Электрические ручные машины и пороховой инструмент для монтажа систем автоматизации

Ручные электрические машины (электроинструмент) — одно из наиболее эффективных средств повышения производительности труда и снижения доли ручного труда при выполнении целого ряда операций в комплексе работ по монтажу систем автоматизации.
Современные ручные электрические машины отличаются высокой степенью электробезопасности, которая обеспечивается наличием двойной изоляции в машинах с коллекторными однофазными двигателями и безопасного напряжения 42 В в машинах с асинхронными трехфазными двигателями. Они характеризуются также низкими уровнями вибрации и шума в соответствии с действующими стандартами безопасности труда.
Наиболее распространенным электроинструментом являются сверлильные машины, предназначенные для сверления отверстий в металле, пластмассах и дереве. В комплекте с различными приспособлениями сверлильные машины могут использоваться в качестве привода для резки металла, его зачистки, шлифовки, гнутья труб, образования отверстий под сальники, трубные вводы и т.д.
Машины состоят из электродвигателя, редуктора, двухполюсного выключателя с курковым приводом и механизмом фиксации включенного положения, токоведущего кабеля и штепсельного соединения. При нажатии на курок через двухполюсный выключатель происходит включение электродвигателя, крутящий момент от которого передается на шпиндель машины через редуктор.
Технические данные электрических сверлильных машин, применяемых при монтаже систем автоматизации, приведены в табл. 1. Характерной особенностью сверлильной машины ИЭ-1204Э является возможность переключения частот вращения электродвигателя.
При зачистке торцов, разделке кромок и прилегающих к ним поверхностей металлоконструкций и труб при их подготовке под сварку, зачистке сварных швов и околошовных зон, устранениии дефектов сварки, резке металла в условиях монтажа широкое распространение получили электрические шлифовальные машины, работающие с абразивными армированными кругами.
В зависимости от назначения могут применяться шлифовальные машины в прямом и угловом исполнениях. Так же как и сверлильные машины, шлифовальные выпускаются на напряжение 220 В частотой 50 Гц и повышенной частоты (200 Гц) при безопасном напряжении 42 В. Технические данные электрических шлифовальных машин, применяемых При монтаже систем автоматизации, приведены в табл. 2.
Для питания высокочастотного электроинструмента применяют преобразователи частоты тока ИЭ-9401А и ИЭ-9403, обеспечивающие вторичную частоту 200 Гц.
Наиболее широкое применение для крепления опорных конструкций трасс электрических и трубных проводок, а также металлоконструкций для установки приборов и средств автоматизации получил поршневой монтажный пистолет ПЦ84. С помощью пистолета крепежные детали — дюбеля (гвозди или винты) забивают (встреливают) в бетонные и железобетонные (до марки М400 включительно), кирпичные (оштукатуренные и неоштукатуренные), шлакобетонные, керамзитобетонные, стальные (с пределом прочности до 450 МПа) и другие строительные основания.

Таблица 1. Технические характеристики электрических сверлильных машин, применяемых при монтаже систем автоматизации

Таблица 2. Технические характеристики электрических шлифовальных машин, применяемых при монтаже систем автоматизации

Рис. 1. Поршневой монтажный пистолет ПЦ84:
а - общий вид; б — схема торможения поршня амортизатором; в — дюбеля; 1 - дюбель; 2 - направитель; 3 - поршень; 4  -  муфта; 5 — рассекатель; 6 - рукоятка; 7 - спусковой рычаг; 8 - амортизаторы; 9 - прижим

Пистолетом ПЦ84 можно выполнять: глухое несъемное крепление без предварительного сверления отверстия в закрепляемом изделии путем пристрелки и прибивки дюбелями-гвоздями к строительному основанию; съемное крепление путем предварительной забивки дюбелей-винтов в строительное основание с последующим закреплением опорных деталей и конструкций на гайках.
Общий вид и устройство строительно-монтажного пистолета показаны на рис. 1, а. Пистолет работает по принципу использования энергии расширяющихся пороховых газов.
Забивка дюбеля 1, находящегося в направителе 2, осуществляется ударом поршня 3, который разгоняется по стволу б под давлением пороховых газов. Разгон поршня под давлением происходит на участке 10—12 мм до скорости 50—90 м/с, после этого пороховые газы через рассекатель 5 сбрасываются в расширительные полости муфты 4. Дальнейшее движение поршня и забивка дюбеля происходят по инерции, при этом в конечный момент за счет сопротивления строительного основания скорость дюбеля падает до нуля. Если к моменту полного углубления дюбель 1 (рис. 1, б) и поршень 3 не остановились (большая избыточная энергия), последний остановится за счет выгиба лепестков-амортизаторов 8.

