電鎬的工作原理及其典型問題分析

王俊豪，姜肖軍

（1.浙江永康石柱電器廠，浙江永康 321301；2.浙江精力電器有限公司，浙江武義 321201）

?

電鎬的工作原理及其典型問題分析

王俊豪，姜肖軍

（1.浙江永康石柱電器廠，浙江永康 321301；2.浙江精力電器有限公司，浙江武義 321201）

摘要：基于電鎬工作原理和主要部件及功能，簡要介紹沖擊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方式，從產(chǎn)品質(zhì)量和失效原因等方面列舉實(shí)際生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生的典型問題，提出解決和預(yù)防方案。

關(guān)鍵詞：電鎬；電機(jī)；沖擊機(jī)構(gòu)；錘類工具

0 引言

電鎬是建筑、裝飾、礦山、道路等行業(yè)生產(chǎn)中常見的開鑿設(shè)備。它是一種以串勵(lì)電機(jī)為動(dòng)力、利用活塞的吸排氣帶動(dòng)撞錘作用于鎬釬而產(chǎn)生沖擊力的電動(dòng)工具。常見的電鎬以市電220 V為動(dòng)力源，所以目前工具認(rèn)證時(shí)的各項(xiàng)安全指標(biāo)必須符合GB 3883.1-2008 手持式電動(dòng)工具的安全 第1部分：通用要求及GB 3883.7-2012手持式電動(dòng)工具的安全 第2部分：錘類工具的專用要求。電鎬的使用大大降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

1 組件

基于電鎬的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可劃分為：電機(jī)組件、傳動(dòng)組件、沖擊組件、鎬釬夾持組件、機(jī)油補(bǔ)充組件、機(jī)殼和手柄組件。其中，電機(jī)組件和沖擊組件是電鎬較為關(guān)鍵的組件。組件功能如下：

1）電機(jī)組件：由定轉(zhuǎn)子、碳刷、碳刷架或刷握、電纜線、開關(guān)等電器部件組成，是產(chǎn)生動(dòng)力的部件，也是GB 3883.1及GB 3883.7相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中安全規(guī)范要求的重點(diǎn)。

2）傳動(dòng)組件：由齒輪、偏心軸、連桿等組成，是電鎬的動(dòng)力傳輸部件。電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度下降后增大輸出扭矩，并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)。

3）沖擊組件：由氣缸和撞錘、活塞、密封圈等組成，是電鎬產(chǎn)生沖擊力的組件，由連桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過活塞與氣缸的吸氣與排氣，也使得氣缸或撞錘往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生沖擊。

4）鎬釬夾持組件：能保證在使用過程中，鎬釬不會(huì)從電鎬中脫落。它由鐵頭（具有鎬釬鎖定功能）、減振零件、密封件組成。

5）機(jī)油補(bǔ)充組件：主要設(shè)計(jì)在大功率電鎬上，是在使用過程中緩慢補(bǔ)充機(jī)油的裝置。由油芯、油芯架、油眼、密封圈等組成。偏心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸油芯對連桿活塞、氣缸補(bǔ)充潤滑油。輕型電鎬（氣缸內(nèi)徑不大于40 mm）如0810系列電鎬及部分大功率電鎬（博世16E），就沒有該組件。

6）機(jī)殼手柄組件：由機(jī)殼（包括塑料及鋁機(jī)殼）、手柄、開關(guān)或含有軟啟動(dòng)開關(guān)、抗干擾組件、輔助手柄等組成，為上述組件的安裝提供支撐。

2 原理

目前，市場較為常見的電鎬其沖擊機(jī)構(gòu)大致分為兩種結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)一和目前使用的26電錘結(jié)構(gòu)相似，在氣缸內(nèi)通過活塞的吸氣、排氣帶動(dòng)撞錘往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊，它的氣缸是直通的，吸氣、排氣通過氣缸的內(nèi)部與外部進(jìn)行交換；結(jié)構(gòu)二是氣缸與撞錘合為一體，通過活塞在氣缸內(nèi)部的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)氣缸再通過開口圈的牽引緩沖產(chǎn)生沖擊，它的吸氣、排氣的氣體交換均在氣缸內(nèi)進(jìn)行。

