点。参数：240V ,3A,发热电流10A。
2、 配套电位器：（军 用品质）
型号：WDY-35S-612-OZ
技术参数：
电位器制造商：宁波市北仑机械电器有限公司
九、选型指南及订货须知：
1、选型指南：
大中型塔式起重机、港口门座起重机、工业起重机主机配套和维修客户选用机型为：
a.需要主令输出开关量信号的请选用：手柄自复位双机构和手柄自复位单机构主令控制器。
b.港口散装机要求主令控制器输出模拟量信号的请选用带电位器机型。
2、客户须知：
a.订购主令控制器需提供型号、分合程序、订货数量、供货日期等。
b.操作时，操作杆下手球上提，顺时针转动到位，解锁后再操作。工作结束后，下手球上提逆时针转动，主令锁定。本机操纵杆上设有备用轴卡，解锁后上推轴卡，可使操作手柄长期处于解锁状态。因手柄具有自动复位功能，可保操作安全。
c.用户使用中应做好正常维护工作。每半年定期向手柄自动复位机构齿轮传动付、棘轮及手柄杆上的耐磨铜套等摩擦部位清洁后涂抹润滑脂，防止机件在干摩擦状态下运行，可延长使用寿命。
d.主令接线应使用管型接线端子。
十、超长质保期及有关说明：
1、产品用于高价值塔式起重机配套或维修备件使用，质保期5年，推荐使用8-12年；
2、产品用于港机和冶金起重机正常维护下质保期3年，推荐使用5-6年。
质保期首年年内产品出现质量问题，现场无法修复时，无条件换货。两年后，出现产品质量问题，免费提供配件或返公司维修。返厂维修期间，公司可提供周转主令使用。超过质保期的有偿服务。
公司对自己精工制作的产品的质量有信心，有底气。有能力承受超长质保期增加的成本支出。
欢迎各尊贵的客户选用，谢谢您们！
附件：<SJ>P-XKDF主令控制器研发介绍
为了帮助尊敬的客户全面了解该产品，更准确选型，现将<SJ>P-XKDF全金属结构主令控制器研发过程及有关情况报告如下：
（一）.背景
上世纪九十年代后，在中国起重机电器行业普及的主令控制器主要有两种，一种是法国施耐德的XKDF中型主令控制器，另一种是中国人在借鉴XKDF基础上自主研发的YGK3（含QT3A）。进口的法国施耐德XKDF中型主令控制器由于凸轮开关组水平布置，平面体积过大，不适应塔机联动台的窄小机箱。但在国内港机、工业起重机上得到大范围应用。伴随着中国房地产行业的兴起，建筑起重机井喷式发展，YGK3是当时专为建筑起重机联动台配套的主令控制器机型，造成一机难求。由于进口机价格高，供货周期长，这给国内企业仿造带来了机遇。
由于XKDF国内仿制品质量不够过关，这给价格适中的 YGK3机型提供了不断向中小港机和工业起重机的领域发展契机。YGK3适宜在操作频率低，白天单班运行的塔机工作。在塔机上，用户反映可用两年半左右的时间。一但用在港机和工业桥式起重机上，由于其操作频繁，工作时间长，耐用性差的问题就暴露出来了。但在中国市场上有个怪现象，讲价格的多，讲质量的少。如低价格QT3A和个体户组装的YGK3硬是凭着低价位在河南长垣工业起重机（含中小港机）配套市场上占有绝大部分份额。但在终端客户考察中，客户对起重机配置的劣质控制器很恼火。维修勤，维修成本大和设备停机时间长。他们从心底渴望能用上质量过硬的产品。所以在港口起重机的出厂配套中客户仍然选择进口品牌。终端客户对产品质量的需求，正是我们研发好产品的机遇。相反，如果国内现有主令控制器质量过关，我们就没有新研发的必要了。
为了准确的弄清现有产品的具体质量问题，我公司科技人员对从终端客户手中拿到的多台废旧主令控制器进行逐个拆解分析研究。对从生产企业采购的新样机，我们都进行了台架带电寿命试验考核，分析台架试验中出现的质量问题及原因。质量问题梳理如下：