Пистолет комплектуется двумя стволами, выбираемыми в зависимости от группы патронов. Для предотвращения случайных выстрелов пистолета в воздух при не полностью запертом пистолете или чрезмерной деформации амортизаторов, а также при падении пистолета с высоты он снабжен специальным блокировочным устройством.
Для монтажного пистолета применяют дюбеля-гвозди и дюбеля-винты (рис. 1, в), имеющие на конце шайбы для центрирования фиксации в направителе 2. Типоразмеры дюбелей-гвоздей приведены в табл. 3.
Выбор дюбелей-гвоздей для пистолета ПЦ84 осуществляют в зависимости от материала строительного основания.
Перед пристрелкой стальных деталей или при забивке дюбелей в стальное основание необходимо убедиться, что прочность и твердость дюбеля выше, чем у материала, в которой он должен быть забит. Проверку производят кернением — ударом молотка по шляпке дюбеля, установленного острием к пристреливаемой стальной детали или основанию. Если острие дюбеля при этом затупится, то его поршневая забивка в данную деталь или основание запрещается.
Для выполнения съемного крепления элементов систем автоматизации, в том числе приборов, соединительных и протяжных коробок, малогабаритных щитов, кнопок, пускателей без применения промежуточных металлоконструкций могут использоваться дюбеля-винты, освоение промышленностью которых началось в последние годы. Типоразмеры наиболее часто употребляемых дюбелей-винтов указаны в табл.4.
При использовании дюбелей-винтов необходимо учитывать, что диаметр крепежного отверстия должен быть на 2—3 мм больше диаметра резьбы дюбеля, а в самом закрепляемом средстве автоматизации должен быть обеспечен доступ к крепежным отверстиям для навинчивания гаек на дюбеля.

При выполнении монтажных работ длина и диаметр заглубляемой части дюбеля-винта должны соответствовать материалу строительной конструкции, а значение эксплуатационной нагрузки на дюбель должно быть ниже усилия его извлечения с учетом коэффициента запаса прочности.
Дюбеля-винты с резьбой М8 забиваются пистолетом ПЦ84 с использованием поршня и направителя диаметром 8 мм, а дюбеля-винты с резьбой М6 - с использованием поршня и направителя диаметром 10 мм.
Для обеспечения качественной забивки дюбелей-винтов М6 в ударном конце поршня диаметром 10 мм на глубину 1,5 мм высверливают отверстие диаметром 4 мм. Так как для обеспечения высокой стойкости к ударным нагрузкам поршни на заводе-изготовителе проходят специальную низкотемпературную закалку, механическую обработку его конца производят твердосплавным режущим инструментом. Отпуск и отжиг конца поршня не производят.
Забивку дюбелей-винтов производят в предварительно размеченные на поверхности строительного основания точки, соответствующие расположению крепежных отверстий в закрепляемом изделии. Разметка выполняется двумя взаимно перпендикулярными линиями длиной не менее 80 мм. Забивку необходимо производить пистолетом с прижимом, имеющим центрирующие диски.
При повреждении ударного конца поршня производят его заточку и торцевание: для поршня диаметром 8 мм в соответствии с "Техническим описанием и инструкцией по эксплуатации пистолета ПЦ84", а для поршня диаметром 10 мм — так, как это было описано выше.
В качестве источника энергии в пистолетах ПЦ84 используют беспульные патроны калибра 6,9 мм, заряженные бездымным порохом. В торцевой части гильзы размещена капсульная часть со взрывным составом. Порох упаковывается обжатием гильзы "звездочкой".
Патроны (табл. 5) делятся на две группы: Д (длинные) для сменного ствола №1 пистолета и К (короткие) для сменного ствола №2. Каждая группа имеет четыре номера, звездочки которых в зависимости от силы заряда окрашены эмалью в разный цвет.

