Устройство и принцип работы перфоратора – почему ствол чаще всего выходит из строя

Принцип работы инструмента

Дословно слово перфоратор обозначает «бурильный молоток». Для повышения производительности в горнодобывающих работах был разработан в начале XIX века отбойный молоток. Принцип действия устройства заключался в использовании махового колеса. Он приводил в движение штангу с присоединёнными к нему специальными защипами. Штанга под воздействием пружины наносила удар и возвращалась обратно поршнем.

Устройство постоянно совершенствовалось. В 1932 году в Германии корпорация Bosch выпустила первый перфоратор, работающий от электричества. В этом устройстве был совмещён ударный и вращательный момент. Разработанный компанией принцип действия используется и сейчас в современных моделях электрических перфораторов.

Перфоратор — это устройство, предназначенное для бурения отверстий и разрушения твёрдых пород. В качестве расходного материала используются буры разного диаметра и зубила. Инструмент разделяют по классу применения:

• бытовой;
• полупрофессиональный;
• профессиональный.

Кроме этого, различают его по механизму работы, который бывает электромагнитным и пневматическим. Последний тип механизма выпускается одно-, двух-, и трёхрежимный. То есть можно выполнять сверление, удар или обе операции одновременно.

По своему виду инструмент напоминает пистолет и может использовать в работе электрический, топливный или пневматический привод. Последние востребованные при опасных условиях работы, во время которых существует возможность взрыва.

В основе принципа работы перфоратора, отличающего его от другого подобного инструмента, лежит ударный механизм. Электромагнитный тип использует две электромагнитные катушки, обеспечивающие возвратно-поступательное движение сердечника. Он и передаёт инерцию хвостовику бура. Пневматический тип основан на движении поршня в цилиндре, совершающем также возвратно-поступательные движения.

В работе электрического перфоратора используется преобразование вращения двигателя в ударно-вращательное движение бура. Муфта, используемая в конструкции, обеспечивает защиту при повышенных нагрузках. Пьяный подшипник перфоратора и поршень создают ударное усилие, а зажим бура обеспечивает патрон.

Каждый производитель стремится улучшить конструкцию за счёт применения конструктивных особенностей. В основном это мелкие доработки, связанные с применением различных материалов и местом их расположением. В целом же основные элементы остаются неизменными. К таким деталям относят:

• кнопку включения;
• двигатель;
• ударный механизм;
• предохранительную муфту;
• зажим бура.

Из дополнительных особенностей конструкций можно выделить систему удаления пыли и виброподавляющий узел. Для многорежимного типа инструмента устанавливается кнопка переключения работы.

Как работает простая дрель

Электродвигатель при помощи редуктора передает крутящий момент на патрон, а затем и на сверло. Оператор создает давление в направлении сверления, сверло своими рабочими кромками послойно срезает материал, углубляясь в отверстие. Это правило работает в случае, когда материал относительно мягкий и податливый.

Так сказать, если есть что «срезать». В противном случае, сил оператора на поступательное движение может не хватить. В этом – главное отличие обычной дрели от ударной. Бесспорное преимущество – удобство в работе и возможность выполнять работы с высокой точностью.

Безударная электродрель с функцией переключения оборотов

Наличие регулятора оборотов добавляет универсальности в плане сверления различных мягких и легкоплавких материалов.

Электродвигатель устройства

Двигатель, являясь основным элементом устройства, приводит в действие все остальные части механизма. Он состоит из статора и ротора, при этом ротор подвижная часть, а статор нет. В состав ротора входят якорь и коллектор. Якорь — это такой блок, содержащий пластины из стали. На них наматываются обмотки из медной проволоки. Коллектор, в свою очередь, выглядит в виде цилиндра. Его конструкция имеет вид диэлектрика с установленными проводящими пластинами, к этим пластинам и подключаются обмотки якоря.
Вращения ротора происходят за счёт магнитного потока, создаваемого вокруг него обмотками статора и приводящего к возникновению момента кручения. При этом ротор использует только постоянное значение тока, и магнитный поток всегда направлен только в одну сторону. Подача питания осуществляется посредством щёток, выполненных из графита. Щётки расположены таким образом, чтобы обеспечивать электрический контакт с якорем.

Износ щёток не должен превышать 70 процентов, если превышает, требуется их замена. Перед заменой необходимо обратить внимание на щёткодержатель и очистить его при необходимости.

Для проверки обмоток можно воспользоваться мультиметром. Для этого один щуп измерительного прибора устанавливается на щёткодержатель, а второй на вход подключения к сети 220 вольт. Чтобы точно определить места подключения, проще воспользоваться электросхемой. Если сопротивление бесконечное, делается вывод о перегорании обмотки.

Характеристики перфораторов

Максимальная энергия удара – основная характеристика перфораторов, определяющая его возможности и производительность. Чем больше энергия удара, тем крупнее бур или коронку можно использовать и тем быстрее будет происходить долбление.

Для домашнего применения – сверления отверстий под дюбеля и анкерные болты – будет достаточно легкого маломощного перфоратора с энергией удара 1-2 Дж.

