Вибрации.NET
Механизированный инструмент принес немало пользы человечеству. Им строят города, собирают машины, самолеты, корабли и многое другое. Однако, вместе с тем, он заставил человека задуматься над такими вопросами, как опасность электрического тока, травматизм, а также вредное воздействие шума и вибрации. Технологиям по защите от вибрации и посвящен очередной материал «ДДД».
Для начала немного теории. Вибрация – механические колебания твердых тел. Различают общую и локальную вибрацию. Первая передается на тело человека через опорные поверхности, например, через пол или сиденья, вторая воздействует на руки или ноги человека, контактирующие с источником колебаний. Если придерживаться темы электроинструмента, то локальная вибрация – именно наш случай. Чаще всего от таких вибраций страдают те, кто подолгу работает с механизированным инструментом.
ЧЕМ ОПАСНА ВИБРАЦИЯ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА
Общая вибрация опасна в первую очередь для нервной системы: больше всего достается вестибулярному, тактильному, а также зрительному (темнеет в глазах, сужается поле и ухудшается острота зрения) анализаторам. Все это естественным образом выливается в нарушение координации, головокружение, человека «укачивает». Также возможно снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности.
Ну а чем опасна локальная вибрация? Она воздействует на мышцы и нервные окончания. Из-за нее нарушается кровоснабжение сосудов кистей и предплечий, снижается кожная чувствительность, возникает отложение солей в суставах пальцев и уменьшается их подвижность. По субъективным ощущениям, пальцы как будто дубеют, а при их сгибании возникает сильная боль в суставах, из-за чего резко сжать ладонь в кулак очень сложно. Разумеется, наличие и выраженность всех этих симптомов зависит от «дозы» вибрации, которую получил человек.
В ЧЕМ ИЗМЕРЯЕТСЯ ВИБРАЦИЯ
Для оценки вибрации применяются разнородные единицы измерения. Не будем углубляться в физику, сойдемся на том, что когда говорят об амплитуде колебаний, используют такие понятия, как вибросмещение (измеряется в мкм, микрометрах), виброскорость (мм/с) и виброускорение (м/с2). На последнем и остановимся, так как в инструкциях по эксплуатации указывают именно эту величину. Как нетрудно догадаться, она показывает ускорение точки или тела под действием вибрации.
В тех же инструкциях, как правило, есть сноска о данных по трем направлениям. Здесь тоже ничего сложного. Колебания далеко не всегда распространяются в одной плоскости (как, например, у маятника), поэтому вибрацию измеряют по трем осям – знакомым нам со школы декартовым x, y и z. Цифры, которые в итоге заносят в инструкцию, берутся с датчиков на рукоятках инструмента. Все это регламентировано Европейской ассоциацией производителей электроинструмента.
У КОГО БОЛЬШЕ?
Какой инструмент вибрирует наиболее сильно? Прежде всего, тот, у которого отдельные детали редуктора движутся возвратно-поступательно. Это перфораторы, отбойные молотки, электролобзики и сабельные пилы. Здесь наиболее сильны продольные колебания, однако есть примеры, когда причиной вибрации становится вращение.
В первую очередь это касается инструментов с эксцентриситетом (например, ЭШМ), впрочем, не только. Еще вибрацию электроинструмента можно разделить на собственную и вынужденную. Первая характерна для машин, у которых колебания создаются механизмами внутри инструмента, вторая наиболее актуальна для УШМ, работающей с плохо сбалансированной оснасткой (высокие обороты создают такую вибрацию, что инструмент иногда с трудом удерживаешь в руках).
Наконец, цифры. В таблице ниже приведено среднеарифметическое значение вибрации различных моделей ведущих профессиональных брендов. Данные брались из инструкций, поэтому на абсолютную истину эти цифры не претендуют.
