Строительные машины и оборудование
Машины вращательного и ударно-вращательного действия
К ним относятся сверлильные, шлифовальные, полировальные, резьбонарезные, развальцовочщле и резьбозавертывающие машины, а также кромкорезы, труборезы, пилы дисковые по металлу.
Сверлильные машины — наиболее распространенный вид РМ, применяемых на стоительно-монта, жных работах. Они предназначены для сверления отверстий в металле, дереве, пластмассе, бетоне, кирпиче и камне, а также являются основой для создания универсальных комплектов с набором различных насадок и приспособлений. Сверлильные машины имеют единую принципиальную схему (двигатель — редуктор — шпиндель) и отличаются друг от друга конструктивным оформлением, габаритами, массой, частотой вращения шпинделй, типом двигателя. В зависимости от режима работы сверлильные РМ подразделяются на три типа; легкие, средние и тяжелые с диаметром сверления 6 ... 9, 12 ... 14 и 23 ... 32 мм соответственно. Легкие сверлильные машины имеют рукоятку пистолетного типа для лучшего контакта с ладонью оператора и применяются на электромонтажных и санитарно-технических работах. Средние сверлильные машины изготовляются также пистолетного типа, но с дополнительной съемной боковой рукояткой. Тяжелые сверлильные машины имеют на корпусе две боковые рукоятки и грудной упор или механизм подачи сверла.
В прямой сверлильной машине (рис. 23.9) вращение от вала якоря электродвигателя 5 передается на шпиндель 1 через двух
Ступенчатый цилиндрический редуктор 3. Ведущая шестерня редуктора нарезана на валу якоря, а ведомая — закреплена на шпинделе с помощью шпонки. Промежуточные шестерни выполнены в виде единого блока. Детали привода размещены в пластмассовом корпусе, состоящем из трех частей: передней 2, средней 4 и крышки 6. Корпус имеет рукоятку 8 с курковым выключателем 9. Охлаждение двигателя во время работы производится с помощью вентилятора 10. В машине размещено устройство 7 для подавления радиопомех. Отличием угловых сверлильных РМ от прямых является наличие на редукторе конической пары шестерен, изменяющей 334 направление вращения шпинделя. Для более полного использования мощности привода и повышения производительности сверлильных ручных машин выпускаются модели, имеющие двухскоростной - редуктор с механизмом переключения. Частота вращения шпинделя у таких машин меняется в зависимости от вида обрабатываемого материала.
В последние годы широкое распространение получают ударно - вращательные сверлильные машины (УВСМ), в которых обрабатываемый материал подвергается вращательному воздействию инструмента одновременно с осевыми ударами, передаваемыми от ударного механизма (УМ) через патрон инструмента. УМ представляет собой насадку ударного действия, в корпусе 8 которой (рис. 23.10) размещены шпиндель 4 с патроном 1 и входной вал 10, хвостовик которого зажимается в патроне сверлильной машины. Шпиндель и входной вал соединены между собой торцовой шпонкой, обеспечивающей их относительное осевое перемещение. Передний конец шпинделя установлен в подшипнике 3. На шпинделе закреплена наковальня 6, имеющая торцовые винтовые кулачки, которые периодически соприкасаются с торцовыми кулачками ударника 7. Ударник размещен на рабочей пружине 9, противоположный конец которой закреплен в крышке 11. Входной вал закреплен в крышке гайкой 12.
Крутящий момент от входного вала через торцовую шпонку передается на шпиндель. Наковальня, вращаясь совместно со шпинделем, наносит своими кулачками периодические удары по кулачкам ударника. Ударник, получая осевые импульсы, колеблется на рабочей пружине в осевом направлении и наносит по наковальне периодические удары, которые передаются через шпиндель, патрон и рабочий инструмент обрабатываемому материалу одновременно с вращением инструмента. Воздействие на оператора вибраций от ударных импульсов предотвращается размещением вокруг шпинделя пружин 2 и 5. Установка УМ на сверлильных машинах позволяет создавать УСВМ, работающие в двух режимах: вращательном и ударно-вращательном (рис. 23.11). Подвижная втулка 6 снабжена тремя зубьями и упирается во внутреннее кольцо подшипника промежуточной опоры шпинделя 5. В режиме сверления эта втулка вращается вместе со шпинделем; в режиме ударного сверления переключателем режима работы 10 ее стопорят, что затормаживает вращение ударника 3, который и создает осевые удары. Применение УСВМ существенно повышает производительность труда, однако они широкого распространения не получили из-за чрезмерной виброактивности (до 25 дБ).
