Техника

Со временем к производству гидромолотов подключились и многие другие европейские и азиатские компании. Сейчас производством гидромолотов занимаются десятки фирм. В первые годы в производстве были лёгкие модели, которые навешивались на базовые машины массой до 16 тонн. В дальнейшем стали появляться модели тяжёлого класса, которые могут навешиваться на гидрвлические экскаваторы массой 30т, 40т, 50т и более. Тяжёлые гидромолоты отличаются не только тем, что имеют достаточно большую собственную массу ( свыше 1,5т), но и тем, что энергия удара у них достигает больших величин ( от 4 кДж до 20 кДж).Такие тяжёлые гидромолоты с успехом используются не только для дробления негабаритов горных пород, но и непосредственно для добычи полезных ископаемых и рыхления массивов мёрзлых грунтов. Принципиальная гидравлическая схема практически всех зарубежных моделей гидромолотов (рис.1) одинакова. По этой схеме боёк молота, одновременно являющийся рабочим поршнем с контрштоками, совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра, который подключён к насосу базовой машины по дифференциальной схеме. Полость цилиндра со стороны сменного инструмента (условно нижняя) постоянно соединена с напорной линией питания, а полость со стороны крышки цилиндра (условно верхняя) попеременно соединяется то со сливной, то с напорной линией посредством встроенного в молот трёхходового двухпозиционного гидрораспределителя с позиционной обратной связью с рабочим поршнем. Поскольку в цикле работы гидромолота его боёк всё время находится в неустановившемся режиме движения (разгон вверх, торможение перед верхней мёртвой точкой, разгон в сторону инструмента, удар по инструменту), то в напорную линию гидромолотов тяжёлого класса обязательно включается сетевой гидроаккумулятор. Над верхним торцем бойка расположена полость, заполненная сжатым азотом. Эта пневмокамера является аккумулятором энергии. При взводе бойка газ в пневмокамере дополнительно сжимается, энергия накапливается. При рабочем ходе запасённая в пневумокамере потенциальная энергия затрачивается на разгон бойка, то есть преобразуется в кинетическую энергию – энергию удара. Таким образом энергия удара гидромолота складывается из энергии, запасённой в пневмокамере, и энергии гидравлической рабочей жидкости (масла), поданной гидронасосом за время рабочего хода. Конструктивно каждый гидромолот состоит из ударного блока и наружной обвязки. Ударный блок включает в себя: рабочий цилиндр с поршнем-бойком, гидрораспределитель, осуществляющий реверсирование движения бойка, сетевой гидроаккумулятор напорной линии, пневмокамеру и буксу со сменным инструментом и втулками, в которых последний может перемещаться. Конструкции ударных блоков различных моделей отличаются компоновкой и исполнением составляющих узлов. Например, в ударных блоках гидромолотов Atlas Copco (рис.2) гидрораспределитель расположен соосно с рабочим цилиндром, а гидроаккумулятор напорной линии прифланцован к задней стенке, то есть обращённой в сторону машиниста поверхности ударного блока. В ударных блоках гидромолотов Montabert  ось гидрораспределителя расположена перпендикулярно оси рабочего цилиндра, а гидроаккумулятор размещён над распределителем соосно с рабочим цилиндром. В ударных блоках японских и южнокорейских фирм и распределитель и аккумулятор смонтированы на задней стенке (рис.3) .Каждая из разновидностей компоновки ударного блока имея какие-то свои преимущества, определяет габариты в разных направлениях, а также диктуется технологическими возможностями и предпочтениями изготовителей. Наиболее предпочтительной с точки зрения эксплуатации будет такая компоновка, которая позволяет обойтись минимальным количеством гидравлических уплотнений. Кроме того неплохо иметь хороший доступ для демонтажа и монтажа отдельных узлов в случае необходимости их ремонта.

Наружная обвязка молота служит для закрепления ударного блока и присоединения его к базовой машине. В простейшем варианте она выполняется в виде двух щёк, жёстко закрепляемых на ударном блоке с помощью шпилек или болтов с гайками. В тяжёлых гидромолотах наружная обвязка в последнее время чаще всего выполняется в виде прямоугольного в поперечном сечении сварного кожуха, в котором между его стенками и корпусными деталями ударного блока размещаются амортизирующие и шумопоглощающие прокладки. Эти прокладки нарушают звуковые мостики между стенками кожуха и ударным блоком, значительно уменьшают уровень внешнего шума, снижают вибрационную нагрузку на базовую машину и её оператора.

