CN109732541B - 一种带有气压传感器和微控制器的电锤 - Google Patents
一种带有气压传感器和微控制器的电锤 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带有气压传感器和微控制器的电锤。包括电锤机体、气动冲击装置、气压传感器、电机和微控制器；气动冲击装置主要由撞锤、活塞和气缸组成，活塞连接头沿轴向设有三级阶梯孔，活塞连接头与活塞基座套装相连，活塞基座与活塞连接头之间安装有气压传感器，气压传感器螺纹连接部嵌装于第二级阶梯孔内；气压传感器用来实时检测气室空气块的压强并将信号传递给微控制器，该信号与预设在微控制器中的最佳运行状态下的空气块最大气压值进行比较，存在的偏差通过微控制器相应改变电机的转速来实现电锤工作在最佳状态。针对不同工况，本发明都能根据不同情况自动调节电机冲击频率来达到电锤与工作介质之间的最佳匹配，从而提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电动工具领域，尤其是一种带有气压传感器和微控制器的电锤。
背景技术
气动冲击电锤是以冲击为主、旋转为辅的手持电动工具，由偏心轴和连杆构成的对心曲柄连杆机构带动活塞作循环往复运动，并通过空气块在气压作用下带动撞锤做功运动，以达到在砖墙、楼板、混凝土和石材上钻孔、开槽的目的。气动冲击电锤作为冲击工具中的一种，因其具有效率高、钻进深度长、操作简单和便于携带等优点，目前已广泛应用在土工建筑、道路施工工程及家庭装璜等领域中，市场需求量很大。
由于电锤在实际作业时，工作介质材料特性不同，环境温度不一样，不同款电锤结构参数设计也不同等等因素，使工况相互间差异很大，不尽相同。每种工况下电锤都有特定的最佳运行状态参数，目前市场上的电锤都是采用调速开关进行手动调速，很难跟踪工况的变化，即不能根据工况的不同准确地对转速进行控制，这降低了电锤的工作效率，在很大程度上限制了其整体性能的提高。
发明内容
为了解决背景技术中现有电锤调速技术的问题，本发明提供了一种带有气压传感器和微控制器的电锤，根据不同情况自动调节电机冲击频率来达到电锤与工作介质之间的最佳匹配，从而提高工作效率。
本发明提供的技术方案如下：
本发明包括电锤机体、气动冲击装置、气压传感器、电机和微控制器，电锤机体内安装有气动冲击装置、气压传感器、电机和微控制器；电机和气压传感器均与微控制器相连。
所述气动冲击装置主要由撞锤、活塞和气缸组成，撞锤与活塞均安装于气缸内，撞锤与活塞之间的中空区域为气室空气块；活塞包括活塞基座和活塞连接头，活塞连接头沿轴向设有三级阶梯孔，三级阶梯孔由沿轴向孔径依次增大的第一级阶梯孔、第二级阶梯孔和第三级阶梯孔组成，活塞连接头的第三级阶梯孔通过螺纹与活塞基座一端套装相连；活塞基座与活塞连接头之间安装有气压传感器，气压传感器主要由螺纹连接部和安装头组成，螺纹连接部嵌装于第二级阶梯孔内，与螺纹连接部相连的安装头位于第三级阶梯孔内且与第三级阶梯孔底面相接触，螺纹连接部和安装头之间开有用于嵌装O形圈的O型圈槽；活塞连接头的第一级阶梯孔作为短管道与气室空气块相连通。
活塞基座另一端端部开有用于安装连杆的凹槽，凹槽上下两侧均开有贯穿的径向孔，连杆与径向孔相对应位置处开有上下贯穿的通槽，活塞销由上至下依次穿过凹槽上侧径向孔、连杆通槽与凹槽下侧径向孔，连杆经曲柄与电机输出轴相连，曲柄和连杆构成曲柄连杆机构。
微控制器包括单片机、可控硅控制电路和电机控制电路，可控硅控制电路和电机控制电路均与单片机相连，所述单片机包括PID控制模块，气压传感器实时检测气室空气块的压强并将检测信号传递给微控制器，检测信号与微控制器中预设的最佳运行状态下的空气块气压值进行比较获得偏差值，微控制器中的PID控制模块和可控硅控制电路根据偏差值通过电机控制电路改变电机的转速，电机的输出轴通过齿轮传动带动曲柄连杆机构，活塞在曲柄连杆机构的带动下在气缸内作循环往复运动的同时对气室空气块做功，气室空气块的压强发生变化导致撞锤两侧存在气压差，从而使得撞锤作往复运动，电锤在最佳运行状态下工作。