Если перфоратор планируется использовать для долбления штраб и установки подрозетников, энергия удара потребуется побольше: 2,5 – 3,5 Дж.

Для сверления проходных отверстий большой длины и диаметра; для прорубания проходов в кирпичных стенах потребуется достаточно мощный инструмент с силой удара 4-10 Дж.

Максимальная сила удара в 10-30 Дж необходима при демонтаже стен и проделывании проходов в несущих бетонных стенах.

После выбора нужной силы удара, следует обратить внимание на мощность – она должна соответствовать энергии удара:

— для максимальной энергии удара в 1,5 Дж оптимальной мощностью будет 600 Вт;

— 5-15 Дж – 1200-1500 Вт

— от 10 Дж – 1500 и выше Вт

Если мощность много ниже оптимальной, это не значит, что производитель пытается ввести вас в заблуждение, и сила удара завышена. Низкооборотные перфораторы с пневматическим ударным механизмом могут обладать большой силой удара при сравнительно маленькой мощности. Возможности таких перфораторов будут те же, что и у более мощных, а вот производительность будет ниже.

На производительность также влияет частота ударов. Чем больше максимальное количество ударов в минуту, тем быстрее будет сверлиться отверстие. Высокая частота ударов (3500-7500 уд/мин) позволяет маломощным перфораторам с малой силой удара иметь приемлемую производительность. И наоборот, перфораторам с большой силой удара высокая частота не нужна, они выдают 2000-3500 уд/мин.

Тип крепления бура (патрон). Наиболее распространенными вариантами являются SDS-Max и SDS-Plus.

Патроном SDS-Plus оснащено большинство перфораторов малой и средней мощности. Диаметр хвостовика оснастки SDS-Plus составляет 10 мм, этого достаточно для буров диаметром до 30 мм, долот для штрабления и коронок для подрозетников.

Патрон SDS-Max рассчитан на хвостовик диаметром 18 мм, таким патроном оснащаются мощные перфораторы. Длинные буры большого диаметра, долота для демонтажа и коронки большого диаметра имеют хвостовик SDS-Max.

Патрон SDS-Quickиспользуется только в компактных перфораторах bosch. Хвостовик оснастки имеет диаметр 8 мм, максимальный диаметр сверл по бетону с таким хвостовиком составляет 10 мм.

Режимы работы.

Режим сверления с ударом применяется для сверления отверстий в бетоне, керамограните, литьевом и природном камне. Для бытовых перфораторов это наиболее востребованный режим.

Некоторые модели оснащены режимом шуруповерта – он подобен режиму сверления, но с низкой скоростью вращения патрона. В этом режиме можно закручивать саморезы большого диаметра. Но реверсом и расцепной муфтой (трещоткой) перфораторы не снабжаются, поэтому полноценного шуруповерта не получится. Вес и габариты перфоратора также не способствуют такому его использованию.

Питание устройства. Двигатель перфоратора потребляет высокий ток, поэтому долгое время перфораторы оставались исключительно сетевым инструментом с питанием от сети 220 В. Но развитие технологий и создание аккумуляторов, способных долгое время давать высокий разрядный ток, позволило начать производство аккумуляторных перфораторов. Несмотря на большой вес, высокую цену и низкую энергию удара, такой инструмент сразу приобрел высокую популярность – потому что в условиях отсутствия электропитания намного проще воспользоваться аккумуляторным перфоратором, чем таскать с собой бензиновый генератор. К сожалению, продолжительность работы перфораторов от одного аккумулятора пока невысока – 1-1,5 часа при оптимальной нагрузке. С увеличением нагрузки время работы может сократиться в несколько раз.

Максимальное число оборотов холостого хода практически не оказывает влияния на скорость сверления бетона в режимах долбления и сверления с ударом. Обратить внимание на этот параметр следует в том случае, если перфоратор предполагается использовать в качестве дрели – для уверенного сверления металлов нужно большое число оборотов холостого хода (от 1200 и выше).

Максимальный диаметр сверления. Для удобства выбора многие производители приводят максимальные диаметры сверления дерева, металла и бетона. Но глубина сверления при этом не указывается, поэтому пользоваться этими характеристиками следует с осторожностью. Например, у некоторых 700-ваттных перфораторов указан максимальный диаметр сверления бетона в 30 мм. Да, просверлить таким перфоратором 30 мм отверстие глубиной несколько сантиметров получится, но не стоит рассчитывать проделать сквозное отверстие в бетонной стене.

Функции реверса позволяет изменить направление вращения патрона и может оказаться очень полезной при заклинивании бура. Кроме того, использование реверса заметно облегчает извлечение из отверстий длинных буров. В режиме шуруповерта наличие реверса увеличит практичность инструмента и позволит не только закручивать саморезы, но и выкручивать их.

Предохранительная муфта предотвращает рывок инструмента при заклинивании бура или коронки. Опция особенно важна для мощных перфораторов – в случае клина в режиме сверления с ударом без предохранительной муфты такой инструмент просто невозможно удержать в руках.

