电镐的工作原理及其典型问题分析

王俊豪，姜肖军

（1.浙江永康石柱电器厂，浙江永康 321301；2.浙江精力电器有限公司，浙江武义 321201）



电镐的工作原理及其典型问题分析

王俊豪，姜肖军

（1.浙江永康石柱电器厂，浙江永康 321301；2.浙江精力电器有限公司，浙江武义 321201）

摘要：基于电镐工作原理和主要部件及功能，简要介绍冲击机构的结构方式，从产品质量和失效原因等方面列举实际生产和使用中产生的典型问题，提出解决和预防方案。

关键词：电镐；电机；冲击机构；锤类工具

0 引言

电镐是建筑、装饰、矿山、道路等行业生产中常见的开凿设备。它是一种以串励电机为动力、利用活塞的吸排气带动撞锤作用于镐钎而产生冲击力的电动工具。常见的电镐以市电220 V为动力源，所以目前工具认证时的各项安全指标必须符合GB 3883.1-2008 手持式电动工具的安全 第1部分：通用要求及GB 3883.7-2012手持式电动工具的安全 第2部分：锤类工具的专用要求。电镐的使用大大降低了人们的劳动强度，提高了劳动生产率。

1 组件

基于电镐的功能结构特点，可划分为：电机组件、传动组件、冲击组件、镐钎夹持组件、机油补充组件、机壳和手柄组件。其中，电机组件和冲击组件是电镐较为关键的组件。组件功能如下：

1）电机组件：由定转子、碳刷、碳刷架或刷握、电缆线、开关等电器部件组成，是产生动力的部件，也是GB 3883.1及GB 3883.7相关标准中安全规范要求的重点。

2）传动组件：由齿轮、偏心轴、连杆等组成，是电镐的动力传输部件。电机旋转速度下降后增大输出扭矩，并将旋转运动转变为往复直线运动。

3）冲击组件：由气缸和撞锤、活塞、密封圈等组成，是电镐产生冲击力的组件，由连杆带动活塞在气缸内产生往复运动，通过活塞与气缸的吸气与排气，也使得气缸或撞锤往复运动而产生冲击。

4）镐钎夹持组件：能保证在使用过程中，镐钎不会从电镐中脱落。它由铁头（具有镐钎锁定功能）、减振零件、密封件组成。

5）机油补充组件：主要设计在大功率电镐上，是在使用过程中缓慢补充机油的装置。由油芯、油芯架、油眼、密封圈等组成。偏心轴旋转运动时接触油芯对连杆活塞、气缸补充润滑油。轻型电镐（气缸内径不大于40 mm）如0810系列电镐及部分大功率电镐（博世16E），就没有该组件。

6）机壳手柄组件：由机壳（包括塑料及铝机壳）、手柄、开关或含有软启动开关、抗干扰组件、辅助手柄等组成，为上述组件的安装提供支撑。

2 原理

目前，市场较为常见的电镐其冲击机构大致分为两种结构：结构一和目前使用的26电锤结构相似，在气缸内通过活塞的吸气、排气带动撞锤往复运动产生冲击，它的气缸是直通的，吸气、排气通过气缸的内部与外部进行交换；结构二是气缸与撞锤合为一体，通过活塞在气缸内部的往复运动带动气缸再通过开口圈的牵引缓冲产生冲击，它的吸气、排气的气体交换均在气缸内进行。

结构一如图1a所示：在插入镐钎后，通过冲击锤杆将撞锤上顶，使撞锤位置越过气缸上的气孔。在活塞的往复运动中，撞锤被活塞带动吸上、推下而产生往复运动撞击冲击锤杆而产生冲击，见图1b。

当镐钎被拔出时，由于撞锤也往下移，撞锤也就没有能封住气缸上的气孔，在活塞往复运动时，由于大气孔的补气和排气，撞锤不能被活塞吸上或推下，也就不会随活塞运动，所以就不产生冲击。该原理与电锤的冲击原理基本一致。见图1c。

