Экскурс в историю создания гидравлических и пневматических молотов

Одним из наиболее эффективных и рентабельных способов разрушения мерзлого грунта и твердых пород, а также и бетонных конструкций является использование ударного рабочего органа, создающего значительные импульсы направленного действия.

В качестве такого сменного рабочего органа ударного действия на одноковшовых гидравлических экскаваторах уже в 80-х года прошлого века широко применялись гидравлические и пневматические молоты с энергией удара до 9000 Дж.

В 80-е годы за рубежом гидромолоты выпускались фирмами Krupp, MGF, Gunter Klemm (Германия), Ingersoll-Rand (США), Montabert (Франция), Rammer (Финляндия), Furukawa (Япония), Socomec (Италия), Gullik Dobson, J.P.N., Shand (Великобритания) и другие.

В эти годы наблюдается тенденция к расширению ряда типоразмеров молотов как в сторону роста мощности и энергии удара, так и в сторону уменьшения энергии удара. Так, фирмы Krupp и Kone выпускали ручные гидромолоты массой 20-25 кг с энергией удара 100-140 Дж, которые могут подключаться к гидросистемам экскаватора. Наибольшая энергия удара (9000 Дж) была у гидромолота модели СП-62ХЛ, который может применяться на экскаваторах массой свыше 25 т., масса молота 2100 кг.

В настоящее время фирмы, как правило, производят большую гамму молотов для всех типоразмеров экскаваторов и поставляют их на внутренний и внешний рынок. Например, раньше фирма NPK (Япония) изготавливала 13 типоразмеров гидромолотов, а в настоящий момент ею представлено более 30 моделей, которые могут быть установлены на рабочее оборудование более чем 250 моделей гидравлических экскаваторов массой от 2 до 75 т, выпускаемых фирмами Японии, Франции, Германии, США, России, Великобритании и другими.

Гидравлические молоты по типу исполнения привода ударной части условно подразделяются на три группы: гидропневматические, гидромеханические и гидравлические.

В гидропневматических молотах подъем ударной части осуществляется рабочей жидкостью гидросистемы, а разгон ударной части при рабочем ходе - газом, предварительно сжатым в специальном пневмоаккумуляторе. Использование в данных молотах второго энергоносителя сжатого газа - требует постоянного контроля давления зарядки и пополнения утечек, что создает существенные неудобства в эксплуатации.

У гидромеханических молотов привод ударной части осуществляется от гидродвигателя (гидромотора или гидроцилиндра) через промежуточную механическую передачу (редуктор и кривошипно-шатунный или эксцентриковый механизм). Недостатком является наличие сложной механической трансмиссии, что при необходимости повышения энергии удара приводит к резкому увеличению массы и размеров молота.

В гидравлических молотах движение ударной части при ее подъеме и рабочем ходе осуществляется рабочей жидкостью, подаваемой насосами базовой машины. Большинство фирм выпускают гидромолоты с пневматическим аккумулятором, в котором энергоносителем является сжатый азот; в качестве ударной части молота использован пор­шень рабочего цилиндра. Наличие дополнительного энергоносителя не значительно усложняет эксплуатацию гидромолота, так как 1-2 раза в год необходимо подзаряжать аккумулятор сжатым азотом и сливать накопленное в результате перетечек масла из газовой полости аккумулятора.

Раньше гидромолоты монтировались на рабочее оборудование обратной лопаты вместо ковша с помощью массивных кронштейнов, выполненных из двух толстых щек, охватывающих корпус молота и стянутых болтами. Кронштейн (адаптер) поставлялся потребителю в соответствии с моделью экскаватора, на который предполагалось навешивать гидромолот. В данный момент гидромолот навешивается с помощью специально адаптированной подвеской с быстросъемным соединением, изготавливаемой под данную модель экскаватора.

