Типы механизированного инструмента

1. Устройство РМ для строительно-монтажных работ

1.1 Общие сведения о РМ и их классификация

Классификация РМ

РМ (механизированный инструмент) — подкласс технологических машин со встроенными двигателями, при работе которых их вес полностью или частично воспринимается руками оператора, производящего подачу и управление машиной. Для этого подкласса машин характерны определенные признаки: наличие встроенного двигателя, восприятие хотя бы части их веса оператором при работе, осуществление подачи и управления за счет мускульной силы оператора.

РМ обычно весит от 1,5 до 10 кг. Для приведения в действие рабочего органа РМ, часто называемого инструментом, используют главным образом пневматический или электрический привод (реже гидравлический), от двигателя внутреннего сгорания или порохового заряда.

По назначению различают свыше 100 видов РМ, которые в соответствии с классификацией образуют самостоятельные группы.

Классификация РМ осуществляется по ряду классификационных признаков, объединенных в два укрупненных: 1 — назначение и области применения; 2 — конструктивное исполнение.

1. По первому признаку осуществляют деление РМ на группы. Назначения РМ соответствуют видам выполняемых с их помощью основйых технологических операций (сверления, шлифования, фрезерования, пиления, резания, вырубки, затяжки резьбовых соединений, забивки дюбелей, гвоздей; установки заклепок, отбойки, бурения, уплотнения и других), осуществляемых посредством реализации следующих процессов: резания, удара, обработки давлением, проникания, гибки и других, а также их комбинаций.

Область применения РМ определяет виды обрабатываемых ими материалов (металл, дерево, грунт, камень, бетон и т. д.) и выполняемых работ:

— обработка поверхностей и кромок изделий;

— образование углублений (отверстий, пазов, борозд);

— сборка изделий и конструкций;

— разделение материалов, изделий и конструкций;

— уплотнение материалов.

Учет указанных классификационных признаков применительно к подклассам строительных дорожных машин (СДМ), определяемых их назначением, позволяет выявить роль и место конкретной РМ в том «№ ином СТП.

Для более эффективного использования при выполнении различных видов строительно-монтажных работ (СМР) РМ объединяют в технологические наборы (комплекты) средств механизации по видам работ, куда дополнительно включают строительно-отделочные машины, вибровозбудители и другие средства малой механизации.

2. По признаку конструктивного исполнения РМ определяют*

— по конструктивному исполнению привода — траекторию движения инструмента, принцип действия РМ и режим ее работы.

Исполнение привода зависит от видов используемых в нем двигателя, трансмиссии и системы управления.

Двигатель РМ монтируется в отдельном корпусе, являющемся для части машин несущим элементом конструкции. Форма корпуса во многом определяет внешний вид РМ. В общем случае двигатель оснаиГен системами пуска, реверса, автоматического управления режимом, а для ряда электрических машин — также системой подавления радиопомех. В указанном исполнении его называют приводным модулем.

По виду привода РМ делят на электрические, пневматические, гидравлические, с двигателями внутреннего сгорания (моторизованные), пиротехнические.

Наиболее широкое распространение получили электрические двигатели переменного тока следующих типов: коллекторные однофазные с частотой тока 50 Гц, асинхронные трехфазные с частотой тока 50 Гц, асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором с частотой тока 50 и 200 Гц, электромагнитные однофазные.

В последнее время получают применение и коллекторные электродвигатели постоянного тока с питанием от аккумуляторных батарей или бортовой сети напряжением до 12 В.

Наиболее широко используются коллекторные однофазные электродвигатели переменного тока с напряжением питания 220 В и частотой тока 50 Гц, полезной мощностью до 1100 Вт и более. На их основе выполняются РМ с двойной или полной изоляцией. Двойной называют комбинацию рабочей (основной) и дополнительной изоляции корпусных деталей РМ от возможных неисправностей электрических цепей приводного модуля. Дополнительная изоляция осуществляется путем выполнения корпусных и других частей приводного модуля из пластмассовых материалов. РМ с полной изоляцией обеспечивают защиту оператора не только от неисправности электрических цепей приводного модуля, но также и от непредвиденного взаимодействия инструмента РМ с деталями обрабатываемого объекта, находящимися под напряжением. Полная изоляция РМ реализуется на базе двойной изоляции при выполнении всех корпусных деталей из пластмасс.

Развитие систем управления приводов РМ позволяет дополнительно классифицировать их по наличию электронных устройств регулирования частоты вращения и устройств автоматического управления и стабилизации режимов их работы.

Среди пневматических и гидравлических двигателей наиболее широко применяют двигатели ротационного типа, реверсивные и нереверсивные, а также поршневые со свободным поршнем и поршнем со штоком. ,

Поршневые двигатели разделяют по числу камер на двухкамерные, с камерой рабочего и обратного хода поршня и трехкамерные, имеющие, кроме того, аккумулирующую камеру.

Поршневые двигатели со свободным поршнем разделяют также по виду распределителя энергоносителя, обеспечивающего его подачу и удаление из камер: клапанные, золотниковые, бесклапанные или беззолотниковые, в которых распределение осуществляется поршнем — ударником; дроссельные и другие.

Двигатели внутреннего сгорания и пиротехнические используются в РМ/с целью обеспечения их автономности в питании. В качестве двигателей внутреннего сгорания (ДВС) используют карбюраторные двигатели, работающие на смеси бензина и воздуха. Пиротехнический привод обеспечивает работу РМ от энергии сгорания пороха, пороховых патронов, которые могут комплектоваться в обоймы для обеспечения удобства и достижения более высокой производительности.

Виды используемых двигателя и трансмиссии влияют на кинематику и динамику движения рабочего органа РМ.

В зависимости от вида привода, определяющего траекторию (вращательная (круговая), возвратно-поступательная, орбитальная, комбинированная) и характер движения инструмента (неколебательное: непрерывное, прерывистое, колебательное или вибрационное), РМ по принципу действия разделяют на вращательные (пилы дисковые, рубанки, фрезерные машины и т. д.), вибрационные (ножевые, вырубные ножницы по металлу, плоскошлифовальные, ножовочные пилы и т. д.) и ударные — с поступательными и вращательными ударами (молотки, ломы, гайковерты и т. д.). Среди вибрационных и ударных РМ выделяют виброударные. В ряде случаев РМ по принципу действия делят на непрерывно-силовые и импульсно-силовые (вибрационного и ударного действия).