Отдельное слово по вибрации перфораторов. В таблице указана средняя цифра при режиме «удар + вращение». Если же брать чистый удар, то вибрация будет ниже: у машин SDS-Plus на 1 м/с2; у моделей SDS-Max средней весовой категории – на 2–3 м/с2 и, наконец, у тяжелых «максовских» перфораторов – на 3,5–5 м/с2.
Осталось одно несоответствие. Чуть выше говорилось о том, что по силе вибрации лобзики и ЭШМ – в числе лидеров, но цифры это не подтверждают. Никакой ошибки нет, просто эти машины оснащают эффективными антивибрационными приспособлениями. При этом скромные цифры не должны вводить в заблуждение, их едва ли применишь ко многим недорогим моделями.
ВИБРАЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ
Ротор двигателя у сетевых электроинструментов вращается со скоростью 22 000–25 000 об./мин. (или 370–420 оборотов в секунду). Даже незначительное смещение центра тяжести детали относительно оси вращения в таких условиях выльется в заметную вибрацию. Сразу добиться идеальной развесовки очень трудно, поэтому каждый ротор дополнительно обрабатывается: на поверхности его пластин делают балансировочные пропилы (по сути – удаление «лишнего» металла в нужном месте).
Размеры и количество этих пропилов зависят от изначального дисбаланса детали. Но результат, как говорится, налицо: двигатель у электроинструмента практически не дает сколь ощутимой вибрации. Теперь пробежимся по основным технологиям, которые применяют на тех или иных инструментах. (Табл.1)
УШМ
Как уже говорилось, сам по себе инструмент вибрирует слабо, колебания дает круг с плохой развесовкой. Впрочем, эта проблема достаточно эффективно решается с помощью автобалансира, который представляет собой увесистую деталь, напоминающую большой подшипник. Она съемная и не спрятана в редукторе, а надевается на шпиндель вместо фланца (служит опорой для диска и плотно прижимается к нему гайкой).
Внутри автобалансира – металлические шарики, погруженные в масло. При быстром вращении они группируются нужным образом, смещая центр тяжести системы «автобалансир – диск гайка» к оси вращения. Это заметно «сглаживает» даже очень сильные колебания и, что важно, замедляет износ диска.
Но, к сожалению, встречается эта полезная доработка только на топ-моделях. В качестве примера можно привести УШМ Milwaukee AGVM 26-230 GEX, оснащенную не только автобалансиром, но и центробежной муфтой B-Guard, а также быстрозажимной гайкой FIXTEC. Стоимость такого комплекта поражает, но в работе все это сказывается лучшим образом. Так, уровень вибрации при обдирке, если верить инструкции, всего 2,5 м/с2.
Встречаются автобалансиры и на малых УШМ. Яркий пример – Metabo WEA 14-125 Plus, которую также можно назвать «топовой» во всем (наличие всевозможных электронных систем, предохранительной муфты и быстрозажимной гайки Quick к этому располагает). Причем автобалансиру тут помогает виброгасящая дополнительная рукоятка.
РЕЗИНОВЫЕ ДЕМФЕРЫ
Нагляднее всего они реализованы в УШМ Bosch с технологией Vibration control (упругие элементы выдает красный цвет). По большому счету, вся система сводится к двум резиновым уплотнителям, установленным в разных местах. Один спрятан в основании дополнительной обрезиненной рукоятки (о его наличии свидетельствует гофрированная область). Другой элемент – резиновое кольцо – находится в стыке между корпусом мотора и основной рукояткой.
В заслугу производителю можно поставить то, что виброгасящие рукоятки ставятся не только на профессиональные, но и на бытовые модели вне зависимости от класса и размера диска. Пример из синего «семейства» – GWS 22-230 LVI, которая представляет новое поколение больших УШМ Bosch. Машина выделятся в первую очередь электронной системой KickBackStop, однако и Vibration control дает о себе знать. Уровень вибрации при обдирке у этого инструмента составляет 4,5 м/с2.
