Общие сведения о ручных машинах

Ручной называют технологическую машину, снабженную встроенным двигателем, при работе которой масса машины полностью или частично воспринимается руками оператора. От двигателя осуществляется главное движение рабочего органа, а все вспомогательные движения (подача, управление, установление режима и длительности операции) выполняются вручную.

Наибольшее распространение ручные машины получили в строительстве при выполнении санитарно-технических, отделочных, монтажных и ремонтных работ. Применение ручных машин позволяет в 5…10 раз увеличить производительность труда (по сравнению с работой вручную), значительно снизить трудоемкость и повысить качество выполняемых технологических операций, а также улучшить условия труда рабочего.

Ручные машины классифицируют по следующим признакам:

· по назначению – машины для обработки металлов, дерева и камня, для сборочных, отделочных, монтажных, земляных и буровых работ;

· по виду привода – электрические, пневматические, моторизованные (с приводом от двигателя внутреннего сгорания), гидравлические и пороховые машины;

· по способу преобразования энергии питания – фугальные, механические, компрессионно-вакуумные и пружинные;

· по исполнению и регулированию скорости – прямые (оси рабочего органа и привода параллельны), угловые (оси рабочего органа и привода расположены под углом), реверсивные и нереверсивные, односкоростные и многоскоростные;

· по характеру движения рабочего органа – машины с вращательным, возвратно-поступательным и сложным движением. У вращательных машин силовое воздействие рабочего органа на обрабатываемый объект осуществляется непрерывно.

Рабочие органы, совершающие возвратно-поступательное и сложное движения, оказывают силовое воздействие на обрабатываемый объект импульсами.

В строительстве преимущественное распространение получили пневматические и электрические ручные машины. Электрические ручные машины выгоднее применять при выполнении работ сравнительно небольших объемов, пневматические – при работах средних и больших объемов на объектах, обслуживаемых передвижной компрессорной установкой или располагающих централизованной сетью сжатого воздуха. По сравнению с пневматическими электрические машины имеют значительно больший коэффициент полезного действия. Многие виды ручных машин, выпускаются только с электрическим приводом.

15.2 Пневматические ручные машины

Довольно широкое распространение при производстве строительно-монтажных и отделочных работ получили пневматические ручные машины, источником энергии которых служит атмосферный воздух, сжатый до 0,5…0,7 МПа в компрессорах. По сравнению с электрическими пневматические машины легче, портативнее, проще по конструкции, нечувствительны к перегрузкам, обладают большей удельной мощностью, более надежны и безопасны в эксплуатации. Однако пневматические машины имеют низкий КПД и расходуют больше электроэнергии, а также требуют дополнительных эксплуатационных расходов на сооружение трубопроводов – воздуховодов с приборами для очистки воздуха и на обслуживание компрессорной установки. Кроме того, пневматические машины при работе создают большой шум.

По принципу действия различают вращательные, ударные и ударно-вращательные пневмомашины. К вращательным пневмомашинам относятся сверлильные, шлифовальные, резьбонарезные пневмомашины, пневмоножницы и пневмогайковерты. Для привода вращательных пневмомашин применяют поршневые, турбинные и ротационные пневмодвигатели. По сравнению с поршневыми турбинные и ротационные пневмодвигатели проще по конструкции, портативны, быстроходны, легко реверсируются и могут выдерживать значительные перегрузки.

Турбинные двигатели применяются в высокоскоростных шлифовальных машинах с абразивными борголовками. Основными недостатками таких двигателей являются быстрый износ лопаток и значительный шум при работе.

Ротационные пневмодвигатели изготовляют реверсивными и нереверсивными с правым или левым вращением ротора.

Для снижения шума до уровня санитарных норм машины с ротационными пневмодвигателямй снабжаются глушителями. Основные узлы пневматической машины вращательного действия (двигатель, редуктор, рукоятка с пусковым устройством) изготовляются в виде отдельных унифицированных узлов, заменяемых при выходе их из строя.

К ручным пневмомашинам ударного действия относятся молотки различного назначения и ломы. Эти машины аналогичны по конструкции и принцип их действия основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в механическую работу поршня-бойка 3 (рисунок 15.1), движущегося возвратно-поступательно в цилиндре ствола 2 машины и наносящего периодические удары по хвостовику 1 рабочего инструмента. Возвратно-поступательное движение поршня-бойка обеспечивается с помощью воздухораспределительного устройства 4 клапанного или золотникового типа, приводимого в действие сжатым воздухом. Воздухораспределительное устройство осуществляет впуск сжатого воздуха в цилиндр ствола поочередно в камеры прямого (рабочего) А и обратного Б хода поршня-бойка и выпуск отработанное воздуха в атмосферу. Сжатый воздух к воздухораспределителю подается через пусковое устройство.

