Nejste přihlášen
Přihlášení Registrace

Elektropneumatický příklep pod drobnohledem

Základem fungování elektropneumatického příklepu je stlačený vzduch. Patří k nejstarším formám využití energie. První zmínky o použití stlačeného vzduchu se objevují v 1. století našeho letopočtu. Termín "pneuma" má původ u starých Řeků a znamenal dech, vítr. Jedna z prvních zachovalých informací hovoří o Řeku Ktesibiovi (řecký: Κτησίβιος ; 285–222 př. Kr.). Ktesibios byl starověký vynálezce a matematik. Působil v Alexandrii během Ptolemaiovského období. Kromě jiných vynálezů sestrojil pneumatický katapult na vystřelování šípů (obr. 1) před více než 2000 lety. K vymrštění tětivy se šípem nebyla použita tětiva natažená pomocí kladkového mechanismu, jak to často vidíme, ale šlo o ruční stlačení vzduchu. Následně se stlačený vzduch uvolnil do pneumatických válců a došlo k napnutí tětivy a vymrštění šípu nebo jiného předmětu (kamenné koule, nádoby s rozpuštěnou smůlou apod.)

Obr. 1. Stlačený vzduch (A) pneumatického katapultu

Obr. 1. Stlačený vzduch (A) pneumatického katapultu

Co je elektropneumatické kladivo

Základním rozdílem mezi příklepovou vrtačkou a elektropneumatickým kladivem je princip funkce, který výrazně ovlivňuje efektivitu a účinnost vrtání. Počet úderů příklepové vrtačky, který je dán otáčkami elektromotoru a počtem zubů ozubení, je několikanásobně vyšší v porovnání s elektropneumatickými kladivy, ale intenzita úderu je mnohonásobně nižší. Podrobný princip činnosti elektropneumatického příklepu je předmětem tohoto článku.

Elektropneumatickým kladivem se rozumí elektrické nářadí s pneumatickým příklepem určené k vrtání, sekání nebo bourání tvrdých materiálů jako beton, železobeton, kámen a různé typy zdiva. Elektropneumatická kladiva pracují na principu tlakových změn vzduchu ve válci, čímž je do pohybu uveden tzv. beran (narážeč, kladivo, angl. striker , něm. Stempel, Schläger), který předává svou kinetickou energii úderníku (angl. striker pin, něm. Schlagbolt) a následně formou rázových vln pracovnímu nástroji kladiva.

Rozdělení elektropneumatických kladiv

Elektropneumatická kladiva můžeme rozdělit podle funkce na sekací, bourací, vrtací, kombinovaná. V současné době jsou již vrtací kladiva vzácností (mechanické uspořádání vrtacího kladiva oproti kombinovanému je skoro totožné, jen je rozšířena funkce o samotné sekání) a proto můžeme tuto kategorii sloučit s kombinovanými kladivy.

Obr. 2. Sekací kladivo HERMAN MXA-1050

Obr. 2. Sekací kladivo HERMAN
MXA-1050

Sekací kladiva

Tento typ kladiv (obr. 2) je využíván především ve stavebnictví, kde slouží k drážkování, osekávání omítky, dlažby, obkladu a pod. Své uplatnění však najde i ve strojírenství, kde jsou např. používány k čištění odlitků. Elektromotor pohání jen pneumatický mechanismus, který zajišťuje vratný pohyb pístu.

Energie úderu je v rozsahu 3-20J v závislosti na velikosti kladiva. Běžně dostupná sekací kladiva mají hmotnost 2-18kg, s nejrozšířenějším upínacím systémem nástroje SDS-max.

Bourací kladiva

Bourací kladiva, (obr. 3) nazývaná také demoliční kladiva, fungují na stejném principu jako sekací kladiva.

Patří k nejtěžším ručním elektrickým nářadím a jsou určeny pro těžké bourací práce. Jsou to kladiva velkých rozměrů dosahujících příklepové energie 25-60J. Jejich hmotnost je od 10-35kg a upínáním šestihran.

