Как ни парадоксально, угловые шлифовальные машины (УШМ) чаще всего используются не для шлифовки, а для резки металла, природного камня, кирпича - да практически чего угодно, кроме, пожалуй, древесины и стекла. Ещё их широко применяют для зачистки неровных после сварки или поржавевших металлических поверхностей. Разумеется, они великолепно справляются практически с любыми шлифовальными работами, если установить сюда соответствующую оснастку.
Слово «угол» в названии инструмента говорит о том, что шпиндель расположен перпендикулярно оси электродвигателя, спрятанного внутри корпуса устройства. Для передачи крутящего момента к оснастке служит одноступенчатый редуктор. Совершим же небольшое путешествие в этот таинственный мир, сделав его более понятным.
С чего начинались «болгарки»
В обиходе УШМ почти никогда не называют официально – углошлифовальная машина. Гораздо более широкое распространение получил термин «болгарка». Откуда взялось такое слово? Разумеется, из Болгарии! Во времена СССР болгарский завод «Спарки Елтос», возникший в 1961 году на базе предприятия «Элпром», основанного еще в начале прошлого века для выпуска электродвигателей, был чуть ли не единственным поставщиком этого инструмента в нашу страну.
Вообще, первые УШМ были выпущены немецкой компанией AEG в 40-х годах ушедшего столетия. В 1966 году братская Болгария купила у немцев лицензию, так и возникла «социалистическая» версия «болгарки». К слову, через 30 лет расположенный в городе Ловеч завод был приобретен фирмой SPARKY Group, и сегодня он является одним из крупнейших производителей электроинструмента в Европе, выпуская порядка миллиона единиц продукции в год под брендом SPARKY.
Что внутри?
В целом, УШМ обладает довольно простой конструкцией и состоит из корпуса с двигателем, углового одноступенчатого редуктора, а также шпинделя для крепления диска, прикрытого съемным защитным кожухом. Еще имеется переставляемая боковая рукоятка. А вот далее, при более тщательном изучении сути вопроса, обнаруживается множество нюансов.
Основная часть корпуса современных моделей УШМ изготавливается из армированного пластика. Габариты конструкции определяются мощностью (а значит, размерами) размещенного в ней высокооборотного электродвигателя, который при длительной работе довольно сильно греется, поэтому здесь предусмотрены вентиляционные отверстия для охлаждения агрегата. На корпусе же находится кнопка включения устройства и регулятор частоты вращения шпинделя, если такая функция имеется у данной модели. Большинство УШМ позволяют менять угольные щетки электродвигателя, не разбирая корпуса, через два закрепленных винтами специальных технологических лючка. В передней части инструмента на корпусе редуктора, который изготавливается из металла (обычно алюминиевого или магниевого сплава), находятся гнезда для присоединения дополнительной (передней) рукоятки. Ее можно установить в любом из двух (чаще всего) или трех положений, хотя выпускаются модели УШМ с пятью вариантами расположения этой детали конструкции.
Теперь двигатель. Обычно это универсальный коллекторный агрегат, отличающийся небольшими габаритами и простой схемой регулировки оборотов, к тому же индуктивное сопротивление его статора на малых оборотах ограничивает потребляемый ток в несколько раз по сравнению с номинальным значением. На многих «болгарках» предусмотрен быстрый и довольно простой доступ к угольным щеткам для их замены по мере износа. Кстати, у наиболее продвинутых моделей критический износ щеток ведет к автоматическому выключению инструмента: таким образом предотвращается механическое повреждение коллектора.
Угловой редуктор обычно крепится к корпусу наглухо, однако у мощных УШМ некоторых марок предусмотрена возможность его вращения с фиксацией в одном из четырех положений с шагом 90°. Задача редуктора – передать крутящий момент от вала двигателя на шпиндель, ось которого перпендикулярна оси якоря электромотора. При этом конструкция должна обеспечить заданную частоту вращения шпинделя, зависящую от диаметра используемых дисков. Как уже говорилось, корпус редуктора всегда делается из металла, что способствует лучшему отводу тепла, т. к. при работе этот узел сильно греется. Шестерней всего две, они могут быть прямозубыми или косозубыми (т. н. коническое зацепление Глиссона) – второй вариант является более надежным и менее шумным.
Шпиндель передает усилие от редуктора к оснастке – диску или круглой щетке. В простейшем случае это просто вал с резьбой (обычно М14) на внешнем конце. Для упрощения замены диска здесь имеется блокировка вращения, позволяющая нажатием на специальную кнопку застопорить ведомую шестерню редуктора. В продаже имеются и модели, где блокируется не шестерня, а расцепляющая муфта, при этом кнопку можно давить, не дожидаясь полной остановки диска.