Эффективная мощность гидромолота это произведение энергии удара на частоту ударов. Многие фирмы производители гидромолотов, например, Atlas Copco, Montabert, TABE и другие оснащают гидромолоты устройством, которое автоматически уменьшает энергию удара одновременно увеличивая частоту ударов при разрушении менее прочных материалов так, чтобы произведение этих параметров было примерно одинаковым. Такое устройство повышает производительность и продлевает ресурс как гидромолота, так и базовой машины – экскаватора. Уменьшение энергии удара и соответствующее увеличение частоты ударов осуществляется за счёт уменьшения величины хода бойка. Сигнал на уменьшение величины хода из демпферной камеры нижней полости рабочего цилиндра поступает на гидрораспределитель молота при увеличении внедрения инструмента в обрабатываемый материал. Наличие такого регулятора энергии удара расширяет диапазон эффективного использования гидромолота при работе на породах различной прочности.

Одним из важных условий долговечности трущейся пары инструмент – втулка является регулярная периодическая смазка. Помимо обычно предусмотренной возможности ручной смазки с помощью шприца современные гидромолоты тяжёлого класса оснащаются устройствами для автоматической смазки. Наличие такого устройства сокращает время технического обслуживания, уменьшает риск появления условий для повышенного износа из-за недобросовестного обслуживания. Наиболее известны две системы привода устройства автоматической смазки. В первом варианте (рис.4) плунжер смазочного насоса совершает ход подачи консистентной смазки при каждом включении гидромолота, так как полость над плунжером соединена с напорной линией питания. При выключении молота плунжер смазочного насоса возвращается в исходное положение под действием пружины, происходит всасывание очередной порции смазки из сменного картриджа под действием атмосферного давления. Такие системы применяют чаще европейские производители гидромолотов. Второй вариант (рис.5) привода смазочного насоса – инерционный, использующий вибрацию корпуса молота при его работе. Этот тип смазочного устройства применяют в основном японские и южнокорейские фирмы. В корпусе такого устройства размещены два массивных стальных шарика, установленные на пружинах с малой жёсткостью. Между шариками находится одно плечо рычага, а второе приводит в действие плунжер масляного насоса. Во время работы молота шарики совершают колебания, которые преобразуются в возвратно-поступательное движение плунжера. Подача смазки осуществляется поршнем под действием пружины, установленной в съёмном картридже со смазкой. Подача смазки происходит в тот момент времени, когда плунжер открывает отверстие, соединяющее картридж с каналом, по которому смазка поступает к инструменту. И в том и в другом варианте конструкции смазочного устройства предусмотрена возможность регулировки количества смазки при каждом цикле подачи. Устройство по второму варианту должно монтироваться на молоте так, чтобы направление перемещения шариков было параллельным продольной оси молота. Канал для подачи смазки к инструменту обычно выполняется внутри корпусных деталей ударного блока, но может быть и проложен на наружной его поверхности в виде отдельного трубопровода. Смазочное устройство с приводом от гидросистемы представляется мне технически более совершенным и удобным в работе, хотя у инерционной системы есть свои достоинства. Сменные смазочные картриджи в различных моделях могут иметь разную ёмкость. Так, например, в гидромолотах Atlas Copco ёмкость картриджа составляет 0,5 кг, в корейских молотах моделей АКВ фирмы ALL-KOR Co. применяются картриджи ёмкостью 1кг и 1,4кг консистентной смазки. А тяжёлые гидромолоты французской фирмы Montabert оснащаются запасом консистентной смазки до 8кг.

Ещё одним полезным усовершенствованием гидромолотов тяжёлого класса является защита хвостовика инструмента и втулок, в которых он перемещается, от проникновения в зазор абразивных частиц и пыли, которые как правило образуются при разрушении различных материалов ударом. Во первых, сапун, который соединяет камеру между бойком и инструментом с атмосферой, в большинстве новых конструкций тяжёлых гидромолотов перенесён с поверхности буксы инструмента в верхнюю крышку рабочего цилиндра, то есть вынесен из зоны повышенной запылённости, где концентрация пыли тем выше, чем ближе к острию инструмента. Для этого в корпусных деталях ударного блока пришлось предусмотреть специальный канал. Во вторых, такие фирмы как Atlas Copco (рис.6) и Montabert в нижней части гидромолота предусматривают специальные скребки и манжеты, которые препятствуют попаданию посторонних частиц в зазор между хвостовиком инструмента и втулками. Эти устройства также ограничивают вынос смазки в атмосферу.

