角向磨光機的防護罩強度考核及安全操作建議

張曉斌　王盛武

（ 浙江省機電設計研究院有限公司 浙江 杭州 310002 ）

角向磨光機的防護罩強度考核及安全操作建議

張曉斌王盛武

（ 浙江省機電設計研究院有限公司 浙江 杭州 310002 ）

摘要簡述了電動工具中重要產(chǎn)品電動角向磨光機防護罩標準要求的試驗方法、測試步驟及操作、判定依據(jù)以及針對測試結(jié)果給出對角向磨光機安全操作的建議。

關(guān)鍵詞電動工具 角向磨光機 防護罩

0　引言

電動角向磨光機是電動工具產(chǎn)品中的一種，適用于一般環(huán)境條件下，用纖維增強樹脂砂輪對金屬材料進行磨削作業(yè)活動；選用適當?shù)母郊€能對金屬進行除銹拋光，切割金屬、磚瓦、混凝土、大理石、石板等材料，廣泛應用于金屬和建筑材料的加工。角向磨光機在軸承室中間蓋的下端有一道軸向限位槽，中間蓋的上端每隔一定的角度有防護罩旋轉(zhuǎn)定位槽，邊緣上有非均勻分布的防護罩安裝定位槽，防護罩的中部固定一個帶有凸筋的彈簧片，卡環(huán)壁內(nèi)側(cè)有數(shù)量與防護罩安裝定位槽相等、分布角度和直徑相同的定位筋。上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成了快速轉(zhuǎn)換定位和自鎖功能的防護罩。如圖1所示：

圖1　防護罩示意圖

旋轉(zhuǎn)防護罩可以方便地調(diào)整角度。在拆卸時，需借助工具將防護罩的彈簧片抬起，方可卸下，使用較為方便。但是，因其需要使用到高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削、切削等操作，若砂輪爆裂，就會產(chǎn)生較大的危險，由于防護不到位或者操作不當導致的人身傷害事故時有發(fā)生。目前，量產(chǎn)的角向磨光機主要依靠砂輪防護罩來防止這一危險的發(fā)生，因此，對于防護罩的機械強度考核顯得尤為重要。

國際電工委員會（International Electrot echnical Commission，IEC）早在2003年發(fā)布的標準IEC 60745-2-3：2003中就規(guī)定了專門對防護罩機械強度的考核，我國國家標準GB 3883.3-2007等同采用了此考核要求，目的就是考核防護罩是否能經(jīng)受住碎裂砂輪的沖擊，借以保護操作者的人身安全。

1　試驗方法及判定依據(jù)

根據(jù)現(xiàn)行標準GB 3883.3-2007中涉及機械強度的要求，對于角向磨光機防護罩的機械強度考核采用故障模擬試驗來實現(xiàn)，即模擬砂輪在規(guī)定速度下解體動作，以考核防護罩的強度及其對操作者的防護是否到位。

1.1試驗方法

將砂輪片經(jīng)過預處理的角向磨光機按標準要求安裝到砂輪爆破箱中，接通電源，使砂輪達到標準規(guī)定的轉(zhuǎn)速后，靠自身產(chǎn)生的離心力解體，碎裂的砂輪片飛向防護罩和爆破箱的內(nèi)壁。試驗結(jié)束后，觀察防護罩是否破損嚴重，防護罩朝砂輪旋轉(zhuǎn)方向所轉(zhuǎn)過的角度是否在標準允許范圍內(nèi)，砂輪碎片在爆破箱內(nèi)壁上留下的印痕是否落在允許區(qū)域內(nèi)。

1）砂輪片預處理

為了使砂輪在規(guī)定速度下解體，必須對砂輪進行預處理以降低砂輪的強度。對砂輪進行切割，將砂輪分成四個區(qū)域（如圖2所示），在高轉(zhuǎn)速、高離心力的作用下，切痕處產(chǎn)生應力集中，從而使砂輪爆裂。砂輪預割長度可參考GB 3883.3-2007中典型切痕深度（見表1幾種標準砂輪的典型切割深度）。