Obr. 3. Bourací kladivo HERMAN BXM-50

Obr. 3. Bourací kladivo HERMAN
BXM-50

Obr. 4. Kombinované kladivo HERMAN BX-800

Obr. 4. Kombinované kladivo HERMAN
BX-800

Kombinovaná kladiva

Jedná se o nářadí s elektropneumatickým příklepem. Elektromotor kladiva slouží k pohonu příklepového mechanismu, který vytváří přímočarý vratný pohyb pístu a vřeteno provádí rotační pohyb. Většina těchto kladiv umožňuje vrtání bez příklepu, vrtání s příklepem a také samotné sekání.

Tento typ kladiv (obr. 4) má hmotnost zpravidla do 10kg a nahrazuje klasické příklepové vrtačky. Příklepová energie je obvykle do 19J. Nejrozšířenějším upínacím systémem nástroje je SDS-plus a SDS-max.

Následující tabulka je příkladem porovnání základních parametrů elektropneumatických kladiv.

Typ pneumatického kladiva
Parametr Sekací Bourací Kombinovaná
Hmotnost [kg] 2-18 10-35 2-18
Energie úderu [J] 3-19 25-60 2-19

Tabulka 1. Porovnání parametrů elektropneumatických kladiv

Princip funkce elektropneumatického příklepu

Schématický obraz sekacího kladiva je znázorněn na obrázku č. 5.

Pohon kladiva zajišťuje elektromotor vytvářející otáčivý pohyb pastorku (1), který pohání klikový mechanismus, jehož úkolem je transformovat rotační pohyb klikového hřídele (2) na přímočarý vratný pohyb pístu (3) a dosáhnout co nejvyšší rychlosti beranu (4). Beran/kladivo je ocelový díl pohybující se axiálně uvnitř válce (5), který je do pohybu uváděn prostřednictvím vzduchové pružiny (13) mezi pístem a beranem.

Po nárazu beranu na úderník dochází k předání kinetické energie úderníku, který ji následně předá nástroji (7). Tento náraz vytváří rázovou vlnu, která přechází skrz nástroj do betonového obrobku a způsobí jeho rozrušení. Při pohybu beranu dopředu je vzduch z prostoru před ním odváděn otvory (8) v tělese válce. Pokud by se to nedělo, narůstal by v tomto prostoru tlak působící proti pohybu beranu. Opačná situace nastává při pohybu beranu dozadu, kdy otvory ve válci umožňují přívod vzduchu do prostoru nad beranem a jeho nebrzděný pohyb do spodní polohy. Mezi beranem a úderníkem se nachází tlumící záchytný systém (9), který se skládá z vhodných podložek a těsnění. Vřeteno kladiva (10) je uloženo v ložiskách (11).

Rázy vřetena částečně zachycuje tlumící prvek (12). Nástroj je upnutý v upínacím mechanismu pomocí rychloupínacího systému. SDS-max / SDS-plus (nejrozšířenější rychloupínací systémy).

Animace fungování pneumatického příklepu je znázorněna v následujícím videu č.1.

Obr. 5. Schéma sekacího kladiva

Obr. 5. Schéma sekacího kladiva

Video 1: Animace pneumatického příklepu

Rázová vlna při sekání

Náraz každého úderu úderníku na nástroj vytváří rázovou vlnu, která jím prochází. Rázová vlna je forma mechanické energie, která se šíří materiálem od místa nárazu. Když rázová vlna prochází materiálem, interaguje s jeho mikrostrukturou , což vede k rozrušení/oddělení části materiálu, což je cílem sekacího procesu.

Nástroj je vyroben z pevné oceli, kde jsou molekuly velmi blízko sebe. Rázové vlny se šíří z molekuly na molekulu rychlostí 5.000m/s (18.000km/h). Špička nástroje, která je v kontaktu s betonem, přenáší rázovou vlnu na beton, který je v důsledku jejího působení následně rozdrcen. Šíření této rázové vlny je znázorněno na animaci (video č. 2).

Rázová vlna se při šíření postupně tlumí v důsledku vnitřního tření a ztráty energie v materiálu. Narazí-li na materiál (např. na rozhraní nástroj a beton), může se vlna částečně odrazit zpět, což může způsobovat napětí v nástroji.

Video 2: Šíření rázové vlny

Samotný nástroj musí být navržen tak, aby odolal generovaným rázovým vlnám bez poškození. Toho se dosahuje použitím materiálů s vysokou pevností a houževnatostí, jako je kalená ocel a konstrukčním designem, který rozptýlí energii nárazu.