Различают следующие разновидности режимов работы РМ:

— реверсивные и нереверсивные;

— односкоростные и многоскоростные;

— с плавным и дискретным изменением скорости (обычно 2-скоростные);

многорежимные, имеющие, обычно, вращательный и ударновращательный (перфораторы, сверлильные машины), а также вибрационный и виброударный режимы (ручные виброплиты).

Электрические РМ работают, как правило, в 1 или 2 из 8 нормированных для электроприводов режимах работы: продолжительном номинальном режиме S1 и повторно-кратковременном номинальном режиме S3 с продолжительностью включения (ПВ) до 60% (режим S3 характерен для РМ ударного действия);

— по конструктивному исполнению РМ в целом (внешнему виду) характерные особенности, а для электрических РМ — и класс защиты от поражения током.

Рис. 1. Формы рукояток РМ

1 — пистолетного типа заднего расположения; 2 — то же центрального расположенное дополнительной верхней рукоятью; 3 — замкнутого типа заднего расположения; 4 — то же открытого типа; 5-е рукояткой-корпусом; 6 — замкнутого типа верхнего расположения; 7 — то же открытого типа; 8 — открытого типа заднего расположения (удлиненная).

РМ подразделяют:

— по взаимному расположению продольных осей двигателя и инструмента (РМ вращательного действия) на прямые (при параллельности или совпадении указанных осей) и угловые (при их расположении под углом друг 1 другу);

— по форме и расположению основных рукояток на корпусе — с рукояткой пистолетного, замкнутого, открытого, прямого типов; с нижним, задним, верхним расположением рукояток (рис. 1.1).В отдельных конструкциях РМ | пневмомолотки, ручные глубинные вибровозбудители и другие) рукоятка крепится к корпусу машины с помощью удлиненной штанги, обеспечивающей удобство при работе. РМ могут иметь дополнительные рукоятки. Ряд РМ малых типоразмеров не имеет рукояток. В этом случае удержание машины оператором осуществляется непосредственно за корпус РМ, Пневмои гидропробойники также не имеют рукояток из-за отсутствия в них необходимости, сила тяжести при работе воспринимается грунтовым массивом;

— по форме и материалу корпусных деталей, определяющих удельные показатели РМ, свойства эстетичности, комфортности, а для электрических РМ — и безопасность оператора. Различают РМ с металлическим корпусом и с пластмассовым корпусом, выполненным из композиционных материалов, обеспечивающих дополнительную изоляцию оператора от поражения его электротоком. Габаритные размеры РМ, имеющих форму, близкую к цилиндрической, характеризуют условным диаметром — диаметром описываемой окружности в сечении двигателя 1 и длиной;

— по классам защиты от поражения электрическим током — I, II и III классов.

РМ I класса питаются от сети напряжением свыше 42 В и имеют только рабочую изоляцию. Они обязательно имеют устройство для заземления металлических деталей, доступных для прикосновения. Их подключение к сети питания осуществляют через защитно — отключающее устройство (ЗОУ), снимающее напряжение с источника питания РМ в случае достижения определенной силы тока утечки в металлические детали, доступные для прикосновения. Для работы с РМ I класса используют индивидуальные средства защиты: диэлектрические перчатки, боты, коврики.

Рис. 2. Обозначение двойной изоляции (а) на электрических РМ II класса, брызгозащищенного (б) и водонепроницаемого (в) исполнений РМ II класса питаются от сети напряжением свыше 42 В (обычно 220 В) и имеют либо двойную изоляцию (в этом случае их маркируют знаком, показанным на рис. I.2, а), либо усиленную рабочую, эквивалентную двойной. При работе их подключают непосредственно к сети. не заземляя и не используя индивидуальных средств зашиты, кроме случаев работы в помещениях повышенной опасности.

РМ III класса питаются от сети пониженного напряжения (ниже 42 В), либо от общей электрической сети с использованием трансформаторов и преобразователей частоты тока до 200 Гц, либо от аккумуляторных батарей.

По степени зашиты от воздействия жидкости электрические РМ имеюn следующие исполнения: незащищенные, брызгозащищенные и водонепроницаемые. Последние два варианта исполнения имеют маркировку, показанную на рис. I.2, б, в.

Брызгозащищенной называют машину, имеющую приспособление, исключающее попадание брызг жидкости внутрь ее.

Водонепроницаемой называют машину, защищенную даже при погружении ее в воду от проникания внутрь воды.

Преимущественное распространение получили РМ II и III классов. В настоящее время все шире выпускаются РМ с полной изоляцией;

— по возможности перемещения на переносные и передвижные. Опорный контур переносных РМ обычно включает оператора. Передвижные РМ имеют самостоятельный опорный контур, обеспечивающий их устойчивое положение при работе без оператора. Некоторые из этих РМ имеют механизм передвижения, что, строго говоря не соответствует их включению в подкласс РМ по отдельным признакам (восприятие хотя бы части их веса оператором и осуществление их подачи за счет его мускульной силы). Наметившаяся тенденция использования в таких машинах дистанционной автоматизированной и автоматической систем управления преобразует эти машины в роботизированные системы.

Индексация РМ в настоящее время не является единой и определяется их разработчиками и изготовителями. Наиболее широко используется индексация Всесоюзного научно-исследовательского ин-1 етшута строительного механизированного инструмента (ВНИИСМИ). Она включает буквенную часть, характеризующую вид приводаинструмента (ИЭ — электрический, ИГ — гидравлическим, ИП — пневматический, ИД — моторизованный с ДВС), и цифровую, состоящую из четырех цифр, две первые из которых соответствуют номерам группы и подгруппы в базовой классификационной таблице; две последние цифры характеризуют регистрационный номер модели, увеличивающийся по мере их создания. Буквы после цифр обозначают порядковую модернизацию машины и вид ее специального исполнения. Например, буква Э обозначает наличие электронного регулятора частоты вращения.

