8 495 488-68-13
с 9:00 до 18:00
0 Ваша нет добавленных товаров
Корзина

Всё о шуруповёртах

06.03.2018
автор Стас Киселев

С развитием технологий за последние несколько десятилетий, шуруповерты стали наиболее популярным и очевидным выбором при решении большинства задач связанных с заворачиванием и отворачиванием крепежных изделий. Область применения шуруповертов очень разнообразна, и поэтому ими активно пользуется большинство профессионалов - строительные рабочие, отделочники, электромонтажники, сборщики мебели. Также охотно этот инструмент приобретается и для личного использования - при проведении ремонтно-строительных работ в квартире или в загородном доме, для работ в гараже. Такая широкая популярность объясняется тем, что при необходимости выполнить большое количество резьбовых соединений шуруповёрты, обладая приемлемым весом и небольшими размерами, позволяют значительно повысить производительность работы, по сравнению с традиционными ручными инструментами (отвёртки, гаечные ключи). Причём, при применении соответствующей оснастки, шуруповёрты могут в ряде случаев выполнять и операцию сверления.

В данном материале постараемся познакомиться с шуруповертами поближе. Сначала определимся - что же собой вообще представляет шуруповерт? Из чего он состоит и как функционирует? Попутно рассмотрим и наш ассортимент данного инструмента.
Основной принцип работы шуруповерта - изменение энергии. Электрическая энергия преобразовывается двигателем-мотором в механическую, которая при помощи самых различных передаточных устройств (трансмиссии) приводит в действие рабочую оснастку. В соответствие с этим, устройство шуруповёрта представляет собой сочетание электрических и механических компонентов. Электрическими компонентами являются: система питания и система управления двигателем. К основным механическим компонентам относятся: редуктор, различные муфты и патрон для оснастки. Общим, связующим элементом электрической и механической частей шуруповёрта, выступает двигатель, в котором собственно, и происходит преобразование электрической энергии в механическую.
Каждый шуруповёрт, согласно использованным в конструкции электрическим и механическим компонентам, будет обладать определёнными техническими характеристиками, которые являются, пожалуй, самым важным аспектом, так как позволяют провести начальную оценку возможностей конкретной модели. Именно они показывают насколько инструмент сильный, для каких целей он предназначен, а также с какими материалами он сумеет качественно справиться. Для шуруповёртов, как и для большинства электроинструментов было бы логичным в качестве основного показателя рассмотреть мощность. Но, учитывая специфику предназначения шуруповёрта (заворачивание крепежа), в данном случае более информативны не сама мощность, а характеристики её составляющие.
Первая такая техническая характеристика, и, в общем-то, самая главная для шуруповёрта - это крутящий момент. Он выражает собой развиваемое инструментом вращающее усилие и измеряется в Н/м (Ньютон на метр). Данная величина напрямую влияет на максимально возможный диаметр заворачиваемого шурупа или на максимальный диаметр отверстия, если речь идёт о дополнительной функции шуруповёрта - сверлении. Соответственно, чем крутящий момент шуруповёрта выше, тем инструмент сильнее, а значит, обладает большими возможностями и более интересен с точки зрения потребителя.
Ещё одна техническая характеристика, которую следует обязательно рассмотреть - это частота вращения (обычно указывается максимальное количество оборотов в минуту). Она непосредственно отражает возможную скорость вращения шпинделя и, как правило, может регулироваться при помощи электроники. Частота вращения также влияет на способность шуруповерта ввернуть шуруп в довольно плотный материал и на диаметр отверстия, которое инструмент может просверлить.
Следует помнить, что при постоянной мощности частота вращения и крутящий момент находятся в обратно пропорциональной зависимости. Чем больше частота, тем меньше момент и наоборот. Специально для изменения соотношения величин этих характеристик в шуруповёртах и применяют механические редукторы. Причём, для повышения функциональности инструмента очень часто шуруповёрты изготавливаются с многоступенчатым (обычно двухскоростным) редуктором. Это весьма удобно тем, что первая, низкая скорость, подходит для заворачивания шурупов, вторая - для максимально быстрого и точного сверления отверстий. Встречаются и трехскоростные модели, здесь вариаций ещё больше. Первая ступень - для шурупов, 2-я - для сверления крупных и средних отверстий либо отверстий в металлах, 3-я - для маленьких отверстий на сравнительно большой скорости, что позволяет повысить и скорость работы, и точность.
Естественно, что частота вращения и крутящий момент, как две важнейшие характеристики, в первую очередь указываются производителем или на самом инструменте, или в сопроводительной документации. Казалось бы, всё ясно, но именно здесь чаще всего и скрывается основная маркетинговая уловка. Дело в том, что частота вращения не так явно информирует потребителя о возможностях шуруповёрта, поскольку у большинства шуруповёртов для одинаковых ступеней редуктора она приблизительно одинаковая (1-я скорость 0-400 об/мин, 2-я скорость 0-1200 об/мин). Поэтому потребитель, как правило, делает свой выбор по оставшейся и более понятной характеристике - по крутящему моменту. И вот тут-то, при указании производителем величины крутящего момента шуруповёрта, и начинается вся «чехарда». Чаще всего потребителю сообщают о максимальном крутящем моменте инструмента, не расшифровывая при этом, величина какого именно момента подразумевается. На самом деле моментов может быть два - жёсткий и мягкий. И это абсолютно разные величины, возникающие при разных условиях закручивания.
Жесткий крутящий момент возникает, например, при накручивании гайки на болт или вкручивании болта в резьбу в металлической пластине. В самое последнее мгновение, когда накрученная до конца гайка упирается в твёрдый материал, происходит резкий удар - шпиндель инструмента мгновенно блокируется. В это мгновение скорость шпинделя минимальна (практически равна нулю), а крутящий момент максимален. Именно этот момент, возникающий при ударе, и называется жестким крутящим моментом.


 

Примеры жёсткого заворачивания и график возникающего момента
(1 - твёрдый материал, 2 - мягкий материал)

Жесткий крутящий момент зависит не только от мощности двигателя, но и от кинетической энергии вращающихся частей. Поэтому чем они массивнее и чем выше скорость вращения, тем жесткий момент выше. Однако вполне очевидно, что применительно к шуруповерту жесткий момент опять фактически мало о чем говорит потребителю.
Что же касается мягкого крутящего момента, то тут все гораздо запутаннее. В большинстве источников обычно пишут только, что это момент, возникающий при закручивании шурупа в мягкое дерево. Какого шурупа, в насколько мягкое дерево - не понятно. Попробуем объяснить более конкретно. Представим, что так же вкручивается болт в резьбу в металлической пластине. Но при этом между головкой болта и пластиной находится пружина, которая постепенно, по мере вкручивания болта, сжимается. Сопротивление пружины будет постепенно возрастать, и скорость заворачивания будет именно постепенно уменьшаться. В определённый момент усилие сопротивления пружины станет равным усилию развиваемому шуруповертом. Шуруповёрт больше не сможет повернуть болт. Вот это уравнивающее усилие и будет максимальным мягким крутящим моментом шуруповёрта.


 

Примеры мягкого заворачивания и график возникающего момента
(1 - твёрдый материал, 2 - мягкий материал)


Аналогичная ситуация возникает и при заворачивании шурупа в дерево, когда сопротивление заворачиванию, по мере углубления шурупа, за счёт сил трения постепенно возрастает. От породы дерева и диаметра шурупа зависит только возможная глубина заворачивания. А величина мягкого крутящего момента зависит от характеристик двигателя и редуктора инструмента.
Понятно, что оба рассмотренных крутящих момента (жёсткий и мягкий), для конкретного шуруповёрта, будут иметь какие-то свои максимальные значения. Причём, максимальный жёсткий момент всегда будет больше максимального мягкого. То есть из всех моментов, развиваемых шуруповертом, именно он (максимальный жёсткий) будет самым большим. Вот его-то зачастую и указывает лукавящий производитель. Прямого обмана нет, указан действительно наибольший присущий конкретному шуруповерту момент, но только не тот, который наиболее важен потребителю. Так и получается иногда, что мощный шуруповёрт, да ещё именитого производителя, «проигрывает» по указанным характеристикам дешёвому инструменту неизвестного производства.
Чтобы избежать такого необъективного сравнения с дешёвым, и соответственно классом ниже, инструментом в описании шуруповёртов ТМ «ЗУБР» обязательно указываются две величины крутящего момента - максимальный жёсткий крутящий момент и максимальный мягкий крутящий момент.
Немаловажной технической характеристикой является и вес шуруповёрта. Как правило, он косвенно связан с его мощностью. Слишком легкий инструмент никогда не будет таким же сильным, как увесистый - причина, как минимум, в конструкции двигателя. Если планируется применять шуруповерт для сверления крупных отверстий, то понадобится сильный, а соответственно, и громоздкий инструмент. Но для непрерывного заворачивания шурупов он будет просто неудобен, так как постоянно будет оттягивать руку. В таком случае следует обратить внимание на менее мощную, но, в тоже время, более легкую модель. И раз уже зашла речь о моделях шуруповёртов давайте рассмотрим, на какие характерные группы принято делить данный инструмент, как его вообще классифицируют.
В зависимости от типа применения и силовых характеристик шуруповерты делятся на следующие категории:
- Шуруповёрт или специализированный шуруповёрт. Это инструменты, рассчитанные под установку оснастки только с шестигранным хвостовиком 1/4 дюйма. Как правило, используются исключительно для откручивания и закручивания крепежных изделий. Например, в ТМ «ЗУБР» арт. ЗСШ-550-45 (первый на рисунке ниже).