所述微控制器中预设的最佳运行状态下的空气块气压值事先通过以下试验得到：将电锤的冲击频率分成多个水平进行多组试验，得出冲击频率与撞锤撞击能之间的关系曲线，从而得出电锤在最佳运行状态下的空气块气压值作为控制系统的期望值。
所述活塞基座与活塞销沿径向共同设有一引线通道，气压传感器的安装头远离螺纹连接部的一端设有引线，引线经引线通道导出。
所述气压传感器与短管道之间通过三角中空区域作为缓冲。
所述撞锤、活塞基座、活塞连接头和活塞销外侧面均设有圆环密封圈。
所述气压传感器的螺纹连接部与第二级阶梯孔通过螺纹连接。
所述短管道用于减少冲击，降低高温对气压气压传感器的影响。
本发明最关键的环节是设计气压传感器的安装结构。安装结构的设计最主要是要解决安装位置问题和部件间连接方式问题。电锤气动冲击系统工作时，气室位置会发生变化，撞锤会有剧烈冲击和振动，气压传感器最适合安装在活塞内部。部件间连接方式采用螺纹连接，具有较高的可靠性且装拆方便。
本发明具有的有益效果是：
本发明在不影响电锤现有功能结构的前提下，增加了气压传感器，可以跟踪电锤在实际工作中工况的变化自动调节电机的转速，使电锤能在最佳状态工作，提高了工作效率。
本发明的安装结构设计紧凑，便于气压传感器的安装、更换和维修，具有很好的密封性，可以有效抑制或制止高温、剧烈振动冲击对气压传感器产生的不利影响，将气压传感器安装在活塞内部可以保证其工作的可靠性。
本发明根据不同情况自动调节电机冲击频率来达到电锤与工作介质之间的最佳匹配，从而提高工作效率。
附图说明
图1是PID控制模块设计示意图；
图2是气压传感器安装结构设计示意图；
图3是气压传感器结构示意图。
图中：1-连杆，2-活塞销，3-活塞基座，4-气压传感器，41-引线，42-扳手用平面，43-O形圈槽，44-螺纹连接部，5-活塞连接头，6-气缸，7-撞锤，8-短管道，9-O形圈，10-引线通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明包括电锤机体、气动冲击装置、气压传感器4、电机和微控制器，电锤机体内安装有气动冲击装置、气压传感器4、电机和微控制器；电机和气压传感器4均与微控制器相连；所述气动冲击装置主要由撞锤7、活塞和气缸6组成，撞锤7与活塞均安装于气缸6内，撞锤7与活塞之间的中空区域为气室空气块；活塞包括活塞基座3和活塞连接头5，活塞连接头5沿轴向设有三级阶梯孔，三级阶梯孔由沿轴向孔径依次增大的第一级阶梯孔、第二级阶梯孔和第三级阶梯孔组成，活塞连接头5的第三级阶梯孔通过螺纹与活塞基座3一端套装相连；活塞连接头5的第一级阶梯孔作为短管道8与气室空气块相连通；活塞基座3另一端端部开有用于安装连杆1的凹槽，凹槽上下两侧均开有贯穿的径向孔，连杆1与径向孔相对应位置处开有上下贯穿的通槽，活塞销2由上至下依次穿过凹槽上侧径向孔、连杆1通槽与凹槽下侧径向孔，连杆1经曲柄与电机输出轴相连，曲柄和连杆1构成曲柄连杆机构。
如图2和图3所示，活塞基座3与活塞连接头5之间安装有气压传感器4，气压传感器4主要由螺纹连接部44和安装头组成，螺纹连接部44嵌装于第二级阶梯孔内，与螺纹连接部44相连的安装头位于第三级阶梯孔内且与第三级阶梯孔底面相接触，螺纹连接部44和安装头之间开有用于嵌装O形圈9的O型圈槽43，安装头设有扳手用平面42；所述活塞基座3与活塞销2沿径向共同设有一引线通道10，气压传感器4的安装头远离螺纹连接部44的一端设有引线41，引线41经引线通道10导出。
具体实施例：
微控制器包括单片机、可控硅控制电路、电机控制电路以及一些其它外围电路。单片机中嵌入用汇编或C语言编制的PID控制模块，通过改变可控硅控制电路中可控硅的导通角的方法改变电机端电压的有效值来实现电锤电机的调速。
如图1所示，气压传感器4实时检测气室空气块的压强并将检测信号传递给微控制器，检测信号与微控制器中预设的最佳运行状态下的空气块气压值进行比较获得偏差值，微控制器中的PID控制模块和可控硅控制电路根据偏差值通过电机控制电路改变电机的转速，电机的输出轴通过齿轮传动带动曲柄连杆机构，活塞在曲柄连杆机构的带动下在气缸6内作循环往复运动的同时对气室空气块做功，由于撞锤7左右两边存在气压差，撞锤7也会随之作往复运动，使电锤在最佳运行状态下工作，实现了PID控制模块的硬件设计。