Рис. 23.1 К Сверлильнаи машина ударно-вращательного действия (УСВМ): /— возвратная пружина; 2 — наковальня; 3— ударник; 4 — рабочая пружина; 5 — шпиндель; 6 — подвижная втулка; 7 — переключатель скоростей; 8 — электропривод; 9 — двух - скоростиой редуктор; 10 — переключатель режима работы |
Резьбонарезные РМ используются для нарезания закрепленным в патроне метчиком внутренних резьб вновь, а также для прогонки испорченных резьб в стали, чугуне, алюминии во время монтажных работ. Отличием резьбонарезных РМ от сверлильных является наличие в приводе реверсивного двухскоростного редуктора для ускоренного (в два раза) вывинчивания метчика из нарезанного отверстия. Отечественные резьбонарезные РМ снабжаются набором метчиков диаметром 3 ... 14 мм.
Расчет технологических параметров сверлильных машин. При сверлении отверстий в металле силовые параметры рабочего процесса зависят от диаметра сверления, скорости вращения рабочего органа, механических свойств материала н осевого усилия на машину.
При сверлении отверстий крутящий момент на шпинделе машины (Н-м)
M=aPmDn/HBp, (23.15)
Где а — коэффициент пропорциональности; Р — осевое усилие на сверло, Н; D — диаметр сверла, м; #в — твердость металла по Брюнеллю; т, п и р — степенные коэффициенты.
При развертке отверстий
M=akD4*, (23.16)
Где ai — коэффициент пропорциональности; k — коэффициент удельного сопротивления резанию, МПа; D и t — диаметр и глубина развертываемого отверстия соответственно, м; ф и s — степенные коэффициенты.
Мощность, затрачиваемая на выполнение операции (кВт),
N=Mi«І/1000, (23.17)
Где со — угловая скорость вращения шпинделя, рад/с.
Производительность сверлильных машин (м/с)
Il=L/t, (23.18)
Где L — длина сверления, м; t — время сверления, с.
Электрошлифовальные машины предназначены для очистки металлоконструкций от коррозии и ржавчины, подготовки поверхностей под сварку, зачистку сварных швов, резания металлических профилей и труб, а также для шлифования и полирования различных поверхностей. Шлифовальные машины подразделяются на ра- диально-шлифовальные, плоскошлифовальные и ленточно-шлифо - вальные. Наибольшее распространение получили радиально-шли - фовальные машины, которые выпускаются прямыми и угловыми (торцовыми).
Прямая радиально-шлифовальная машина (рис. 23.12) состоит из шпинделя 6, на котором с помощью фланца 1 и цанги 3 закреплен абразивный круг, защитного кожуха 4, корпуса 5, цилиндрического одноступенчатого редуктора 7, вентилятора 8 для охлаждения корпуса 9 электродвигателя, в котором помещены статор 10 и ротор 11, амортизаторов 12, выключателя 13 и токопроводящего кабеля 14. При включении электродвигателя ротор через зубчатую пару сообщает вращение шпинделю и закрепленному на нем абразивному кругу. Кроме абразивных кругов в качестве рабочего исполнительного инструмента применяются эластичные диски, металлические щетки, войлочные, фетровые и хлопчатобумажные круги. Основным параметром радиальных машин является диаметр абразивного круга. Марку круга и его диаметр выбирают из условия максимально возможной частоты вращения, соответствующей частоте вращения круга на холостом ходу, что обеспечивает наиболее безопасное производство работ.
В настоящее время выпускается следующий ряд ради - ально-шлифовальных машин: прямые для кругов диаметром 40, 63, 80, 100, 125 и 160 мм; угловые — для кругов диаметром 80, 125, 150, 180 и 220 мм. Повышение производительности радиально-шлифовальных машин достигается установкой армированных кругов, допускающих безопасную работу при окружной скорости до 80 м/с.