Кстати, о расцепляющей муфте. Она имеется у многих «болгарок» (обычно больших, под оснастку диаметром 180 и 230 мм) и используется для предотвращения обратного удара при заклинивании круга, т. е. защищает инструмент от поломки, а оператора – от получения травмы. Существуют две базовые конструкции данного узла: скользящая и центробежная. В первом случае ведомая шестерня соединяется со шпинделем через фрикционные диски, которые при превышении заданной нагрузки начинают проскальзывать друг относительно друга. Мотор при этом продолжает вращаться, а отрезной или шлифовальный круг останавливается. При втором варианте крутящий момент начинает передаваться на шпиндель только по достижении определенных оборотов, а при резком торможении круга (например, при заклинивании) муфта мгновенно расцепляет шпиндель и редуктор.
Оснастка крепится к шпинделю при помощи гайки, для затяжки и отпускания которой чаще всего используется специальный ключ. Впрочем, существуют модели, не требующие его применения. Секрет такой свободы заключается в особой быстрозажимной гайке: с ней можно справиться голыми руками. При прогоне такое приспособление идет по резьбе как целая деталь, но когда ее нижняя часть упирается в диск и тормозится, верхняя продолжает вращаться, все сильнее прижимая оснастку. При этом гайка не склонна к самозатягиванию в процессе работы и откручивается так же легко.
Успешной методикой снижения вибрации, возникающей из-за неравномерного износа диска и его отклонения от идеальной формы, можно назвать систему автоматической балансировки оснастки. Это маслонаполненная муфта, внутри которой свободно перемещаются динамически смещающие центр тяжести стальные шарики. Увы, такая полезная опция присутствует лишь на некоторых моделях УШМ, предназначенных для интенсивной эксплуатации.
Регулировка частоты вращения шпинделя нужна в основном при работе со шлифовальными или зачистными кругами, когда есть вероятность подгорания обрабатываемого материала из-за высокой линейной скорости движения абразивной оснастки. К сожалению, такая функция встречается далеко не у всех «болгарок», и, как правило, изменение частоты происходит ступенчато, а не плавно.
Дорогие модели инструмента имеют систему (как правило, механическую, реже электронную) аварийной остановки двигателя при заклинивании оснастки: она защищает двигатель от перегрева, а шестерни редуктора – от разрушения. Кроме того, встречается система принудительного сокращения выбега диска (примерно до 3 сек.) после отключения инструмента, чтобы тот не засасывал пыль и грязь с пола, куда его по небрежности опустили, не дожидаясь полной остановки вращения двигателя. Здесь возможны два конструктивных решения. Первое основано на трении и сделано по аналогии с автомобильными тормозами: плюс такого метода заключается в простоте и дешевизне, минус – в постепенном, но неизбежном механическом износе тормозных муфт. Второй вариант заключается в использовании электронной схемы торможения двигателем. При всей очевидной эффективности здесь тоже есть свои недостатки: относительно высокая стоимость и возможность работы только при наличии напряжения в сети, т. к. при отключении питания (например, выдергивании вилки из розетки) такая система сокращения выбега функционировать не будет.
Блокировка повторного включения – вещь абсолютно необходимая, особенно при нестабильном электроснабжении на строительных объектах. Защита срабатывает после пропадания напряжения в сети и не позволяет двигателю самостоятельно запуститься вновь при возобновлении подачи энергии. Вращение активируется только после того, как оператор сдвинет переключатель в положение «выключено», после чего снова включит инструмент по обычной схеме.
Защитный кожух не позволяет летящим с большой скоростью частицам абразива и обрабатываемого материала попасть в работника. На некоторых самых дешевых моделях УШМ для бытового использования кожух фиксируется жестко, однако у большинства агрегатов предусматривается возможность изменения его положения как при помощи дополнительного инструмента, так и без оного (бесключевая регулировка).
Что насадить на шпиндель
Существует всего три разновидности оснастки для УШМ: отрезные и шлифовальные (обдирочные) круги, а также зачистные щетки. Абразивные отрезные круги выпускаются для обработки определенных видов материалов и соответствующим образом маркируются, в т. ч. цветом. Использовать, к примеру, диск по камню для работ по металлу не следует, ничего хорошего из этого не выйдет. Так что оснастку нужно выбирать строго под обрабатываемый материал – металл (черный или цветной), камень, бетон, керамическую плитку и т. д.
При работе «болгаркой» используются алмазные отрезные круги только для сухой резки. Устанавливая данную оснастку, необходимо обратить внимание на предписанное производителем направление ее вращения (указывается стрелкой на корпусе круга): ошибка приведет к недопустимому снижению эффективности работы. Как и обычные абразивные аналоги, алмазные круги рассчитаны на строго определенные группы материалов: камень, металл, бетон и т. п.
