Тест переставных клещей

Согласитесь, сегодня поистине велико разнообразие всевозможного ручного инструмента. Связано это прежде всего с постоянным развитием и совершенствованием техники. А какой же технический объект, будь то автомобиль или велосипед, обойдется без крепежа? В связи с этим появляются все новые и новые крепежные изделия, более современные, простые в работе. Это, в свою очередь, влечет за собой разработку и выпуск новых инструментов. Но все же неизменным, самым простым и логичным элементом крепежа до сих пор является старая добрая гайка. Сколько всевозможных ключей было создано для облегчения работы с этим незамысловатым крепежом: гаечные ключи, комбинированные ключи, различные торцевые головки и трубки, трещотки, всего и не упомнишь. Но это все инструмент, применимый для гайки с конкретным размером «под ключ», а ведь существует множество универсальных ключей. Последние призваны облегчить работу с крепежом. Пропадает необходимость использования множества приспособлений, для всего есть только один чудо-ключ. Но это в идеале, на самом деле спектр использования универсального инструмента достаточно узок и ограничен прежде всего тем, что крепеж не всегда легко доступен для громоздкого ключа. Однако при работе с удобно расположенным соединением такой инструмент действительно незаменим.
С чего же все начиналось? Вспомните свой первый универсальный ключ, тот самый «семейник». Пожалуй, это был единственный инструмент, необходимый для любимого «Орленка» или «Камы», настолько просто и гармонично он был скомпонован. Но для более серьезной техники он уже не применим. Более свежее воспоминание: газовый ключ, или, как его еще называют, трубный, разводной, сантехнический. Это, пожалуй, ближайший родственник тех самых ключей, что побывали у нас на тесте, а именно переставных клещей. Роднит их основной принцип применения: губки (подобные тем, что имеют плоскогубцы) параллельно друг другу перемещаются в определенных пределах. Таким образом подбирается нужный размер «зева». Но есть и существенное отличие. Движение губок у трубного ключа осуществляется вращением фиксированного кольца, перемещающего резьбовой вал, связанный с одной из губок. Процесс изменения размера из-за этого достаточно долог и неудобен. У наших испытуемых перестановка размера осуществляется перемещением рукояток, выполненных заодно с губками друг относительно друга. Подробнее на особенностях механизма остановимся ниже. Такая схема позволяет быстро и легко выбрать нужный размер ключа, но имеет фиксированные положения, количество которых около семи.
Клещи, представленные на тест, разделяются по двум основным типам механизма. В одном случае ключ имеет на неподвижной губке вырез в виде ряда совмещенных окружностей (паз), а на подвижной губке закреплена ось соответствующего диаметра со «срезанным» сектором. Таким образом, для изменения размера такого ключа необходимо повернуть ось скосом параллельно вырезу и переместить ее по пазу. Но большинство клещей имеют другую конструкцию (так называемая американская система): неподвижная рукоятка имеет ряд круговых проточек, которым соответствует «прилив» на подвижной рукоятке. Для изменения размера необходимо вывести «прилив» из зацепления с проточками, разведя клещи до максимального разворота, передвинуть рукоятки относительно друг друга и свести в новом положении. На первый взгляд второй механизм более надежен, выглядит стабильнее и прочнее. Тем интереснее результаты теста. Но попал к нам и один достаточно экзотический ключ. Это Kamasa Tools Speedy, имеющий особый, быстрый механизм перестановки. Конструкция состоит из зубчатой рейки и соответствующей ей подпружиненной собачки. Для того чтобы развести клещи, необходимо рукоятку с собачкой вывести из зацепления с рейкой и перевести вниз. Для перемещения вверх достаточно просто передвинуть рукоятки, храповой механизм позволит сделать это легко и точно. Так, вам не придется на глаз выбирать нужное положение ключа, а достаточно будет просто сдвинуть рукоятки до контакта с крепежом. Кстати, механизм по удобству и конструктиву очень напоминает классическую трещотку.
Итак, все образцы отправлены в лабораторию кафедры «Прикладная механика» МГТУ им. Н. Э. Баумана в руки квалифицированных специалистов. Здесь все ключи подверглись следующим испытаниям:
— оценка общих свойств ключей,
— оценка твердости основных рабочих элементов,
— измерение момента, передаваемого оператором,
— определение силы прижима губок,
— определение максимального момента, переда-ваемого ключом цилиндрической оправке круглой формы,
— оценка повреждений.

ОЦЕНКА ОБЩИХ СВОЙСТВ

Прежде всего оценивались внешний вид инструмента, качество покрытия, наличие люфтов в соединении рукояток, а также качество и тип рукояток. Функциональность клещей зависит от геометрического соотношения плечей рукояток, качества насечки на губках, их профиля. На все это мы обращали внимание при предварительном осмотре ключей.