В базовой классификационной таблице основные виды РМ разделены на группы по их назначению и размещены в шести первых группах. Остальные группы сформированы следующим образом.

Седьмая — отведена под много шпиндельные агрегаты (сверлильные, гайкои винтозавертывающие, резьбонарезные); восьмая — под насадки и инструментальные голо/вки, в том числе с приводом через гибкие валы. В девятой группе представлены универсальные приводы и вспомогательное оборудование. В качестве универсальных приводов нашли широкое применение следующие:

— вращательного типа, выполненные по схеме двигатель-редуктор;

щпиндель;

— поступательного типа на базе пневмои гидроцилиндров, имеющих поршень со штоком (низкочастотные) и свободный поршень (высокочастотные, ударные).

Вспомогательное оборудование разделено по назначению на виды:

— для удержания и подачи РМ (подвески, стойки, подставки, опорные колонки с устройствами подачи);

— для обеспечения выполнения технологических операций и заточки инструмента (воздуходувки, торсионы, шарниры, станки заточные, трчила);

— для питания двигателей и их аварийного отключения (преобразователи, аккумуляторы, ЗОУ).

Десятая группа классификационной таблицы является резервной. В каждой группе предусмотрено по девять подгрупп для учета конструктивных особенностей РМ.

В классификационной таблице, на основе которой проводится индексация, отсутствуют отдельные виды РМ, попадающие под приведенное выше определение РМ (ручные глубинные вибровозбудители, ручные виброплиты, ручные машины для перекусывания и гибки арматуры и т. д.), поскольку они включены в другие подклассы СДМ. Кроме этого ряд видов РМ, приведенных в классификационной таблице: шлифовальная с гибким валом, станки сверлильные переносные, пневмопробойники и некоторые другие не отвечают всем отличительным признакам определения РМ, однако их присутствие целесообразно.

В силу того, что СММ активно используются в СТП, строителям удобно классифицировать РМ на группы по области их применения: общего применения, для обработки металла, для обработки дерева, для работ по грунту, камню, бетону; для сборочных работ, а создателям машин 1 по ввду привода и принципу действия.

Привод РМ

Определяющим направлением совершенствования РМ является повышение их энерговооруженности при ограничении массы. Таким образом, показатель удельной мощности (на единицу массы) является важной характеристикой РМ. Выполнение отмеченного условия в случае применения двигателей повышенной мощности возможно при использовании высокооборотных (высокочастотных) двигателей применении пластмассовых корпусных деталей и других высококаственных материалов.

Электропривод

Все виды применяемых в электроприводе электродвигателей выполнены для следующих режимов работы: продолжительного (S1) и повторно-кратковременного (S3) с ПВ 40 и 60% и продолжительностью одного цикла 2 мин (ГОСТ 183−66). Для режима S3 может быть принята и иная продолжительность цикла, например, 10 мин, обязательной соответствующей отметкой в технической документаций на машину.

Электроприводы на базе однофазных коллекторных двигателей (КН коллекторные нормальной частоты) имеют активное применен*^ в ручных электрических машинах (65%). Эти двигатели с мягкой внешней механической характеристикой способны выдерживать кратковременные перегрузки, работать при значительных колебаниях" напряжения сети, устойчиво работать в режиме частых пусков.

Коллекторные электродвигатели создаются и серийно осваиваются только с двойной и полной изоляцией с применением пластмассовых корпусов, с армированием или без него. Они имеют пластмасс вый корпус, в который вмонтированы статор и якорь (рис. I.3). В осевом направлении статор фиксируется в корпусе пластмассовой, диафрагмой. Вал двигателя установлен в подшипниках переднего промежуточного подшипникового щита (промщита) и заднего подшипникового щита. Выходной конец вала выполняется либо в виде зубчатого колеса, либо с другими элементами для взаимодействия с редуктором машины. Аксиальная вентиляция двигателя осуществляется вентилятором, выполненным из пластмассы. В ручке электропривода размещены устройство для подавления помех телеи радиоприему, выключатель, регулятор частоты вращения (при регулируемом приводе).

Подача тока в обмотки электродвигателей осуществляется с помощью пусковых устройств-выключателей. Токоподводящие контакты в них размещены в пластмассовом корпусе. Размыкание осуществляется курком.

На рис. I.4 показаны конструкции наиболее распространенных выключателей. В РМ с электроприводом серии КН-И, оснащенным электронными регуляторами частоты вращения вала двигателя, управление осуществляется оператором с помощью регулировочного винта расположенного на торце курка выключателя. Выбор места расположения выключателя на корпусе РМ определяется следующим требованием техники безопасности: при установке РМ выключатель не должен срабатывать.

Перечислим основные направления развития электропривода серии КЯ:

расширение типоразмерных рядов двигателей по величине полезно# мощности (110…2500 Вт и более) при повышении номинальной частоты вращения якорей (15…25 000 мин^-1 и более) и увеличении КПД двигателей.

Важное значение имеет создание двигателей с полезной мощностью от 1100 Вт и выше, которые используются для мощных шлифовальных машин с отрезными кругами, рубанков, вырубных ножниц для листовой стали толщиной свыше 4,5 мм, цепных пил и других видов РМ;

— создание реверсивных двигателей.

Совершенствование таких механизмов расширяет технологические возможности РМ. Так, например, сверлильная машина, выполненная на базе электрического реверсивного двигателя с регулятором частоты вращения, может использоваться как шуруповерт.

Реверсивные двигатели целесообразно использовать также в гайковертах;

— развитие регулируемого привода с использованием микропроцессоров;

— создание электродвигателей постоянного тока с питанием от аккумуляторных батарей.

Рис. 3. Электропривод на базе однофазного коллекторного двигателя.