Выбор монтажных патронов осуществляют с учетом материала строительного основания, размера применяемого дюбеля, характеристики закрепляемых конструкций, монтажных изделий и их материала, а также номера ствола пистолета.
Работая с пистолетом, необходимо выдерживать определенные расстояния от точки забивки дюбеля до края строительного основания и пристреливаемой к нему детали во избежание скола основания, например края колонны. Расстояние от точки забивки дюбеля до ближайшего края строительного основания из бетона, железобетона и кирпича должно быть не менее 100 мм, а для стального основания — 20 мм. Забивка считается правильной, когда дюбель-гвоздь своей шляпкой поджал пристреливаемую деталь, а дюбель-винт заглубился до начала резьбы. Наименьшее расстояние между соседними дюбелями должно составлять 50 мм для бетонных и железобетонных оснований и 20 мм для стальных. Следует также учитывать, что ширина стального элемента пристреливаемого изделия должна быть не менее 20 мм.
Наименьшая толщина строительного основания в месте забивки дюбеля должна быть 80 мм для бетонного и железобетонного оснований, но не менее длины дюбеля плюс 30 мм и 6 мм для основания из сортовой стали.
Пистолеты ПЦ84 повышают производительность труда по сравнению с механизированным инструментом, применяемым для просверливания отверстий с последующей вмазкой крепежных деталей, более чем в 3,5 раза, а по сравнению с ручной пробивкой и вмазкой крепежных деталей — в 7—8 раз. Они обладают большой маневренностью, так как не требуют для работы электроэнергии или энергии сжатого воздуха.
Пистолет имеет габариты 385x65x135 мм; массу с установленной магнитной обоймой 3,6 кг, массу комплекта в состоянии поставки 12 кг.
В настоящее время поршневой пистолет ПЦ84 является основным механизированным инструментом, применяемым в монтажных организациях для крепления поддерживающих металлоконструкций систем автоматизации к строительным основаниям. Однако возможности-пистолета ограничены. Как уже указывалось выше, пистолетом ГЩ84 можно забивать металлические дюбели в основания из бетона и железобетона твердостью до 400. Его нельзя использовать при установке поддерживающих конструкций на легких строительных основаниях с применением пластмассовых распорных дюбелей малого диаметра. Кроме того, к работе с пистолетом допускается только специально обученный персонал, имеющий удостоверение на право производства работ. Имеются также определенные сложности, связанные с хранением пистолетов и патронов.
Крепление средств автоматизации и монтажных изделий на бетонных и кирпичных строительных основаниях с помощью пластмассовых дюбелей возможно при последовательном выполнении нескольких монтажных операций. К ним относятся: образование отверстий в строительных основаниях; забивка дюбелей; сверление отверстий в деталях, закрепляемых дюбелями; завертывание шурупов в дюбеля. Все эти операции с успехом могут выполняться ручным электрическим перфоратором ИЭ-4713. Электроперфоратор может работать в четырех режимах: ударно-вращательном, ударном, вращательном и как винтоверт.
Перфоратор ИЭ-4713 относится к электромеханической ручной машине с компрессионно-вакуумным узлом ударного механизма, значение энергии, удара и масса которой дают возможность наиболее широко использовать ее для образования отверстий под пластмассовые распорные дюбеля диаметром 6 и 8 мм в стенах и перекрытиях. Типы и основные данные таких дюбелей, применяемых для крепления поддерживающих конструкций, средств автоматизации и монтажных изделий, приведены в табл. 6.
Отличительной особенностью электроперфоратора от других ручных машин многоцелевого назначения является автоматическая самонастройка на требуемый режим работы. Она происходит при установке в машину рабочего инструмента, предназначенного для выполнения определенной производственной операции, без вмешательства оператора и дополнительных переключений и настроек.

Таблица 6. Типы и основные данные пластмассовых распорных дюбелей

Перестройка режима работы электроперфоратора осуществляется за счет конструктивной особенности хвостовиков инструментов, в каждом из которых имеется механически заданная программа движения (вращательное, возвратно-поступательное и совместное вращательное и возвратно-поступательное). Например, при установке бурового инструмента перфоратор будет работать в ударно-вращательном режиме бурения каменных и бетонных материалов. Установив сверла в патрон, будем иметь безударный режим вращения. При установке наконечника-винтоверта можно завертывать шурупы в дюбеля с обеспечением надежной затяжки. Если вставить штрабник или зубило, перфоратор будет работать в ударном режиме (без вращения).
Перфоратор (рис. 2) состоит из электродвигателя, корпуса, в котором находятся редуктор и ударный механизм, и буксы с размещенными в ней предохранительной муфтой и механизмом крепления рабочего инструмента. Якорь электродвигателя вращается в двух подшипниках, один из которых запрессован в корпусе электродвигателя 12, а другой — в щите 11, Корпус 20 и щит 11 крепят к корпусу электродвигателя 12 тремя винтами 24.