Современные пневмомолотки комплексно виброзащищенные машины, у которых ударный узел отделен от корпуса, удерживаемого оператором, упругими элементами. Они оснащены глушителями для снижения уровня шума. Основными параметрами являются энергия единичного удара и частота ударов.

Отбойные молотки применяют для рыхления твердых и мерзлых грунтов при производстве земляных работ небольшого объема, для пробивки углублений, борозд, отверстий и проемов в стенах и перекрытиях, а также для разборки бетонной кладки и дорожных покрытий.

Рубильные молотки (рисунок 15.2) предназначены для чеканки швов, обрубки кромок под сварку, вырубки пазов и пробивки отверстий в металле, заделки стыков водопроводных и канализационных чугунных труб, а при соответствующей замене рабочего наконечника – для пробивки углублений, отверстий и проемов в перекрытиях, кирпичных и бетонных стенах, отделки плит из естественного камня, а также для клепки в горячем состоянии заклепок и разборки заклепочных соединений.

Принципиальная схема пневматической машины ударного действия Рисунок 15.1.

Рубильный молоток Рисунок 15.2.

В пневматическом рубильном молотке(рисунок 15.2) поступательное движение рабочего органа 1, закрепленного во втулке подвижного ствола 2, обеспечивается за счет ударов по его хвостовику бойком 3, перемещаемым в цилиндрической части 4 ствола путем попеременной подачи в нижнюю и верхнюю полости цилиндра сжатого воздуха. Клапанный механизм 7 воздухораспределения расположен в верхней части ствола. Рукоятка 5 молотка вместе с корпусом 10 виброизолирована пружиной 8, поступающим в камеру 9 сжатым воздухом и буфером 6.

Отечественной промышленностью выпускаются молотки с энергией удара 8…56 Дж с частотой соответственно 40…100 Гц и массой 5,5…11 кг.

Ломы применяют для разрушения фундаментов, вскрытия бетонных и асфальтобетонных дорожных покрытий, пробивки углублений, отверстий и проемов в бетонных и железобетонных перекрытиях, для разработки твердых и мерзлых грунтов при рытье котлованов, траншей и проходке туннелей.

Пневматические сверлильные ручные машины выпускаются прямыми и угловыми. Прямые сверлильные ручные машины имеют корпус пистолетного типа и в их кинематическую схему включен одно- или двухступенчатый планетарный редуктор. У угловых машин планетарный редуктор работает совместно с конической или цилиндрической передачей.

Шлифовальные пневмомашины выполняются прямыми, угловыми и торцовыми. Торцовая шлифовальная машина применяется в основном для шлифования и полирования металлических, цементных, гранитных и мраморных поверхностей.

Ротационный пневмодвигатель 7 (рисунок 15.3,а) пневматической шлифовальной машины с прямым вращением рабочего органа – шпинделя 5 приводится в движение сжатым воздухом, поступающим от компрессора через пусковое устройство и центробежный регулятор частоты вращения после открывания впускного клапана 9 нажатием на курок 10. Вращательное движение шпинделю передается непосредственно от вала пневмодвигателя через муфту 6. Абразивный круг 2 закрепляют на конце шпинделя, зажимая его между двумя фланцами 1 и 4. Для защиты от поражения осколками абразивного круга в случае его возможного разрушения абразивный круг закрывают кожухом 3 на половину его диаметра.

Ручные шлифовальные машины

а – прямая пневматическая; б – угловая электрическая

Рисунок 15.3.

Пневмогайковерты выполняются прямыми и угловыми, частоударными и редкоударными. Частоударные гайковерты конструктивно однотипны, оборудованы реверсивным ротационным пневмодвигателем и унифицированным вибробезопасным ударно-импульсным механизмом. Прямые частоударные гайковерты выполнены по безредукторной схеме.