1 — промежуточный подшипниковый щит; 1 — армирующая втулка;

3 — вентилятор; 4 — диафрагма; 5 — корпус двигателя; 6 — статор;

7 — якорь; 8 — щеткодержатель; 9 — щетка; 10 — рукоятка; 11 — нажимной рычаг 12 — подшипник; 13 — пружина щеткодержателя; 14 — направляющая втулка; 15 — электронный блок управления (выключатель); 16 — фильтр подавления радиопомех; 17 — токоподводящий шнур; 18 — изоляционная втулка Рис. I.4. Курковые выключатели электрических РМ: конструктивные схемы нерегулируемого (а) и регулируемого Гб) выключателей* в — принципиальная схема электронного регулятора частоты вращения вала двигателя; 1 — траверса; 2 — контакт; 3 — блок; 4,10 — пружины; 5 — стакан; 6 — рычаг* 7 — пластина; 8 — корпус; 9 — ось; 11 — курок; 12 — крышка; 13 — «фиксатор;! 4 — рычаг реверса; 15 — переменный резистор; 16 — печатная плата; 17 — ползун переменного резистора; 18 — ползун курка; 19 — регулировочный винт Остановимся подробнее на реализации двух последних направлений развития привода с коллекторным однофазным двигателем [66,76]. Эти двигатели имеют высокую частоту вращения холостого хода, что является причиной повышенного расхода энергии и значительного шума, и мягкую внешнюю механическую характеристику, не Позволяющую поддерживать данную частоту вращения под нагрузкой.

Поэтому для более эффективного использования электропривода на базе двигателей КН и большего соответствия режима работы двигателя условиям работы РМ заданного типа его оснащают электронными устройствами в виде регуляторов частоты вращения (сверлильные машины, шуруповерты и т. д.) и стабилизаторов частоты вращения (шлифовальные машины). Повышается надежность работы электродвигателя, поскольку исключаются перегрузки по току при пусковых режимах.

Современные электронные регуляторы частоты вращения основаны на применении управляемых полупроводниковых вентилей (тиристоров и симисторов) с достаточно простыми схемами фазового управления углом открытия вентиля. Простота конструкции и управления обеспечивает широкое использование этих приборов в различных регуляторах. Основными их недостатками являются сравнительно высокие тепловые потери из-за наличия остаточного напряжения на переходах и необходимость принудительного отключения. (В последнее время стали применять новые элементы регулятора и, в частности, силовые транзисторы, обладающие существенными преимуществами перед тиристорами.)

Основными видами стабилизаторов являются однои двухполупериодные с использованием противоЭДС в качестве напряжения обратной связи, а также двухпериодные с датчиком частоты вращения в цепи обратной связи. Стабилизаторы с обратной связью по противоЭДС обладают простотой схемного и конструктивного решений. Однако они либо не обеспечивают регулирование по всему диапазону, либо не гарантируют стабильность частоты вращения (при двухпериодном регулировании). Стабилизаторы с датчиком в цепи обратной связи обеспечивают стабильность частоты вращения и обладают высоким быстродействием. Единственным недостатком таких стабилизаторов является конструктивное усложнение машины из-за необходимости встраивания датчика частоты вращения в конструкцию двигателя. Идеальным решение^ был бы стабилизатор, осуществляющий дэухполупериодное регулирование без датчика в цепи обратной связи, но обеспечивающий высокую стабильность частоты вращения. Однако имеющиеся схемные решения таких стабилизаторов практической реализации пока не получили.

Большое разнообразие конструкций электронных регуляторов сводится к нескольким основным решениям:

— курковые регуляторы, встроенные в выключатель;

— стабилизаторы, встроенные в рукоятку или корпус двигателя;

— стабилизаторы и курковые регуляторы, встроенные в корпус выключателя, с вынесенным на отдельном радиаторе тиристором, размещенным в воздушном потоке.

Опыт создания и эксплуатации РМ показал, что электронное регулирование следует развивать, используя стабилизаторы частоты вращения, в первую очередь в РМ, оснащенных высокоскоростным коллекторным приводом с полезной мощностью не менее 250 Вт для сверлильных машин и лобзиков, а также не менее 800 Вт в шлифовальных машинах. Кроме того, необходимо создание двухполупериодного куркового регулятора частоты вращения для широкого применения в различных электрических РМ. Микропроцессоры в РМ Используются для решения задач ввода и индикации рабочих параметров для программирования активного контроля рабочего процесса.

В настоящее время ведутся работы по применению микропроцессоров с большими наборами жестких программ и & перенастраиваемыми программами, обеспечивающих автоматическое регулирование рабочих процессов.

Все шире развивается новое направление — разработка и выпуск электрических РМ различного назначения с электроприводом постоянного тока, питающимся от аккумуляторов. Это объясняется появлением малогабаритных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей ёмкостью 1,2…2 А * ч и более при напряжении одного элемента 1,2 В. Применение этих элементов позволяет выпускать электрические РМ на напряжение от 3,6 до 24 В, полезной мощностью до 165 Вт и более. Объем производства таких машин составляет более 2 млн шт. в год, а номенклатура охватывает практически всю номенклатуру традиционного электроинструмента.

В качестве привода электрических РМ применяют коллекторные — электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. При этом диапазон электродвигателей по напряжению составляет от 3,1 до 36 В, по полезной мощности — от 4,6 до 79,1 Вт, по частоте вращения якоря на холостом ходу — от 4200 до 25 800 мин^-1, под нагрузкой — от 3500 до 19 000 мин'¹. Величина токов холостого хода от 0,085 до 1,8 А, а под нагрузкой — от 0,43 До 13,1 А. КПД электродвигателей колеблется от 53,8 до 76,8%, а масса — от 49 дб 205 г.

В зависимости от выполняемой технологической операции, типа и назначения машины и ее технических характеристик время работы за одну зарядку аккумулятора может составить от 3 до'35 мин, а максимальные диаметры сверления по стали находятся в диапазоне от 3,5 до 32 мм, по древесине — от 10 до 35 мм. Наиболее важной характеристикой этих машин, определяющей их технологические возможности, является энергоемкость аккумуляторов. Так, при увеличении энергоемкости батарей & I раза эффективность работы машины увеличиваете^ примерно вдвое.

Все электрические РМ с питанием от аккумуляторных батарей комплектуются зарядными устройствами, позволяющими проводить зарядку от 45 мин до 3 ч"

Увеличивается производство РМ с электроприводом на базе асинхронных двигателей. Асинхронные двигатели в сравнении с коллекторными однофазными имеют более высокую надежность (ориентировочный ресурс работы 700 в сравнении с 400 ч у двигателей серии КН), обусловленную простотой конструкции самого двигателя, более низкий уровень Звуковой мощности, не создают радиопомех.