ЭЛЕКТРОЛОБЗИКИ
Здесь применяется наиболее эффективное оружие против вибрации – противовес. Эта одна из самых крупных деталей в редукторе представляет собой толстую пластину с прорезями. Принцип простой: шток и противовес движутся в противофазе, то есть движутся в противоположных направлениях, достигая пиковых значений одновременно.
Примечательно, что такой сложный на первый взгляд процесс достигается простым способом. Ведомая шестерня лобзика служит двусторонним эксцентриком: с одной ее стороны на периферии крепится «палец», качающий вверх-вниз шток, с другой стороны (у противоположного края) – выступ, зацепленный с противовесом.
В итоге получается, что шестерня, постоянно вращаясь в одну сторону, двигает две разные детали в противоположных направлениях. Эффективность такого механизма хорошо видна на примере лобзика Makita 4350FCT, который отличается не только хорошими характеристиками реза и светодиодной подсветкой. У модели есть и то, чем могут похвастаться далеко не все, а именно низкий уровень вибрации и шума.
ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ ШЛИФМАШИНЫ
У инструмента простая конструкция, однако тонкости имеются. Вибрацию гасит балансир – отдельная маленькая деталь или наплыв на самом эксцентрике, которая уравновешивает колебания, а они у механизма под названием «эксцентрик» неизбежны. Вся сложность заключается в просчете массы балансира: малейший недобор оставит вибрацию, создаваемую эксцентриком, а в случае перебора «солировать» станет уже противовес.
Учитывая то, что преимущественно вибрацией инструмент и шлифует, иногда удивляешься, насколько он незаметен в руках. За эталон можно взять, в частности, машину Festool ETS 150/3 EQ-Plus. Она выделяется многим, в том числе плавным пуском, тормозом подошвы и продвинутой системой пылеудаления Multi-Jetstream. Но по-настоящему шокирует другое: шум и вибрация настолько малы, что порой возникают сомнения, а работает ли инструмент?
АКТИВНЫЕ И КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ
Теперь стоит уделить внимание антивибрационным системам с собственным названием. Применяются они по большей части на перфораторах, отбойных молотках и реже на сабельных пилах, но элементами рекламы становятся обязательно. Чаще всего трехбуквенное название системы (например, AVT или AVS) является общим для всех инструментов производителя, в то время как реализация в каждом конкретном случае может сильно отличаться.
Для начала стоит напомнить, что способы гашения вибрации делят на активные и пассивные. Первые подразумевают работу противовеса, вторые – соединение основной рукоятки и корпуса через упругий демпфер (сверху) и шарнир (снизу). У отбойных молотков также применяется технология «плавающих рукояток». Сказанное выше – лишь стандартные конструкции, нередко встречаются ноу-хау.
Кстати, некоторых пользователей перфораторов все эти усовершенствования могут привести к ложному ощущению, что инструмент дает очень слабый удар.
KRESS
Один из корифеев в области производства перфораторов не оставил без внимания вопрос защиты от вибрации. Активных систем у Kress нет, однако технология «подпружиненной» рукоятки нашла необычную реализацию. Логика такова: чтобы эффективнее гасилась отдача, ход рукоятки относительно корпуса решили увеличить. Большая амплитуда достигается за счет двух резиновых демпферов, установленных друг за другом.
Но тут возникает сложность, так как трение в шарнире (в нижней точке крепления) увеличится, что приведет к износу деталей. Эту проблему решили глобально: вместо скользящего шарнирного механизма сделали соединение через два шариковых подшипника. Такая технология применяется на перфораторе 1100 KH-Max и отбойном молотке 1100 MH-Max.
HITACHI
Производитель уделяет немало внимания проблеме вибрации и результатом работы компании в данной области является система UVP (User Vibration Protection). Что это такое, лучше всего видно на примере тяжелых перфораторов Hitachi (хотя разработку применяют также на сабельной пиле и УШМ).
За основу можно взять модель DH 40 MRY весом под 7 кг и энергией удара 10,5 Дж. Самая эффективная составляющая UVP – противовес, выполненный в виде металлического бруска. В движение он приводится за счет инерции: деталь подвешена вертикально на упругой пластине.