图1　冲击机构一

该结构目前主要在轻型电镐（气缸内径不大于40 mm）上使用，如0810系列。但也有部分大电镐（气缸内径大于55 mm）也使用该结构，如博世16E电镐、恒友90电镐。

结构二如图2a所示：该结构气缸前端封闭，对外的作用力也由它完成。该类结构目前有两种活塞：单密封圈活塞和双密封圈活塞（图2b）。单密封圈活塞以φ45 mm较为常见，双密封圈活塞以φ46 mm较为常见，双密封圈活塞中的两只密封圈分别起到密封和平衡作用。单密封圈活塞的密封圈采用类似于Y形圈，压气的过程中涨开，增加密封效果，双密封圈活塞前端的密封圈为O形圈，没有自涨的效果，所以相对于单密封圈活塞的电镐，在气缸内径相同的条件下，双密封圈活塞电镐可靠性高但冲击力略小，故通常采用增大内外径的方式来增大冲击力。

其工作原理是：活塞往回运动时，通过开口圈对气的吸拉作用，使活塞与气缸有一个相对运动，在活塞密封圈经过气缸排气口时，使气缸内部吸气，见图2c。当活塞往前运动时，带动气缸也往前运动，当镐钎抵住气缸时（产生冲击）活塞继续往前运动，在活塞密封圈经过气缸排气口时排气，可减少反弹力，见图2d。

图2　冲击机构二

3 问题分析

在电镐的使用中，常常会发生失锤或冲击力偏小等问题或不正常现象，究其原因主要有：

1）密封圈磨损

不管采用哪一类冲击结构，都可能因为活塞密封圈的磨损或损坏致使密封圈丧失作用，密封效果无法保证。

2）气缸内油脂过少或过多

失去油脂的润滑将导致密封效果的降低，容易漏气。活塞及密封圈与气缸的摩擦力相应增加，导致缸内温度急剧升高而烧坏密封圈。另外，铝活塞的材料膨胀系数大于钢，或致使活塞与气缸卡死。气缸缺乏油脂会失锤，油脂过多也可导致失锤。针对结构一的电镐，在铁头部件上有密封装置，过多的油脂集聚在气缸外部堵住换气孔，影响撞锤吸排气，导致撞锤不能进行往复运动而失锤。针对结构二的电镐，由于气缸上部封闭，过量的油脂通过气缸的吸排气，堆积在气缸底部，使气缸内部的空间减少，活塞的运动达不到足够的深度使空气交换无法进行，所以造成无冲击或冲击无力等现象或产生巨大的反弹力。在一些没有机油补充组件的大电镐中，超量加入油脂也会产生此类问题。

3）电机转速过快

电机转速过快也是电镐失锤的重要原因。无论哪种结构形式的电镐，形成冲击的前提必须是气缸与活塞在运动过程中完成吸排气的交换，转速加快后活塞或撞锤通过气缸换气口的时间相对缩短，导致换气时间不够，产生失锤现象。

4）铝件变形

气缸外部的铝件受伤变形挤压到气缸变形，导致气缸或者气缸内的撞锤上下运动不畅，同样容易导致失锤。

5）与气缸配合的开口圈不合理

对于结构二的电镐，失锤的原因也与气缸配合的开口圈有关。按正常设计开口圈的开口角度比气缸末端倒角的角度大，开口圈与气缸在长期的运动后产生磨损，导致开口圈将气缸卡死，或开口圈失去弹力而无法吸住气缸，都会导致电镐的失锤。另外，开口圈前置的减振圈等零件破损，也会引发位置前移而导致失锤。

6）电机质量

电机是所有电动工具的心脏，它的质量好坏直接影响着工具的使用寿命。电镐对于电机的要求又有它的特殊性，劣质电机极易在电镐使用时所处的恶劣环境和振动的特点影响下，发生失效故障。