Электроприводы на базе асинхронных электродвигателей нормальной частоты серии АН-I продолжают выпускать в традиционном исполнении, без принципиального отличия от электродвигателей общепромышленного применения. Форма корпуса определяется конструктивными особенностями электрической РМ. В основном эти Электроприводы применяются в мощных молотках (ломах), перфораторах, гайковертах, для переносных заточных станков. В последнее время намечена тенденция применения двойной изоляции в этих электроприводах за счет использования пластмассовой втулки между валом и пакетом ротора, либо наличия пластмассового шкива, изолирующего шпиндель машины от ротора, и дополнительной изоляции пакета статора.

Для асинхронных электроприводов повышенной частоты (серии АЛ-III), не уступающих однофазным коллекторным приводам по энергетическим параметрам и превосходящих их по удельной мощности, используются специальные статические полупроводниковые преобразователи частоты (на тиристорах и транзисторах), отличающиеся от традиционных электромашиных большой долговечностью, меньшими габаритами и массой.

По электроприводам на базе асинхронного электродвигателя повышенной частоты намечены тенденции увеличения номинальных напряжений, в частности, в нашей стране — перевод с 36 до 42 В, за рубежом — применение напряжений 42, 72, 135, 265 В. Это объясняется необходимостью снижения потерь энергии в подводящих проводах выключателях, штепсельных соединениях, что в конечном итоге уменьшает падение напряжения на клеймах машин и способствует облегчению условий их пуска.

Важным также является выбор оптимальной частоты тока. Критерием оптимизации является масса привода машины (двигателя и редуктора). По данным фирмы Bosch (ФРГ)" значение оптимальной частота для двигателей этой фирмы приближается к 300 Гц. Прогнозируется увеличение производства асинхронных электродвигателей повышенной частоты в связи с налаживанием и расширением выпуска статических преобразователей частоты.

Следует отметить также, что в производстве всех типов электродвигателей явно прослеживается тенденция унификации. В частности, по типоразмерам железа статора и якоря в двигателях серии КН на базе одного типоразмера железа — выпускать до трех и более электродвигателей различной мощности.

Необходимо отметить высокую степень механизации практически всех операций по изготовлению электродвигателей и особенно намоточно-изолированных работ, присоединения обмоточных проводов к коллектору посредством сварки, автоматическую балансировку, пропитку обмоток и контроль основных технологических операций. Все это позволяет в значительной мере повысить производительность труда при высоком качестве изготовления.

Развитие электромагнитного привода происходит в направлении расширения его возможностей за счет изменения частоты тока сети. Эго обеспечивается с помощью встроенных и выносных электронных блоков.

Проведение таких работ позволило расширить технологические возморюсти РМ, выполненных на базе электромагнитного привода. ^

В настоящее время разработана конструкция молотка с энергией удара 15 Дж, частотой удара 25 Гц и массой 10 кг (ИГД СО АН РФ)" пистолета для забивки крепежа с регулируемой энергией удара 5…22 Дж, частотой 0,5…4,0 Гц и массой 2,5 кг (Новосибирский электротех — нический институт).

Анализируя отмеченные тенденции, можно прогнозировать расширение использования электромагнитного привода и в других видах РМ.

Пневмо- и гидропривод

Пневмопривод наряду с электроприводом долгое время используется в РМ различного технологического назначения. В РМ вращательного типа наиболее широкое применение нашли двигатели ротационного типа (рис.I.5), а в машинах поступательного типа — цилиндры со штоковым поршнем и цилиндры со свободным поршнем. С указанными типами привода выполнено большинство отечественных и зарубежных пневматических РМ. Объемные пневмои гидродвигатели способны выдерживать значительные перегрузки и перегрев, как электродвигатели, легко осуществляют реверсирование, обладают хорошими возможностями управления скоростью движения выходного звена (часто за счет дросселирования потока рабочего тела-энергоносителя).

Рис. 5. Привод РМ с ротационным пневмодвигателем: а — конструктивная схема ротационного пластинчатого пневмодвигателя; б — общий вид привода РМ с пистолетной рукояткой: I — до модернизации; II — после, модернизации; 1 — ротор пневмодвигателя; 2 — подшипник ротора; 3 — задняя крышка пневмодвигателя; 4 — статор пневмодвигателя; 5 — пускореверсирующее устройство; 6 — шток пускового клапана; 7 — шариковый клапан В качестве энергоносителя используется сжатый воздух давлением До 0,7 МПа и минеральное масло давлением 10 МПа и выше.

Рассмотрим подробнее работу двигателя со свободным поршнем — Ударником, используемого в РМ ударного действия.

Он включает в себя ударный механизм с органом управления Потоком энергоносителя, поступающего от силового оборудования (компрессора или насосной установки). Ударный механизм (поршень-ударник и наковальня в виде хвостовика рабочего инструмента) расположен в цилиндрическом корпусе. Функции ударника — нанесение периодических ударов по хвостовику инструмента в результате совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра. Движение к месту удара называют прямым ходом, а от места удара — обратным. Таким образом, время цикла определяют как сумму времени прямого и обратного ходов (Т_ц = t_{n x} + t_{o x}), частота ударов f = 1/Т_ц. Временем удара пренебрегают ввиду его малости в сравнении с величиной Т_ц. Частота ударов современных РМ составляет до 30 с^-1.

Периодическое движение ударника при прямом и обратном ходах осуществляется за счет его силового возбуждения, которое создается разностью усилий от давления рабочего тела, действующих на ударник со стороны его заднего и переднего торцов. Организация цикла движения ударника осуществляется распределительным устройством (РУ). В большинстве типов РМ ударного действия используются автоматические РУ, а в ряде других (гвоздеи скобозабивные молотки) — РУ с ручным управлением. Вместе с системой каналов и проточек, выполненных в корпусе и цилиндре, РУ образует орган (систему) управления двигателем (рис. I.6).