結(jié)構(gòu)一如圖1a所示：在插入鎬釬后，通過沖擊錘桿將撞錘上頂，使撞錘位置越過氣缸上的氣孔。在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，撞錘被活塞帶動(dòng)吸上、推下而產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)撞擊沖擊錘桿而產(chǎn)生沖擊，見圖1b。

當(dāng)鎬釬被拔出時(shí)，由于撞錘也往下移，撞錘也就沒有能封住氣缸上的氣孔，在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于大氣孔的補(bǔ)氣和排氣，撞錘不能被活塞吸上或推下，也就不會(huì)隨活塞運(yùn)動(dòng)，所以就不產(chǎn)生沖擊。該原理與電錘的沖擊原理基本一致。見圖1c。

圖1　沖擊機(jī)構(gòu)一

該結(jié)構(gòu)目前主要在輕型電鎬（氣缸內(nèi)徑不大于40 mm）上使用，如0810系列。但也有部分大電鎬（氣缸內(nèi)徑大于55 mm）也使用該結(jié)構(gòu)，如博世16E電鎬、恒友90電鎬。

結(jié)構(gòu)二如圖2a所示：該結(jié)構(gòu)氣缸前端封閉，對外的作用力也由它完成。該類結(jié)構(gòu)目前有兩種活塞：單密封圈活塞和雙密封圈活塞（圖2b）。單密封圈活塞以φ45 mm較為常見，雙密封圈活塞以φ46 mm較為常見，雙密封圈活塞中的兩只密封圈分別起到密封和平衡作用。單密封圈活塞的密封圈采用類似于Y形圈，壓氣的過程中漲開，增加密封效果，雙密封圈活塞前端的密封圈為O形圈，沒有自漲的效果，所以相對于單密封圈活塞的電鎬，在氣缸內(nèi)徑相同的條件下，雙密封圈活塞電鎬可靠性高但沖擊力略小，故通常采用增大內(nèi)外徑的方式來增大沖擊力。

其工作原理是：活塞往回運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過開口圈對氣的吸拉作用，使活塞與氣缸有一個(gè)相對運(yùn)動(dòng)，在活塞密封圈經(jīng)過氣缸排氣口時(shí)，使氣缸內(nèi)部吸氣，見圖2c。當(dāng)活塞往前運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)氣缸也往前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鎬釬抵住氣缸時(shí)（產(chǎn)生沖擊）活塞繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng)，在活塞密封圈經(jīng)過氣缸排氣口時(shí)排氣，可減少反彈力，見圖2d。

圖2　沖擊機(jī)構(gòu)二

3 問題分析

在電鎬的使用中，常常會(huì)發(fā)生失錘或沖擊力偏小等問題或不正?，F(xiàn)象，究其原因主要有：

1）密封圈磨損

不管采用哪一類沖擊結(jié)構(gòu)，都可能因?yàn)榛钊芊馊Φ哪p或損壞致使密封圈喪失作用，密封效果無法保證。

2）氣缸內(nèi)油脂過少或過多

失去油脂的潤滑將導(dǎo)致密封效果的降低，容易漏氣。活塞及密封圈與氣缸的摩擦力相應(yīng)增加，導(dǎo)致缸內(nèi)溫度急劇升高而燒壞密封圈。另外，鋁活塞的材料膨脹系數(shù)大于鋼，或致使活塞與氣缸卡死。氣缸缺乏油脂會(huì)失錘，油脂過多也可導(dǎo)致失錘。針對結(jié)構(gòu)一的電鎬，在鐵頭部件上有密封裝置，過多的油脂集聚在氣缸外部堵住換氣孔，影響撞錘吸排氣，導(dǎo)致撞錘不能進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)而失錘。針對結(jié)構(gòu)二的電鎬，由于氣缸上部封閉，過量的油脂通過氣缸的吸排氣，堆積在氣缸底部，使氣缸內(nèi)部的空間減少，活塞的運(yùn)動(dòng)達(dá)不到足夠的深度使空氣交換無法進(jìn)行，所以造成無沖擊或沖擊無力等現(xiàn)象或產(chǎn)生巨大的反彈力。在一些沒有機(jī)油補(bǔ)充組件的大電鎬中，超量加入油脂也會(huì)產(chǎn)生此類問題。