В пневматическом редкоударном гайковерте (рисунок 15.4) ведущая часть 4 ударного механизма приводится во вращение от пневматического ротационного двигателя 5. Ведомая часть (ударник) 3 посажена свободно на валик 7 и может перемещаться по нему в осевом направлении. В нерабочем состоянии ударник, отжимаемый пружиной 2, занимает крайнее правое положение. При включенном двигателе контактирующие с ведомой частью шарики (центробежные грузы) 6 приходят во вращение и за счет возникающих при этом центробежных сил перемещаются центробежно в радиальном направлении, отжимая ударник, который кулачками на его торцовой поверхности ударом входит в зацепление с кулачками шпинделя 1. В начале процесса, когда сопротивление вращению шпинделя невелико, деталь резьбового соединения завинчивается без отключения шпинделя от ударника. В конце затяжки, с возрастанием сопротивления вращению, скорость шпинделя и ударника уменьшается, вследствие чего снижаются также окружная скорость центробежных грузов и действующие на них центробежные силы, и грузы перемещаются центростремительно. При этом пружина 2 перемещает ударник вправо, выводя его кулачки из зацепления с кулачками шпинделя. Освободившись от внешней нагрузки, ударник приходит в ускоренное вращение, и процесс ударного включения и отключения кулачкового соединения повторяется.

Пневматический редкоударный гайковерт

Рисунок 15.4.

15.3 Электрические ручные машины

Электрическая ручная машина представляет собой электро-, вибро- и шумобезопасный переносной агрегат, состоящий из корпуса, встроенных в корпус электропривода, передаточного механизма, рабочего органа и пусковой аппаратуры.

По методу защиты оператора от поражения электрическим током электрические ручные машины подразделяют на три класса. К классу I относятся машины, работающие от сети напряжением свыше 42 В, у которых хотя бы одна металлическая деталь, доступная для прикосновения, отделена от частей, находящихся под напряжением, только одной рабочей изоляцией. На строительно-монтажных работах ручные машины класса I не применяются. К классу II относятся ручные машины, работающие при напряжении свыше 42 В, у которых все металлические детали, доступные для прикосновения, отделены от частей, находящихся под напряжением, двойной или усиленной изоляцией. К классу III относятся ручные машины, работающие при низком, безопасном для человека напряжении до 42 В, получающие питание от автономного источника тока или через преобразователи тока.

К настоящему времени созданы полностью электробезопасные ручные машины, снабженные не только двойной, но и так называемой полной электрической изоляцией. Такие машины имеют цельный пластмассовый корпус и не содержат, кроме рабочего органа, наружных металлических частей.

По типу привода различают: электромеханические ручные машины – с двигателем вращательного действия, движение которого сообщается рабочему органу через передаточное устройство; компрессионно-вакуумные машины, у которых передача энергии на рабочий орган осуществляется ударником, пневматически связанным с промежуточным преобразовательным механизмом; электрофугальные – с линейным электромагнитным двигателем возвратно-поступательного действия, сообщающим движение рабочему инструменту непосредственно.

На монтажных и слесарно-сборочных работах широко распространены машины с вращательным движением рабочего органа: сверлильные, резьбонарезные, развальцовочные, шуруповерты, гайковерты, шлифовальные.

Сверлильные машины предназначены для сверления отверстий в стали, цветных металлах, пластмассах, бетоне, железобетоне, кирпиче, дереве и др.

Основными сборочными единицами ручной сверлильной машины являются заключенные в корпус двигатель, редуктор, рабочий орган – шпиндель и пусковое устройство. На рисунке 15.5 показана электрическая ручная сверлильная машина. Статор 4 и ротор 5 электродвигателя встроены в корпус 2. Движение шпинделю 1 передается через двухступенчатый зубчатый редуктор 3. Электродвигатель, охлаждаемый крыльчаткой 8 вентилятора, посаженной на вал ротора, питается от внешней электросети, с которой он соединен кабелем 7. Его запускают выключателем 6. Чаще выключатель находится во включенном положении, будучи прижатым пальцем руки оператора. При отпускании пальца он размыкает электрическую цепь. При необходимости длительное время удерживать выключатель во включенном положении его фиксируют специальной кнопкой.

Электрическая ручная сверлильная машина (а) и

кинематическая схема ее привода (б)

Рисунок 15.5.

Для сверления отверстий в труднодоступных и глубоко расположенных местах на близком расстоянии от стен применяют угловые сверлильные ручные машины с цилиндроконическим редуктором, у которых оси рабочего органа и двигателя расположены под углом 30 и 90°. В некоторых случаях вместо угловой ручной машины применяют специальные угловые насадки к прямой машине.

