Устройство и принцип работы электроинструмента
Содержание:
Двигатель, редуктор, устройства управления и детали для безопасной работы — вот основные узлы каждого электроинструмента. Для ручной машины важно, что бы она была как можно легче и меньше. Кроме того, от нее требуется высокая скорость, которую можно регулировать. Этим условиям отвечают двигатели постоянного тока. Они подразделяются на коллекторные и вентильные.
Коллекторный электродвигатель постоянного тока
Что бы понять, как электрическая энергия превращается в механическую, познакомимся с устройством двигателя. Его основные узлы: статор (индуктор), ротор (якорь) и примыкающий к нему щеточноколлекторный узел.
Статор — неподвижная стальная деталь, к которой прикрепляются главные и добавочные полюсы. Обмотка главных полюсов создает магнитное поле, а добавочная улучшает работу коллектора.
Принцип действия
Двигатель работает за счет электромагнитной индукции. При подаче напряжения на графитовые щетки, они замыкаются с ротором. По его обмотке проходит электрический ток. Так как ротор находится внутри магнитного поля статора, на него начинают действовать силы Ампера. На концах якоря они направлены в противоположные стороны, что создает крутящий момент. Ротор поворачивается на 180°. В этот момент крутящий момент становится равным нулю. Что бы вращение продолжалось необходимо переключить направление тока — провести коммутацию. По коллектору, который начал вращаться вместе с ротором, скользят щетки, в нужный момент они переходят с одной пластины на другую, меняя направление тока в обмотках ротора.
Частота вращения двигателя регулируется за счет изменения магнитного поля статора, которое в свою очередь генерируется током возбуждения двигателя. На этот ток можно повлиять реостатом, транзистором, т. е. любым устройством с активным сопротивлением. Таким образом, осуществляется электронная регулировка скорости.
Недостатки
Слабое место коллекторного двигателя — графитовые щетки, в процессе эксплуатации они истираются. При интенсивной нагрузке их приходится часто заменять. Кроме того, такой двигатель шумит и вибрирует во время работы, особенно на больших скоростях. Бороться с этими недостатками помогает использование в конструкциях качественных деталей и внешних антивибрационных элементов.
Бесколлекторный двигатель
Существует вид двигателей постоянного тока, в которых отсутствует щеточно-коллекторный узел. Ток в них изменяется с помощью электронных переключателей, что избавляет конструкцию от наличия щеток. Такие моторы называют вентильными. Принцип их работы аналогичен описанному выше. От коллекторных их отличает конструкция: магниты размещены на роторе, а обмотка на статоре.
Датчик углового положения ротора указывает электронному блоку, когда нужно менять направление тока. Единственный недостаток вентильного двигателя — дорогостоящие детали. По этой причине в ручных электроинструментах в основном используются коллекторные двигатели, с вентильным — лишь единичные модели: компании Makita и Hitachi предлагают аккумуляторные ударные шуруповерты, называя их инструментами будущего.
Редуктор
Механическую энергию, которую вырабатывает двигатель, нужно передать на рабочий орган машины (шпиндель). Эту функцию выполняет редуктор. Часто его называют понижающим. Скорость вращения входного вала высокая, механическая передача (одна или несколько) преобразует ее так, что на выходном валу получается меньшее число оборотов, но высокий крутящий момент.
В ручных машинах применяют разнообразные виды механических передач: зубчатая, ременная, цепная, планетарная. В большинстве случаев на выходе получается вращение. Но есть инструменты, в которых этот вид движения преобразуется в другой.
Редуктор электролобзика преобразует вращение вала двигателя в возвратно-поступательное движение ползуна. Расположенный вертикально ползун перемещает пилку вниз и вверх. Пилка опирается на опорный ролик. Наличие функции маятникового хода означает, что опорный ролик и вилка, на которой он держится, могут отклоняться назад. В результате пилка, кроме основного, совершает движение вперед и назад. Это увеличивает скорость прямолинейного реза. Ступени маятникового хода задаются степенью отклонения ролика.
В вибрационных шлифмашинах эксцентрик, установленный на валу, так преобразует вращательное движение, что подошва всего лишь колеблется с маленькой амплитудой. В эксцентриковых шлифовальных машинах вращательное движение рабочего органа сохраняется, но эксцентрик добавляет ему колебания. Такие преобразования позволяют выполнять с помощью этих инструментов тонкую шлифовку.