Конструктивным отличием | угловых радиально-шлифо-
3 вальных машин является уста - S новка в них конического одно - g ступенчатого редуктора, позво - 5 ляющего изменить (под углом g 90°) направление вращения.§, шлифовального круга по от-
4 ношению к направлению вра - а щения ротора электродвигате - | ля. Угловые шлифовальные к машины предназначены для С шлифования и полирования м металлических, цементных, gj мраморных и гранитных по - 0- верхностей, а также для зачи - £ стки сварных швов и очистки
Металлических конструкций от коррозии и ржавчины.
На базе угловых шлифовальных машин разработаны труборезы, рабочим инструментом которых являются армированные абразивные круги диаметром 180 ... 230 мм. Резание труб производится двумя методами: врезанием и обкаткой. При методе врезания труба перерезается абразивным кругом, перемещаемым сверху вниз в плоскости, перпендикулярной оси трубы. Диаметр труб, отрезаемых та-
Ким методом, ограничивается диаметром круга и не превышает 70 мм при диаметре круга 230 мм. Резка труб большого диаметра производится методом обкатки, т. е. перемещением трубореза вокруг трубы. При этом абразивный круг устанавливают перпендикулярно оси трубы.
На рис. 23.13 показан труборез для резки методом обкатки труб диаметром 100 ... 1620 мм из углеродистых и легированых сталей. Труборез состоит из угловой шлифовальной машины 3 и обкатного устройства, включающего раздвижную тележку 1 с обкатными роликами 6, цепной механизм вращения трубореза вокруг трубы, подпружиненный захват и механизм пода - , чи 2 абразивного круга 5. Расстояние между роликами регулируется в зависимости от диаметра обрабатываемой трубы. Сверху круг закрыт кожухом 4.
Плоскошлифовальные и ленточ - но-шлифовальные машины используются для шлифования и полирования больших плоских металлических и деревянных плоскостей, а также для сухого и мокрого шлифования и полирования шпаклеванных и окрашенных поверхностей. У плоскошлифовальных машин рабочим органом является плоская платформа с абразивной шкуркой, совершающая возвратно-поступательное или плоскопараллельное движение. У ленточно-шлифовальных машин рабочим органом является бесконечная абразивная лента.
Расчет технологических параметров шлифовальных машин включает в себя определение производительности и мощности привода машины.
Производительность шлифовальных машин при очистке поверхностей (м2/с)
П3 = оп&/(60Л), (23.19)
Где vn — скорость перемещения машины, м/мин; b — ширина площадки зачистки, м; k — число проходов.
При зачистке швов, снятии фасок или резании (м/с)
П3=гУ(60£), (23.20)
Рис. 23.13. Труборез |
Где 1>п — скорость перемещения машины (при зачистке сварных швов в нижнем положении Рп=0,14 м/мин, в горизонтальном поло
жении — Un=0,l м/мин, в потолочном положении оп=0,06 м/мин).
Мощность шлифовальных машин (Вт) определяется по следующей эмпирической зависимости:
Nm^c^svt^Jr], (23.21)
Где си, х, у, г — коэффициенты, зависящие от механических свойств обрабатываемого материала и окружающей скорости шлифовального диска (для обработки незакаленных сталей с окружной скоростью 30 м/с Сш=0,59; х=1; у=0,8; г=0,8); v — скорость подачи машины, м/мин (v=5 м/мин); s — ширина полосы шлифования, мм; ішл — глубина шлифования, мм; т} — КПД привода.
При вращении шлифовальных кругов с окружной скоростью, большей 30 м/с, мощность машины изменяется пропорционально увеличению скорости:
ЛГшл^ЛГшл, (23.22)
Где К— поправочный коэффициент (/С=ираб/30).
Резьбозавертывающие машины предназначены для завертывания, затяжки и отвертывания крепежных деталей различных резьбовых соединений. К ним относятся гайковерты и шуруповерты.