 

Но понятно, что большинство модели имеют возможность и сверления специальными свёрлами (с шестигранным хвостовиком 1/4 дюйма), для чего инструмент обычно оснащается и дополнительной скоростью вращения. Например, в ТМ «ЗУБР» арт. ЗДА-7,2-Ли или арт. ЗША-12-Ли (2-ой и 3-ий шуруповёрты на рисунке выше).
- Дрель-шуруповёрт. Самый распространенный вид в данной группе инструмента. В нём заранее закладывается многофункциональность - помимо работы с крепежом выполнять и достаточно продуктивное сверление отверстий. Поэтому конструкция дрелей-шуруповёртов имеет возможность установки оснастки именно с цилиндрическим хвостовиком и дополнительные скорости вращения шпинделя. Например, в ТМ «ЗУБР» арт. ДА-14,4-Ли-КМ1 или арт. ЗДА-14,4-2 КИ.



 

Встречаются даже модели с возможностью ударного сверления (бурения). Например, в ТМ «ЗУБР» арт. ЗДА-18-Ли-К (последняя модель на рисунке выше).
- Аккумуляторная отвертка. Самый компактный, но и маломощный инструмент. Как правило, аккумуляторные отвёртки являются односкоростными и рассчитаны под оснастку только с шестигранным хвостовиком 1/4 дюйма.



 

Кроме того, конструкция обязательно предусматривает возможность использования инструмента в качестве обычной отвертки, что позволяет вручную передать большие усилия (для окончательного затягивания или начального откручивания крепежа). Например, все аккумуляторные отвёртки нашего ассортимента (ТМ «ЗУБР» арт. ЗО-4,8, арт. ЗО-3,6-Ли и арт. ЗО-7,2-Ли КН) имеют двухпозиционную рукоятку, позволяющую не только придать инструменту пистолетную или прямую форму, но и надёжно его обхватить. Хотя аккумуляторные отвёртки по крутящему моменту сравнимы с усилием, развиваемым человеческой рукой, они значительно повышают скорость и комфортность работы при необходимости выполнить большое количество соединений некрупным крепежом.
- Гайковерт. Ещё одна разновидность шуруповёрта, больше предназначенная для работы с болтами и гайками, хотя и имеющая возможность закручивать также саморезы и шурупы. Как правило, гайковёрты бывают ударными. Но удар у них не продольный, как при процессе бурения, а тангенциальный - вращательный. Гайковерты с тангенциальным ударом заметно отличаются от обычных шуруповёртов значительно более высоким крутящим моментом при минимальной отдаче на корпус инструмента. Подобный эффект достигается за счет того, что на выходной шпиндель и соответственно на гайку или головку шурупа действует не постоянное затягивающее усилие, а серия мощных, но коротких ударов, направленных по касательной к торцевой головке или бите. Отсюда и общее название - ударный, или импульсный (это более корректный термин), инструмент.
Можно отметить следующие определяющие особенности у гайковёртов:
- наличие импульсного (ударного) режима вращения, когда вращение передаётся рывками, именно это позволяет значительно увеличить крутящий момент;
- шпиндель с квадратным посадочным профилем для установки чаще всего применяемых с болтами и гайками насадок - торцевых головок.
Следует понимать, что если первая особенность - это фактически правило, то вторая вовсе не являются обязательной, т.е. может присутствовать в инструменте, а может и не присутствовать. Иллюстрирующим примером служат гайковёрты ТМ «ЗУБР» нашего ассортимента.



 

Оба гайковёрта имеют импульсный (ударный) режим вращения. А вот с присоединением насадок ситуация разная. Если 18-ти вольтовый гайковёрт арт. ЗГУА-18-Ли К оснащён присоединительным квадратом, то 12-ти вольтовый гайковёрт арт. ЗГУА-12-Ли КНУ имеет шестигранный патрон, характерный для традиционных шуруповёртов. Заметим также, что оба гайковёрта, хотя и могут использоваться для закручивания шурупов и саморезов, не имеют регулировки крутящего момента. Такая особенность встречается в гайковёртах достаточно часто, но тоже не является обязательной, т.е. существуют модели и с регулировкой максимального крутящего момента.
Разобравшись с категориями, на которые подразделяются шуруповёрты, необходимо разъяснить часто возникающий вопрос о самой распространённой группе - дрелях-шуруповёртах. В чём их отличие от просто электрических дрелей? Ведь и в тех, и в других может применяться оснастка, как с цилиндрическим хвостовиком (свёрла), так и с шестигранным (биты). Соответственно, и те, и другие могут, как сверлить отверстия, так и откручивать/закручивать крепёж. В различных источниках по-разному отвечают на данный вопрос. Зачастую ссылаются на количество и конкретные величины скоростей вращения шпинделя инструмента и некоторые другие характеристики. Однако правильнее будет считать определяющим параметром наличие в шуруповёртах специального конструктивного элемента - механического регулятора усилия или глубины закручивания. Именно присутствие такого регулятора однозначно определяет принадлежность инструмента к классу шуруповёртов. Вытекает это из того, что основной функцией шуруповёртов является закручивание/откручивание крепежа. Правильность и аккуратность выполнения этой операции всегда зависит от величины прилагаемого усилия, а следовательно именно этот параметр и важно регулировать. Для лучшего понимания возьмем пример с закручиванием шурупа. Дрель будет ввинчивать его до тех пор, пока мы не отпустим кнопку пуска. Если шуруп заклинило или он полностью вошел по шляпку, а мы не успели отпустить кнопку то, как правило, заканчивается это разрушением граней биты или граней рабочего профиля шурупа, или «просаживанием» шурупа слишком глубоко в материал. В аналогичной ситуации, благодаря возможности установки на шуруповёрте определённой величины развиваемого усилия, произойдет срабатывание регулятора - вращение прекратится, патрон остановится. Особенно это актуально при работе с хрупкими материалами, например при монтаже гипсокартона. Таким образом, главным отличительным признаком дрели-шуруповёрта от просто дрели является наличие возможности установки конкретной величины крутящего момента. Так на рисунке ниже представлен инструмент, который явно может и сверлить, и заворачивать крепёж, и имеет самую распространённую форму.



 

Однако правильно будет назвать данный инструмент аккумуляторной дрелью, а не дрелью-шуруповёртом, так как у него нет никакого регулятора усилия или глубины заворачивания. На практике такие инструменты почти не выпускаются, потому что намного выгоднее, с точки зрения маркетинга, производить более многофункциональный или специализированный инструмент.
Поскольку мы уже частично обращаемся к конструкции инструмента, то давайте рассмотрим все его элементы подробнее. Тем более, что именно конструкция шуруповёртов непосредственно связана с их классификацией.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Как отмечалось выше, одной из составляющих конструкции шуруповёрта является система питания. В зависимости от типа системы питания (источника электрической энергии) шуруповёрты разделяют на два вида - сетевые и аккумуляторные. Соответственно, сама система питания включает в себя либо сетевой шнур, либо аккумуляторную батарею. В нашем ассортименте представлен инструмент и того, и другого вида. Но поскольку широчайшее распространение получили именно аккумуляторные шуруповёрты, то весь дальнейший материал посвятим в основном им, и лишь в конце кратко рассмотрим сетевые модели.
Высокая популярность аккумуляторных шуруповёртов, как впрочем, и всего аккумуляторного инструмента, вполне объяснима. Они идеальны для работ, связанных с частым перемещением, незаменимы при работе на не электрифицированных объектах, при высотных работах и работах в труднодоступных местах. Этот тип шуруповёртов позволяет избавиться от помех, создаваемых волочащимся следом электрокабелем. Но наряду с перечисленными плюсами у аккумуляторных шуруповёртов есть и ряд недостатков:
- традиционная установка аккумуляторной батареи в корпус инструмента значительно увеличивает общий вес и размеры, а это не совсем удобно (особенно при работе навесу);
- по мере того, как аккумуляторная батарея начинает терять первоначальный заряд, мощность инструмента значительно снижается, что отрицательно сказывается на качестве его работы;
- максимальный заряд аккумуляторной батареи четко лимитирован (ограничен конкретным значением), поэтому долгая непрерывная работа в данном случае невозможна;
- когда аккумуляторная батарея разряжена, то приходится некоторое время ждать ее хотя бы частичной подзарядки;
- по мере эксплуатации, постепенно, максимальное время возможной работы аккумуляторной батареи уменьшается, что требует всё более частой её подзарядки и, в конце концов, дальнейшей покупки нового источника питания.
Производители пытаются найти выход для устранения перечисленных недостатков, постоянно предлагая всё новые способы оптимизации работы источников автономного питания. Как минимум, применяются специальные конструктивные решения. А именно, обычно аккумуляторные батареи выполняются съёмными (не имеют съемной аккумуляторной батареи только самые маломощные шуруповёрты - аккумуляторные отвертки). Съёмная конструкция позволяет использовать запасные батареи, а значит и вести работу практически без перерывов на подзарядку. Однако наличие дополнительного аккумулятора усугубляет другую проблему - увеличение цены. А ведь аккумуляторный инструмент значительно дороже сетевого аналога. Поэтому повысить комфортность работы аккумуляторным инструментом пытаются и за счёт самих аккумуляторных батарей, улучшая их основные параметры.
Аккумуляторные батареи.
Теоретические принципы действия химических источников электрического тока были открыты еще в конце 18 века, и все современные аккумуляторные элементы (далее аккумуляторы) изготовлены на их основе. Если в электролит (растворы кислот, щелочей или солей, а также расплавы солей, в которых присутствуют свободные ионы - части молекул с положительным или отрицательным зарядом) погрузить два электрода из разных материалов (с разным химическим потенциалом), то на них начнется осаждение заряженных ионов. При этом на аноде - электроде с отрицательным химическим потенциалом (например, графитовом стержне) - будут осаждаться положительные ионы, и он станет положительным полюсом аккумулятора. Соответственно на втором электроде - катоде (например, цинковой банке) - осядут отрицательные ионы, и он станет отрицательным полюсом. Важно, что за счет обратимости химических процессов при пропускании электрического тока возможна многократная перезарядка аккумулятора. При зарядке электрическая энергия преобразуется в химическую. При разрядке наоборот. Надо отметить, что химические процессы окисления-восстановления являются достаточно медленными, поэтому зарядка является относительно длительным процессом (от 1 до нескольких часов). По этой же причине и отдать всю энергию сразу аккумуляторы не способны. Также процессы окисления-восстановления обычно сопровождаются выделением тепла - аккумуляторы при зарядке и быстрой разрядке нагреваются, что следует учитывать.
Принципиальная конструкция аккумуляторов со временем кардинально не изменилась - появились лишь новые материалы и технологии, позволившие уменьшить размеры и повысить емкость батарей. Наиболее распространенными аккумуляторами являются кислотные (например, автомобильные) и «сухие» (для портативных компьютеров, сотовых телефонов и т.п.), где электролит либо загерметизирован или связан твердым материалом, либо находится в гелеобразном состоянии. Среди бытовых «сухих» аккумуляторных элементов сегодня наиболее распространены три вида:
- никель-кадмиевые (Ni-Cd);
- никель-металлгидридные (Ni-MH);
- литий-ионные (Li-Ion).

