3. СНИЖЕНИЕ ВИБРАЦИОННОЙ ОПАСНОСТИ РУЧНЫХ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Задачи снижения вибрационной опасности ручных машин ударного действия наиболее трудны вследствие больших сил, развиваемых при работе ударного механизма и вызывающих отдачу корпуса, высокой удельной мощности, реализуемой в этих машинах, широкополосного спектра вибрации, возбуждаемой ударами. Ручные машины ударного действия подразделяют на машины с поступательными ударами (молотки, перфораторы, бетоноломы, бучарды, трамбовки и др.) и машины с угловыми ударами (гайковерты, шппльковерты, шуруповерты, сверлильные машины ударного действия и др.). Потенциально наиболее виброопасными являются машины первой группы.

В традиционных конструкциях ручных машин с поступательными ударами во время разгона ударника на корпус действует сила, равная по абсолютному значению и направленная противоположно силе, разгоняющей ударник. Снижение силы, вызывающей отдачу корпуса, до силы нажатия оператора на инструмент приводит к значительному уменьшению размаха виброперемещения корпуса. При заданном значении ударного импульса наибольшее снижение максимума силы, разгоняющей ударник, может быть достигнуто путем поддержания постоянства этой силы в течение всего времени разгона. В таком случае коэффициент формы силовой диаграммы (отношение среднего значения силы к максимальному) равен единице. В реальных условиях этот коэффициент равен 0,65-0,9.

Для достижения наибольшей равномерности силовой диаграммы в пневматических машинах разрабатывают специальную систему распределения воздуха. В электромагнитных машинах может быть применена система управления током в силовой катушке. Среднее значение силы, вызывающей отдачу корпуса, при заданном значении ударного импульса можно снизить путем увеличения времени разгона ударника, но возможности этого ограничены заданными частотой ударов и временем обратного хода ударника. Уменьшение среднего значения силы отдачи приводит к удлинению пути разгона ударника, а этот путь также ограничен.

Эффективность работы машины ударного действия часто характеризуют энергией одного поступательного удара

и ударной мощностью

где масса ударника; скорость ударника непосредственно перед ударом; — частота ударов.

При заданном значении энергии удара можно снизить ударный импульс путем повышения ударной скорости при соответственном снижении массы ударника

Однако практически повышение ударной скорости ограничено пределами прочности и выносливости деталей ударного механизма, требованиями долговечности инструмента, а в некоторых случаях и особенностями технологического процесса, осуществляемого ручной машиной,

Значительное снижение размаха вибрации корпуса ручной машины ударного действия может быть достигнуто введением дополнительного уравновешивающего инерционного элемента. Он движется в сторону, противоположную движению ударника, во время разгона последнего. Торможение уравновешивающего элемента и его возвратное движение осуществляет упругий элемент малой жесткости [220]. В качестве упругого элемента применяют винтовую пружину или (в машинах с пневматическим приводом) сжатый воздух, подаваемый в камеру, имеющую выпускное отверстие. Такой элемент, обладая млой жесткостью, передает на корпус мало изменяющуюся силу, имеющую достаточное среднее значение. Его недостатком является некоторый дополнительный расход сжатого воздуха. У электромагнитных молотков в качестве уравновешивающего инерционного элемента может быть использована силовая катушка со своим каркасом [30].

Уравновешивающий инерционный элемент с устройством его торможения и возврата существенно снижает низкочастотную вибрацию корпуса, но приводит к определенному усложнению конструкции, повышению массы машины и затраты энергии. Альтернативным решением является введение двух ударников, поочередно ударяющих по инструменту и обеспечивающих частичное взаимное уравновешивание. Такое решение экономичнее по расходу энергии, но в конструктивном отношении еще сложнее.

У ручных машин ударного действия с пневматическим приводом имеется возможность компенсации силы отдачи действием на корпус реактивных сил струй сжатого воздуха, управляемых движением ударного механизма. Такой способ может быть эффективным, но сопряжен с дополнительным расходом воздуха и действием вытекающих струй на операторов.

В электрических трамбовках с кривошипным приводом ударного поддона с целью снижения размахов виброперемещения корпуса на последнем нередко устанавливают противовесы (дебалансы), вращающиеся с частотой ударов поддона и уравновешивающие первую гармонику силы, передаваемой на корпус кривошипным механизмом. Введение противовесов приводит к заметному увеличению массы машины, что в данном случае не очень существенно, так как оператор не воспринимает силы тяжести трамбовки, а только управляет ее передвижением с помощью рукояти.

В таких ручных машинах с угловыми ударами, как ударные гайковерты с электроприводом, с целью повышения эффективности возможно значительное увеличение энергии одного углового удара

( — момент инерции ударника относительно оси вращения; его угловая скорость непосредственно перед ударом), но недопустимо повышение ударной мощности, поскольку это приводит к утяжелению машины. Поэтому были разработаны редко-ударные гайковерты [59], вибрационная опасность которых сильно уменьшена в связи с тем, что частота ударов установлена ниже диапазонов частот вибрации, регламентированной стандартом [135].