«Подвеска» рукоятки также интересна. В нижней точке нет привычного жесткого шарнира. Здесь втулка в форме ромба, которая является частью рукоятки и соединена с корпусом через четыре мягких демпфера. Сверху же крепление выполнено зубчатыми наплывами, между которыми также вставлены резиновые элементы. Что удалось выгадать в итоге? Заявленный уровень вибрации составляет всего 5,8 м/с2.
Что касается больших УШМ с UVP (модели G 23 SCY, G 23 SEY, G 23 UBY), то здесь ноу-хау заключается главным образом в упругом соединении ведомой шестерни и шпинделя (детали зацеплены через муфту с виброгасящими прокладками), но не только. Основная рукоятка также крепится к корпусу посредством трех демпферов, два из которых расположены в районе посадочного места заднего подшипника, а третий окольцовывает корпус. В оснащение входит также виброгасящая дополнительная рукоятка.
MILWAUKEE
У Milwaukee защита от вибрации применяется не только на тяжелой технике, но и на перфораторах SDS-Plus и даже ударных дрелях. Правда, тут все сводится к резиновым уплотнителям между блоками корпуса и рукоятки. В наиболее же совершенном виде AVS, так называется технология от Milwaukee, представлена на знаменитых Kango.
В качестве примера можно взять перфоратор Kango 750 S. С массой 8,5 кг и ударом энергией 16 Дж, по паспорту машина выдает сравнительно скромные 9,5 м/с2.
Реализация системы достойна отдельного слова. Имеется как пассивная, так и активная составляющие, причем у второй есть свои особенности. Вибрацию гасит не один, а четыре противовеса, сгруппированные в две пары по разные стороны корпуса мотора. Бруски каждой пары прижимаются друг к другу пружинами и ходят вдоль направляющих штифтов. Усложнять конструкцию редуктора не пришлось, все эти приспособления закреплены на специальной раме, окольцовывающей мотор.
Кстати, точно такую же систему взял на вооружение и другой именитый производитель – Metabo: она представлена на новом комбинированном перфораторе KHE 76 и получила название «Tilger».
Разумеется, нельзя не сказать и о сабельных пилах Sawzall. Здесь всю работу выполняют два пьяных подшипника, один «привязан» к штоку, другой к противовесу, установленные на кривом валу под углом друг к другу, за счет чего и возникает противофаза.
DeWALT
Система от DeWALT получила название AVC (Active Vibration Control). Чего-либо в корне нового производитель не предлагает, но эффективность от этого меньше не становится. Нагляднее всего это видно на примере тяжелых отбойных молотков D25901K и D25941K (хотя AVC применяется и на SDS-Plus перфораторах).
Пассивный элемент здесь несколько отличается от стандартной схемы: амортизирующие детали есть как в верхней точке крепления рукоятки, так и в нижней. Противовес же размещен в узкой «шее» инструмента. Внешне деталь представляет собой массивную металлическую втулку, которая надевается на цилиндр в редукторе и двигается вдоль него (цилиндр служит направляющей). «Подвеска» балансира – традиционная, на двух жестких пружинах с разных сторон. Если верить производителю, уровень вибрации у такого мощного и производительного «молотка» как D25941K составляет 9 м/с2.
HILTI
Система, применяющаяся на инструментах Hilti, получила название AVR. Одним из главных ее достоинств следует считать компактность. В качестве примера подходят мощные перфораторы TE 40-AVR и TE 60-ATC AVR. Здесь система спрятана в небольшом обособленном от редуктора блоке и практически не меняет очертания и габариты машины.
Что представляет из себя AVR? В верхней части инструмента, фактически под крышкой корпуса, закреплена специальная пластмассовая кассета, в которой расположен противовес, представляющий собой литую Ж-образную деталь. «Подвешивается» он на пружинах, которые надеваются на центральные «наплывы».