Для всех аккумуляторных элементов определяющими электрическими параметрами являются напряжение, удельная ёмкость, внутреннее сопротивление, саморазряд и количество циклов заряда/разряда.
Напряжение - это разность электрических потенциалов катода и анода, которая возникает в ходе химической реакции. Оно зависит, прежде всего, от химического потенциала электродов. Для никелевых единичных аккумуляторных элементов («банок») это напряжение составляет 1.2 В, для литиевых - 3.6 вольта.
Удельная емкость - мощность единицы массы элемента (Вт*ч/кг). Для Ni-Cd элементов эта величина составляет 40-60 Вт*ч/кг, для Ni-MH - 60-80 Вт*ч/кг, для Li-Ion - 90-110 Вт*ч/кг, для Li-полимерных (самая современная на сегодняшний день разработка) - 130-150 Вт*ч/кг.
Внутреннее сопротивление является еще одним очень важным параметром аккумулятора. Измеряется внутреннее сопротивление в миллиомах (мОм) и зависит от ёмкости элемента, его электрохимической системы (вида), а также возраста и условий эксплуатации аккумулятора. Так, в процессе эксплуатации аккумулятора, значение его внутреннего сопротивления увеличивается. Соответственно, высокое значение этого сопротивления говорит либо о почтенном возрасте аккумулятора, либо о его неправильной эксплуатации. Отметим, что внутреннее сопротивление тесно связано с величинами токов зарядки/разрядки аккумулятора.
Саморазряд аккумулятора - это самопроизвольная потеря аккумулятором запасенной энергии с течением времени после того, как он был полностью заряжен. Явление саморазряда присуще всем видам аккумуляторов, независимо от их электрохимической системы. Для количественной оценки саморазряда используется величина потерянной аккумулятором за определенное время энергии, выраженная в процентах от значения, полученного сразу после заряда.
Срок службы аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: ёмкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его ёмкости до 60% - 80% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: от его электрохимической системы, от методов заряда и глубины разряда, от условий эксплуатации и процедуры обслуживания, и даже от времени, прошедшего со дня изготовления (для Li-Ion аккумуляторов).
Аккумуляторная батарея представляет собой набор из единичных аккумуляторных элементов («банок»), соединенных между собой последовательно (для получения требуемого напряжения) и параллельно (для достижения необходимой ёмкости), и заключенных в корпус.



 

Таким образом, исходя из конструкции, аккумуляторные батареи могут отличаться между собой напряжением, емкостью и естественно типом используемых аккумуляторных элементов. Кроме этого, при необходимости, аккумуляторная батарея может дополнительно снабжаться встроенными логическими элементами, термодатчиками и предохранителями, которые позволяют контролировать процессы зарядки/разрядки.
В настоящее время в шуруповертах используют аккумуляторные батареи напряжениями 3.6, 4.8, 7.2, 12, 14.4, 18 и даже 24 В. Напряжение наиболее существенно влияет на характеристики шуруповерта: чем больше напряжение - тем более мощным будет двигатель. Следовательно - больший крутящий момент и обороты. Но при этом, как уже говорилось, большее напряжение дает больший вес аккумуляторной батареи, а при длительном держании в руках этот фактор является отнюдь не последним.
Следует отдельно сказать о представленных в нашем ассортименте шуруповёртах с Li-Ion батареей 12 В. Например, в ТМ «ЗУБР» арт.ЗДА-12-Ли-ФКН. Батарея данного шуруповёрта содержит три единичные Li-Ion банки. Но как тогда общее напряжение батареи получается 12 вольт, если напряжение для стандартных литиевых единичных аккумуляторов равно 3,6 вольта?



 