圖2　砂輪片預處理

表1　幾種標準砂輪的典型切痕深度

2）砂輪解體速度的控制

為了盡可能模擬實際工況下的砂輪解體離心力，砂輪解體時的速度要求定義為：角向磨光機額定空載轉(zhuǎn)速的90%，或額定電壓下砂輪的空載運行轉(zhuǎn)速，兩者取大值。試驗過程中，實際的解體速度應等于或大于這個值，但不能低于這個值，否則，將因轉(zhuǎn)速太低而造成試驗失敗。

在被測樣品的電源線前端接入一個調(diào)壓器，通過調(diào)節(jié)角向磨光機的輸入電壓，實現(xiàn)對砂輪主軸轉(zhuǎn)速控制。

1.2判定依據(jù)

3個防護罩經(jīng)過試驗后應滿足如下要求：

1）護罩和緊固件或護罩的安裝硬件應原地保留；護罩和安裝硬件的變形、細微裂紋或刮痕和鑿印可以接受。

2）砂輪解體后，護罩朝砂輪旋轉(zhuǎn)方向不能轉(zhuǎn)過90°以上，圖3和圖4中的虛線位置顯示了兩種防護罩試驗結(jié)束后允許轉(zhuǎn)過的最大角度。

3）大碎塊在爆破箱內(nèi)壁的印痕應落在碎片區(qū)域之內(nèi)。允許的碎片區(qū)域定義為：以砂輪機砂輪爆裂前瞬間位置為準，過兩側(cè)手柄的中點作直線延伸到內(nèi)壁，面向未被護罩防護的砂輪的一側(cè)，如圖5所示。

圖3　護罩位置注釋

圖4　不同型號砂輪用護罩位置

圖5　護罩強度試驗箱

2　試驗注意點

2.1砂輪預割

1）首次切割應進行保守切割，以防止砂輪切割過深造成過低速度下解體；其次觀察試驗轉(zhuǎn)速是否達到規(guī)定數(shù)值并保持，一般情況在5 min左右會破裂。如果遇到砂輪不能破裂，需要暫停試驗，繼續(xù)再切割砂輪片，然后重新試驗。

2）砂輪解體試驗有高度危險性，必須在密封的箱體內(nèi)進行，速度的控制不能直觀體現(xiàn)。為了實時監(jiān)控砂輪的旋轉(zhuǎn)速度，我們設計了速度傳感器的安裝支架，可以方便地測量砂輪的轉(zhuǎn)速，在設備的終端能用儀表直觀的讀取。

2.2砂輪爆破瞬間工具位置

考慮到工具在試驗過程中會有所變動，但是工具位置的變動會直接影響最終的判定結(jié)果，因此在密閉的箱子里安裝高清攝像系統(tǒng)，能清楚的反應出砂輪爆裂瞬間工具及砂輪的位置。

2.3砂輪碎片沖擊印痕在爆破箱內(nèi)壁的保持

根據(jù)國家標準的要求，可在箱體的軟木層之內(nèi)再鋪設一層粘土層，以吸納撞擊到內(nèi)壁的碎片。

粘土層能夠基本保留砂輪印痕，但也有其自身難以克服的缺陷，實際使用效果并不理想。例如粘土層非常容易干化脫落，幾乎每次進行試驗前都要重新鋪設。如果濕度不夠，印痕會不明顯，只有少量的碎片直接吸納在粘土上。由于解體速度的規(guī)定，試驗失敗的情況會非常多，導致每次試驗開始前清理前次留下的印痕變得非常繁瑣。

在檢驗過程中，通過對各種材料的試用比較，最終鎖定泡沫層加牛皮紙的組合來吸納沖擊印痕，泡沫層可以非常理想地保留住碎片。為了讓一套泡沫層可以多次試用，于泡沫層表面粘一層牛皮紙，每次試驗前，可在牛皮紙上標記前次試驗留下的印痕，以保證一套牛皮紙可以多次使用。