Jak si představit sílu/velikost příklepu

Velikost příklepu představuje kinetickou energii, jejíž velikost je dána vzorcem:

, kde m je hmotnost beranu, jeho rychlost vpřed a je rychlost v opačném směru.

Pro hodnoty:



Dostaneme výslednou hodnotu příklepové energie

Z toho vyplývá úzká souvislost celkové hmotnosti elektropneumatického kladiva s energií příklepu. I když ve výpočtu je zahrnuta pouze hmotnost beranu, celý mechanismus příklepu musí být jeho hmotnosti přizpůsoben.

Pro představu: energie 9,5J je téměř stejná jako energie předmětu o hmotnosti 1kg, který spadne na zem z výšky 1m.

Dalším příkladem pro energii velikosti 9,5J je energie diabolky (s běžnou hmotností 0,5g) vystřelené ze vzduchovky rychlostí 195m/s (190m/s je úsťová rychlost běžné vzduchovky).

Závěr

Jak je vidět z tohoto článku, mechanismus příklepu elektropneumatického kladiva je konstrukčně poměrně komplikovaný – sestává z několika desítek součástek. Ne náhodou kladiva patří mezi nejkomplikovanější nářadí.

Elektropneumatické kladivo nevybíráme jen na základě jeho příklepové energie, ale musíme brát ohled i na jeho hmotnost a charakter práce, pro který bylo navrženo. Těžko si představit práci s kladivem vážícím 15kg a příklepovou energií 55J jak s ním osekáváme obklad ze stěny .

Lehké (do 5kg):
Vhodné jsou pro lehčí práce jako je sekání obkladů, drobné bourací práce a opracování zdiva. Vrtání do stavebních materiálů do průměru max. 22mm. Používají se hlavně na místech, kde je potřebná přesnost a opatrnost.

Středně těžké (5 - 10kg):
Vhodné pro středně náročné bourací práce, jako je rozbíjení stěn nebo podlah. Ideální pro použití při stavebních pracích a renovacích domů nebo bytů. Vrtání otvorů do betonu a zdiva s rozsahem 18-40mm.

Těžké (10 - 20kg):
Používají se na těžké bourací práce, jako je odstraňování betonových konstrukcí a větších stavebních prvků. Vysoký výkon a robustní konstrukce je činí vhodnými pro dlouhodobé nasazení na bouracích pracích do betonových, kamenných a cihlových stěn. Náročné vrtání otvorů pro vytváření prostupů pro potrubí a kabely do betonu, zdiva a kamene o průměru do 150mm.

Velmi těžké (nad 20kg):
Tato kladiva jsou určena pro nejnáročnější bourací a demoliční práce. Používají se tam, kde je potřebný vysoký výkon a síla pro rozbíjení hrubých a pevných materiálů, jako jsou betonové desky, bourání asfaltu silnic, ubíjení zeminy a pod.

Každé nářadí z výše uvedených kategorií má své specifické využití v závislosti na potřebách práce a prostředí, ve kterém se kladivo používá. Při výběru správného elektropneumatického kladiva je důležité zohlednit nejen jeho hmotnost, ale také výkon, ergonomii, upínání, spolehlivost a celkové náklady na provoz.

Klíčová slova: elektropneumatický příklep, příklep, píst, beran, pneumatický systém, rázová vlna, energie příklepu

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN
https://www.youtube.com/watch?v=Xd9o2D2wmhA
Will Didier, Development and Validation of a Mathematical Model for Predicting the Performance of Rotary Hammer Drills, University of Wisconsin, May 2013
Bc. Tomáš Beran, Klikový hřídel sekacího kladiva, Liberec, 2015


Získat kupón v hodnotě 250 Kč je jednoduché:

1. Ohodnoťte článek
Přidat recenzi

2. Odpovězte správně na otázky z článku
Spustit kvíz

Recenze článku

  1. Renáta Sliwková

    Článek je velmi zajímavý

  2. Petr Šindelář

    Fajn článek . Je dobré vědět jak takové pneumatické kladivo funguje

Další články

Zvolte si Vaši zemi
Zvolte zemi, kam chcete doručit Vaši objednávku.
×