Особенности редукторов
Для пользователя имеет значение, из каких деталей изготовлен редуктор, от этого зависит его надежность и срок службы всего электроинструмента. В моделях бытового класса часто используются шестерни из пластмассы, в профессиональных — редуктор полностью металлический. Преимуществом считается, если и корпус то же выполнен из металла. В этом случае инструмент лучше выдерживает большие нагрузки и удары.
Устройства управления
Для питания двигателя в электроинструментах используются различные схемы, в том числе микропроцессорные электроприводы. Обязательным элементом любой системы является выпрямитель. Он преобразует переменный ток сети в постоянный, который подается на электродвигатель. В аккумуляторных инструментах, которые питаются от батарей, выпрямитель не требуется.
Скорость вращения регулирует преобразователь частоты. Самый простой его вариант — это несколько реле, с помощью которых число оборотов можно установить вручную. В систему так же могут входить магнитные пускатели с кнопкой для изменения направления вращения двигателя (функция реверса). Устройство управления двигателем размещают под рукояткой или вблизи нее, где на корпус выводятся курок-выключатель, колесико регулировки скорости, кнопка реверса.
Для безопасной работы
К ручным инструментам предъявляются особые требования, связанные с безопасностью работы. Электропроводящие детали покрывают специальным материалом для защиты пользователя от поражения током. Многие производители, кроме основной изоляции, на случай ее повреждения, применяют дополнительную, получая, таким образом, двойную. Остальные защитные устройства, такие как муфты, фиксаторы применяются в зависимости от вида инструмента.
Виды электроинструментов
Электроинструмент, его виды, принцип работы и техника безопасности.
Электромеханические инструменты подразделяют по видам выполняемых работ (назначению) на сверлильные машины (электродрели, шуруповерты, перфораторы и универсальные изделия); шлифовальные машины, режущий инструмент (пилы, ножовки, лобзики и др.); краскораспылители и мойки высокого давления; электрорубанки; машины для уборки снега, инструмент для заточки ножей и ножниц и др.
Электрические сверлильные машины. Различают сверлильную машину вращательного действия и сверлильную машину ударно-вращательного действия.
Электрическая сверлильная машина вращательного действия представляет собой сверлильную машину, предназначенную для выполнения отверстий в металле, пластических массах, дереве и т.д. Машина осуществляет вращательное движение по часовой стрелке (со стороны подачи) с постоянной или изменяющейся частотой вращения.
Электрическая сверлильная машина ударно-вращательного действия — это сверлильная машина, предназначенная для выполнения отверстий в бетоне, камне и других аналогичных материалах, на рабочий орган которой при его вращении одновременно воздействуют удары в осевом направлении. Преимущества сверлильных машин этого принципа действия в том, что они универсальны по функциям и обрабатываемому материалу и исключают необходимость предварительно «накернивать» отверстие для сверления. Машина может иметь устройство для отключения действия ударного механизма, т.е. обеспечивается возможность использования ее как сверлильной машины вращательного действия. Ударное действие механизма (чистое долбление) реализовано в перфораторах, что принципиально отличает их от дрелей ударного действия и в отбойных молотках.
Ассортимент сверлильных машин представлен машинами с индивидуальным приводом — для сверления, пробивания отверстий, завинчивания и изделиями с универсальным приводом (многофункииональными) — модели электрических дрелей, имеющие функцию шуруповертов (изделия оснащены обратным ходом и многоступенчатой регулировкой скорости вращения патрона, начиная с малых оборотов, и большого момента вращения).
В настоящее время многие модели оснащены электронной системой управления, которая позволяет программировать скорость врашения сверла, главный пуск при любой номинальной мощности, уровни мощности. В изделиях устанавливается ограничитель скорости холостого хода.
Электрические штроборезы. Это инструменты, предназначенные для выборки пазов под электропроводку, а при необходимости — канавок для труб. В основу положена конструкция дисковой (два диска) пилы с дополнительной лопаткой, выбирающей материал между канавками. Штроборезы различаются потребляемой мощностью и параметрами реза (глубиной и шириной, мм).