1. XKDF和YGK3机型共同存在的突出的质量问题就是手柄自动复位机构问题。XKDF手柄复位机构存在很多的故障问题。XKDF是拉簧自复位机构，其产生故障的原因主要是自复位的各机件结构可靠性差造成的。而YGK3的早期故障70%的都是手柄自复位装置不能正确复位的问题。其主要原因在于用扭簧的长扭臂作为复位动力驱动件产生的恶果。扭臂早期的疲劳变形就是造成复位不到位的原因。YGK3生产厂家也多次尝试改进，但始终未能解决问题。2023年，国内建筑起重机主导生产企业设计的电子主令控制器又选用了YGK3长扭臂扭簧自复位结构，所不同的是新增加了调零恢复装置。据厂方维修人员讲，新塔机出厂后，平均使用8个月时间就出现手柄不回零故障，因仍在一年的质保期内，厂方质保维修人员就得爬到高空塔机司机室内去调整复位螺钉。质保期过后，再出现问题，不熟悉此结构的塔吊司机不知道怎样调整。还得有其他维修人员爬上维修，爬一次塔吊，其费用就要好几百元，这就是麻烦事。
2. YGK3掉凸轮片问题。 YGK3的凸轮片是一对或多对凸轮片对称布置，即两个凸轮片共用一个8*8方轴上的M4螺孔，短螺钉从两边分别紧固。螺钉进入丝孔小于4㎜，一旦松动，就掉凸轮片。我们对YGK3新样机在台架试验中就出现过凸轮片掉落的问题。
3. 档位锁定机构不合理的问题。YGK3主令档位锁定是靠凸轮开关组框架末端设置的半圆形塑料棘轮和压簧作用下塑料棘爪实现的。为增强档位手感，在传动机构部位加装扇形弹簧片，在弹簧片的槽内进出的钢球发出档位响声。由于上下不同步，互相干涉。末端的档位控制机构靠松旷补偿干涉，实际上不起锁档作用，所以有的QT3A生产厂家干脆就省去下端棘轮锁档装置。另外套筒内的钢球在操作过程中，一旦跳出来，挤在弹簧片和轴承支座内端面上，造成机构突然卡阻，形成较大机械事故。我公司在对YGK3样机进行试验到20万次时，就出现钢球卡阻的机械故障，造成试验台停机。
4. 还有一处欠妥的地方，末位档限位由机壳上部的塑胶块方孔斜面通过限制操作手柄杆实现，XKDF和YGK3都采用了这种形式。在主令寿命后期，因机件磨损，有可能造成末位档无电气信号的情况。
5. 蕞后一个棘手问题，YGK3扇形增速齿轮在方轴套装的间隙过大，大约操作70万次以后出现松旷，从而影响末位档，造成无电气信号和操作手柄无法自动复位到正确零位位置。此时，主令控制器必须被换掉。这是造成主令使用寿命大约只有70万次的根本原因。
XKDF和YGK3机型也有个结构亮点就是触头组的工作结构。主令配置的是施耐德桥式触头组。型号ZB2BE102C,触点的分合是由凸轮片推动触头座上的铜滚轮上下运动实现的。台架试验表明，在主令试验中，触头开距几乎不变。因此正宗的施耐德触头组可以达到和主令同寿命。另一方面，YGK3和QT3A工艺简单，进入门槛低。塑料件多，生产成本不高，所用国内生产厂家众多，有的个体户也可组装成品，因此售价极低。YGK3的主导厂家生产的产品质量相对较好，但售价高点，就是因为价格问题，河南长垣众多起重机生产厂家为了降低制造成本，只选便宜的，主导厂家生产的主令就不被选用。这是中国市场的畸形和悲哀。通过以上梳理分析，我们基本摸清了XKDF和YGK3的各种质量情况，给我们自主研发增加了底气。
（二）、自主研发产品市场定位、质量目标及技术设计方案:
市场定位：港口起重机、工业及冶金起重机和高价值建筑起重机。
质量目标：打造一款结构坚固扎实，性能可靠耐用，在整个寿命周期中无故障运行，终生免修的高端全金属结构的中型主令控制器。