Ответ прост, в этом шуруповёрте применены улучшенные Li-Ion банки, каждая с напряжением 4 вольта.
Емкость аккумуляторной батареи (соотношение между силой тока и временем, выражаемое в ампер-часах (А*ч)) определяет производительность инструмента - как долго он сможет работать или насколько большее максимальное усилие сможет развить. Чаще всего в современных шуруповертах применяются батареи со значениями емкости от 1.2 до 2 А*ч, но встречаются модели и с меньшими (0.8 А*ч), и с гораздо большими (5 А*ч) показателями. Сама по себе емкость батареи не определяет объем работ, который можно проделать без подзарядки - для этой оценки нужно учесть и мощность инструмента, а значит и напряжение. Однако вполне понятно, что большая ёмкость является явным преимуществом. Это следует учитывать при сравнении аналогичного инструмента. Так отметим, что в линейке Li-Ion-ых аккумуляторных шуруповёртов нашего ближайшего конкурента используются батареи ёмкостью 1.3 А*ч, а аналогичные шуруповёрты ТМ «ЗУБР» укомплектованы батареями ёмкостью 1.5 А*ч.
На сегодняшний день в аккумуляторном инструменте наиболее широко используются следующие типы батарей (в соответствии с применёнными в них единичными аккумуляторными элементами): никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-металлогидридные (Ni-MH) и литий-ионные (Li-Ion). Каждый тип характерен своими плюсами и своими минусами.
Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи
Довольно долго, и до последнего времени чаще всего, в аккумуляторных дрелях - шуруповертах применяются никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи. Название батарей вытекает из того, что составляющие её аккумуляторные элементы имеют никелевый анод и кадмиевый катод. У никель-кадмиевых (Ni-Cd) батарей немало достоинств, позволяющих работать в самых сложных условиях, поэтому отправлять никель-кадмиевую технологию «на пенсию» не спешат. Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи наиболее простые и стоят относительно недорого, так как не требуют усиленных защит. Они наиболее устойчивы к большим токам заряда-разряда (так как обладают низким внутренним сопротивлением) и не чувствительны к отрицательным температурам (в части падения ёмкости). Также они не боятся длительного бездействия, а, кроме того, выдерживают большое число циклов зарядки-разрядки. В противовес всему положительному никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи имеют низкую удельную ёмкость (поэтому у батарей достаточно большой размер) и обладают пресловутым «эффектом памяти», то есть, как бы запоминают уровень предыдущей разрядки и после новой полной зарядки обеспечивают практически только дозаряженную ёмкость. Это происходит из-за того, что если заряжать не полностью разряженный Ni-Cd элемент, то на его аноде образуются кристаллы кадмия, уменьшающие полезную емкость. Для восстановления первоначальной ёмкости требуется подвергнуть Ni-Сd батарею достаточно трудоёмкому процессу «раскачивания». Нужно несколько раз полностью разрядить и зарядить батарею, иначе говоря, «тренировать». Причем, для «глубокой» разрядки батареи необходимо наличие электрического потребителя, не отключающегося, как большинство электронных приборов, собственной электроникой при критическом уменьшении напряжения. Пренебречь «эффектом памяти» означает - потерять заявленные характеристики аккумуляторной батареи. Поэтому «эффект памяти», как весьма существенная проблема, требует от пользователя особо внимательного отношения к процессу эксплуатации Ni-Cd-ых батарей. Зато никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи - это единственные аккумуляторные батареи, которые могут храниться разряженными, так как их саморазряд происходит из-за той же химической реакции электродов и электролита, которая происходит в процессе работы (разрядки под нагрузкой), только без нагрузки эти процессы протекают существенно медленнее. Причем, при снижении температуры эти процессы замедляются, соответственно для уменьшения саморазряда хранить Ni-Cd батареи лучше в прохладном сухом месте. Обычный саморазряд у Ni-Cd батарей составляет в пределах 10% в первые сутки после зарядки и примерно по 10% каждый месяц.
Следует упомянуть и другой недостаток Ni-Cd батарей - экологическая небезопасность. Просто выбрасывать такую батарею нельзя - необходимо сдавать её на перерабатывающую утилизацию. Вызвано это токсичностью содержимого аккумуляторных элементов, в частности кадмия. Случаев отравления от работы с аккумуляторным инструментом с никель-кадмиевыми батареями не зафиксировано, но, тем не менее, экологов сильно тревожит опасный химический потенциал кадмия при утилизации элементов питания, поэтому в обозримом будущем Ni-Cd технологии, скорее всего, будут запрещаться. Однако пока этого не случилось всем пользователям электроинструмента с батареями Ni-Cd типа можно посоветовать следующее. Аккумуляторные Ni-Cd батареи нужно хранить разряженными и отдельно от инструмента. Если необходимо всего-навсего закрутить десяток шурупов или проделать несколько отверстий, то после работы следует посадить батарею до 30%-ной ёмкости. Сделать это можно присоединив к батарее автомобильную лампочку или установив батарею в аккумуляторный фонарик (отсюда пошла распространённая комплектация Ni-Cd шуруповёртов фонариками). Не следует дозаряжать неразряженные Ni-Cd батареи. При соблюдении таких условий Ni-Cd батареи прослужат достаточно долго.
Никель-металлогидридные (Ni-MH) батареи
Как было рассмотрено выше причина «эффекта памяти» Ni-Cd аккумуляторов - кадмий, материал катода. Идеальным материалом для катода являлся бы водород, но при комнатной температуре и атмосферном давлении он находится в газообразном состоянии. Зато есть металлы, позволяющие связывать в своей структуре атомарный водород в объеме в 1000 раз превышающем их собственный. Это цинк, никель и литий, чьи соединения с водородом получили название «гидриды». Так в никель-металлогидридных (Ni-MH) аккумуляторных элементах применяются никелевый анод и никель-гидридный катод. Соответственно, состоящие из этих элементов батареи получили аналогичное название - никель-металлогидридные (Ni-MH). За счет отсутствия токсичных металлов такие батареи являются экологически чистыми и не несут в себе опасность для окружающей среды, и в этом их основное преимущество. Понятно, что в определённый момент никель-металлогидридные (Ni-MH) батареи пришли на замену никель-кадмиевым. Однако именно токсичный кадмий обеспечивал Ni-Cd батареям высокую «живучесть» (при правильном обслуживании - более 1000 циклов), тогда как альтернативные Ni-MH батареи выдерживают уже гораздо меньшее количество циклов зарядки-разрядки. Зато Ni-MH батареи, при равном объеме и массе, обладают большей емкостью (почти в 1,5 раза больше, чем у Ni-Cd), также могут выдерживать ток большой силы, а «эффект памяти» у них проявляется в значительно меньшей степени. Поэтому полностью разряжать их при каждом использовании в инструменте нет необходимости, а восстановительную «тренировку» можно проводить намного реже. Но при этом батареи требуют большего внимания при хранении. Хранить Ni-MH батареи следует заряженными. При длительном нахождении в разряженном виде происходит отложение продуктов реакции на электродах, что увеличивает внутреннее сопротивление аккумуляторов и соответственно уменьшает ёмкость батареи. Если процесс упустить, то для восстановления батареи придётся применять специальные меры, чтобы вернуть эти продукты в исходное состояние. Поэтому, если инструмент долго не используется, то никель-металлогидридным (Ni-MH) батареям требуется обязательная периодическая (лучше ежемесячная) подзарядка, поскольку они более подвержены саморазряду, чем никель-кадмиевые (Ni-Cd). Так при зарядке до 1.4 В напряжение единичного Ni-MH аккумуляторного элемента падает до 1.2 В уже в первые часы, а иногда и минуты, затем оно держится постоянным до полной разрядки. При этом аккумулятор теряет 1% - 3% заряда в сутки (в зависимости от условий хранения), т.е. практически полностью разряжаться за 30-60 дней. Кроме того отметим, что Ni-MH аккумуляторы при зарядке сильно нагреваются, поэтому для таких батарей необходимо уже наличие специальных устройств контроля.
Литий-ионные (Li-Ion) батареи.
Следующим химически активным веществом после водорода в таблице Менделеева является литий (гелий, следующий за водородом - инертный газ, не обладающий химическим потенциалом). Это самый активный металл, и самые компактные аккумуляторы изготавливаются именно с литиевыми катодами. Однако литий настолько активен, что может самовозгораться на воздухе, поэтому в аккумуляторных элементах он находится в ионном виде, связанном молекулами оксидов металлов. Отсюда и соответствующее название - литий-ионный (Li-Ion) аккумулятор. Конструктивно литий-ионный (Li-Ion) аккумуляторный элемент состоит из угольного анода, литий-кобальт-диоксидного катода и жидкого электролита, которым пропитан слой нетканого синтетического материала. На сегодняшний день, среди наиболее распространённых батарей, литий-ионные (Li-Ion) - самый современный тип. В сферу электроинструментов литий-ионная технология пришла из бытовой техники, где уже успешно вытиснила все иные типы аккумуляторов. Это объясняется тем, что по сравнению с никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными аккумуляторами, литий-ионные при одинаковом вольтаже превосходят их по мощности, а также имеют значительно меньшие габариты и вес. Они быстро принимают заряд и отличаются небольшим коэффициентом саморазряда. Саморазряд за первые сутки составляет у них менее 1%, а за месяц - менее 10% (включая около 3% на питание встроенной схемы защиты, которую рассмотрим ниже). Также очень важно, что Li-Ion аккумуляторы напрочь лишены «эффекта памяти», что позволяет подзаряжать их в любой момент. Однако и эта технология неидеальна. Имеющиеся минусы Li-Ion аккумуляторов - это дороговизна и относительно короткая жизнь (независимо от интенсивности использования). Впрочем, цена на Li-Ion постепенно снижается, а, учитывая рост цены на Ni-Cd батареи, наблюдаемый в последнее время на фоне сокращения их выпуска, можно предположить, что в будущем цены могут сравняться. А вот продлить срок жизни Li-Ion-ых батарей, к сожалению, невозможно, так как вышедшие из строя Li-Ion-ые батареи не могут быть восстановлены циклической тренировкой или какими-либо другими способами. Снижение ёмкости и повышение внутреннего сопротивления у них необратимы, потому что металлы, применяемые в их аккумуляторных элементах, разработаны для использования только в течение определенного времени. То есть, если Li-Ion батарея ещё работает, но время работы инструмента от неё оставляет желать лучшего (заметно мало), то это значит, что батарея уже потеряла ёмкость (начала «умирать») и вскоре потребуется её замена. Следует понимать, что процесс старения Li-Ion батареи начинается сразу же после производства, причем, как уже говорилось, независимо от того используется батарея или просто лежит на полке. Ухудшение ёмкости наблюдается уже примерно после одного года. После двух - трёх лет батарея часто становится неисправной. Поэтому для Li-Ion-ых батарей важным показателем является срок их изготовления, на что следует обращать внимание. Также, соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса. Однако необходимо отметить, что процесс старения зависит от температуры и степени заряженности батареи. Поэтому если по какой-то причине Li-Ion батарея не используется, то для замедления процесса старения её рекомендуется хранить заряженной на 60-90% и при температуре ниже +15°С. В таких условиях за год Li-Ion батарея потеряет (необратимо) не более 5% емкости.
Но кроме упомянутых недостатков у Li-Ion аккумуляторов есть и более существенный - уязвимость к разрядке большим током. Для электроинструмента данное свойство имеет очень большое значение, поэтому производители оснащают Li-Ion батареи достаточно серьёзной управляющей электроникой, защищающей их от перегрузки по току, а также от глубокого разряда, от перезаряда и от перегрева.