Уровень вибрации перфораторов один из наиболее высоких среди всего ручного инструмента. Продолжительное воздействие вибрации такого уровня может быть вредным для здоровья. Если работать перфоратором предполагается часто и подолгу, обязательно следует обратить внимание на наличие антивибрационной системы.

Предохранительная муфта

При увеличении нагрузки на инструмент, превышающей его характеристики согласно инструкции по эксплуатации, чтобы не допустить повреждения элементов, устанавливается предохранительная муфта. Главная её задача — остановить попытки механизма провернуть патрон при заклинивании бура. Если б такая муфта не стояла, то при заклинивании перфоратор вывернулся бы из рук.

По типу использования муфты бывают кулачковые и фрикционные. Первый тип состоит из двух частей, имеющих скошенные грани и соединённые друг с другом через пружину. При усилении давления пружина распрямляется, и части выходят из сцепления. Муфта расцепляется. Такое состояние характеризуется появлением треска. Во фрикционной муфте момент вращения предаётся на подключённый механизм за счёт плотного сжатия дисков. При перегрузке усилие сжатия пропадает, и вращение не передаётся.

Способы устранения неисправностей

Самостоятельный ремонт перфоратора крайне затруднен сложной конструкцией. Даже разборка корпуса часто является непосильной задачей для домашнего мастера.

Специалисты сервисных центров ведущих брендов помимо соответствующего образования имеют регулярную практику работ, необходимый инструмент, приспособления.

Кроме того, диагноз электроинструменту выносится при первичном осмотре, что позволяет спланировать бюджет: вложиться в имеющийся инструмент без гарантий длительной эксплуатации, либо потратиться на новый электроинструмент с высоким ресурсом, гарантийными обязательствами производителя.

Разборка редуктора перфоратора: 1 – кольцо специальное, 2 – втулка освобождающая, 3 – кольцо, 4 – шарик, 5 – пружина 8 – кожух, 22 – пружина замыкающая, 28а – переключатель, 29 – кольцо, 30 – пружина,31 – фиксатор.

Перфоратор используется в разных режимах, что значительно снижает ресурс рабочих органов. Кроме того, в специализированных компаниях чаще используется либо долбежка (бетонные, каменные работы, реставрация зданий, фундаментов), либо сверление (монтаж бытового, промышленного оборудования). Если во втором случае, соблюдая рекомендации производителя по режимам сверления, можно продлить срок службы электроинструмента, то в первом варианте рассчитать нагрузку очень сложно. Например, при указанном максимальном сверлении бетона в 24 мм рекомендуется использовать буры в пределах 18-16 мм. Пики для разрушения бетона, камня, кирпича – стандартные, поэтому инструмент испытывает различные нагрузки.

Если электроинструмент перестал бить, можно ограничиться разборкой шпиндельного узла в следующей последовательности:

• демонтаж рычага переключения режимов – детали обычно изготовлены из полимеров, поэтому являются достаточно хрупкими;
• отсоединение пыльника – резиновая гофра должна периодически заменяться, поскольку часто контактирует с разрушаемыми материалами, изнашивается, растрескивается;
• при разборном патроне вначале снимаются щетки; ослабляются и откручиваются винты;
• корпус разделяется на две половины.

Визуальный осмотр в 90% случаев позволяет выявить неисправность, заменить поврежденную/изношенную деталь. Перед сборкой в обязательном порядке добавляется, заменяется смазка.

Ударный механизм

Эта часть инструмента обеспечивает основную задачу перфоратора — долбить. По типу работы может быть механическим или пневматическим.

Существует два варианта конструкции пневматического механизма: использующий подшипник качения или кривошипно-шатунный тип. Первый вариант используется для бытового вида инструмента, а второй — для профессионального.

Устройство, использующее подшипник качения, или по-другому «пьяный подшипник», состоит из группы элементов: поршень, боек, таран и непосредственно сам подшипник.

Вращение двигателя во время работы связано с внутренней втулкой «пьяного подшипника». Внешняя втулка соединяется с поршнем, она совершает движения, напоминающие качение. Расстояние между поршнем и тараном заполнено воздухом. Он, подвергаясь изменению давления, и воздействует на таран, который повторяет движения за поршнем. В результате по бойку наносится удар, а тот, в свою очередь, передаёт силу удара непосредственно буру. Такое действие фактически и означает преобразование электрической энергии в механическую.

Сфера применения

Перфоратор — это ручной электроинструмент, в котором рабочая часть совершает не только возвратно-поступательные (ударные) движения, но еще и вращается. При этом обрабатываемый материал не срезается острой кромкой, а разрушается от ударов. Так выглядит одна из самых распространенных моделей перфоратора.

Конструкция агрегата предусматривает несколько режимов работы, и тот, который нужен для конкретной цели, легко выбирается переключателем на корпусе. На фото виден этот переключатель. Множество быстросменяемых насадок превращает перфоратор в такое универсальное устройство, которое можно применять для:

• пробивания сквозных отверстий в стенах и перекрытиях;
• создания глухих отверстий под анкеры и дюбеля;
• штробления строительных поверхностей для прокладки электропроводки и труб;
• сверления металла и других операций.