技术方案：（1）结构造型：依据市场定位拟定。港口起重机和冶金起重机司机室比较宽大，联动台多是宽机箱。安装孔为偏孔，主令控制器凸轮开关组多为水平布置，如法国施耐德XKDF中型主令控制器和德国S+B公司经典操纵杆VNSO凸轮开关组均为水平布置。
如图一：
凸轮开关组全水平布置的结构形式，不适用建筑起重机窄小机箱和开正孔的工业起重机机箱。而适用范围广的主令控制器造型只能选图二和图三的凸轮组合开关组布置形式。YGK3(含QT3A)双机构主令机型就采取了图二双立布置形式。这种布置形式适应各类起重机的宽窄机箱，对于开偏孔的宽体联动台机箱也能适应。但双立布置形式的缺点是：左右操作方向的传动机构较长，制造工艺性差，机壳体积大，不美观紧凑。本机在结构选型时，考虑到广大用户已习惯了图二的布置形式，所以第 一轮设计时仍保留了图二的布置。但重点选中的是图三的布置形式：机箱整体轴承化，左右操作的传动付和前后操作传动均设计在机壳内，中心臂扭簧复位机构设计在机箱的另一侧。档位控制机构设计在凸轮开关组的末端。操作手柄直径由10mm改为12mm，橡胶防尘罩由普通橡胶材料改为好的硅橡胶制造，所用的运动部件支承均选用小型滚珠轴承，凸轮开关组框架由钢板冲压焊合，装配时与机型紧固后打上定位销，以防使用中松动，一切从产品的坚固耐用考虑。
（2）凸轮片、触头组和触头座选定
凸轮片的选择有两种方案，一是施耐德XKDF型，另一种是YGK3型。XKDF型凸轮片是装配工根据客户选定的闭合形式现场组装，要求装配工专业水平较高，装配调试也比较麻烦，我们决定放弃这种凸轮结构。YGK3型凸轮片为单个凸轮片，用螺钉紧固在凸轮轴上，由韧性好、耐摩的工程塑料制造。台架试验和用户调研中均未发生凸轮片本身的质量问题。易装配，对装配工的技术水平要求不高。本新主令就沿用YGK3型凸轮片，未重新设计凸轮片。
XKDF型触头组、铜滚子和触头座结构形式已被实践证明性能良好，决定采用。
（3）.档位选定：XKDF档位有1-5档，手柄转角1-0-1 12°；2-0-2 18°；3-0-3 24°；4-0-4 30°；5-0-5 36°.齿轮付增速比i=3.25，与手柄转角对应的凸轮轴转角（凸轮轴装有凸轮片）为：39°，58.5°，78°，97.5°，117°。
本新主令的档位设定上不采用XKDF的方案。而是设定为1-5档和1-2档两种模式。
a）.当1-5档时，直接选用YGK3的成熟技术方案。1—5档手柄转角为8°，16°，24°，32°，40°。齿轮付增速比为i=2，凸轮轴对应转角为16°，32°，48°，64°，80°。凸轮片安装方式，用M4螺钉紧固。
b）当1-2档模式时，手柄转角15°，27°，齿轮付增速比仍为i=2，凸轮轴对应转角为30°，54°。此时凸轮片选用<SJ>P-QT18凸轮片，凸轮片在凸轮轴上安装方式为套装，并用开口挡圈轴向锁定。
（4）档位控制：档位控制和末位档限制机构设计在凸轮开关组框架的末端，不采用XKDF单棘爪锁档方式，采取双摇臂双滚子，钢板棘轮用拉簧锁档。末位档限制由安装板上死停档柱和在棘轮上铆接的两停档柱完成。
（5）手柄自动回零机构：采用中心臂扭簧手柄自动回零机构。扭簧参数：有效圈数n=5.9,左旋，初始扭矩T1=1640N/MM²,工作扭矩T2=2234N.MM，弹簧内侧的弯曲应力为1147N.MM。弹簧初始扭矩和工作扭矩可变，手柄操作力出厂设计为11-13N。客户如有降低手柄操作力要求，扭簧的初始扭矩可下调，手柄操作力可降低到10-11N，操作更顺滑省力。本机构极为可靠、耐用，手柄复位承保准确。零位终生不漂移。（本机构为专利保护项目）