 

Конструктивно - это специальная электронная плата, которая может быть установлена как в самой батарее, так и в корпусе шуруповерта. Однако, в силу того, что батарея обычно съемная, а защита требуется также и в процессе зарядки, то в основном плата защитной электроники встроена в батарею. Это ещё одна причина, вследствие которой очень важно понимать, что литий-ионные (Li-Ion) батареи следует хранить обязательно в заряженном состоянии. Дело здесь в следующем. Защищая батарею от глубокого разряда, плата электроники лишь отключает её от электроинструмента (отключает внутренние «банки» от внешних контактов), но саморазряд аккумуляторных элементов батареи после этого не прекращается, он происходит постоянно. Сама же плата при этом запитывается непосредственно от батареи. Долгое хранение Li-Ion батареи в разряженном состоянии приводит к глубокому разряду аккумуляторных элементов. При этом напряжение батареи становится настолько мало, что его уже не хватает для питания платы защитной электроники, и сама электроника перестаёт работать. В результате, при дальнейшей постановке ещё исправной батареи на зарядку, обесточенная электроника не даёт подключиться зарядному устройству к цепи аккумуляторных элементов - батарея не заряжается. Исправить положение можно, но только специальными методами и в условиях сервисного центра.
Литий-полимерные (Li-Pol) батареи.
Относительно недавно появившиеся литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы - новичок на рынке бытовой электроники. Это фактически усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. Их отличие заключается в типе используемого электролита. А именно, здесь в качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Пока литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы могут работать только в самых благоприятных условиях и стоят дороже прочих, но они имеют неоспоримые плюсы - лучшую безопасность и, главное, могут быть абсолютно любой формы. Так технология изготовления Li-Pol аккумуляторов позволяет получить или очень тонкую (до 1 мм) батарею или использовать для неё любое свободное место в конструкции.
В электроинструменте литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы пока не получили широкого применения, так как их обычные бытовые модели не могут отдавать большой ток в нагрузку. Но существуют разработки специальных силовых литий-полимерных аккумуляторов, обеспечивающих ток, в 10 и даже в 130 раз, превышающий численное значение их ёмкости, и уже есть примеры использования таких литий-полимерных (Li-pol) аккумуляторов в портативном электроинструменте. Так что возможно в недалёком будущем литий-полимерная технология получит более широкое распространение на рынке аккумуляторного электроинструмента.
А пока, для лучшего запоминания, соберём рассмотренные выше главные особенности распространённых типов батарей в небольшую таблицу.



 

Из таблицы видно, какой тип аккумуляторной батареи лучше выбрать исходя из финансовых возможностей, из предполагаемых условий её эксплуатации и из желаемой периодичности её обслуживания.
Следует отметить что, так как батарея является наиважнейшим элементом аккумуляторного инструмента и одновременно как-бы его «ахиллесовой пятой», наша компания тщательно следит за качеством получаемых батарей. Система строгого входного и выборочного контроля каждой партии, специальные мероприятия по антистатической защите, обязательное требование наличия не менее 85% заявленной емкости при выходе с производства - все эти меры направлены на обеспечение высокого уровня данной продукции. Однако даже если изначально батарея была качественной, она достаточно быстро может выйти из строя. И причиной этого будет ещё один неотъемлемый элемент аккумуляторной системы питания, который обязательно следует рассмотреть - зарядное устройство.
Зарядные устройства.
Суть работы зарядных устройств состоит в преобразовании сетевого напряжения 220В/50Гц в соответствующее напряжение заряда аккумуляторной батареи (3.6 - 18В постоянного тока). При этом зарядные устройства (ЗУ), как правило, оснащены индикацией процесса зарядки, а также могут включать в себя электронные платы контроля и защиты батареи.
Существующие зарядные устройства, не вдаваясь в конкретные схемотехнические решения, можно условно разделить на шесть основных типов:
- со временем зарядки 3-5 или 1-1,5 час (быстрозарядные);
- с трансформаторным или электронным преобразованием напряжения;
- моноблочные или с отдельными адаптером и зарядной станцией.



 

В бытовых и недорогих моделях применяются зарядные устройства со временем зарядки 3-5 часов. Кроме небольшой стоимости, они обеспечивают более «мягкие» условия зарядки (меньший зарядный ток), что положительно сказывается на сроке службы аккумулятора. Поэтому, если нет необходимости часто подолгу работать, лучше предпочесть этот тип зарядного устройства. В профессиональных моделях, в связи с необходимостью обеспечения большой производительности, применяются быстрозарядные устройства. Использование их, а тем более дополнительного аккумулятора, позволяет практически не прерывать работу в ожидании заряда батареи.
Трансформаторные преобразователи используются в основном в дешевых устройствах, т.к. они просты и, соответственно, дешевы за счет отсутствия каких-либо дополнительных компонентов (защит, индикаторов и т.д.). Самый худший вариант, когда с трансформаторным преобразователем выполнено быстрозарядное устройство - в этом случае оно (ЗУ) просто выдает повышенный зарядный ток и имеет встроенный таймер на 1.5 часа. В данном случае только плата управления в батарее может предотвратить перегрев, перезаряд и выход ее из строя.
Современные электронные схемы управления процессом заряда обеспечивают качественный, щадящий заряд батареи с учетом особенностей конкретного типа батарей, их состояния и условий окружающей среды. Так новейшие разработки аккумуляторных шуруповёртов используют «умные» зарядные устройства, которые помогают увеличить срок службы аккумулятора путём оптимизации способа зарядки. Такие зарядные устройства при почти полной зарядке аккумулятора переключаются в ограниченный, дробный режим, позволяющий максимально зарядить батарею. Для защиты батарей от перегрева при ускоренном заряде в некоторые ЗУ встраиваются даже вентиляторы охлаждения элементов аккумуляторной батареи (в этом случае корпус аккумуляторной батареи должен иметь вентиляционные отверстия). Электронные зарядные устройства, в силу полного контроля над аккумуляторной батареей, могут индицировать множество особенностей режима заряда, указывая (кроме «включено в сеть-заряжается-заряжено») и нестандартные состояния батареи - перегрев, нарушение процесса зарядки, неисправность и т.д.
Остальные особенности зарядных устройств (моноблочные, раздельные) никак не влияют на процесс заряда батареи и определяют только их габариты.
На тип зарядного устройства, которым производитель комплектует аккумуляторный инструмент, обязательно следует обращать пристальное внимание. Так как зачастую, в погоне за удешевлением предлагаемого комплекта инструмента в целом, экономят именно на качестве зарядного устройства. Но такая экономия не на пользу потребителю, потому что дешёвое зарядное устройство быстро «убьёт» аккумуляторную батарею и придётся раскошеливаться на новую, а стоимость батареи достаточно существенна. Данный фактор обязательно следует учитывать при сравнении с конкурентами и в случае выбора между близкими по параметрам моделями аккумуляторного инструмента.
НЕБОЛЬШОЕ ОТСТУПЛЕНИЕ. В ассортименте аккумуляторного инструмента ТМ «ЗУБР» есть варианты комплектации сразу с двумя батареями. Это легко различить по наличию в конечной части артикула буквы «Н». Например: арт. ЗДА-12-2 КИ соответствует комплекту с 1-ой батареей, а арт. ЗДА-12-2 КИН означает, что такой же инструмент укомплектован 2-мя батареями.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Система управления двигателем шуруповёрта должна выполнять целый ряд необходимых функций, а именно - включение-выключение шуруповёрта, регулировка скорости его вращения и переключение реверса. Конструктивно система управления, как и в большинстве электроинструментов, реализована в выключателе шуруповёрта.



 

Одной из частей выключателя является кнопка пуска, отвечающая за две функции: включение цепи питания электродвигателя и регулировка его оборотов. При нажатии кнопки цепь питания двигателя замыкается, и двигатель начинает вращаться. При этом в работу вступает регулятор оборотов. В данном случае он электронный, состоит из широтно-импульсный модулятора (ШИМ), расположенного на плате выключателя, и полевого транзистора, выполняющего роль электронного ключа. Транзистор может быть установлен или внутри самого выключателя или отдельно в корпусе шуруповёрта. В зависимости от силы нажатия на кнопку пуска контакт, расположенный на кнопке, перемещается вдоль платы выключателя. От его местоположения вдоль платы зависит уровень импульса, генерируемого на ключ-транзистор. То есть зависимость следующая: чем сильнее пользователь жмет на кнопку, тем выше величина импульса на транзисторе и тем больше он открывается, увеличивая напряжение на электродвигателе и, соответственно, увеличивая обороты двигателя. При максимальном нажатии кнопки, до упора, контакты выключателя замыкаются напрямую, обеспечивая максимальную мощность и количество оборотов.
Поскольку шуруповёрты используются и для откручивания и для закручивания крепежа, то для них характерно наличие реверсивного механизма (реверса). Реверс вращения двигателя осуществляется путем смены полярности на клеммах двигателя. Смена полярности производится перекидными контактами выключателя, которые перебрасываются пользователем при помощи отдельной кнопки реверса, также являющейся частью выключателя.