3）電機(jī)轉(zhuǎn)速過快

電機(jī)轉(zhuǎn)速過快也是電鎬失錘的重要原因。無論哪種結(jié)構(gòu)形式的電鎬，形成沖擊的前提必須是氣缸與活塞在運(yùn)動(dòng)過程中完成吸排氣的交換，轉(zhuǎn)速加快后活塞或撞錘通過氣缸換氣口的時(shí)間相對縮短，導(dǎo)致?lián)Q氣時(shí)間不夠，產(chǎn)生失錘現(xiàn)象。

4）鋁件變形

氣缸外部的鋁件受傷變形擠壓到氣缸變形，導(dǎo)致氣缸或者氣缸內(nèi)的撞錘上下運(yùn)動(dòng)不暢，同樣容易導(dǎo)致失錘。

5）與氣缸配合的開口圈不合理

對于結(jié)構(gòu)二的電鎬，失錘的原因也與氣缸配合的開口圈有關(guān)。按正常設(shè)計(jì)開口圈的開口角度比氣缸末端倒角的角度大，開口圈與氣缸在長期的運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致開口圈將氣缸卡死，或開口圈失去彈力而無法吸住氣缸，都會(huì)導(dǎo)致電鎬的失錘。另外，開口圈前置的減振圈等零件破損，也會(huì)引發(fā)位置前移而導(dǎo)致失錘。

6）電機(jī)質(zhì)量

電機(jī)是所有電動(dòng)工具的心臟，它的質(zhì)量好壞直接影響著工具的使用壽命。電鎬對于電機(jī)的要求又有它的特殊性，劣質(zhì)電機(jī)極易在電鎬使用時(shí)所處的惡劣環(huán)境和振動(dòng)的特點(diǎn)影響下，發(fā)生失效故障。

7）斷線

斷線是電鎬在使用中最常見的故障之一，電機(jī)繞組斷線在點(diǎn)焊邊緣或在出換向器嵌線槽接口處。由自動(dòng)繞線機(jī)繞制的電機(jī)，其漆包線始終處于漲緊狀態(tài)，在被嵌入換向器的嵌線槽后張力始終存在，而經(jīng)過點(diǎn)焊，多少會(huì)有一些損傷。電鎬使用時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)極易造成斷線，致使電機(jī)火花加大繼而引起燒機(jī)。目前，一些制造商采用原始的手工繞線及手工嵌線法，或在繞線與換向器連接處采用加強(qiáng)措施，可較大程度提高電機(jī)壽命，但與之而來的制作成本也隨之提高。

8）鐵芯串動(dòng)

根據(jù)GB 3883.1的相關(guān)規(guī)定，不論是否Ⅱ類工具，其電機(jī)必須是Ⅱ類結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子必須是雙重絕緣。當(dāng)軸絕緣材料由于自身的強(qiáng)度及韌性不足時(shí)，在電鎬的巨大振動(dòng)和反彈力的雙重作用下，會(huì)破壞軸絕緣結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鐵芯的串動(dòng)，引起燒機(jī)。所以在電鎬上附加絕緣材料一般都應(yīng)采用高強(qiáng)度的熱固性塑料。