（6）手柄操作机构组件：手柄为零位机械联锁手柄，上提式解锁。操纵杆直径12mm,刚性好。橡胶防尘罩用好硅橡胶制造，与主机同寿命，用金属压盖安装压紧。
(三)、研发过程：
公司专家团队对该主令有研发冲动始于2008年。直到2014年下半年，山东济宁三好电器科技公司组建后，全面研发工作才正式启动。首轮技术设计2014年年底完成。
1.第 一轮试制：2015年上半年完成第 一轮试制。主令结构造型是:双机构主令控制器在设计时将AB向（前后操作）凸轮开关组框架采用立式布置，而CD向（左右操作）凸轮开关组采用水平布置。此种立式+水平布置作为主导机型。但考虑到市场上占据很大份额的YGK3、QT3A均为双立式布置，所以第 一轮设计还是保留了YGK3的双立布置形式。而单机构主令只采用立式布置形式。增速齿轮传动付用中碳钢制造。淘汰了YGK3塑料传动付。在1-5档时凸轮片仍沿用国内YGK3的成熟凸轮片，凸轮片的布置形式仍沿用了YGK3背靠背安装形式。传动箱为钢板激光割后拼接，氩弧焊接而成。箱体未密闭。装配时触头组框架与传动箱用螺钉紧固后，打定位销防移位。末位档限制装置由棘轮上两个档柱和安装板上停档柱组成。档位控制由双摇臂、棘轮、滚轮、拉簧构成。凸轮片的排列仍保持原机布置形式，但复位机构进行了创新设计。自复位机构由中心臂扭簧、扭簧导轴、拨盘、限位机构构成。扭簧外径Φ40mm,钢丝直径d=3mm,有效圈数n=5.9
圈。钢丝材料为50Grva（合金钢弹簧钢丝）。零位档时的预紧扭矩1640N.mm，扭簧刚度15.6N.mm/rad。
此时簧复位机构设计在机壳内部。
双机构两种布置形式都进行了试制，首批共试制31台，随机抽取一台双立布置形式的样机进行台架带电寿命考核。共试验200万次，试验中出现一片凸轮脱落，复位机构试验后期复位已不太正常。
新产品在公司网站和产品选型手册中进行了介绍。首批30台试制品投放市场试用。主要用在港口吊机、钢厂天车和塔机上。2个月后，有两只单机构主令控制器操作杆根部收口处折断，分析原因为手柄杆材质差，钢管直径为10毫米，内孔5mm,壁太薄，直径有些偏小。还有一台复位扭簧从中心臂应力集中处断裂。因新制品样机扭簧设计在机壳内部，现场无法更换。
2.第二轮试制：根据第 一轮产品出现的问题，公司进行了改进设计。第二轮试制从2015年至2016年完成，操纵杆直径变为12毫米，材料为国标冷拉圆管。自复位机构仍设计在机箱内，其扭簧材料改为韧性较好的65Mn，防止在中心臂发生应力集中处断裂。为减少左右操作方向传动轴尺寸，淘汰掉双立布置形式。双机构主令凸轮开关组全部改为用户已认可的立式+水平布置形式。凸轮片在凸轮轴上安装形式由对称改为错开布置，改用长M4螺钉紧固。第二轮小批量生产，并随机抽样一台，再一次台架试验200万次，这次台架试验未发现质量问题，投放市场后也未出现质量问题。
3.第三轮小批量试制：第三轮设计和试制从2016年下半年到2017年上半年完成。第三轮设计改变蕞大。齿轮传动箱改为封闭型。并将手柄复位机构由传动箱内移到机箱外，呈悬臂结构，利于复位机构的润滑维护。为改善操作手感，扭簧钢丝直径降为2.8mm。
第三轮产品试产后，仍随机抽样一台做台架寿命试验，200万次寿命试验中未发现明显质量问题。试验结束后，检查发现扭簧复位有阻滞现象。经清洁加润滑油后复位正常。