Рис. 6. Принципиальная схема органа управления:

Ра, РБ, Рс — давления в камерах прямого, обратного ходов ударника и сливной камере гидропневматического ударного механизма.

Рассмотрим основные виды РУ на примере пневматических РМ ударного действия, отличающихся разнообразием их использования (рис. 7).

В пневматических РМ ударного действия используются поршневые дйигатели со свободным поршнем, оснащенные одним из видов автоматических воздухораспределительных устройств: клапанных, золотниковых, поршневых, дроссельных и других.

Рис. 7. Принципиальные схемы пневматических ударных механизмов с различными видами воздухораспределительных устройств:

1 — цилиндр; 2 — ударник; 3 — хвостовик инструмента; 4 — 3-ступенчатый трубчатый золотник; 5 — сегментный пластинчатый клапан; 6 — дисковый пластинчатый клапан; 7,8 — микрозолотники; 9 — дроссели; 10 — шариковый клапан Название первых трех видов воздухораспределительных устройств соответствует названию детали (распределительного элемента), изменение положения которой обеспечивает поочередное соединение камер прямого (А) и обратного (Б) хода поршневого двигателя с напорной магистралью и атмосферой. Распределительный элемент в виде клапана или золотника представляет собой соответственно пластину или полый цилиндр с рядом выступов и находится в распределительной коробке, расположенной в верхней части ствола, соединенной с рабочей камерой прямого хода (поршневое воздухораспределение осуществляется непосредственно поршнем-ударником при его движении и называется часто бесклапанным или беззолотниковым).

Распределительный элемент имеет два положения, при которых реализуются прямой и обратный ходы поршня-ударника. Изменение положения распределительного элемента происходит дважды в течение ударного цикла — в конце прямого и обратного ходов ударника в результате нарушения его равновесного состояния. Это связано с резким падением давления в одной из рабочих камер, соединением ее через выхлопной канал с атмосферой и плавным его повышением в другой камере в результате уменьшения объема замкнутого пространства.

Наиболее широкое распространение в пневматических РМ ударного действия получили клапанная и золотниковая системы воздухо — распределения. Последняя является более экономичной (обеспечивает меньший расход воздуха при одинаковых выходных параметрах), создает меньший шум при работе, но более трудоемка в изготовлении.

Дроссельное воздухораспределение обеспечивается с помощью калиброванных каналов (дросселей), по которым одновременно в камеры прямого и обратного ходов происходит непрерывная подача из напорной магистрали потока сжатого воздуха (см. рис. I.7). Опорожнение камер осуществляется попеременно через выхлопной канал, открываемый поршнем-ударником.

Преимуществом машин с данным воздухораспределительным устройством является простота их запуска, а недостатком — повышенный расход воздуха.

В гидравлических РМ ударного действия наиболее широко используются золотниковые РУ. Сам ударный механизм имеет обычно камеру рабочего хода (гидравлическую или пневматическую), управляемую камеру обратного хода (гидравлическую) и вспомогательную (сливную) камеру. Несмотря на то, что наличие вспомогательной камеры увеличивает общую длину механизма, это способствует уменьшению потерь энергии на удаление обработанной жидкости. Эффект применения вспомогательной камеры тем выше, чем больше длина сливного трубопровода.

Условия работы РМ предполагают Использование рукавов значительной длины при коэффициенте приведенной массы жидкости µ_ж= m_ж / m_уд > 0,5 (m_ж I приведенная масса жидкости; m_уд — масса ударника).

Отметим основные тенденции развития пневмои гидропривода РМ. |

Снижение удельной мощности РМ связано в первую очередь с увеличением используемого давления рабочего тела. Для пневматических машин оптимальным считают давление 1,2…2,0; для гидравлических — 30…40 МПа. Пневматические машины и устройства с величиной давления в указанных пределах уже используются в промышленности. Переход на такое давление в строительстве в большей степени является организационно-технической, чем научно-технической проблемой. Высокий уровень развития техники и технологии гидропривода, р. также имеющиеся разработки отдельных видов средств малой механизации подтверждают реальность создания гидравлических РМ с давлением рабочего тела до 40 МПа. Использование давления 32…40 МПа позволяет создавать гидравлические РМ не только с питанием от выносных насосных установок, но и со встроенным электрогидроприводом.

Особое значение приобрело применение пластмасс в пневматических РМ. Разработанные впервые в нашей стране технология и специальные пресс-формы позволили изготовлять из композиционных полимерных материалов важнейшие детали этих машин, включая корпусные, практически без дополнительной механической обработки. Резко снизилась трудоемкость изготовления, улучшились вибрационные, шумовые и теплоизоляционные характеристики, уменьшились массы машин.

Ведутся работы по использованию для отдельных видов РМ высокоскоростного (вихревого) трубопривода взамен ротационного. Так, в НПО РИТМ на базе этого привода созданы высокоскоростные пневматические шлифовальные машины мощностью 1,5…2,0 кВт. По данным разработчиков, результаты проведенных экспериментальных исследований позволяют прогнозировать следующие характеристики перспективной модели торцевой шлифовальной машины: удельная мощность — 0,5 кВт/кг (0,35 кВт/кг у лучших современных зарубежных и отечественных образцов); окружная скорость рабочей кромки инструмента — 80 м/с (50…60 м/с у существующих пневмомашин); соответствие нормам вибрации за счет рационального перераспределения виброспектра турбопривода, повышение эффективности использования абразивного инструмента и возможность введения автобалансирующих устройств.

Рис. 8. Обобщенная перспективная схема УПМ с автоматической системой Другим важнейшим направлением развития пневмои гидроприводов РМ является автоматизация их систем управления на базе микропроцессорной техники, обеспечивающая реализацию улучшенного рабочего цикла и требования виброи шумобезопасности.