 

На всех шуруповёртах ТМ «ЗУБР» кнопка реверса имеет три положения. Два из них соответствуют вращению шпинделя: по часовой стрелке и против часовой стрелки. Третье центральное положение блокирует нажатие кнопки пуска и, фактически, является положением для переноски или хранения инструмента.
Кроме рассмотренных выше основных функций выключатели продвинутых моделей шуруповёртов могут иметь и ещё одну очень полезную особенность. А именно - систему тормоза выбега, так называемый электронный тормоз. Суть его работы заключается в том, что при выключении шуруповёрта выходные контакты выключателя переводят выводы электродвигателя в замкнутое состояние. Электродвигатель при этом из двигательного режима переходит в генераторный режим и возникает тормозной момент, моментально останавливающий вал электродвигателя и, соответственно, оснастку. Если в шуруповёрте не применяется электронный тормоз, то при выключении патрон шуруповёрта за счёт сил инерции всё равно будет продолжать некоторое время вращаться. В режиме отворачивания или сверления это не существенно, а вот в случае заворачивания в достаточно мягкий материал может произойти «просаживание» крепежа ниже необходимой глубины, что, фактически, будет являться браком в работе и потребует переделки.
Среди предлагаемого на инструментальном рынке обилия шуруповёртов ещё можно встретить модели, не имеющие электронного тормоза. Это объясняется желанием производителя сэкономить на себестоимости инструмента, но для потребителя данный факт - явный минус. Поэтому все шуруповёрты ТМ «ЗУБР» оснащены функцией электронного тормоза. Исключением являются аккумуляторные отвёртки, в которых применение электронного тормоза не актуально в силу их маломощности и небольшой частоты вращения.
Рассмотрев электрические компоненты шуруповёрта (система питания и система управления) мы последовательно подошли к сердцу инструмента - электродвигателю, в котором, как говорилось выше, и происходит непосредственное преобразование электрической энергии в механическую.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

На сегодняшний день в аккумуляторных шуруповертах применяются электродвигатели постоянного тока двух типов:
- бесщеточные (электронноуправляемые);
- коллекторные (со щетками).
Бесщеточные электродвигатели относятся к достаточно дорогим элементам и устанавливаются, как правило, в высококлассные профессиональные модели электроинструмента. Они практически не требуют техобслуживания, и при этом функционируют бесшумно и плавно. Кроме того, отношение вращающего момента, относительно размера двигателя, у бесщеточных электродвигателей выше, чем у других. Это особенно полезно в области, где занимаемое пространство и вес являются критическими факторами, то есть, как раз, в шуруповёртах. Поэтому именитые бренды активно предлагают в своём ассортименте бесщеточные аккумуляторные шуруповёрты, но по стоимости они явно доступны пока только профессионалам.
Традиционные коллекторные электродвигатели более широко распространены в электроинструменте и в том числе в аккумуляторных шуруповёртах. Такие двигатели характеризуются надежностью, простотой производства и обслуживания. Сформировавшаяся на них цена наиболее приемлема для массового потребителя. Особенностью коллекторных двигателей постоянного тока, применяемых в аккумуляторных шуруповёртах, является их относительная компактность и монолитность - они фактически неразборные. Во всех аккумуляторных шуруповёртах ТМ «ЗУБР» применены именно коллекторные двигатели постоянного тока. Исключение составляет дрель-шуруповёрт арт. ДАИ-18-2-Ли КНМ4, снабжённая бесщеточным двигателем.



 

Конструктивно коллекторный двигатель шуруповёртов выполнен в виде цилиндра, у которого внутри корпуса расположены по кругу постоянные магниты. Вращающийся якорь двигателя изготовлен из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и установлен на опорах-подшипниках. В пазы якоря укладываются обмотки из изолированной медной проволоки. Обмотки имеют равное количество витков и их концы распаяны на коллекторные пластины, расположенные на "хвосте" якоря. К коллекторным пластинам, в свою очередь, прикасаются щетки двигателя. Для надежного контакта, щетки подпружинены и при этом изолированы от корпуса двигателя. То есть, по схеме шуруповерта, напряжение подается только на щетки. Как уже говорилось выше, если изменить полярность подводимого к щеткам двигателя напряжения, то изменится и направление вращение. «Выходом двигателя» является запрессованная на переднем конце вала якоря ведущая прямозубая шестерня, через которую вращение передаётся уже в редуктор.

РЕДУКТОР

Предназначение редуктора заключается в преобразовании малого момента двигателя с большими оборотами в больший момент с малыми оборотами. При этом мощность на входе и выходе редуктора не меняется. Существует два вида редукторов для шуруповертов: планетарный и классический. Последний применяют очень редко. Так в нашем ассортименте классический редуктор используется только в сетевых шуруповёртах, поэтому уделим внимание редуктору планетарного типа.
Планетарный редуктор шуруповерта выполнен в отдельном корпусе и в зависимости от конструкции может содержать в себе несколько планетарных механизмов (ступеней). В свою очередь в каждый планетарный механизм (ступень) входят следующие элементы: солнечная (ведущая) шестерня, кольцевая шестерня, сателлиты и водило.
Сразу отметим, что корпус и шестерни редуктора могут быть изготовлены из разных материалов: или из металла, или из пластмассы. В случае металлических корпуса и шестерней инструмент может выдерживать значительные механические нагрузки и меньше перегревается во время работы. Но достаточно часто производители используют в шуруповёртах планетарные редукторы с пластиковыми корпусами, причем даже их шестеренки могут быть изготовлены из пластмассы.



 

Это вызвано стремлением изготовителей сделать инструмент дешевле, а также легче и соответственно удобнее в работе. Во всех аккумуляторных шуруповёртах ТМ «ЗУБР» все шестерни редукторов выполнены из металла, а корпуса же редукторов - из прочного пластика.
Для более полного представления работы планетарного редуктора, необходимо уточнить расположение отдельных деталей в планетарном механизме. Кольцевая шестерня представляет собой цилиндр, внутри которого по всей окружности расположены зубья, по которым движутся во время работы сателлиты. Сателлиты устанавливаются на штифты водила. Между сателлитами заходит приводная шестерня двигателя (солнечная). Приводная шестерня толкает сателлиты, которые начинают перемещаться по окружности кольцевой шестерни, тем самым заставляя вращаться водило, но уже с меньшей скоростью чем двигатель. Водило на противоположной стороне от сателлитов может быть соединено с выходным валом или же может иметь свою приводную (солнечную) шестерню, которая при сборке многоступенчатого редуктора будет заходить уже между сателлитами второго водила (водила второй ступени).



 

Работа 3-х ступенчатого редуктора выглядит следующим образом: солнечная шестерня двигателя вращает сателлиты 1 ступени по кругу кольцевой шестерни, соответственно водило 1 ступени вращается с меньшей скоростью, чем скорость двигателя. Первое водило передает крутящий момент через свою солнечную шестерню ко второй троице сателлитов, которые также вращаются по кругу кольцевой шестерни, значит обороты второго водила (2 ступени) уменьшаются еще больше. Второе водило своей солнечной шестернёй передаёт вращение сателлитам 3 ступени, которые через кольцевую шестерню вращают последнее (3 ступени) водило. Третье водило имеет уже минимальные обороты и находится в зацеплении с валом - шпинделем, на котором крепится патрон.
Если при таком построении планетарного редуктора реализовать возможность подключения и отключения одной из его ступеней, то можно получить, соответственно, двухскоростной вариант инструмента. Что собственно и сделано в аккумуляторных шуруповёртах нашего ассортимента. Так, все аккумуляторные шуруповёрты ТМ «ЗУБР» (кроме аккумуляторных отвёрток и гайковёртов) являются двухскоростными. Для выбора необходимой максимальной скорости (так как мы уже рассматривали выше, что скорость регулируется и основным выключателем шуруповёрта) в шуруповёртах нашего ассортимента используется специальный отдельный переключатель.



 

1-я скорость соответствует максимальному крутящему моменту и средней максимальной скорости вращения (350-400 об/мин). На 2-ой скорости шуруповёрт развивает меньший крутящий момент, но при этом выдаёт максимальное количество оборотов (1150-1400 об/мин). Таким образом, пользователь имеет возможность выбрать или максимальную скорость вращения - для сверления, или максимальную силу - для закручивания.
Муфта регулировки крутящего момента.
Большая сила закручивания - это не всегда выгодно, существуют моменты, когда мощность не столь важна, а порой даже может и негативно сказаться на всех результатах работы. Так уже говорилось, что при слишком высоком крутящем моменте будет присутствовать вероятность сорвать шлиц самореза либо загнать его слишком уж глубоко в мягкий материал. Не покупать же теперь из-за этого два шуруповёрта: один с меньшей, другой с большей мощностью? Решить задачу помогает упоминавшийся выше и являющийся главной отличительной особенностью шуруповёртов механический регулятор усилия - муфта регулировки крутящего момента (расцепная муфта). Это особое приспособление, разработанное специально для эффективного ограничения крутящего момента, и устанавливаемое на выходе редуктора. Управляется данная муфта специальным кольцом, которое на большинстве моделей шуруповёртов находится в передней части корпуса инструмента, непосредственно перед патроном.