4　檢驗結(jié)果分析及安全操作建議

通過多次試驗結(jié)果分析導致試驗不通過的原因：

1）防護罩材質(zhì)差，導致防護罩直接破裂；

2）防護罩強度不夠，變形量明顯；

3）防護罩固定裝置不夠牢固，導致防護罩和機身脫落；

4）防護罩防護面積不夠。

因此我們選購角向磨光機時，首先推薦選購有“CCC”標志的產(chǎn)品，有此標志的產(chǎn)品必是通過以上防護罩強度考核的產(chǎn)品；其次，要選擇防護罩防護面積比較大的產(chǎn)品；另外，要選擇防護罩和機身有剛性連接的產(chǎn)品，如果選擇帶有快速扣緊裝置的，也要選擇帶調(diào)節(jié)功能的快速扣緊裝置；最后看防護罩和砂輪的外端邊緣的距離，盡可能選擇距離小的。

操作角向磨光機存在一定的危險因素，從安全的角度，結(jié)合安全檢測發(fā)生不合格的情況總結(jié)出以下安全建議：

1）減少砂輪爆裂發(fā)生的幾率

推薦選用帶加強筋的，安全線速度大于80 m/s的高強度砂輪片，例如增強纖維樹脂型砂輪片；

嚴格根據(jù)用途選擇砂輪類型，例如不要用切割砂輪的側(cè)面進行磨削操作；

安裝防護罩的最佳角度應是逆砂輪旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過30°（如圖3和圖4中位置B所示），因為所有的護罩強度試驗都是基于這一安裝角度進行的；

更換砂輪后第一次操作前，推薦進行1 min空載運行，觀察砂輪工況是否正常，尤其是感受手部振動量是否有明顯的增加現(xiàn)象。若有明顯增加，說明砂輪安裝有偏心情況或者法蘭盤的安裝吻合狀態(tài)不佳，這些均容易造成實際操作中的砂輪爆裂；

進行磨削作業(yè)時，應使砂輪與工作面保持15°～30°的傾斜位置；

進行切割作業(yè)時，發(fā)生砂輪爆裂的幾率遠高于磨削作業(yè)。應注意不要施加過度的應力，更不要試圖進行過深的切割。過度的應力會造成卡滯現(xiàn)象，從而增加砂輪爆裂的可能性。當砂輪被卡住或無論任何原因而中斷切割時，應關(guān)掉工具并保持握住工具直至砂輪完全停止，決不要試圖在砂輪仍在運轉(zhuǎn)時脫離切割工件，更不要在工件內(nèi)部試圖重新啟動。

2）選擇合理措施減少砂輪爆裂情況下的傷害幾率

首先，應在操作前做好相應的防護措施，例如根據(jù)適用的情況，戴好護目鏡、面罩、手套和能夠抵擋小磨料或碎片的工作圍裙；

由于防護罩強度試驗中，爆破箱的內(nèi)徑為1 m、且四周有吸納碎片的材料，所以推薦在較開闊的環(huán)境中進行操作，以防止砂輪碎片從未加防護的區(qū)域反彈而導致傷害事故。

在進行實際操作時，嚴禁旁觀者出現(xiàn)在防護罩強度試驗中所對應的允許碎片區(qū)域（如圖5所示）。

參考文獻

[1]GB 3883.1-2005《手持式電動工具的安全 第一部分：通用要求》[S].

[2]GB 3883.3-2007《手持式電動工具的安全 第二部分：砂輪機、拋光機和盤式砂光機的專用要求》[S].

[3]戴欣平.電動工具檢驗與測試 [M].北京：科學出版社， 2010.

中圖分類號TM930.1

文獻標識碼A

文章編號1674-2796（2014）01-0019-04

[收稿日期]2013-11-30

[作者簡介]張曉斌（1981-），男，本科，工程師，主要從事電動工具和電動機等檢測工作。

Suggestion on Strength Assessment and Safe Operation of the Angle Grinder Protecting Guard

Zhang Xiaobin Wang Shengwu
(Zhejiang Institute of Mechanical & Electrical Engineering CO., Ltd, Hangzhou)

Abstract:This paper briefly introduces the important products, electric angle grinder protecting guard standard, the testing method, procedure and operation, and the suggestion are given for the angle grinder safe operation of the test result.

Keywords:Power toolsAngle grinderProtecting guard