微控制器中预设的最佳运行状态下的空气块气压值事先通过以下试验得到：将电锤的冲击频率分成多个水平进行多组试验，得出冲击频率与撞锤撞击能之间的关系曲线，从而得出电锤在最佳运行状态下的空气块气压值作为控制系统的期望值。
电锤气动冲击系统工作时，气室位置在气动冲击过程中会发生改变，气压传感器4不适合在气缸6缸体上钻孔安装；撞锤7速度变化剧烈，并且每个周期撞击一次，高冲击频率下会对气压传感器4性能产生影响，气压传感器4也不适合安装在撞锤7上；而活塞运动状态变化相对稳定，相对撞锤7更便于拆卸，气压传感器4适合安装在活塞上。
总之，本发明不具体受限制以上所述的实施例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种带有气压传感器和微控制器的电锤，其特征在于：包括电锤机体、气动冲击装置、气压传感器(4)、电机和微控制器，电锤机体内安装有气动冲击装置、气压传感器、电机和微控制器；电机和气压传感器(4)均与微控制器相连；
所述气动冲击装置由撞锤(7)、活塞和气缸(6)组成，撞锤(7)与活塞均安装于气缸(6)内，撞锤(7)与活塞之间的中空区域为气室空气块；活塞包括活塞基座(3)和活塞连接头(5)，活塞连接头(5)沿轴向设有三级阶梯孔，三级阶梯孔由沿轴向孔径依次增大的第一级阶梯孔、第二级阶梯孔和第三级阶梯孔组成，活塞连接头(5)的第三级阶梯孔通过螺纹与活塞基座(3)一端套装相连；活塞基座(3)与活塞连接头(5)之间安装有气压传感器(4)，气压传感器(4)由螺纹连接部(44)和安装头组成，螺纹连接部(44)嵌装于第二级阶梯孔内，与螺纹连接部(44)相连的安装头位于第三级阶梯孔内且与第三级阶梯孔底面相接触，螺纹连接部(44)和安装头之间开有用于嵌装O形圈(9)的O型圈槽(43)；活塞连接头(5)的第一级阶梯孔作为短管道(8)与气室空气块相连通；活塞基座(3)另一端端部开有用于安装连杆(1)的凹槽，凹槽上下两侧均开有贯穿的径向孔，连杆(1)与径向孔相对应位置处开有上下贯穿的通槽，活塞销(2)由上至下依次穿过凹槽上侧径向孔、连杆(1)通槽与凹槽下侧径向孔，连杆(1)经曲柄与电机输出轴相连，曲柄和连杆(1)构成曲柄连杆机构；微控制器包括单片机、可控硅控制电路和电机控制电路，可控硅控制电路和电机控制电路均与单片机相连，所述单片机包括PID控制模块，气压传感器(4)实时检测气室空气块的压强并将检测信号传递给微控制器，检测信号与微控制器中预设的最佳运行状态下的空气块气压值进行比较获得偏差值，微控制器中的PID控制模块和可控硅控制电路根据偏差值通过电机控制电路改变电机的转速，电机的输出轴通过齿轮传动带动曲柄连杆机构，活塞在曲柄连杆机构的带动下在气缸内作循环往复运动的同时对气室空气块做功，气室空气块的压强发生变化导致撞锤(7)两侧存在气压差，从而使得撞锤(7)作往复运动，电锤在最佳运行状态下工作；
所述微控制器中预设的最佳运行状态下的空气块气压值在电锤工作前通过以下试验得到：将电锤的冲击频率分成多个水平进行多组试验，得出冲击频率与撞锤撞击能之间的关系曲线，从而得出电锤在最佳运行状态下的空气块气压值。
2.根据权利要求1所述的一种带有气压传感器和微控制器的电锤，其特征在于：所述活塞基座(3)与活塞销(2)沿径向共同设有一引线通道(10)，气压传感器(4)的安装头远离螺纹连接部(44)的一端设有引线(41)，引线(41)经引线通道(10)导出。
3.根据权利要求1所述的一种带有气压传感器和微控制器的电锤，其特征在于：所述气压传感器(4)与短管道(8)之间通过三角中空区域作为缓冲。
4.根据权利要求1所述的一种带有气压传感器和微控制器的电锤，其特征在于：所述撞锤(7)、活塞基座(3)、活塞连接头(5)和活塞销(2)外侧面均设有圆环密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种带有气压传感器和微控制器的电锤，其特征在于：所述气压传感器(4)的螺纹连接部(44)与第二级阶梯孔通过螺纹连接。
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