У всех кругов для УШМ имеется посадочное отверстие диаметром 22,23 мм для установки оснастки на шпиндель через фланец с фиксацией посредством гайки. Внешний диаметр круга составляет 115, 125, 150, 180 и 230 мм.
Зачистные щетки навинчиваются непосредственно на имеющие внешнюю резьбу (обычно М14) шпиндели. Такая оснастка может иметь форму диска или чаши, а рабочим органом здесь обычно служит стальная (более жесткая и износостойкая) или латунная (более мягкая, не дающая искр) проволока, очищающая поверхность детали от грязи, старой краски или ржавчины. Нейлоновыми щетками можно обрабатывать даже деревянные детали, но только при невысоких оборотах.
Шлифовальные круги (их еще называют обдирочными) нужны для обдирки, зачистки или шлифовки плоских металлических поверхностей после сварки и механической обработки. Внутренние криволинейные поверхности (вроде труб или арок) обрабатываются лепестковыми радиальными кругами. Лепестковые круги используются для чистки корродированных поверхностей, подготовки деревянных деталей к покраске (в частности, снятия старого лакокрасочного покрытия) и шлифовки небольших неровностей. По сути, это закрепленные на диске кусочки абразивной шкурки различной зернистости. Соответственно, ресурс лепестковых кругов довольно невелик.
Мощность и обороты
Ключевым параметром любой УШМ выступает оптимальная линейная скорость вращения круга, которая на режущей кромке составляет 80 м/с. Превышение указанной величины может привести к разрушению диска, порой с катастрофическими последствиями для того, кто держит в руках «болгарку».
С другой стороны, слишком низкая скорость приводит к интенсивному износу абразивной оснастки при заметном ухудшении производительности. Несложный расчет позволяет вычислить максимальные обороты для различных отрезных кругов в зависимости от их диаметра:
- диаметр 115 мм – 13 290 об/мин;
- диаметр 125 мм – 12 230 об/мин;
- диаметр 150 мм – 10 190 об/мин;
- диаметр 180 мм – 8 490 об/мин;
- диаметр 230 мм – 6 650 об/мин.
Впрочем, информация касательно допустимой частоты вращения в обязательном порядке указывается на корпусе любой оснастки для угловых шлифовальных машин.
Крутящий момент, достаточный для обеспечения нормального режима вращения абразивного круга, зависит от диаметра последнего и, соответственно, определяет необходимую мощность двигателя. Однако следует учитывать, что обороты на холостом ходу и под нагрузкой могут заметно различаться, если только инструмент не оснащен системой стабилизации оборотов (другое название – константная электроника).
В целом здесь действует простая формула: чем мощнее двигатель, тем габаритнее, тяжелее и дороже сама УШМ, т. е. больше – не всегда лучше.
Редукторы у всех «болгарок» одноступенчатые, а регулировка частоты вращения может быть только электронной (за счет изменения скважности подаваемых на двигатель импульсов), поэтому очевидно, что самым щадящим для инструмента режимом является работа на максимальных оборотах. Продолжительное использование УШМ на пониженной (с помощью регулятора) скорости нежелательно, особенно для маломощных моделей, поскольку это ведет к ускоренному перегреву агрегата.
Для «болгарок» под диск 125 мм желательно, чтобы значение потребляемой мощности составляло не менее 750 Вт. Чем больше допустимый диаметр оснастки, тем мощнее должен быть двигатель: предназначенные для самой интенсивной эксплуатации модели на 230 мм потребляют до 2700 Вт.
Система стабилизации оборотов (поддержания частоты вращения) под нагрузкой продлевает ресурс двигателя и увеличивает производительность инструмента в целом. Она может управляться датчиком потребляемого тока (рост его силы заставляет контроллер повышать изначально заниженное подаваемое напряжение) или тахометрическим датчиком, считающим обороты двигателя. Оба метода позволяют при работе сохранять частоту вращения шпинделя, близкую к ее значению на холостом ходу.
На мощных «болгарках», как правило, имеется цепь ограничения пускового тока (без нее при включении может выбивать защитные автоматы в питающей электросети), а также плавный пуск, предотвращающий рывок инструмента при старте. Данная функция позволяет снизить нагрузку на шестерни, но таит в себе некоторый подвох: если начать работу до того, как электродвигатель выйдет на номинальные обороты и мощность, можно запросто вывести из строя и сам инструмент, и установленную на нем оснастку.
Защита от пыли
Абразивный (да и алмазный) диск насыщает воздух вокруг зоны реза очень быстро летящими частицами абразива, связующей субстанции и обрабатываемого материала. Их попадание в подшипники или в коллекторный узел двигателя резко сокращает ресурс инструмента. Не поздоровится и обмоткам статора с якорем, особенно если обрабатывается металл: токопроводящие опилки могут не только повредить изоляцию, но и вызвать межвитковые замыкания.