Перечисленные выше технические решения, применяемые в современных гидромолотах тяжёлого класса, удорожают эту продукцию, но в то же время существенно повышают ресурс машин, их эксплуатационную надёжность, снижают эксплуатационные расходы, повышают производительность работ.
В России также производятся гидромолоты тяжёлого класса. Ещё с 1974 года Ковровский экскавторный завод серийно выпускал гидромолоты модели СП-62 с энергией удара 9 кДж (рис.7). Спустя три года конструкция была модернизирована и молот получил индекс СП-62ХЛ (рис.8). В те годы ни одна зарубежная фирма не производила гидромолоты с энергией более 2,5 кДж. Эта модель выпускалась более 20 лет. Ещё в 2008 году Компания «Традиция-К» выполнила капитальный ремонт нескольких экземпляров этих молотов первых лет выпуска. Отличительными чертами этой конструкции были : большая масса бойка (около 600 кг) при относительно малой скорости соударения (до 6 м/с), обтекаемая форма корпуса молота, а самое главное – отсутствие газовых аккумуляторов. Низкая скорость соударения бойка объяснялась тем, что первоначально молот предназначался для забивки в грунт небольших железобетонных свай. Однако большая масса бойка (вдвое больше массы инструмента в виде клина) обеспечила высокую скорость проникновения инструмента в мёрзлый грунт, а обтекаемая форма корпуса позволила забивать инструмент в обрабатываемый материал на глубину, превышающую длину рабочей части инструмента. Благодаря этим качествам достигалась высокая производительность при рыхлении массивов мёрзлых грунтов или подобных материалов. Отсутствие газовых аккумуляторов упрощало эксплуатацию, так как не требовался никакой контроль за давлением газа в аккумуляторе. В конструкции гидромолота был применён гидроаккумулятор с жидкостной пружиной – поршневой мультипликатор давления, где в качестве упругого тела использовался замкнутый объём рабочей жидкости гидросистемы. В поршневой полости аккумулятора при взводе бойка накапливается под рабочим давлением объём масла, необходимый для совершения одного цикла. Под штоком поршня аккумулятора в полости, заполненной рабочей жидкостью, создаётся давление пропорциональное отношению площадей поршня и штока (60…80 МПа). Штоковая полость аккумулятора, то есть полость, расположенная под поршнем вокруг штока, постоянно соединена с линией слива и при рабочем ходе бойка, когда гидроаккумулятор напорной линии разряжается, является аккумулятором сливной линии.

По этой же принципиальной схеме в те же годы были разработаны и другие типоразмеры гидромолотов, которые были успешно испытаны в виде опытных образцов, но так и не были освоены в серийном производстве. На рис.9  показан рыхлитель активного действия на базе трактора Т-500, в состав которого входил экспериментальный молот СО1-217 с энергией удара 6 кДж. Масса бойка молота 400 кг была соизмерима с массой зуба рыхлителя, что позволяло легко внедрять зуб в породу. Эта машина успешно работала в Якутии на вскрышных работах на скальных грунтах в том числе при температурах воздуха до минус 50⁰С. Производительность активного рыхлителя при включении гидромолота была  на 31%  выше  на рыхлении скального грунта и на 43% выше  на рыхлении мёрзлого грунта, чем того же статического рыхлителя, то есть без включения в работу гидромолота.

В дальнейшем на основе конструкции гидромолота СП-62ХЛ и СО1-217 были разработаны новые модели. Так в начале 2000-х годов ООО «НТ-ПАРК ГМ» выпускало гидромолоты моделей Д600 (рис.10) и Д450. А с 2006 года на Невьянском машиностроительном заводе было освоено производство гидромолотов Д550 (рис.11). При разработке документации этого молота были использованы  новые технические решения, которые позволили почти полностью отказаться от применения бронзовых деталей и медных уплотнений в том числе для герметизации полости жидкостной пружины гидроаккумулятора. Во всех моделях от Д450 до Д800 применяются взаимозаменяемые одинаковые сменные инструменты, масса которых всегда меньше массы бойка. Извесны примеры успешной и длительной безотказной эксплуатации этих гидромолотов в том числе при работах под водой.

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками некоторых моделей гидромолотов тяжёлого класса различных производителей этой продукции. Перечень представленных моделей не исчерпывает всё многообразие выпускаемых в настоящее время гидромолотов десятков фирм. Некоторые из них показаны на рис.12, рис.13, рис.14, рис.15.  В таблице представлены модели, диаметр инструмента которых от 150 мм и выше, приведены основные параметры, по которым можно подобрать конкретную модель для имеющегося в наличии экскаватора массой от 24 т и более. В таблице не приведены значения энергии удара, так как этот показатель во многих случаях изготовители не приводят, а если приводят, то часто завышают его. Энергию удара практически невозможно проконтролировать в эксплуатационных условиях. Этот показатель (как и массу бойка) целесообразно приводить только как расчётную величину, позволяющую судить о потенциальных технологических возможностях молота.