投放用户使用后，个别产品使用2个月后又出现了早期手柄回零故障。故障产品返厂后检查分析原因，是因扭簧在工作时产生轴向抗力，造成扭簧导轴两端的复位拨盘倾斜。当拨盘和导轴端面的间隙大于0.4㎜时，随着扭簧内圈和导轴外圆早期磨损后，扭簧两端簧圈挤向拨盘和导轴端面的间隙中，加大了复位阻力，造成复位阻滞。这是个关键问题，也是个不好解决的问题。
为了解决第三轮试制中出现的自复位机构早期失效问题，针对复位机构复位阻滞的原因，我们尝试了多种措施都不行，蕞后的方案是把扭簧导轴两端设计出台阶，中心臂扭簧装于两个台阶之间，扭簧预紧和复位时产生的轴向抗力由导轴两端台阶的内端面承受。扭簧的中心臂越过导轴两端台阶外圆，穿入拨盘上的孔中，从而带动拨盘动作。拨盘不再承受扭簧轴向力的挤压。这一创新措施十分奏效，彻底解决复位机构复位阻滞问题。手柄自复位机构质量问题在国内外的所有主令控制器上至今都没能彻底解决问题，这一直是主令控制器的寿命短板，也是行业内世界性的难题。终于被我们突破了，手柄自复位机构达到了和主令等寿命。
第四轮设计定型和批量生产：定型设计和批量试制工作，从2019年初到2019年底完成。
2019期间，为满足港口门座起重机对主令控制器输出模拟信号要求，在定型机型基础上研制出带电位器机型，并对样机进行了200万次台架试验，试验很成功。产品同时投放市场，受到港机客户的高度肯定。
XKDF全金属结构高端主令控制器，从2014年开始研发到2019年底完成全部研发工作，整个研发过程前后历经6年。研制期间反复与客户沟通，听取意见和建议，不断对产品进行改进和完善。在2019年底，整个研发过程结束。并转入正常批量生产阶段。
该机型客户定位为高端用户。主令控制器设计制造中尽量减少塑料件，增加机械加工件，工艺难度有所增加。装配选用的紧固件、轴承和零部件均选用好件，制造成本有所提高。
四、样机试验：
为了验证批量生产的产品质量的可靠性、机械寿命、电气寿命是否达到设计指标，从批量生产的产品中随机抽样一台，对其进行800万次的台架机械寿命和电气寿命试验。
五、产品技术水平及客户评价：
1、客户评价：
产品批量投放市场后，客户普遍反映该产品质量过硬。
例如：江西九江一家钢企的铁矿石装卸码头上有20台港口门座起重机，联动控制台主令原配置的为YGK3型主令（含带电位器机型）。后招标采购其他厂家生产的YGK3作为维修备件。据用户反映，国内主令主导厂家生产的产品。由于操作频繁，运转时间长，一般只能用6—7个月（相当于每个机构大约操作75万次）。就因质量问题必须换掉。后来，通过招标，采购国内别的厂家产品，质量问题更多。两个多月就坏掉。现场维修人员说抢修不过来，忙的焦头烂额，严重影响码头铁矿石装卸作业。
2020年8月，批量换装24台<SJ>P-XKDF全金属结构高端主令控制器（含20台带电位器机型）。到2023年底运行3年多，运行中全部无故障。现仍继续使用中。性价比超高。用户由刚开始因对国产货信心不足，供货时对我公司承诺的三年质保期持怀疑态度，后来转变为深度认可，高度评价为：“国内好品牌。”客户可去码头现场考察。
2、产品技术水平
<SJ>P-XKDF全金属结构高端主令控制器产品性能、档位清晰度和人体工学与法国施耐德XKD小型主令控制器处于同一水平。
整机坚固性、手柄复位机构的可靠性都远高于国外水平。
寿命方面：行业标准JB/T13480-2018规定：主令控制器每个方向操作机构的机械寿命不应小于75万次。法国施耐德XKDF机型机械寿命300万次。<SJ>P-XKDF主令机械寿命达到800万次，电寿命达到600万次的超高水平。
二零二四年三月二十日
| 上一条：二、<SJ>P-XKBE轻型主令控制器 | 下一条：四、<SJ>P-QT18系列主令控制器 |
邮编：272000