Электрические шлифовальные машины. Прямошлифовальные машины предназначены для шлифовки, обрезки, заточки в труднодоступных местах.
Ленточная машина наиболее пригодна для быстрого, грубого шлифования больших плоскостей. Шлифовальная лента различной зернистости устанавливается на опорную рамку (стационарно или подвижно), и машина перемещается по шлифуемой поверхности. Низко расположенный центр тяжести значительно обличает работу на инструменте.
Дельташлифовальные машины имеют низкий корпус в дельтавидную (треугольную) платформу и предназначены для шлифовки углов, краев пазов, щелей.
Вибро- или плоскошлифовальные машины используются для шлифования и окончательной доводки поверхностей, обработки шпатлеванных, лакированных поверхностей большой площади. Шлифовальный материал фиксируется на плите (зажимами или посредством липучих соединений), которая, будучи установленной на обрабатываемой поверхности, совершает вдоль по ней колебательные движения.
Эксцентриковые шлифовальные машины при обработке поверхностей совершают эксцентриковое и вращательное движения, что увеличивает производительность изделия.
Угловые шлифовальные машины конструктивно бывают одноручные и двуручные. У последних помимо основной передней рукоятки с несколькими степенями свободы, имеется «полноценная» дополнительная задняя рукоятка как продолжение корпуса машины или подсоединяемая рукоятка. Угловые шлифовальные машины могут использоваться для отрезных работ по металлу, что выгодно отличает их от других конструкций.
Режущий электромеханический инструмент. Дисковые (циркулярные) пилы представляют собой электрический двигатель с редуктором, на шпинделе которого крепится пильный диск для поперечной, продольной распиловки и распиловки под углом. Достоинствами изделия являются высокая производительность при большой глубине пропила, легкость подготовки к работе и эксплуатации.
Для обеспечения безопасности пользования пилой предусматриваются такие системы защиты, как ограничение скорости подачи материала, м/с; наличие двухступенчатого предупреждения о перегрузке и перегреве; электронный тормоз диска; дополнительная система «самосмазки» при повышении температуры двигателя; улучшенный обзор линии распиловки.
В ассортименте представлен инструмент двойная столярная электрическая ножовка. Распил происходит путем ведения по материалу двух пилок встречного хода.
Помимо перечисленных, в ассортименте представлены сабельные, однополотновые, маятниковые пилы, по принципу действия и внешнему виду схожие с электрическими лобзиками, но имеющие другие значения технических параметров и параметров пропила, и иные разновидности инструмента. Выпускаются режущие электромеханические инструменты: электрические листовые ножницы, цепная электрическая пила, лобзиковая (стежковая) пила с рукояткой-скобой, лобзиковая пила цилиндрической формы и др.
В ассортимент электромеханического инструмента и машин с индивидуальным и универсальным приводами входят полировальные машины; вертикальные фрезерные машины,электрические лобзики, конструктивно различающиеся по форме рукоятки (грибовидная и скобовидная).
Основная конструктивная особенность электрических лобзиков— наличие маятникового механизма, который на холостом ходу отводит пилу от материала, уменьшая усилие при продвижении лобзика и увеличивая скорость пиления. Это незначительно снижает чистоту пропила, особенно при фигурном выпиливании. Маятниковый механизм имеет разные (до 4) число ступеней для разных видов материалов и характер распила.
Краскораспылители и мойки высокого давления.
Мойка высокого давления может дополнительно оснащаться насадкой для пескоструйной обработки.
Электрические рубанки. Принципиальным отличием моделей рубанков является число ножей в механизме строгания. Традиционно рубанки имеют два ножа, расположенных по окружности вдоль оси фрезы, представляющей собой цилиндр. Глубина резания ножей по отношению к горизонтали одинакова, а постольку число оборотов фрезы очень велико, то после прохождения фрезы поверхность остается ровной и гладкой.