Резьбонарезные ручные машины применяют для нарезания внутренних резьб вновь, а также для прогонки забитых и проржавленных резьб в стали, чугуне к алюминии при сборке металлоконструкций, монтаже воздуховодов, трубопроводов и т.д. Рабочим органом резьбонарезателя служит метчик, закрепляемый в специальном патроне, установленном на шпинделе машины. В отличие от сверлильных ручных машин редуктор резьбонарезных машин выполнен реверсивным для ускоренного вывинчивания метчика из нарезного отверстия. Резьбонарезные ручные машины комплектуются набором метчиков для нарезания резьб.

Шлифовальные ручные машины с прямой и угловой головками применяют для подгонки деталей при сборке, шлифования и полирования различных поверхностей, обдирки и зачистки сварных швов, снятия фасок у труб под сварку, а также для резания труб, листового металла, профильной и угловой стали. Основным рабочим органом таких машин служат плоские или чашечные абразивные шлифовальные круги, закрепленные на шпинделе машины с помощью двух фланцев и гаек.

В угловой шлифовальной машине(см. рисунок 15.3,б) встроенный в ее корпус электродвигатель 13 питается электроэнергией от внешнего источника, с которым он соединен кабелем 14. Включают двигатель выключателем 15. Вращение шпинделю 12 с закрепленным на его конце рабочим инструментом 17 передается от электродвигателя через одноступенчатый конический редуктор 11. Как и в случае прямой машины, рабочий инструмент защищен на половину его диаметра кожухом 16.

На базе угловых электрических шлифовальных машин разработаны ручные труборезы, в качестве режущего органа которых применяют армированные абразивные круги.

Гайковерты применяют для механизированной сборки, затяжки и разборки резьбовых соединений при монтаже и демонтаже строительных конструкций, трубопроводов и оборудования. Рабочим органом гайковертов служит сменный наконечник с внутренним шестигранником, надеваемый на гайку или головку болта. Ключ соединяется со шпинделем жестко или шарнирно. Гайковерты с шарнирным ключом предназначены для ведения сборочных работ в стесненных и труднодоступных местах.

Вращение шпинделю 7 электрического гайковерта (рисунок 15.6) с закрепленным на нем ключом 9 передается от электродвигателя, вмонтированного в корпус 4, через редуктор 3 и ударно-импульсный механизм в виде винтовой пары выходной вал редуктора 5 – втулка 2, соединенных между собой винтовыми пазами на валу и входящими в них и в лунки на внутренней поверхности втулки шариками 7. Шпиндель может свободно перемещаться в осевом направлении в корпусе и в нерабочем состоянии, отжимаемый пружиной 8, занимает в нем крайнее левое положение. Для начала работы ключ надевают на навинчиваемую гайку или головку болта (винта) и прижимают корпус в осевом направлении. Преодолевая сопротивление пружины 8, шпиндель перемещается относительно корпуса вправо, зацепляется своими кулачками на его торцовой поверхности с кулачками втулки 2 и приходит во вращательное движение. С увеличением сопротивления вращению шпинделя его скорость замедляется, и втулка 2, преодолевая сопротивление пружины 6 и навинчиваясь на вал 5, отходит от шпинделя вправо, выводя кулачки из зацепления со шпинделем. Втулка, освобожденная от этого зацепления, получает ускоренное вращение от вала 5 и под действием пружины 6 перемещается влево, ударом входя в зацепление с кулачками шпинделя. Эти движения продолжаются до тех пор, пока шпиндель не займет свое левое нерабочее положение.

Электрогайковерт

Рисунок 15.6.

Момент затяжки ограничивают муфтами предельного момента или временем действия ударного механизма. Эти меры не обеспечивают необходимой точности параметров затяжки резьбовых соединений, в связи с чем частоударные гайковерты применяют только для сборки неответственных соединений.

К электрическим машинам ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа относятся электромолотки, электроломы, электроножницы, электрокромкорезы и электротрамбовки.