 

Обычно шуруповерты имеют от 7 до 20 и даже более установок величины крутящего момента, которые маркируются соответствующими цифрами на кольце. На практике подбор требуемой величины крутящего момента осуществляется эмпирическим (опытным) путем и напрямую зависит от вида материала и крепежа. Перед началом чистовой работы следует испытать на такой же ненужной пробной заготовке, как будет завинчиваться используемый крепеж. При правильном выборе положения муфты в момент полного закручивания шурупа должен срабатывать трещоточный механизм, не разрешая перетянуть крепеж. В идеале шурупы должны заходить заподлицо с поверхностью, без избыточного погружения в материал или, наоборот, недокручивания. Установка высокой скорости либо чрезмерного крутящего момента чревата несрабатыванием трещоточного механизма, перетягиванием крепежа и повреждением его рабочего профиля, оснастки (биты) или материала (раскол, появление трещин, деформация). В свою очередь недостаточный крутящий момент приведёт к несвоевременному срабатыванию расцепной муфты и шляпка самореза или шурупа останется над рабочей поверхностью. В таком случае придется дополнительно докручивать крепёж, что само по себе требует лишнего времени.
Конструкцию муфты регулировки крутящего момента рассмотрим на примере шуруповёрта ТМ «ЗУБР» арт. ЗДА-10,8-Ли-К. В данном шуруповёрте муфта состоит из 12-и стальных шариков, находящихся в 6-и сквозных отверстиях передней части корпуса редуктора и с внешней стороны прикрытых стальной шайбой.



 

По всему диаметру на шайбу давит прижимная пружина, сжатие которой изменяется специальной пластиковой гайкой. В свою очередь пластиковая гайка жёстко связана с внешним кольцом-регулятором крутящего момента шуруповёрта. В результате, вращение кольца-регулятора изменяет силу прижатия шариков, которые, выступая уже внутри корпуса редуктора, удерживают от проворачивания кольцевую шестерню третьей ступени редуктора. Для этого на торце шестерни сделаны соответствующие выступы.



 

При выполнении работы, когда на валу шуруповёрта возникает достаточно большое усилие, равное установленному муфтой регулировки крутящего момента, сопротивления шариков не хватает для удержания кольцевой шестерни. Она "срывается" с шариков, продавливая их, и начинает проворачиваться. При этом слышны характерные щелчки (трещотка), патрон же шуруповёрта в это время останавливается, и оснастка перестаёт вращаться. Максимальное усилие, с которым муфта регулировки крутящего момента удерживает кольцевую шестерню, соответствует положению «Сверление», которое обозначается на кольце-регуляторе муфты соответствующим значком.



 

Ещё раз напомним, что именно наличие муфты регулировки крутящего момента определяет принадлежность инструмента к категории дрели-шуруповёрты, а не к категории просто дрели.
Блокировка шпинделя.
Немаловажным конструктивным отличием, в достаточной степени характеризующим качественный уровень шуруповёрта, является наличие в шуруповёрте блокировки вращения его шпинделя и соответственно установленного на него патрона. Реализует такую блокировку ещё один применяемый в редукторе специальный узел - муфта блокировки шпинделя. Задачей данной муфты является не допускать вращения патрона (и соответственно установленной оснастки) при выключенном двигателе инструмента. Фактически муфта пропускает вращающее усилие на шпиндель с патроном, если это усилие идёт от двигателя и блокирует шпиндель, если вращающий момент идёт со стороны оснастки. То есть если взяться за закреплённую в патроне биту, то провернуть патрон выключенного шуруповёрта в любую сторону не удастся.



 

Практическая польза муфты блокировки шпинделя заключается в возможности закручивать и откручивать крепёж выключенным шуруповёртом, как обычной отвёрткой. Такая необходимость может возникнуть, если у самого шуруповёрта не хватает развиваемого усилия для полного заворачивания или начального отворачивания какого-то особо крупного крепежа. Также и в том случае, если аккумулятор шуруповёрта полностью разрядился или значительно «подсел», и уже не выдаёт необходимую мощность.
В нашем ассортименте муфтой блокировки шпинделя оснащены все Li-Ion аккумуляторные шуруповёрты ТМ «ЗУБР» (кроме гайковёртов) и абсолютно все аккумуляторные отвёртки. Это однозначно является определённым конкурентным преимуществом инструмента. Но одновременно следует отметить, что применение муфты блокировки шпинделя «съедает» у шуруповёрта несколько единиц развиваемого крутящего момента. Отсутствие муфты блокировки шпинделя в гайковёртах объясняется не только их конструкцией, но и простой логикой. Усилие, которое может приложить к крепежу оператор через заблокированный шпиндель инструмента (даже с учётом хорошего рычага, коим и является сам инструмент) всё равно будет значительно меньше, чем ударное усилие гайковёрта.
Одним из визуальных признаков наличия в шуруповёрте муфты блокировки шпинделя является применение в шуруповёрте определённого вида патрона.

ПАТРОНЫ ШУРУПОВЁРТОВ

Рассмотрим подробнее патроны, применяемые в инструменте. Встречаются шуруповерты с ключевым кулачковым патроном (1); быстрозажимным кулачковым патроном (2); шестигранным патроном под размер 1/4 дюйма (3) и присоединительным квадратом 1/2 дюйма (4).



 

Ключевой патрон фиксирует оснастку закручиванием при помощи специального ключа обжимной гайки. При этом «кулачки» патрона сводятся к центру, зажимая между собой биту или сверло. Замена оснастки в таком патроне относительно неудобна, так как приходится тратить на это определенное количество времени (в зависимости от сноровки работника) и всегда необходимо наличие специального ключа. Но зато такой ключевой патрон больше всех подходит для работ с твердыми материалами, потому что является одним из наилучших по усилию фиксации. В нашем ассортименте шуруповёртов с ключевым патроном нет. Вообще, такими патронами шуруповёрты снабжаются, как правило, редко. Ключевые патроны применяют в основном в аккумуляторных дрелях.
Быстрозажимные патроны существуют двухмуфтовые и одномуфтовые. В двухмуфтовом патроне, для смены оснастки, одной рукой удерживают специальное кольцо, блокируя от вращения сам патрон, а другой рукой поворачивают голову патрона, закрепляя непосредственно оснастку. То есть, при этом заняты сразу обе руки. В одномуфтовом патроне смена оснастки производится одной рукой, потому что нет необходимости в удерживании самого патрона от вращения, это делает встроенная в шуруповёрт функция блокировки шпинделя.



 

Нельзя однозначно утверждать какой вариант быстрозажимного патрона лучше, это больше вопрос личного предпочтения. Однако, как правило, те, кто один раз попробовал в работе одномуфтовый патрон, двухмуфтовым пользуются уже неохотно. Для многих это даже достаточно принципиально. Действительно, использование двух рук при зажатии двухмуфтовым патроном в ряде случаев просто невозможно. Так, зачастую пользователь находится в каком-то неудобном положении (например, на приставной лестнице), где шуруповёрт просто некуда поставить, и приходится его удерживать. Соответственно, одна рука уже занята, и поэтому затянуть двухмуфтовый патрон в такой ситуации достаточно проблематично.
В торговой марке «ЗУБР» в Li-Ion линейке шуруповёртов в качестве быстрозажимных используются одномуфтовые патроны. Причём, не зависимо от мощности шуруповёрта все патроны одинакового размера - под максимальный диаметр хвостовика оснастки 10мм. Исключением является только бесщёточный шуруповёрт арт.ДАИ-18-2-Ли-КНМ4, у которого металлический быстрозажимной патрон под максимальный диаметр 13мм.
В шуруповёртах с Ni-Cd аккумулятором и быстрозажимным патроном применён двухмуфтовый вариант патрона. Исключение - шуруповёрт серии «ПРОФЕССИОНАЛ» арт.ЗДА-18-2 КИН20 с одномуфтовым патроном. При этом, в шуруповёртах на аккумуляторах с напряжением 12 и 14.4 вольт установлены патроны под максимальный диаметр хвостовика оснастки 10мм. А в 18-ти вольтовых под максимальный диаметр 13мм.
Очень часто в аккумуляторных шуруповёртах (особенно в инструментах малой мощности и в аккумуляторных отвёртках) применяются шестигранные патроны под размер 1/4 дюйма. Основное достоинство данных патронов в их простоте и компактности. В функциональности шестигранные патроны ничем не уступают патронам обычным, но требуют применения определённой оснастки. Во-первых, и биты, и свёрла обязательно должны быть с шестигранным хвостовиком. Во-вторых, сам хвостовик оснастки должен иметь специальную проточку для продольной фиксации, иначе оснастка будет выпадать из такого шестигранного патрона.
Здесь же следует отметить, что существуют некоторые модели шуруповертов оснащенные быстросъемными кулачковыми патронами.



 

Такая конструкция даёт возможность, сняв основной патрон, установить оснастку непосредственно в шпиндель (выходной вал редуктора), имеющий, в свою очередь, шестигранное отверстие (1/4 дюйма). То есть работать в труднодоступных местах без применения достаточно габаритного патрона. В нашем ассортименте таких моделей пока нет.
Присоединительный квадрат на 1/2 дюйма применяется обычно в достаточно мощных аккумуляторных шуруповёртах - гайковёртах. Это определено тем, что основное назначение такого инструмента закручивание/откручивание болтов и гаек. При этом, как правило, используются торцевые головки, которые как раз таки и имеют присоединительный размер 1/2 дюйма. Примером инструмента с таким присоединением является гайковёрт ТМ «ЗУБР» арт.ЗГУА-18-Ли К, который появится в нашем ассортименте в ближайшее время.

