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摘要：电动工具工作时，产生大量危害人体健康、具有爆炸等安全隐患的粉尘，本装置为电动工具除尘系统，可用于电动磨光机、电锤、电钻等在工作时产生大量粉尘的电动工具，应用泛围广。通过分析电动工具的工作特性、建模、仿真分析等方法设计了包含真空吸尘、喷雾除尘等机构的电动工具除尘装置，经多次试验与改进，该装置可有效降低电动工具工作时粉尘的扩散，改善作业环境，减少操作人员的粉尘吸入量，有效控制粉尘浓度在爆炸浓度以下；该装置工作稳定可靠，操作简便。
关键词：电动工具；水雾除尘；真空吸尘
1. 引言
电动工具在各领域的工程中被广泛应用，其工作是利用高速旋转的钻头、薄片砂轮、橡胶砂轮、钢丝轮等对金属、塑料等材料，进行钻孔、切削、磨削等加工，提高了工作效率，降低了劳动强度，也使得很多在电动工具出现之前无法完成的工作很容易地完成。但电动工具工作时，会产生大量的粉尘，这些粉尘不但危害人体健康，还有爆炸等安全隐患[1]。
目前，国外相关的研究相对成熟，日本特开2012—1678号公报中记载了一种集尘装置；HILT、百得、博世、牧田等国际知名电动工具制造商申请了与除尘相关的专利。分析发现目前对电动工具除尘技术的改进一直局限于传统的除尘技术[2]，改进点比较小，因此发展新的除尘技术尚有空间与可能。在该领域内国内落后于其他国家，在山东省科学技术厅查新后，尚未发现近似研究。
针对电动工具除尘难题本文设计了一种电动工具除尘装置，主要由真空吸尘机构和喷雾除尘机构两部分组成，可直接安装于现有的各种电动工具上，保护现场工作人员，减少粉尘吸入，消除粉尘爆炸隐患。
2. 研究方法、内容
2.1调研
设计之前，我们对电动工具的使用现状进行了进一步的调研，以便进一步明确电动工具种类、应用范围和使用中粉尘的相关问题。在电动工具市场上了解到现有电动工具主要分为金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具几类，常见的有电钻、 电动砂轮机、电动扳手和电动螺丝刀、电锤和冲击电钻、混凝土振动器、电刨等，主要应用于建筑，机械，汽车制造，木、石加工等领域。这些电动工具在工作时常会产生大量的粉尘，这些粉尘不但危害人体健康，还有爆炸等安全隐患。
2.2总体方案设计
调研结果显示的问题长期困扰着相关的施工、操作人员，针对这一问题设计了电动工具除尘装置。本电动工具除尘装置由真空吸尘装置和喷雾装置两部分构成，包括电流检测电路、继电器、真空吸尘器、时基电路、喷雾器机构，安装于现有的电动工具上，使用吸尘、喷雾等方法达到除尘目的[3]。工作时，电动工具所产生的粉尘一部分被安装于电动工具的真空吸尘装置吸收；另一部分在喷雾装置喷射出的水雾作用下快速沉降，两部分共同作用达到除尘的效果。喷雾除尘装置工作流程如图1所示：
图1 喷雾除尘装置工作流程图
2.3详细设计
2.3.1吸尘机构设计
目前，多种类型的吸尘器已在生活中普遍应用，也越来越多地运用到了生产过程中的除尘。本设计就是受到家用吸尘器工作原理的启发[4-5]，针对电动工具工作现场粉尘多造成工作环境恶劣，危害操作人员身体健康的问题，设计了电动工具除尘装置的吸尘机构。主要设计内容包括外壳结构设计和内部结构设计[6]，最终设计完成了适用于多种电动工具的吸尘机构设计，实物如图2所示：
图2 吸尘机构外壳实物图
吸尘装置内部结构主要包括吸管、吸嘴、储尘箱和电动风机等。在工作过程中，灰尘通过吸尘器的吸嘴进入到吸尘器吸管，而后经过过滤网的过滤，沉积在储尘箱里；吸嘴吸进的灰尘在高速气流的带动下通过只能通过直径5微米以下灰尘的滤网，滤出灰尘；此外，选用的过滤网透气性能应好，保证在恶劣环境中长时间过滤的情况下不堵塞，同时保证电机得到充分的冷却。
2.3.2喷雾除尘机构设计
现有粉尘的收集方法有很多种，比如：惯性除尘、水除尘、过滤除尘及电除尘等，发展最好也是最常用的除尘设备有沉降室、旋风筒、袋式除尘器以及电除尘器等。考虑到电动工具工作环境的特殊性，设计的除尘装置在吸尘机构的基础上增加了喷雾除尘机构，对吸尘机构无法吸收的细微粉尘进行进一步的处理吸收。
喷雾除尘设备是让固体粉尘颗粒与液滴充分接触，让携带粉尘颗粒的气体穿过水层，在强烈的湍流状态下进行传质交换，以达到清洗含尘气体的作用等。湿式除尘器可清除5μm以上颗粒物，效率一般为90%-95%。其工作流程如示意图3所示。
图3 喷雾除尘示意图
2.3.3电路与控制方法
本设计控制选用STC89C52单片机，STC89C52是高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它有低功耗特征，集成了时钟输出和向上或向下计数器，内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器(ROM)32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定
时计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路，适用于控制要求不高的应用场合。
在确定了控制芯片之后，根据控制要求设计了对应功能的电路，部分电路如图4所示：
图4 控制电路图
电流检测电路作用在于检测电动工具是否运行，当电动工具运行时，改变继电器的状态，从而控制吸尘除雾装置开始工作，并提供给时基电路开始计时的信号；在工作环境不那么恶劣时，电动工具喷雾除尘装置不需要连续喷雾就能解决粉尘问题，可用继电器控制喷雾吸尘机构间断运行，也控制时基电路计时开始，时基电路计时完成后，水泵运行，喷雾除尘装置开始工作。
3. 结论
本文设计的电动工具除尘装置可有效降低电动工具工作时粉尘的扩散，改善作业环境，减少操作人员的粉尘吸入量，有效控制粉尘浓度在爆炸浓度以下。实际试验表明，电动工具工作时产生的飞尘，绝大部分能被除尘装置消除，少量的剩余并不会造成人身健康的危害，更不会存在安全遗患；当对金属部件或水泥物品加工时，产生的飞尘质量较大，喷雾除尘的效果突出；该装置工作稳定可靠，操作简便。
参考文献
[1]陆顺平,秦泳元.电动工具发展概况和趋势[J].电动工具,2005(3):1-6.
[2]张殿印,王纯.除尘器手册[M].化学工业出版社,2015.
[3]胡跃明,丁维中,吴忻生.吸尘机器人的研究现状与展望[J].机器人技术与应用,2002(1):631-633.
[4]刘金锋,王亚萌,杨雪松,等.负压吸尘技术在选煤厂除尘系统中的应用[J].福建质量管理,2017(12).
[5]桑杭武,梁广.真空吸尘技术在钢铁车间环境治理中的应用前景分析[C].2011.
[6]朱强,秦泳元.人体工程学与电动工具[J].电动工具,2005(2):1-10.
论文作者:杨霄宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：电动工具论文; 粉尘论文; 装置论文; 工作论文; 机构论文; 电路论文; 真空论文; 《基层建设》2018年第6期论文;