Электромолотки применяют для пробивки проемов, отверстий и долбления канавок в перекрытиях, кирпичных и бетонных стенах при прокладке кабелей, газовых, водопроводных и канализационных труб, а также рыхления твердых слежавшихся и мерзлых грунтов, взламывания дорожных покрытий, разрушения фундаментов при устройстве котлованов, колодцев, траншей и ремонте коммуникаций. В молотках используется энергия движущегося возвратно-поступательного бойка (ударника), наносящего с определенной частотой удары по хвостовику рабочего инструмента. Различают фугальные (электромагнитные) и компрессионно-вакуумные молотки. В фугальном молотке боек движется под воздействием переменного магнитного поля. В компрессионно-вакуумных молотках движение бойка обеспечивается последовательной работой пружины и воздушной подушки.

Электроломы, предназначенные для разрушения бетона, железобетона, кирпичной кладки, асфальтобетона и мерзлого грунта, отличаются от компрессионно-вакуумных молотков энергией удара бойка и мощностью приводного электродвигателя.

Электроножницы предназначены для резки и раскроя листового металла, а также вырубки в нем отверстий и окон различной конфигурации при выполнении санитарно-технических, гидроизоляционных и кровельных работ. Основным параметром ножниц является толщина разрезаемого материала. Различают ножницы ножевые и вырубные.

Электротрамбовки представляют собой высокоманевренные малогабаритные уплотняющие машины, предназначенные для искусственного уплотнения связных и несвязных грунтов в труднодоступных и стесненных местах, при засыпке траншей после укладки подземных коммуникаций, утрамбовки щебня и гравия при устройстве полов и искусственных оснований под трубопроводы, уплотнении бетонных смесей, а также для планировочных работ небольшого объема.

Электроперфораторы относятся к машинам со сложным движением рабочего органа и используются в основном для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных шпуров в скальных, мерзлых и вечномерзлых грунтах при разработке траншей, котлованов и колодцев буровзрывным способом, строительстве гидротехнических сооружений, геологической разведке. Кроме того, перфораторы применяют для прорезки отверстий и проемов в междуэтажных перекрытиях и перегородках зданий при монтаже трубопроводов и вентиляционных систем, а также для пробивки борозд и очистки поверхностей в конструкциях из искусственных и естественный строительных материалов.

Дисковые пилы (рисунок 15.7) предназначены для продольной и поперечной распиловки древесины хвойных и мягколиственных пород толщиной до 65 мм при изготовлении элементов деревянных конструкций.

Рабочий инструмент дисковой пилы – стальной пильный диск 5 с зубьями на его периферии – закреплен на выходном валу одноступенчатого цилиндрического редуктора, приводимого во вращение электродвигателем 1. Двигатель, редуктор и пильный диск закреплены на опорной плите 7 в кронштейнах 3, позволяющих устанавливать пильную головку под углом 45... 90° к плите. Глубину пропила регулируют винтом 2. Для безопасности работ диск огражден подпружиненным кожухом 4. Для более точного реза служит направляющая линейка 6. Для предотвращения заклинивания пильного диска при продольной распиловке позади него устанавливают клин, своим нижним концом расширяющим пропил.

Ручные рубанки (рисунок 15.8) предназначены для строгания изделий из дерева и применяются на плотнично-опалубочных и столярных работах, а также при устройстве полов.

Рабочим органом служит вращающийся барабан 8 с закрепленными на его периферии двумя ножами, приводимый в движение электродвигателем 4 через клиноременную передачу или зубчатый редуктор. Корпус 2 рубанка с рукояткой 6 и пусковым устройством 5 в задней части опирается на заднюю плиту 7 и переднюю опору 1. Толщину снимаемой стружки регулируют винтом 3, изменяющим высотное положение опоры 1.

Электрорубанок

Рисунок 15.8.

Ручные долбежники (рисунок 15.9) служат для выборки в деревянных изделиях отверстий, пазов и гнезд прямоугольной формы при выполнении столярных работ.

Долбежник представляет собой разновидность цепной пилы, установленной на опорных стойках 3 с возможностью вертикальной подачи вниз оператором с помощью рычажной рукоятки 1. В исходное положение машина возвращается пружинами 4. В приводах долбежников чаще всего используют электрические асинхронные двигатели 2. Машину закрепляют на обрабатываемой детали (изделии) крепежными устройствами 5. В рабочем режиме рабочая шина 6 с долбежной цепью своим торцом врезается в обрабатываемую деталь, оставляя после ее возврата в исходное положение готовый паз (гнездо), по форме и размерам соответствующий поперечному контуру торцовой части рабочей шины. Для образования пазов большой ширины применяют шины с многорядными цепями.

Долбежник

Рисунок 15.9.