В качестве примера на рис.I.8 в соответствии с представлена обобщенная перспективная схема ударной пневматической машины (УПМ) с АСУ подачей сжатого воздуха. В качестве объекта управления (ОУ) принята силовая система воздухораспределения УПМ, управления включающая исполнительные механизмы (ИМ) и воздухораспределители (РО). Ударный механизм машины в зависимости от структуры АСУ может входить или не входить в ОУ. Дискретный управляющий автомат (УА) представляет собой преобразователь входных сигналов, поступающих от датчиков (Д) Х;, х_х (тильда означает, что переменная может быть с отрицательным знаком), от средств вычислительной техники (СВТ) и человека-оператора, в выходные двоичные сигналы z_i.в_j, и т. д., организующие работу исполнительных механизмов. Для оптимизации рабочего процесса введены средства регулирования (Р), обеспечивающие их датчики, и СВТ. Источник питания (ИП) АСУ — автономный. В случае необходимости он может быть совмещен с источником энергоносителя (ИЭ) УПМ непосредственно или через преобразователь. Пуск машины осуществляется оператором через УА или систему пуска (СП). Отдельные элементы этой схемы могут быть реализованы в машинах ближайшего будущего поэтапно.

Привод от ДВС и пороховых зарядов

СММ, созданные с указанными видами привода, обладают свойствами автономности, что дает возможность использовать их вне зависимости от стационарных источников питания. Наряду с традиционными видами СММ: трамбовками, виброплитами, молотками, перфораторами, выполненными на базе ДВС, в последнее время разработаны машины для разделительных операций.

Важным представляется решение вопроса о создании пневматических и гидравлических РМ с автономным источником питания, в частности от пороховых зарядов.

Особенности исполнения трансмиссий

Исполнение трансмиссий привода РМ определяется требуемой траекторией и характером движения инструмента. Приводы большинства видов РМ непрерывного действия выполняются с использованием различных мелкомодульных редукторов с общим передаточным числом до 25. Приводы ряда типов шлифовальных машин выполняются в безредуКторном исполнении (в шлифовальных машинах с гибким валом, шуруповертах используют кулачковые предохранительные муфты).

В приводах РМ вибрационного и ударного действия используются преобразовательные (эксцентриковые, кривошипно-шатунные, с плавающей шайбой и т. д.) и ударные механизмы осевого и вращательного типов, а также ударно-поворотные (рис. 1.9…1.15) механизмы.

Рис. I.9. Схема привода РМ с эксцентриковым преобразовательным! механизмам (виброножницы):

1,2 — неподвижный и подвижный ложи;

3 — ползун; 4 — эксцентриковый вал;

5 — редуктор; 6 — двигатель Большинство видов РМ имеют одну силовую цепь передачи энергии от двигателя инструменту и лишь перфораторы и отдельные конструкции сверлильных машин — две. В этом случае планетарные передачи используются для автоматической регулировки энергопотоков по обеим цепям.

Рис. 10. Схема привода РМ с кривошипно-шатунным преобразовательным и пружинным ударным механизмом: а — электрической трамбовки; б — электрического молотка;

1 — кривошипно-шатунный механизм; 2 — цилиндр;

— пружина растяжения-сжатия; 4 — штоковая часть рабочего органа; 5 — рабочий орган (трамбующий «башмак», пика); 6 — ударник Рис. 11. Схема привода РМ с кривошипно-шатунным преобразовательным и компрессионно-вакуумным ударным механизмом с подвижным направляющим цилиндром (электромолоток): а — принципиальная схема привода; положения деталей при ударном (б) и безударном (в) режимах работы: 1 — хвостовик инструмента; 2 — ударник; 3 — корпус машины; 4 — подвижный направляющий цилиндр с — окнами; 5 — шатун; 6 — редуктор; 7 — двигатель; 8 — кривошип; 9 — держатель Рис. 12. Компрессорно-вакуумный ударный механизм с неподвижным направляющим цилиндром: а — принципиальная схема: 1 — инструмент; 2 — ударник (боек); 3 — окно;

4 — поршень; 5 — цилиндр; 6 — кривошипно-шатунный механизм; схемы компенсации утечек воздуха в воздушной камере: поршневые: одинарная (б), двойная (в); г — бойковая (двойная); г — радиус кривошипа; Но — начальная длина воздушной подушки; щ — угловая скорость вращения кривошипа Наиболее широкое применение в РМ ударного действия нашли пружинный, компрессионно-вакуумный, пружинно-воздушный и фугальный ударные механизмы.

Пружинные ударные механизмы по направлению действия основной составляющей ударного импульса разделяют на осевые, используемые в молотках, перфораторах, трамбовках, сверлильных машинах, и вращательные, используемые в ударных гайковертах.

В большинстве ударных механизмов пружина обеспечивает аккумулирование энергии при обратном ходе ударника с целью ее реализации при прямом ходе. Наибольшее применение пружинные ударные механизмы нашли в трамбовках и гайковертах.

В молотках и перфораторах чаще других используются компрес — сионно-вакуумные ударные механизмы (КВУМ).

В них объем воздуха между торцевой поверхностью (см. рис. 1.11) ударника и поверхностью подвижного цилиндра или поршня (см. рис. 1.12) называют воздушной камерой (подушкой). Упругие свойства воздуха выполняют роль механической пружины.

Для восполнения утечек воздуха из воздушной камеры в течение рабочего цикла имеется система компенсации утечек воздуха (СКУВ).

Рис. 13. Схемы привода РМ с механизмами ударно-вращательного действия, обеспечивающего передачу энергопотока инструменту по двум силовым цепям: ударной и вращательной (электрические перфораторы): а — с одним; б — с двумя двигателями Рис. 14. Принцип действия ударно-вращательного механизма (сверлильная ручная машина) Рис. 15. Схема ударно-поворотного механизма пневматических ручных перфораторов, обеспечивающего поворот инструмента при обратном ходе ударника:

1 — храповое колесо; 2 — защелка; 3 — стержень с винтовой нарезкой; 4 — ударник; 5 — поворотная букса; 6 — инструмент (бур) Она выполняется в виде выхлопных окон, каналов, проточек в стенкй’х цилиндра, поршня или в ударнике на одном (одинарная) или двух (двойная) уровнях и включается в действие в моменты времени, соответствующие нахождению поршня (поршневые СКУВ) или ударника (бойковые СКУВ) в одном (одинарные) или обоих (двойные) крайних положениях. СКУВ обеспечивает также переход с одного режима работы на другой (с режима холостого хода — на ударный и наоборот) и поддержание стабильного виброударного режима при изменении характеристик обрабатываемых материалов. Так, например, переход с ударного режима работы на безударный (холостой ход) без выключения двигателя КВУМ (см. рис. I.11) осуществляется следующим образом. В момент прекращения нажатия на рукоятку машины рабочий орган машины опускается, и держатель занимает положение, показанное на рис. I.11 в. Ударник смещается до упора в корпус машины, не касаясь торца рабочего инструмента. При этом воздушная подушка через окно или паз в подвижном цилиндре сообщается с атмосферой, что препятствует созданию вакуума в полости над ударником. Для обеспечения нормальной работы механизма необходимо, чтобы при его конструировании были соблюдены следующие соотношения:

b = r (1,45…1,65);

с = b — г (0…0,3); (I.1)

d > с + (5…10) мм.

