人体工程与电子技术在电动工具领域中的应用

黄豆豆

　　［摘要］文章介绍人体工程与技术在电动工具领域中的应用，诸如手柄跨度、和结构的选择以及电子调速、按速、控制技术的应用等。

　　［关键词］人体工程；电子技术；电动工具
　　
　　目前，国内的电动工具行业正在迅速发展，但与国外同行业相比较，还有相当大的差距，尤其在高端产品上尤为明显，主要表现在人体工程及电子技术在电动工具的应用上。这两点应该为国内的企业所重视与研究。
　　
　　一、人体工程技术
　　
　　人体工程技术是用科学技术解决人与机器之间的相关问题，包括人的动作特点、人的感觉和人体工程，重点是噪音、振动、重量、平衡性和操作舒适性。它估量人的能力，适应工作，使人们能够在这些条件下正常工作。采用人体工程技术设计电动工具，工具不仅要完成特定的功能，而且要适应各种人体体质限制条件。正确的设计与选择，可以提高工具的整体质量和技术水平，从而提高劳动生产率，减少人员伤残及损失。
　　普通工具在操作时，由于振动、噪音、不平衡性、冲击力等原因，给人体带来各种危害，影响健康。人与工具是通过手柄接触的，因此手柄的尺寸、结构、形状直接影响着操作者的握持力、握持强度及操作舒适性，直接造成操作者伤残事故。在人体工程技术研究中，对手柄的研究与试验相当多，试验结果差异也比较大。研究主要集中在以下几点：
　　1.手柄跨度（直径）选择
　　不同结构形状的手柄，如手枪柄式、直筒式、拎攀式，其最佳手柄跨度也不同；不同的工具，例如电锤和电钻，操作时手臂施力要求不一样，最佳手柄跨度也不同。 因此，最佳手柄跨度选择，必须兼顾以上各项要求综合考虑，因为具体工具是由各类人员操作的。
　　2.手柄材料选择
　　美国百得公司生产经理Allan Brels ford曾指出：“在许多动力工具手柄上安装橡胶，可以提供舒适、良好的握持面”。手柄表面采用弹性材料，操作时会感到比较舒适。
　　3.手柄结构选择
　　采用多种减振方法制造的减振手柄，可大大降低传递到手上的振动。
　　工具的开关扳机宽大，可减轻握持工具的指力和掌力。不同的使用场合，采用不同的扳机结构，例如，拇指按动的扳机常常用于触发力是进给力的组成部分的工具上，条形扳机仅推荐用于要求低精度和轻重量的场合，按压扳机通常用于拧紧工具上，杆式扳机用于手握住整个扳机的场合，转动扳机常常制成没有复位弹簧，防止扭矩影响手腕。
　　
　　二、 电子技术
　　
　　如果说电机是电动工具“心脏”的话，那么电子控制技术就是电动工具的“中枢神经系统”。它不仅能够提高工具本身的操作性能，而且能够改善加工质量，增强使用灵活性，增加产品附加值，把电动工具推向一个崭新的发展阶段。因此，国外主要电动工具制造厂商开发和扩大应用电子调速等电子技术，以适应不同加工材质的需要；20世纪60年代中期，又发展了电子控速技术研究，以控制电动工具的空载转速；到了80年代初期，开发了微机控制的电动工具，以取得最佳的使用参数；同时，电子控温、软起动、软停止扭矩控制等电子技术也在电动工具上相继得到实际使用。特别是近年来，随着电子技术的高速发展，简化了电路设计，提高了可靠性，降低了产品价格，进一步扩大了在电动工具上的应用范围。现将各种电子技术应用情况作一简单介绍。
　　1. 电子调速技术应用
　　这是国外电动工具最早使用、最普遍使用的一种电子技术，几乎所有品种都已采用。采用电子调速，电动工具能够在设定的速度范围内无级变速，特别是在低转速上能够十分灵便地进行工作，从而改善了加工质量，增强了使用灵活性。
　　2.电子控速技术应用
　　这一技术使电动工具的串激电机具备额定负载转速与空载转速基本相同或完全相同这一特殊性能，因而特别运用于严酷条件下作业的大功率、高转速电动工具，不仅大大提高了工作效率，而且显著降低了空载噪音和振动，负载功率损失很小，延长了工具使用寿命
　　3.微机控制技术应用
　　微机控制的电动工具的结构并不复杂，其部分与普通电动工具一样，一般不需作重大改变。微机控制部分只需使用价格便宜、体积很小的单片机，安装在工具机器内。主要特点是具有优越的自动控制功能和操作选择功能，工具运作状况是通过控制屏上的按钮控制的，不受人为因素影响，从而提高工作效率，改善加工质量，确保高精度，减少作业工具磨损。
　　4. 电子绕组温度监控技术应用
　　这一技术是电动工具的一种安全保护措施，也是电子控速器的必不可少的监控元件。
　　绕组温度监控元件是在电机绕组上安装一个温度传感器，用于监控绕组的实际温度，并与设定的最大允许温度值进行比较，如接近该温度，就自动采取适当的保护方式，如可以通过热敏电阻阻断电路。
　　5.电子减速技术应用
　　在拆卸螺钉或螺栓时，工具要求低转速、大扭矩，而采用串激电机的扳手或螺丝刀，在降低转速时，又同时降低扭矩，拆卸螺钉或螺栓比较困难，特别是生锈的大螺钉或大螺栓，拆卸更加困难。电子减速器在串激电机负载减速时自动增加电压，使电机仍然保持大扭矩，从而能够方便地拆卸螺栓或者螺钉。
　　6.电子扭矩控制技术应用
　　扳手和螺丝刀拧紧大螺栓或大螺钉时，功率高，扭矩大。如果扭矩过大，容易折断钻头或者螺栓、螺钉。电子扭矩控制器用于无级调节扳手或螺丝刀的扭矩值，同时控制最大扭矩值，有效地解决以上问题，从而确保流水线上每只螺栓或螺钉装配的拧紧程度均一，保证产品的一致性。
　　7.电子起动电流限制技术应用
　　这是通过限制起动电流来控制电动工具的起动速度，其作用类似于电子软起动技术，对于大功率电动工具很是有效。电子起动电流限制器由一只限流电阻和一只继电器组成，安装在工具机体内。继电器的励磁绕组与电枢并联，电阻与定子和电枢串联。工具起动时，电阻限制起动电流不会很快增大。工具起动后，由于电枢旋转，切割磁力线，产生反电压，当反电压由零上升到继电器的吸动电压时，继电器闭合，使限流电阻短路，则工具正常工作。
　　8.电子控温技术应用
　　目前国外主要用于电动热风枪等产品。它是通过改变可控硅的导通相位角，无级调节热风温度；并通过温度传感器测量枪内的实际热风温度，与设定的温度相比较，从而保持热风温度恒定。
　　以上几点就是目前国际电动工具行业的主要研究与发展趋势，这里提出来以供各电动工具企业参考。