9）換向器浮片或跳排

由于電鎬的巨大振動(dòng)，普通換向器在選擇電木粉材料及換向器在固化成型工藝上的欠缺，或者未添加加固環(huán)，均易引起浮片或跳排現(xiàn)象。

10）齒輪崩齒或剃齒

電機(jī)軸、齒輪的原材料選擇以及熱處理工藝的技術(shù)不到位，較易引發(fā)電鎬出現(xiàn)崩齒或剃齒的情況。

11）定轉(zhuǎn)子相擦，俗稱擦鐵

裝配時(shí)，支撐定轉(zhuǎn)子的各零件之間沒有緊配或緊配不夠，可致使一段時(shí)間后兩邊的間隙發(fā)生錯(cuò)位，最終產(chǎn)生擦鐵，繞組的溫度急劇升高而導(dǎo)致燒機(jī)。

12）軸承失效

軸承失效在電鎬故障中也較為常見。電鎬裝配用的軸承與各部位配合設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈膨脹而外圈無法外脹使軸承游隙減少，或?qū)⑤S承咬死。另外，在裝配中軸承外圈受力，導(dǎo)致軸承的變形，保持架也可能變形導(dǎo)致破損，致使軸承散架或卡死。所以在選擇軸承時(shí)，軸承的游隙必須選擇C3或C4，保持架的材料必須有足夠的強(qiáng)度及韌性，軸承應(yīng)保持嚴(yán)格的密封性能，防止漏油以及灰塵的進(jìn)入。

13）傳動(dòng)組件失效

齒輪崩齒或剃齒、偏心軸變形斷裂、連桿變形斷裂、偏心軸上的鍵被剪切是傳動(dòng)組建失效的主要原因。一般與零件的原材選擇、加工以及熱處理的工藝選擇和工藝執(zhí)行是否到位有關(guān)。至于鍵被剪切，一是鍵本身的機(jī)械強(qiáng)度不夠，二是齒輪與偏心軸沒有過盈配合。

4 結(jié)論

電鎬作為被廣泛應(yīng)用的一種電動(dòng)工具，因其作業(yè)環(huán)境較為惡劣，暴露出的產(chǎn)品質(zhì)量問題相對較多，本文簡要地闡述電鎬的工作原理，列舉了電鎬在實(shí)際使用過程中容易出現(xiàn)且有別于其他電動(dòng)工具的典型問題。對設(shè)計(jì)、生產(chǎn)者在設(shè)計(jì)制造中必須注意的問題起參考作用，對普通消費(fèi)者來說，首先必須認(rèn)真仔細(xì)閱讀產(chǎn)品使用說明書，在使用過程中嚴(yán)格按照說明書上的操作規(guī)程、規(guī)范使用，以提高電鎬的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

［1］GB3883.1-2014手持式可移式電動(dòng)工具和園林工具的安全 第一部分：通用部分［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［2］GB3883.7-2012手持式電動(dòng)工具的安全 第二部分：錘類工具的專用要求［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［3］JB/T8880-2010滾動(dòng)軸承電機(jī)用深溝球軸承技術(shù)條件［S］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［4］GB/T4604.1-2012滾動(dòng)軸承 游隙 第一部分：向心軸承的徑向游隙［S］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［5］李邦協(xié).實(shí)用電動(dòng)工具手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

Analysis of working principle and typical problems for percussion hammers

Wang Junhao，Jiang xiaojun
（1. Zhejiang Yongkang Shizhu Electric Appliances Factory， Yongkang， 321301， China；2. Zhejiang Jingli Electric Appliances Co.， Ltd.， Wuyi， 321301， China）

Abstract:This paper introduces the construction for the impact mechanism briefly based on the working principle of major parts and function of percussion hammers. Examples of typical problems in normal production and use are set in the aspects of products quality and reason for failure， by proposing the schemes for failures settlement and prevention.

Keywords:Percussion hammer； Motor； Impact mechanism； Hammers

中圖分類號：TM08

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-2796（2016）02-0013-05

［收稿日期］2016-01-20

［作者簡介］王俊豪（1964-），男，大學(xué)本科，高級工程師，主要從事電動(dòng)工具及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作。