Рис. 2. Электрический перфоратор ИЭ-4713:
1, 2, 9, 17, 19, 22, 25 - шестерня; 3 - переходник; 4 - боек: 5 - ствол; 6 - поршень; 7 - шатун; 8, 21, 26 - подшипник; 10 - кривошип; 11 - щит; 12 - электродвигатель; 13 - втулка; 14 - пакет; 15 - пружина; 16  -  букса; 18 - вал; 20 - корпус; 23 - вал-шестерня; 24 - винт
Крутящий момент с вала электродвигателя передается через цилиндрическую 25 и коническую 22 шестерни на ведомую коническую шестерню 9 на оси кривошипа 10. Коническая 22 и цилиндрическая 25 шестерни расположены на валу-шестерне 23, опорой которой служат шариковые подшипники 21 и 26. С вала-шестерни крутящий момент передается через цилиндрическую шестерню 19 на вал 18, а с него через цилиндрическую шестерню 17 — на цилиндрические шестерни 2 предохранительной муфты. Ударный механизм компрессионно-вакуумного типа состоит из поршня б, бойка 4, кривошип- но-шатунного механизма и ствола 5. Кривошипно-шатунный механизм представляет собой кривошип 10, опорами которого служат подшипники 8, напрессованные на шестерню 9. Кривошип 10 при помощи насыпного игольчатого подшипника соединен с шатуном 7.
Предохранительная муфта фрикционного типа представляет собой набор шестерен 2 и шайб, установленных на втулке. Шестерни и шайбы сжаты тарельчатыми пружинами и гайкой. Муфта работает следующим образом: при передаче крутящего момента с шестерни 77 на шестерни 2 последние за счет сил трения, созданных между ними и шайбами сжатием тарельчатых пружин, вращаются совместно с шайбами. Если крутящий момент превышает допустимый, т.е. момент сил трения (например, при заклинивании бура в шпуре), то происходит пробуксовка шестерен 2 относительно контактирующих с ними шайб. Крутящий момент через муфту передается на рабочий инструмент в ударно-вращательном режиме. Во вращательном режиме и в режиме винто- верта крутящий момент передается через шестерню 17 на шестерню 1, а с шестерни 1 — на рабочий инструмент. Передача кинетической энергии электродвигателя бойку 4 в ударном и ударно-вращательном режимах осуществляется с помощью воздушной подушки, образующейся в стволе 5, между торцами бойка 4 и поршня 6.
При работе электродвигателя поршень совершает возвратно-поступательное движение; при движении поршня от нижней мертвой точки (вверх) в полости ствола между торцами бойка и поршня создается разрежение. В начальный момент боек остается на месте, так как разность атмосферного и остаточного давлений недостаточна для начала движения бойка. Затем при увеличении разности давлений боек с возрастающей скоростью перемещается вверх за поршнем. В крайнем верхнем положении поршня открываются компенсационные окна в стволе и воздушная подушка сообщается с атмосферой. После перехода поршнем верхней мертвой точки при движении вниз боек некоторое время продолжает движение вверх. Разрежение между бойком и поршнем уменьшается, становится равным атмосферному, затем начинает увеличиваться. При этом боек замедляет, а затем изменяет направление движения и начинает ускоренно двигаться вниз, нанося удар по переходнику 3, который в свою очередь передает энергию удара рабочему инструменту. Рабочий инструмент удерживается от выпадения двумя пальцами 14. Для извлечения рабочего инструмента втулку 13 необходимо сместить вдоль буксы 16 до упора; при этом пружина 15 сжимается, а пальцы 14 по направляющим перемещаются от оси инструмента, освобождая его. При работе в ударном и ударно-вращательном режимах перфоратор может автоматически переходить на холостой ход (безударный режим) при прекращении нажатия на рукоятку и смещении рабочего инструмента вниз.
В комплект ручного электрического перфоратора ИЭ-4713 входят следующие сменные рабочие инструменты: сверла диаметром 6, 8 и 10 мм и бур диаметром 12 мм (ударно-вращательный режим); винто- верт; штрабник, зубило, стержень для забивки дюбелей и гвоздей, пика для скола бетона, кирпича и других материалов, стамеска, топорик (ударный режим).
Техническая характеристика перфоратора ИЭ-4713
Энергия удара, Дж. 1*
Частота ударов, Гц, не менее.     40
Средняя скорость бурения бетона прочностью 20 МПа,
мм /мин..     90
Глубина бурения, мм.      100
Род тока Переменный
однофазный
Напряжение, В     220
Частота тока, Гц . 50
Потребляемая мощность, кВт. 0,35
Режим работы... . Продолжительный
Сгатическая сила нажатия, прикладываемая руками
работающего к перфоратору в процессе работы, Н          30- 40
Габариты без инструмента и боковой рукоятки, мм:
длина.      420
ширина.. 155
высота ..      75
Масса без шнура, боковой рукоятки и инструмента, кг      3,5
Для бурения отверстий диаметром 16 мм на глубину до 150 мм в искусственных и естественных материалах (кирпиче, бетоне, известняке), а также в качестве электромолотка может применяться перфоратор ИЭ-4712. Он имеет энергию удара 2 Дж, габариты 500x200x75 мм и массу 4,5 кг, остальные характеристики те же, что у электроперфоратора ИЭ-4713.