Наряду с гидромолотами широкое применение для разрушения мерзлых грунтов твердых пород и строительных бетонных конструкций находят пневматические молоты, которые появились существенно раньше гидравлических и выпускались за рубежом большими сериями, фирмами Demag (Германии), Ingersoll-Rand, Kent (США), Mendon (Франция), NRK, Furukawa (Япония) и другими. В пневмомолотах в качестве энергоносителя используется сжатый воздух. Пневмомолоты могут навешиваться на любую базовую машину, так как в качестве привода используется индивидуальный компрессор. Они более надежны в отношении соединений и уплотнительных элементов, могут эксплуатироваться при высоких температурах окружающей среды и более ремонтопригодны, чем гидравлические молоты.

К недостаткам данных молотов, по сей день, можно отнести дорогостоящие и громоздкие компрессоры, требующие для транспортировки наличие номерных знаков как у автотранспорта. Снижается маневренности базовой машины при подключении к компрессору экскаватора. Повышается вероятность отказа при высокой влажности воздуха и отри­цательных температурах окружающего воздуха, повышенный шум, потребность в специальных системах и устройствах для насыщения смазочным маслом воздуха, подаваемого в рабочий цилиндр, наличие смазки в отработанном воздухе. В настоящее время фирма Hycon (Дания) и Hydrotech (США) предлагают большой выбор гидравлического инструмента с насосной станцией, имеющей небольшие габаритные размеры и массу около 100 кг, что значительно облегчает процесс транспортировки и снижает стоимость всего оборудования в несколько раз в отличие от установки с отдельным компрессором. Радиус, глубина, высота и угол действия молотов определяются параметрами рабочего оборудования и углами поворота стрелы, рукояти и собственно молота. Поэтому помимо разрушения грунта и бетонных конструкций ниже уровня стоянки молоты широко используются для разрушения наклонных и вертикальных бетонных конструкций.

Современные конструкции молотов предусматривают легкую замену одного вида инструмента другим в зависимости от рода выполняемой работы (разработка мерзлых грунтов, забивки свай, разрушение дорожных покрытий, трамбование грунта и т.д.). Молоты снабжаются набором сменных инструментов (5-8 видов), в число которых входят двухскосые симметричные клинья и лопаты с различно ориентированной режущей кромкой; несимметрич­ные клинья; трамбовочные плиты; наголовники для забивки в грунт шпунта, труб и стоек; цилиндрические инструменты с плоским или сферическим концом.

Сменные инструменты изготовлялись из легированных сталей типа 38ХНЗ МФА, 5ХВ2С, 5ХНМА, 9ХС и подвергаются объемной закалке до НРХ 50. По данным фирмы Krupp (ФРГ), такие инструменты при работе на породах средней твердости имели стойкость около 1000 ч. Сейчас используются более высокопрочные стали с улучшенными характеристиками.

В 80-е стоимость «родного» гидромолота, применяемого в качестве сменного оборудования, составляла 20-50% стоимости базовой машины. В данное время эти цифры остались прежними, но появилась возможность выбора производителя гидромолота. Так, например, цена гидромолота фирмы Rammer (Финляндия) на экскаватор 15 тонн, оставляет 20% от стоимости базовой машины, гидромолот Delta F-10 (Южная Корея) 11%, а гидромолот МГ-300 (Россия) 8 %.

Опыт эксплуатации молотов показывает, что разработка мягких пород наиболее эффективна при использовании остроконечных рабочих инструментов. Для разрушения твердых скальных пород предпочтительно применяемы плоские рабочие инструменты, кото­рые более эффективно передают породе энергию удара.

Повышенная производительность молотов обеспечивается при дополнительном прижатии рабочего инструмента к объекту разрушения. Для гидромолотов этот эффект достигается при их прижатии усилием на 8-2 кН большим, чем масса молота. Хорошая устойчивость обеспечивается при условии, когда масса экскаватора превышает в 15 раз максимальное реактивное усилие, создаваемое молотом в каждом цикле, а предотвращение заклинивания инструмента - покачиванием молота из стороны в сторону на 5-10°.