ПОЛЕЗНЫЕ «МЕЛОЧИ» И ДОПОЛНЕНИЯ

Зачастую разные производители вносят в традиционную конструкцию шуруповёрта дополнительные функции и опции. Некоторые дополнения повышают функциональность инструмента, некоторые улучшают удобство пользования им. Часть из таких дополнений мы уже рассмотрели выше: электронный тормоз, блокировка шпинделя, быстрозарядные устройства. Все они достаточно востребованы и существенно улучшают инструмент, хотя и повышают его стоимость. Упомянем о ещё встречающихся функциях.
Функция удара в дрелях-шуруповертах предусмотрена непосредственно для сверления в кирпичной кладке или в легком бетоне. При включении данной функции, благодаря специальной конструкции редуктора, патрон инструмента помимо вращательных движений, делает так же и поступательные (вперёд - назад). В результате вставленное сверло производит ударное сверление.



 

Поскольку ударное сверление требует от инструмента достаточно большой мощности, то такая функция применяется, как правило, в шуруповёртах с напряжением питания не менее 18 В. Например, в нашем ассортименте, до недавнего времени, предлагался шуруповёрт в ТМ «ЗУБР» арт.ЗДА-18-Ли-К, который для лучшего удержания был снабжён ещё и дополнительной рукояткой.
К часто встречающимся дополнениям можно отнести также следующие: поворотный корпус, подсветка рабочего места, индикация заряда батареи, держатель для бит, ремешок фиксации на руке. Но кроме чисто конструктивных дополнений очень важную роль играет и обеспечение оптимальной эргономики: сбалансированной развесовки, максимальной устойчивости в вертикальном положении, удобства хвата и удержания при большом крутящем моменте, предупреждение скольжения в руке. Такие показатели эргономичности обязательно следует учитывать при сравнении одинаковых в остальном моделей, так как всё это может влиять не только на удобство работы, но и непосредственно на безопасность.
Однако следует понимать, что иногда дополнения являются действительно полезными, а иногда носят больше рекламный характер. Здесь правильно всегда ориентироваться на общий уровень рассматриваемого инструмента. Если корпус шуруповёрта выполнен из жёсткого пластика и с большим весом, то удачная развесовка уже, наверное, не актуальна, т. к. долго работать таким инструментом всё равно будет неудобно. Если применена в шуруповёрте подсветка, то следует обратить внимание, куда падает пятно света, в нужное ли место, не перекрывается ли световой поток рукой при захвате инструмента. То есть оправданность применения каждого дополнения нужно оценивать по качеству его исполнения и уместности для конкретной модели.

СЕТЕВЫЕ ШУРУПОВЁРТЫ

Как понятно из названия, сетевые шуруповёрты - это электроинструмент, который «питается» непосредственно от электрической сети с напряжением 220В. Несомненным преимуществом сетевых шуруповёртов является независимость от времени. То есть, электроинструмент будет работать ровно столько, сколько понадобится, причем мощность, а соответственно и работоспособность инструмента, будет постоянной. Это предоставляет большие удобства в случае, когда требуется длительное применение шуруповёрта.
Есть и ещё один достаточно важный плюс сетевого электроинструмента - при идентичной мощности, его стоимость, как правило, меньше стоимости аналогичного аккумуляторного, так как хорошая и мощная батарея - изделие дорогое. Но все эти преимущества актуальны лишь при условии, что рядом есть электрическая сеть. И это основной недостаток, присущий сетевым шуруповёртам. Ещё один отрицательный момент в том, что передвижения по рабочей площадке во время работы не могут быть слишком активны и протяжённы. Ведь при работе с сетевым инструментом всегда есть вероятность не только зацепиться или запутаться в сетевом проводе, но и то, что длины провода просто не хватит. Поэтому обычно, необходим ещё и сетевой удлинитель.
Понятно, что основным отличием сетевых шуруповёртов является применение двигателей переменного тока. Но кроме этого сетевые шуруповёрты могут иметь и существенные отличия в механической части. На сегодняшний день на рынке можно встретить предложение двух вариантов исполнения данного инструмента.
Первый вариант - это полный аналог аккумуляторных дрелей-шуруповёртов. В нашем ассортименте такой вариант представлен моделями ТМ «ЗУБР» арт. ЗСШ-300-2 и ТМ «ЗУБР» арт. ЗДШ-90-2-ПТ



 

Инструменты имеют характерные для аккумуляторных дрелей-шуруповёртов 2-е скорости вращения: 0-400/0-1400 об/мин у арт.ЗСШ-300-2 и 0-310/0-880 об/мин у арт.ЗДШ-90-2-ПТ. Как и у обычных шуруповёртов в данных инструментах применены: планетарный редуктор, муфта ограничения крутящего момента, кулачковый быстрозажимной двухмуфтовый патрон. Между собой данные сетевые модели отличаются типом двигателя. В более мощной модели (арт.ЗСШ-300-2, 300Вт) установлен двигатель переменного тока, а в другой модели (арт.ЗДШ-90-2-ПТ, 90Вт) - двигатель постоянного тока высокого напряжения.
Второй вариант - это именно шуруповёрт, как таковой. И в этом варианте имеются уже значительные отличия.



 

Так, в качестве редуктора в таких сетевых шуруповёртах используют классический шестерёнчатый редуктор, а вместо муфты ограничения крутящего момента применяют ограничитель глубины заворачивания. Поэтому передача вращения от редуктора к шпинделю-патрону осуществляется специальной зацепной муфтой, которая срабатывает (передаёт вращение) лишь тогда, когда пользователь давит на шуруповёрт и, соответственно, на вставленную оснастку.



 

Оборудование сетевых шуруповёртов именно ограничителем глубины заворачивания объясняется тем, что он особенно удобен при серийном использовании инструмента. То есть при массовом выполнении однотипных крепёжных операций, когда крепятся одни и те же материалы, одним и тем же крепежом. В таком случае с помощью ограничителя глубины заворачивания можно установить не величину максимального крутящего момента, а постоянную глубину (отсюда и название), на которую шуруп будет завернут. Пока металлический наконечник ограничителя не упрётся в поверхность, продольное давящее усилие пользователя будет через крепёж и шпиндель-патрон передаваться к редуктору, обеспечивая его зацепление со шпинделем и тем самым передавая вращение. Как только наконечник упрётся, продольное усилие по этой цепочке пропадёт. Соответственно, редуктор выйдет из зацепления со шпинделем-патроном и вращение оснастки прекратится. Положение металлического наконечника ограничителя можно регулировать специальным, находящимся за ним, кольцом. Таким образом, выдвигая или утапливая наконечник, можно выбрать желаемую глубину заворачивания крепежа. Но следует учитывать, что величина регулировки ограничена, поэтому вся система работает только при установке в шуруповёрт бит длиной 25 мм. При большей длине ограничитель срабатывать не будет.
Важно понимать, что ограничитель, в отличие от муфты, не реагирует на силу сопротивления материала, что тоже порой на практике очень удобно. Если, например, заворачивают саморез в дерево и на какой-то глубине внутри встречается уплотнение, то муфта ограничения крутящего момента остановит работу, а вот шуруповерт с ограничителем все равно ввернёт крепёж. Но если это слишком крепкое препятствие, то при этом будет присутствовать вероятность сломать оснастку.
Из рисунков выше видно, что такие сетевые шуруповёрты (с ограничителем глубины заворачивания) оснащаются, как правило, шпинделем-патроном под шестигранный хвостовик размером 1/4 дюйма.
Отметим также, что на сложившемся рынке таких сетевых шуруповёртов можно выделить три следующие группы:
- «силовые» шуруповёрты с максимальной скоростью около 2500 об/мин;
- «универсальные» шуруповёрты с максимальной скоростью 4000-4500 об/мин;
- «скоростные» шуруповёрты с максимальной скоростью 6000 об/мин.
«Силовые» сетевые шуруповёрты используются при работах, требующих больших усилий, то есть высокого крутящего момента. Именно того, который они и могут выдать за счёт малой скорости. Например, при заворачивании саморезов в металлический профиль. «Универсальные» шуруповёрты отличаются средними показателями крутящего момента из-за уже увеличенной скорости. Это делает их оптимальными для большинства работ - отсюда и название «универсальные». И наконец «скоростные» шуруповёрты востребованы в основном при сборочных работах, когда требования к крутящему моменту инструмента невелики (например, при закручивании резьбовых соединений), а вот скорость работы имеет решающее значение.
Пока в нашем ассортименте представлены только «универсальные» модели - сетевые шуруповёрты ТМ «ЗУБР» арт. ЗСШ-550-45 и арт. ЗСШ-730-45. Они отличаются мощностью и, соответственно, максимальным диаметром заворачиваемого крепежа (6мм и 8мм). Постепенно группа этого инструмента будет расширяться.

В заключение хотелось бы отметить следующее. Каким бы замечательным не был инструмент, но если пользователь не уделяет должного внимания уходу за ним, а в случае аккумуляторных шуруповёртов - это хранение и обслуживание батарей, то рано или поздно, но в самый ответственный момент, инструмент его подведёт. И в таком случае, как говорят в народе, - «…Неча на зеркало пенять, если …..».

Комментарии

Сообщения не найдены

Новое сообщение