7）断线

断线是电镐在使用中最常见的故障之一，电机绕组断线在点焊边缘或在出换向器嵌线槽接口处。由自动绕线机绕制的电机，其漆包线始终处于涨紧状态，在被嵌入换向器的嵌线槽后张力始终存在，而经过点焊，多少会有一些损伤。电镐使用时产生的振动极易造成断线，致使电机火花加大继而引起烧机。目前，一些制造商采用原始的手工绕线及手工嵌线法，或在绕线与换向器连接处采用加强措施，可较大程度提高电机寿命，但与之而来的制作成本也随之提高。

8）铁芯串动

根据GB 3883.1的相关规定，不论是否Ⅱ类工具，其电机必须是Ⅱ类结构，即转子必须是双重绝缘。当轴绝缘材料由于自身的强度及韧性不足时，在电镐的巨大振动和反弹力的双重作用下，会破坏轴绝缘结构，导致铁芯的串动，引起烧机。所以在电镐上附加绝缘材料一般都应采用高强度的热固性塑料。

9）换向器浮片或跳排

由于电镐的巨大振动，普通换向器在选择电木粉材料及换向器在固化成型工艺上的欠缺，或者未添加加固环，均易引起浮片或跳排现象。

10）齿轮崩齿或剃齿

电机轴、齿轮的原材料选择以及热处理工艺的技术不到位，较易引发电镐出现崩齿或剃齿的情况。

11）定转子相擦，俗称擦铁

装配时，支撑定转子的各零件之间没有紧配或紧配不够，可致使一段时间后两边的间隙发生错位，最终产生擦铁，绕组的温度急剧升高而导致烧机。

12）轴承失效

轴承失效在电镐故障中也较为常见。电镐装配用的轴承与各部位配合设计不当，导致轴承内圈膨胀而外圈无法外胀使轴承游隙减少，或将轴承咬死。另外，在装配中轴承外圈受力，导致轴承的变形，保持架也可能变形导致破损，致使轴承散架或卡死。所以在选择轴承时，轴承的游隙必须选择C3或C4，保持架的材料必须有足够的强度及韧性，轴承应保持严格的密封性能，防止漏油以及灰尘的进入。

13）传动组件失效

齿轮崩齿或剃齿、偏心轴变形断裂、连杆变形断裂、偏心轴上的键被剪切是传动组建失效的主要原因。一般与零件的原材选择、加工以及热处理的工艺选择和工艺执行是否到位有关。至于键被剪切，一是键本身的机械强度不够，二是齿轮与偏心轴没有过盈配合。

4 结论

电镐作为被广泛应用的一种电动工具，因其作业环境较为恶劣，暴露出的产品质量问题相对较多，本文简要地阐述电镐的工作原理，列举了电镐在实际使用过程中容易出现且有别于其他电动工具的典型问题。对设计、生产者在设计制造中必须注意的问题起参考作用，对普通消费者来说，首先必须认真仔细阅读产品使用说明书，在使用过程中严格按照说明书上的操作规程、规范使用，以提高电镐的使用寿命。

参考文献

［1］GB3883.1-2014手持式可移式电动工具和园林工具的安全 第一部分：通用部分［S］.北京：中国标准出版社，2014.

［2］GB3883.7-2012手持式电动工具的安全 第二部分：锤类工具的专用要求［S］.北京：中国标准出版社，2012.

［3］JB/T8880-2010滚动轴承电机用深沟球轴承技术条件［S］.北京：机械工业出版社，2010.

［4］GB/T4604.1-2012滚动轴承 游隙 第一部分：向心轴承的径向游隙［S］.北京：机械工业出版社，2012.

［5］李邦协.实用电动工具手册［M］.北京：机械工业出版社，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

中图分类号：TM08

文献标识码：A

文章编号：1674-2796（2016）02-0013-05

［收稿日期］2016-01-20

［作者简介］王俊豪（1964-），男，大学本科，高级工程师，主要从事电动工具及相关产品的研发工作。