Наиболее распространенным методом защиты обмоток является их бронирование эпоксидными композитами, а самым популярным, довольно простым и вместе с тем весьма эффективным способом уберечь подшипники выступает использование лабиринтных резиновых уплотнений.
Критический износ щеток, особенно неравномерный, ведет к подгоранию токосъемных деталей коллектора. Чтобы уберечь инструмент от подобных неприятностей, производители используют два способа защиты – пассивный (световой индикатор навязчиво сообщает о необходимости замены щеток) и активный (при критическом уровне износа щеток инструмент попросту не включится).
Но пыль – не единственный враг двигателя. Его крутящий момент и ресурс резко снижаются при перегреве, вызванном чрезмерной нагрузкой – например, при заклинивании оснастки или слишком энергичной подаче. Даже кратковременный перегрев может вывести обмотки из строя, поэтому в рассчитанных на интенсивную эксплуатацию моделях имеется защита от перегрузки двигателя. Это может быть простая система, отключающая питание по достижении заданной силы потребляемого тока, или более комплексная, реагирующая на превышение допустимой температуры обмоток. Например, у некоторых моделей при нагреве обмоток до 130° включается сигнальный светодиод на корпусе, если температура достигает 160°, то электронная схема управления двигателем снижает его обороты, а при 200° агрегат принудительно выключается.
Понятно, что в недорогих моделях бытового класса таких контуров защиты наверняка нет, т. к. они существенно удорожают инструмент.
Что и почему ломается
Как и любой электроинструмент, «болгарки» подвержены износу и поломкам. Рассмотрим возможные неисправности и их причины. Механический износ зубчатой передачи редуктора может быть вызван выработкой ресурса, перегрузками в процессе эксплуатации, недостаточным количеством либо низким качеством смазки, а также попаданием абразивных частиц внутрь данного узла. Результат – сколы или изменение формы зубьев, нарушающие зацепление и делающие эксплуатацию невозможной. Ремонт имеет смысл только для дорогих мощных моделей, иначе он банально нерентабелен.
Одна из наиболее уязвимых деталей – подшипники шпинделя и двигателя. Нарушение правил эксплуатации, равно как и попадание абразивной пыли, могут привести к заклиниванию, разрушению сепаратора и дорожек качения, раскрашиванию отдельных шариков. Эта неисправность поддается ремонту, но его стоимость достаточно велика: дешевую модель проще утилизировать и купить новую УШМ.
Обрыв провода и поломка кнопки пуска – пожалуй, самые распространенные «заболевания», которые, впрочем, лечатся легко и недорого. Изношенные щетки меняются совсем просто, однако следует делать это вовремя, не допуская подгорания тоководов коллектора.
Плата управления двигателем выгорает нечасто, ее можно заменить, но ремонт (по сути, замена) обойдется недешево. Сжечь или оборвать обмотки якоря и статора сложно, но можно: такое случается в основном из-за нарушения правил эксплуатации или попадания в двигатель металлических токопроводящих частиц.
В УШМ с функцией плавного пуска преждевременное (до набора номинальных оборотов) приложение нагрузки чревато выгоранием пускового резистора.
Корпус редуктора, сделанный из алюминиевого или магниевого сплава, является прочным, но достаточно хрупким. Падение инструмента на твердую поверхность может его расколоть, тогда потребуется замена. Сломать можно даже кнопку блокировки шпинделя, если нажать на нее, не дождавшись полной остановки вращения или попытаться использовать при откручивании прикипевшей фиксирующей гайки либо оснастки.
Аккумулятор - не роскошь
На рынке представлено не так много моделей аккумуляторных «болгарок». Такой инструмент существенно дороже сетевых аналогов, зато его можно использовать там, где работать обычными моделями на 220 В невозможно или запрещено правилами безопасности. Время непрерывной работы на одной зарядке батареи ограничено и определяется емкостью аккумулятора. Мощность беспроводных УШМ тоже сравнительно невелика, поэтому они рассчитаны на оснастку небольшого диаметра: в большинстве случаев это 115 мм, реже 125 мм, хотя на рынке представлена как минимум одна подобная модель под круги 150 мм.
В общем, область применения аккумуляторных «болгарок» может показаться довольно узкой, однако такое мнение является ошибочным: это полноценный инструмент с достаточно широкими возможностями, по сути, обладающий неограниченной мобильностью, с поправкой на тот факт, что зарядное устройство для аккумуляторов все равно «привязано» к электрической розетке.
Текст: Леонид Пеленицын
