角向磨光机的防护罩强度考核及安全操作建议

张晓斌　王盛武

（ 浙江省机电设计研究院有限公司 浙江 杭州 310002 ）

角向磨光机的防护罩强度考核及安全操作建议

张晓斌王盛武

（ 浙江省机电设计研究院有限公司 浙江 杭州 310002 ）

摘要简述了电动工具中重要产品电动角向磨光机防护罩标准要求的试验方法、测试步骤及操作、判定依据以及针对测试结果给出对角向磨光机安全操作的建议。

关键词电动工具 角向磨光机 防护罩

0　引言

电动角向磨光机是电动工具产品中的一种，适用于一般环境条件下，用纤维增强树脂砂轮对金属材料进行磨削作业活动；选用适当的附件，还能对金属进行除锈抛光，切割金属、砖瓦、混凝土、大理石、石板等材料，广泛应用于金属和建筑材料的加工。角向磨光机在轴承室中间盖的下端有一道轴向限位槽，中间盖的上端每隔一定的角度有防护罩旋转定位槽，边缘上有非均匀分布的防护罩安装定位槽，防护罩的中部固定一个带有凸筋的弹簧片，卡环壁内侧有数量与防护罩安装定位槽相等、分布角度和直径相同的定位筋。上述结构构成了快速转换定位和自锁功能的防护罩。如图1所示：

图1　防护罩示意图

旋转防护罩可以方便地调整角度。在拆卸时，需借助工具将防护罩的弹簧片抬起，方可卸下，使用较为方便。但是，因其需要使用到高速旋转的砂轮进行磨削、切削等操作，若砂轮爆裂，就会产生较大的危险，由于防护不到位或者操作不当导致的人身伤害事故时有发生。目前，量产的角向磨光机主要依靠砂轮防护罩来防止这一危险的发生，因此，对于防护罩的机械强度考核显得尤为重要。

国际电工委员会（International Electrot echnical Commission，IEC）早在2003年发布的标准IEC 60745-2-3：2003中就规定了专门对防护罩机械强度的考核，我国国家标准GB 3883.3-2007等同采用了此考核要求，目的就是考核防护罩是否能经受住碎裂砂轮的冲击，借以保护操作者的人身安全。

1　试验方法及判定依据

根据现行标准GB 3883.3-2007中涉及机械强度的要求，对于角向磨光机防护罩的机械强度考核采用故障模拟试验来实现，即模拟砂轮在规定速度下解体动作，以考核防护罩的强度及其对操作者的防护是否到位。

1.1试验方法

将砂轮片经过预处理的角向磨光机按标准要求安装到砂轮爆破箱中，接通电源，使砂轮达到标准规定的转速后，靠自身产生的离心力解体，碎裂的砂轮片飞向防护罩和爆破箱的内壁。试验结束后，观察防护罩是否破损严重，防护罩朝砂轮旋转方向所转过的角度是否在标准允许范围内，砂轮碎片在爆破箱内壁上留下的印痕是否落在允许区域内。

1）砂轮片预处理

为了使砂轮在规定速度下解体，必须对砂轮进行预处理以降低砂轮的强度。对砂轮进行切割，将砂轮分成四个区域（如图2所示），在高转速、高离心力的作用下，切痕处产生应力集中，从而使砂轮爆裂。砂轮预割长度可参考GB 3883.3-2007中典型切痕深度（见表1几种标准砂轮的典型切割深度）。

图2　砂轮片预处理

表1　几种标准砂轮的典型切痕深度

2）砂轮解体速度的控制

为了尽可能模拟实际工况下的砂轮解体离心力，砂轮解体时的速度要求定义为：角向磨光机额定空载转速的90%，或额定电压下砂轮的空载运行转速，两者取大值。试验过程中，实际的解体速度应等于或大于这个值，但不能低于这个值，否则，将因转速太低而造成试验失败。

在被测样品的电源线前端接入一个调压器，通过调节角向磨光机的输入电压，实现对砂轮主轴转速控制。

1.2判定依据

3个防护罩经过试验后应满足如下要求：

1）护罩和紧固件或护罩的安装硬件应原地保留；护罩和安装硬件的变形、细微裂纹或刮痕和凿印可以接受。

2）砂轮解体后，护罩朝砂轮旋转方向不能转过90°以上，图3和图4中的虚线位置显示了两种防护罩试验结束后允许转过的最大角度。

3）大碎块在爆破箱内壁的印痕应落在碎片区域之内。允许的碎片区域定义为：以砂轮机砂轮爆裂前瞬间位置为准，过两侧手柄的中点作直线延伸到内壁，面向未被护罩防护的砂轮的一侧，如图5所示。

图3　护罩位置注释

图4　不同型号砂轮用护罩位置

图5　护罩强度试验箱

2　试验注意点

2.1砂轮预割

1）首次切割应进行保守切割，以防止砂轮切割过深造成过低速度下解体；其次观察试验转速是否达到规定数值并保持，一般情况在5 min左右会破裂。如果遇到砂轮不能破裂，需要暂停试验，继续再切割砂轮片，然后重新试验。