ТВЕРДОСТЬ

Измерение твердости — это один из важных этапов испытаний, так как позволяет сделать первые выводы о качестве и его стабильности, соблюдении технологических процессов при производстве для каждого конкретного ключа. Но что же такое твердость и какими критериями она оценивается?
Твердость — это сопротивление материала местной пластической деформации при внедрении в него более твердого тела — наконечника (индентора). Последний представляет собой малодеформирующееся тело (алмаз, твердый сплав, закаленная сталь) определенной геометрической формы (шар, пирамида, конус, игла).
О величине твердости судят по размерам полученной деформации (отпечатка). В зависимости от метода испытания, свойств наконечника и испытуемого материала оценку проводят по различным критериям.
Наибольшее применение получило измерение вдавливанием. Существует несколько методов, но самым популярным (особенно в производственных условиях) стал метод Роквелла. При замерах по этому методу наконечник стандартного типа вдавливают в поверхность прилагаемыми последовательно нагрузками: предварительной F0 = 98 Н и основной F1 = 1373 Н. Полная сила, действующая на наконечник:
F0 + F1 = 1471 Н
Условная единица твердости — величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Значение твердости определяют после снятия основной нагрузки (F1) непосредственно по шкале прибора. Формула для вычисления HRC выглядит следующим образом:
HRC = 100 — (h-h0)/0,002
где: h0 — глубина внедрения наконечника в испытуемое тело под действием силы F0; h — глубина внедрения наконечника под действием полной нагрузки F, измеренная после ее снятия.
При измерении должно быть проведено не менее трех опытов. Твердость всех элементов клещей должна быть в пределах HRC 40–45, это будет свидетельствовать о долговечной работе инструмента.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ МОМЕНТА, ПЕРЕДАВАЕМОГО ОПЕРАТОРОМ

Суть этого опыта состояла в следующем: клещи устанавливались на оправке цилиндрической формы диаметром 30 мм, закрепленной на машине для испытаний на кручение. Цилиндрическая поверхность, на которую устанавливались клещи, имеет твердость HRC 56, кроме того, она шлифована. Твердость оправки существенно превышает твердость губок испытываемых клещей. Столь высокая твердость оправки обеспечивала неповреждаемость ее цилиндрической поверхности при контактном взаимодействии с губками клещей. Предполагалось, что в этом случае будет повреждаться насечка губок.
Шлифованная поверхность оправки ужесточает условия испытаний и позволяет более надежно выявить и измерить способность клещей передавать момент.
После установки клещей на оправку оператор (мужчина и женщина) нагружал клещи, сжимал оправку, стремясь ее повернуть относительно собственной оси, т.е. имитировал способ применения клещей на практике. При некотором моменте происходил проворот клещей относительно оправки, а в таблице учитывался максимальный момент, получаемый за мгновение до этого. Испытания проводились три раза.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ПРИЖИМА

Величина силы, передаваемая на губки, характеризует в целом совершенство шарнира, эргономику рукояток, соотношение плеч рычажной системы.
Опыт заключается в следующем: губки клещей своими концами устанавливались на специальные переходники, соединенные с испытательной машиной.
Далее осуществлялся нажим на рукоятки, достигалась наибольшая величина силы для данного оператора. По силоизмерительному устройству испытательной машины фиксировалась сила, действующая на губки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО МОМЕНТА, ПЕРЕДАВАЕМОГО КЛЮЧОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОПРАВКЕ

Для проведения этого испытания изготовили специальное приспособление.
На двух шариковых опорах устанавливается вал (цилиндрическая оправка), на котором неподвижно закрепляется диск с желобом. В желоб укладывается трос, прикрепленный к силоизмерителю испытательной машины.
Силоизмеритель испытательной машины измерял силу Fm, приложенную к диску. Радиус диска 74,5 мм. На цилиндрическую оправку диаметром 28 мм и твердостью HRB65 устанавливались клещи, которые нагружались силой Fp, имитирующей усилие, создаваемое оператором. Величина силы принималась постоянной для всех клещей и равной 490,5 Н (50 кгс). Сила прикладывалась на расстоянии 70 мм от края рукоятки для всех клещей, т.е. приблизительно на середине длины покрытия рукояток. Это соблюдалось и для больших клещей (Kamasa Tools и Teng Tools). Под действием силы Fp клещи входили в контакт с оправкой, и появлялась возможность передачи момента от клещей оправке.
Как показали опыты, передаваемые моменты существенно отличаются. Причины этих отличий различны:
1) недостаточная твердость зубьев насечки,
2) неблагоприятная форма зубьев,
3) разрушение кругового упора,
4) смятие оси шарнира и др.