Здесь r — радиус кривошипа.

В пружинно-воздушных ударных механизмах поршень упруго соединен с ползуном механической пружиной. Размах колебаний поршня — более 2 г. Это обеспечивает стабильную работу, а также большее значение энергии единичного удара.

Принцип действия ударно-вращательного механизма (УВМ) сверлильной машины наглядно поясняется рис. 1.14. Ударно-поворотные механизмы нашли широкое применение в пневматических перфораторах. Они обеспечивают равномерное разрушение породы по окружности шпура. Принцип их действия (см. рис. 1.15) основан на вращении ударника совместно с буром при холостом ходе ударника, когда храповое колесо застопорено. При прямом ходе ударника поворота бура происходить не будет ввиду отсутствия вращения ударника относительно продольной оси стержня, что обеспечивается совместным вращением ударника и храпового колеса со стержнем.

1.2 Силовое оборудование РМ

Силовое оборудование пневматических РМ

Энергоносителем пневматических РМ является сжатый воздух давлением 0,5…0,7 МПа. Питание машин сжатым воздухом осуществляется от компрессорных установок (или! станций) через воздушные трубопроводы.

Компрессорные установки состоят непосредственно из компрессора, приводимого в движение обычно электродвигателем или ДВС, ресивера и воздухоподготовительной аппаратуры. По компоновке в зависимости от габаритов и массы компрессорные установки разделяют на переносные, передвижные с расходом по свободному воздуху Q до 1,0 м³/мин и самоходные с расходом Q до 10 м³/мин.

Очистка воздуха, поступающего в компрессор, например, в компрессорную установку С0−204, может быть двухступенчатой с использованием воздухоочистителя центробежного типа с бункером для сбора пыли (первичная очистка) и контактного фильтра (вторичная очистка).

Часто используемыми являются поршневые, а также ротационные и винтовые компрессоры с воздушной или масляной принудительными системами охлаждения.

Компрессорные установки и станции оснащают АСУ режимом работы (или включения-выключения) двигателя в зависимости от количества потребляемого воздуха из ресивера.

Транспортирование сжатого воздуха от ресивера к потребителю осуществляется по системе трубопроводов (магистральной, ответвлений) длиной до нескольких сот метров и гибким шлангам (длиной до 10 м), к которым присоединяют потребители сжатого воздуха — ручные машины. Для магистрального трубопровода и трубопроводов ответвлений обычно используют стальные газовые трубы, соединяемые между собой с помощью муфт или сварки. Для соединения трубопроводов, гибких резиновых шлангов и ручных машин используется различная арматура (колена, тройники, ниппели, быстросъемные соединения); для компенсации теплового расширения воздуха устанавливают компенсаторы. С целью удаления конденсата, образующегося в результате охлаждения паров, содержащихся в сжатом воздухе, Трубопроводы устанавливают с уклоном 1:40 в сторону ресивера. Непосредственно перед подключением гибких шлангов устанавливается воздухоподготовительная аппаратура — фильтр-влагоотделитель, регулятор давления, маслораспылитель, обеспечивающая необходимый состав и характеристики воздуха перед его поступлением к ручным машинам. Фильтр-влагоотделитель в результате сепарации и фильтрации сжатого воздуха задерживает твердые частицы размерами до 0,05 мм и частицы влаги.

Регуляторы давления обеспечивают изменение давления воздуха в диапазоне 0,2…0,7 МПа путем его дросселирования на выпуске. Маслораспылитель обеспечивает внесение в сжатый воздух распыленного масла для смазки трущихся поверхностей деталей двигателя РМ.

Силовое оборудование гидравлических РМ

Питание ручных гидравлических машин (РГМ) может осуществляться от гидросистем строительных машин или от специальных малогабаритных насосных станций.

В /первом случае в зависимости от числа и типов РГМ подбирают нужную строительную машину. Во втором случае используют малогабаритные насосные станции, которые в основном проектируют и создают под конкретные типы РГМ.

Наиболее широкое распространение получила схема с постоянным давлением рабочей жидкости на входе в РГМ, работающая от насоса с постоянной производительностью. Это объясняется стабильностью рабочего процесса, возможностью одновременного питания нескольких РГМ, а также достоинствами используемой гидроаппаратуры.

Малогабаритные насосные станции выпускаются в наземном (общего применения) и подземном исполнениях. Их основные характеристики (давление рабочего тела р, МПа и расход (подача) Q. л/мин) зависят от того, для работы с какими машинами они предназначены: гидропробойниками, молотками и перфораторами, ножницами или гайковертами. Диапазон изменения основных параметров: Р=16…40 МПа; Q = 1,6…40 л/мин. Масса станций от 30…40 до 300 кг.

2. РМ для монтажных работ

РМ общего назначения

Применяют для механизированного выполнения операций сверления (сверлильные машины), шлифования и полирования (шлифовальные машины), фрезерования (фрезерные машины), обработки различных материалов: металла, дерева, бетона и других.

Сверлильные машины

Машины этого типа (рис. 1.16…1.18) предназначены для образования отверстий в различных материалах: машинами непрерывного действия обрабатываются металлы, дерево, пластмассы, каменные материалы, а машинами ударного действия — бетон. Главным параметром является максимальный диаметр рассверливаемого отверстия (Д_maxдо 32 мм).