Снегоуборочные машины со шнеком имеют закрепленные на валу ножи (шнеки) с зубьями, которые разбивают лед и снег. Шнеки крепятся к нему с помощью срезных пластмассовых болтов, что предохраняет от перегрузок редуктор. Болты легко поддаются замене. Шнек осуществляет функцию не только сбора, но и выброса снега. Дальность откидывания снега не велика — до 4 м. Машины такой конструкции достаточно просты и надежны. Обрезиненные шнеки и небольшие габариты позволяют их использовать преимущественно для чистки узких дорожек, сложных участков. Снегоуборочные шнекороторные машины отличаются большей дальностью выброса снега — до 6 м, чем первый тип машин.
Инструмент для заточки ножей и ножниц. Этот инструмент пользуется широким спросом у потребителей. Основным рабочим органом являются абразивные цилиндры или круги.
Устройство электроинструмента для начинающих мастеров
 |
 |
|
У всех электрических инструментов есть двигатели и редукторы. В сочетании с устройствами, отвечающими за управление, и деталями для обеспечения безопасности они составляют принципиальную схему каждого электроинструмента. Для удобства работы с ручной электрической машиной она должна быть как можно более лёгкой и компактной. Таким требованиям лучше всего соответствует аппаратура, использующая постоянный ток.
Двигатели
Подобные двигатели могут быть как коллекторными, так и вентильными. В первых обязательно присутствие индуктора (статора) и якоря (ротора). Ещё одна необходимая деталь — графитовые щётки для электроинструмента. Их задачей является соединение внешней цепи и якорной обмотки.
Статор и ротор
На статоре — неподвижной стальной детали — находятся обмотки прикреплённых к нему главных и добавочных полюсов. Главные предназначены для создания магнитного поля, а добавочные — для улучшения работы двигателя.
Ротор вращается на валу, где он установлен. Основные составляющие ротора — сердечник и обмотка, которая соединена концами с коллекторными пластинами. Благодаря тесному примыканию щёток к коллектору соединяются якорная обмотка и внешняя цепь. Положение щёток — строго определённое относительно полюсов.
В основе механизма работы каждого электроинструмента лежит электромагнитная индукция. С подачей напряжения происходит замыкание графитовых щёток и ротора. Роторная обмотка начинает проводить электроток, находясь в магнитном поле, которое генерирует статор. Следовательно, ротор подвергается действию сил Ампера, противоположно направленных на его оконечностях. Это является причиной возникновения крутящего момента. При повороте на 180° момент исчезает. Чтобы он вновь возник, ток должен поменять своё направление. Это происходит при скольжении щёток по поверхностям пластин — с одной на другую.
Недостатки коллекторных и вентильных двигателей
Недостатками коллекторного двигателя являются быстрый износ графитовых щёток и сильная вибрация при работе.
В вентильном двигателях щётки отсутствуют. Изменение тока в них осуществляется электронными переключателями. Меняются и функции частей двигателя — используются роторные магниты и обмотка статора. Ток перенаправляется с помощью датчика, регистрирующего угловое положение роторного механизма.
Единственный недостаток вентильных электроинструментов — высокая цена их деталей. Поэтому данный принцип используется редко — в основном в некоторых моделях шуруповёртов производства Hitachi и Makita. Большинство остальных инструментов оснащено коллекторными двигателями.
Редуктор
Вырабатываемая в процессе электромагнитной индукции энергия передаётся на шпиндель электроинструмента через редуктор — передаточный механизм. Понижая количество оборотов, редуктор является причиной дальнейшего повышения крутящего момента. Такие передачи бывают планетарными, цепными, зубчатыми, ремёнными и т.д. Передавая энергию на выход, редукторы в большей частью заставляют рабочую поверхность вращаться. Однако в перфораторах «пьяный» подшипник преобразует вращательное движение в поступательное, а в шлифмашинах вращение подошвы с помощью эксцентрика частично преобразуется в колебание.
В новейших электрических инструментах редуктор может обладать важной функцией — переключением скоростей. Происходит это потому, что выходной вал ступенчато изменяет свою частоту вращения. Двух- или трёхскоростные модели могут демонстрировать большее число оборотов, чем электроинструменты с одной скоростью.
Устройство управления, регулирующее скорость оборотов, представляет собой либо совокупность реле для регулирования вручную, либо магнитные пускатели, кнопка которых изменяет направление вращения.
Все детали электрических инструментов в соответствии с требованиями техники безопасности должны быть тщательно изолированы.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
 |
 |
 |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
Современная техника для древоводства в работе