2）砂轮解体试验有高度危险性，必须在密封的箱体内进行，速度的控制不能直观体现。为了实时监控砂轮的旋转速度，我们设计了速度传感器的安装支架，可以方便地测量砂轮的转速，在设备的终端能用仪表直观的读取。

2.2砂轮爆破瞬间工具位置

考虑到工具在试验过程中会有所变动，但是工具位置的变动会直接影响最终的判定结果，因此在密闭的箱子里安装高清摄像系统，能清楚的反应出砂轮爆裂瞬间工具及砂轮的位置。

2.3砂轮碎片冲击印痕在爆破箱内壁的保持

根据国家标准的要求，可在箱体的软木层之内再铺设一层粘土层，以吸纳撞击到内壁的碎片。

粘土层能够基本保留砂轮印痕，但也有其自身难以克服的缺陷，实际使用效果并不理想。例如粘土层非常容易干化脱落，几乎每次进行试验前都要重新铺设。如果湿度不够，印痕会不明显，只有少量的碎片直接吸纳在粘土上。由于解体速度的规定，试验失败的情况会非常多，导致每次试验开始前清理前次留下的印痕变得非常繁琐。

在检验过程中，通过对各种材料的试用比较，最终锁定泡沫层加牛皮纸的组合来吸纳冲击印痕，泡沫层可以非常理想地保留住碎片。为了让一套泡沫层可以多次试用，于泡沫层表面粘一层牛皮纸，每次试验前，可在牛皮纸上标记前次试验留下的印痕，以保证一套牛皮纸可以多次使用。

4　检验结果分析及安全操作建议

通过多次试验结果分析导致试验不通过的原因：

1）防护罩材质差，导致防护罩直接破裂；

2）防护罩强度不够，变形量明显；

3）防护罩固定装置不够牢固，导致防护罩和机身脱落；

4）防护罩防护面积不够。

因此我们选购角向磨光机时，首先推荐选购有“CCC”标志的产品，有此标志的产品必是通过以上防护罩强度考核的产品；其次，要选择防护罩防护面积比较大的产品；另外，要选择防护罩和机身有刚性连接的产品，如果选择带有快速扣紧装置的，也要选择带调节功能的快速扣紧装置；最后看防护罩和砂轮的外端边缘的距离，尽可能选择距离小的。

操作角向磨光机存在一定的危险因素，从安全的角度，结合安全检测发生不合格的情况总结出以下安全建议：

1）减少砂轮爆裂发生的几率

推荐选用带加强筋的，安全线速度大于80 m/s的高强度砂轮片，例如增强纤维树脂型砂轮片；

严格根据用途选择砂轮类型，例如不要用切割砂轮的侧面进行磨削操作；

安装防护罩的最佳角度应是逆砂轮旋转方向转过30°（如图3和图4中位置B所示），因为所有的护罩强度试验都是基于这一安装角度进行的；

更换砂轮后第一次操作前，推荐进行1 min空载运行，观察砂轮工况是否正常，尤其是感受手部振动量是否有明显的增加现象。若有明显增加，说明砂轮安装有偏心情况或者法兰盘的安装吻合状态不佳，这些均容易造成实际操作中的砂轮爆裂；

进行磨削作业时，应使砂轮与工作面保持15°～30°的倾斜位置；

进行切割作业时，发生砂轮爆裂的几率远高于磨削作业。应注意不要施加过度的应力，更不要试图进行过深的切割。过度的应力会造成卡滞现象，从而增加砂轮爆裂的可能性。当砂轮被卡住或无论任何原因而中断切割时，应关掉工具并保持握住工具直至砂轮完全停止，决不要试图在砂轮仍在运转时脱离切割工件，更不要在工件内部试图重新启动。

2）选择合理措施减少砂轮爆裂情况下的伤害几率

首先，应在操作前做好相应的防护措施，例如根据适用的情况，戴好护目镜、面罩、手套和能够抵挡小磨料或碎片的工作围裙；

由于防护罩强度试验中，爆破箱的内径为1 m、且四周有吸纳碎片的材料，所以推荐在较开阔的环境中进行操作，以防止砂轮碎片从未加防护的区域反弹而导致伤害事故。

在进行实际操作时，严禁旁观者出现在防护罩强度试验中所对应的允许碎片区域（如图5所示）。

参考文献

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

[2]GB 3883.3-2007《手持式电动工具的安全 第二部分：砂轮机、抛光机和盘式砂光机的专用要求》[S].

[3]戴欣平.电动工具检验与测试 [M].北京：科学出版社， 2010.

中图分类号TM930.1

文献标识码A

文章编号1674-2796（2014）01-0019-04

[收稿日期]2013-11-30

[作者简介]张晓斌（1981-），男，本科，工程师，主要从事电动工具和电动机等检测工作。

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

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

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

Keywords:Power toolsAngle grinderProtecting guard