Гайковерты предназначены для механизированной сборки и разборки болтовых соединений при выполнении электромонтажных, санитарно-технических, кровельных работ и при монтаже металлических и сборных железобетонных конструкций. По принципу действия гайковерты выполняются безударными (статического действия)- и ударными (ударно-вращательного действия). По конструкции гайковерты подразделяются на прямые и угловые, реверсивного и нереверсивного действия. Основными параметрами гайковертов являются максимальный диаметр завинчиваемой резьбы и момент затяжки.
Безударные гайковерты, у которых крутящий момент передается на шпиндель от электродвигателя через двухступенчатый редуктор (схема аналогична рассмотренной выше прямой сверлильной машине, см. рис. 23.9), имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение. К ним относятся восприятие оператором реактивного момента и значительная масса машины из-за необходимости установки редуктора с большим передаточным числом. Поэтому они применяются для сборки и разборки резьбовых соединений диаметром не более 12 мм.
Гайковерты ударно-вращательного действия являются основными резьбозавертывающими машинами, выпускающимися в настоящее время. Основным узлом этих гайковертов является ударно-импульсный механизм, преобразущий непрерывное вращение привода в периодически повторяющиеся удары по шпинделю. Это позволяет значительно повысить выходную мощность на шпиндель и производить затяжку резьбовых соединений диаметром до 80 мм при небольших габаритах и массе гайковертов.
Гайковерт ударно-вращательного действия (рис. 23.14) состоит из электродвигателя 10, планетарного редуктора 9, ударно-вращательного механизма, основной 12 и дополнительной 8 рукояток. На квадратном хвостовике шпинделя крепятся сменные головки 1. При работе гайковерта вращение от электродвигателя через планетарный редуктор передается приводному валу 6 ударно-импульсного механизма. Вал связан с подпружиненным ударником 5 посред
Ством двух шариков 4, находящихся в винтовых канавках обеих деталей. На торцовой поверхности ударника симметрично расположены два кулачка, входящие в зацепление с кулачками шпинделя 2 под действием рабочей пружины 7.
В начале резьбозавертывающего процесса, когда развиваемый машиной "крутящий момент расходуется на преодоление трения в резьбовой паре, кулачки ударника находятся в постоянном зацеплении с кулачками шпинделя, обеспечивая его непрерывное вращение. Такое вращение шпинделя, ударника и приводного вала продолжается до тех пор, пока крутящий момент на шпинделе не превысит момента сопротивления движению шариков в канавках, что произойдет при затяжке соединения. В этом случае ударник начнет перемещаться по винтовой линии, вращаясь в сторону, противоположную вращению вала, и сжимая пружину 7 до тех пор, пока его кулачки не выйдут из зацепления с кулачками шпинделя.
Затем под действием пружины 7 ударник ускоренно возвращается в исходное положение. В конце хода кулачки ударника наносят удар по кулачкам шпинделя. При этом кинетическая энергия маховых масс передается через сменную головку на резьбовое соединение, производя его затяжку. Удары наносятся периодически до выключения электродвигателя, причем энергия каждого последующего удара возрастает ввиду уменьшения податливости затягивае-
Рис. 23.15. Редкоударный гайковерт |
Мого резьбового соединения. После определенного числа ударов сила их становится недостаточной для дальнейшей затяжки и рабочий процесс прекращается. Продолжительность затяжки составляет не более 3 ... 5 с.
При разборке резьббвых соединений работу двигателя гайковерта реверсируют путем переключения фаз штепсельного соединения. Виброзащита гайковерта обеспечивается прокладками 11, установленными между корпусом 3 и рукояткой 12.
Для сборки резьбовых соединений из высокопрочных сталей применяются гайковерты с тарированной затяжкой (редкоударные гайковерты). Эти гайковерты позволяют осуществить процесс затяжки малым количеством ударов (4 ... 15) с большой энергией (25 Дж и более), практически не изменяющейся от удара к удару.
Преимуществами редкоударных гайковертов являются уменьшенные (на 20 ... 40%) масса, мощность электродвигателя (на 15 ... 35%), более высокий (в 2 ... 5 раз) КПД процесса.
Редкоударный гайковерт (рис. 23.15) состоит из электродвигателя 7, корпуса 2, ударно-вращательного механизма 3, планетарного редуктора 6 с предохранительной муфтой, основной 8 и дополнительной 4 рукояток, сменного ключа 1. Ударно-вращательный механизм состоит из шпинделя 12 с рабочими кулачками и составного ударника 10 на валу 5. Между ударником и шпинделем раз-
МбЩена пружина І1. В дополнительной рукоятке 9 имеются ynf>y* гие элементы виброзащиты.
Устройство ударно-вращательного механизма редкоударного гайковерта приводится на рис. 23.16. Ударник механизма состоит из ведущей 4 и ведомой 6 частей, размещенных в корпусе 8. Торцовые плоскости этих частей выполнены в виде наклонных поверхностей, между которыми размещены центробежные грузы (ролики). Ведомая часть ударника и корпус находятся под воздействием пружин 11 п 10 соответственно и могут перемещаться вдоль оси относительно друг друга и ведущей части ударника. На ведомой части ударника расположены кулачки 9, взаимодействующие с кулачками 12 наковальни, выполненной заодно со шпинделем 13. Ведомая часть ударника и корпус могут быть
Соединены в одно целое или разъединены с помощью фиксатора 7. Вращение ведущей части ударника передается от электродвигателя 1 через планетарный редуктор 2 и муфту 3.
12 11 10 |
Рис. 23.16. Ударный механизм редкоудар - ного гайковерта |
Рабочий процесс происходит следующим образом. В начале цикла, когда скорость вращения ударника невелика, ролики 5 находятся в центральной части полости между ведущей и ведомой частями ударника, так как центробежная сила еще незначительна. По мере ее увеличения ролики начинают смещаться в радиальном направлении по наклонным коническим поверхностям, имеющим углы наклона а и і|3, причем а>|3. За счет такого соотношения углов перемещение роликов по поверхности ведущей части ударника сопровождается их осевым перемещением в сторону его ведомой части, заставляя ее и корпус смещаться в том же направлении, сжимая пружины 11 и 10. При этом кулачки 9 начинают входить в зацепление с кулачками 12 и за счет возрастающих при этом сопротивлений движение ведомой части ударника становится отличным от движения корпуса. Корпус под действием пружины 10 движется в обратном направлении, а ведомая часть ударника перемещается вперед до обеспечения полного зацепления с кулачками 12. В результате происходит удар, при котором кинетическая энергия ударника передается на шпиндель, т. е. происходит затяжка соединения. При этом скорость вращения ведомой части бойка падает, центробежные силы уменьшаются и ролики 5 возвріащаются в исходное положение. Ведомая часть бойка и корпус машины под действием пружин 11 и 10 также возвращаются в первоначальное
положение, посЛе чбгб цикл повтбряётся. Отсчёт числа ударов производится непосредственно оператором. В некоторых моделях в машине устанавливается автоматический счетчик ударов, обеспечивающий отключение двигателя по достижении заданных параметров затяжки. <
Основным технологическим параметром гайковертов является момент затяжки соединения (Н-м):
Где Q — осевое усилие затяжки, Н (Q=a3aT5); aw — максимально допустимое напряжение при затяжке, МПа; S — площадь сечения стержня болта (гайки) по внутреннему диаметру резьбы, м2; dCp — средний диаметр резьбы, м; р — угол подъема винтовой линии резьбы; р' — угол трения в резьбе; DT — диаметр трения торцовой поверхности гайки по соприкасающейся детали стыка; ро — коэффициент трения на опорной поверхности гайки.
Шуруповерты предназначены для завертывания в отверстия шурупов, винтов, болтов и гаек диаметром резьбы до 6 мм. Большинство шуруповертов выпускается с нереверсивными электродвигателями, позволяющими только завертывать крепежные детали. По своей силовой схеме шуруповерты аналогичны гайковертам ударно-вращательного действия и отличаются от них только рабочим наконечником. Крепление инструмента на шпинделе обеспечивается шариковым замком. При завинчивании шурупов и винтов отвертка снабжена ловителем.