О выборе гидромолота

В настоящее время множество различных фирм во всем мире производят десятки типоразмеров гидромолотов и их модификаций. Из всего многообразия этой продукции потребитель должен выбрать наиболее подходящий вариант. Какими же критериями следует руководствоваться? Что надо принимать во внимание при выборе гидромолота? Прежде всего необходимо уточнить вид, объем и условия будущих работ. Необходимо знать прочность и другие свойства материала, который требу ется разрушать, толщину разрушаемых покрытий или конструкций, объем негабаритов горных пород, общий объем работ. Если у потребителя уже есть базовая машина, которую предполагается оснастить гидромолотом, то его придется выбирать с учетом ограничений, определяемых параметрами этой машины.

Так, например, масса гидромолота не должна превышать грузоподъемности машины на максимальном вылете рабочего оборудования. Если речь идет об одноковшовом экскаваторе, то это масса ковша, максимально заполненного грунтом. Чем больше масса гидромолота, тем выше его мощность, тем большей производительности от него можно ожидать. Однако чем меньше масса молота, тем проще машинисту устанавливать его на нужную точку, тем меньше динамические нагрузки на рабочее оборудование экскаватора при ориентировании молота, тем проще перемещать своим ходом с объекта на объект базовую машину в транспортном положении гидромолота.

Следующими условиями возможности навески гидромолота на конкретную базовую машину являются подача гидронасоса, который будет питать гидромолот, и максимальное давление в этой линии питания. Эти показатели следует согласовывать с техниче ской характеристикой гидромолота. Если подача гидронасоса значительно превышает требуемый для молота расход рабочей жидкости, то при работе могут возникать пики давления, что отрицательно влияет на ресурс и гидромолота, и гидроаппаратуры экскаватора. Если же подача насоса меньше минимально требуемой для молота, то его работа может быть неустойчивой или он не будет работать совсем. Давление масла в напорной линии питания гидромолота должно быть не ниже, чем необходимое рабочее давление, заданное его технической характеристикой. Если давление, развиваемое гидронасосом, более чем на 10...15% выше рабочего давления гидромолота, то напорная линия его питания должна быть защищена вторичным предохранительным клапаном. Желательно, чтобы рабочее давление гидромолота бы ло не выше давления, при котором начинает срабатывать регулятор мощности гидронасоса (обычно это 15...16 МПа). В противном случае регулятор мощности может срабатывать в каждом цикле работы молота, а это сокращает срок службы гидронасоса, перегружает двигатель и может вызвать нестабильную работу молота.

Потребителей прежде всего интересует производительность гидромолота, т. е. сколько кубометров обрабатываемого материала или сколько квадратных метров твердого покрытия может разрушить гидромолот в единицу времени. Какие же факторы помимо опыта машиниста влияют на техническую производительность гидромолота? Техническая производительность в значительной мере определяется его эффективной мощностью, т. е. мощностью, которая подводится к сменному инструменту. Эта мощность равна произведению энергии удара на частоту ударов. Под энергией удара понимается кинетическая энергия бойка молота, равная mν2/2, где m — масса бойка; ν — скорость в момент его соприкосновения с торцом инструмента, т. е. в момент удара. Для каждого материала, подвергаемого разрушению, а также габаритных размеров объекта или его толщины существует пороговое значение энергии удара, ниже которого практически не будет наблюдаться никакого разруше ния, с какой бы частотой и как долго мы ни наносили бы удары. Поэтому всегда решающим фактором, определяющим эффективность молота, остается энергия удара. Оптимальной энергией удара гидромолота следует считать такую, при которой материал разрушается за 10...15 с работы на одной точке. Если жеразрушение материала происходит за один или несколько ударов, то это означает, что энергия удара слишком велика для данного вида работы. При этом часто происходят «проскоки» инструмента, когда не истраченная на разрушение часть энергии удара передается на базовую машину, подвергая ее вредным воздействиям, увеличивая уровень вибрации на рабочем месте машиниста. В таких условиях предпочтительнее оказывается гидромолот с меньшей энергией и большей частотой ударов. Еще лучше, если эти пара метры могут регулироваться в достаточно широких пределах вручную или автоматически. Одна и та же энергия удара может быть получена либо за счет скорости бойка, либо за счет его массы.

Казалось бы, необходимую энергию удара выгоднее всего получить, увеличив скорость бойка, так как энергия пропорциональна квадрату скорости и лишь в первой степени массе бойка. Однако в этом случае прежде всего существует ограничение по соображениям прочности соударяющихся поверхностей бойка и инструмента. При скорости в момент удара выше 8...9 м/с возникают опасные контактные напряжения в сталях, применяемых для изготовления бойка и инструмента. Кроме того, во многих случаях при равной энергии удара эффективнее будет работать молот, масса бойка которого больше, так как у него больше произведение mν, численно равное импульсу силы. Большой импульс силы особенно важен при рыхлении вязких пород, таких как, например, мерзлые и вечномерзлые грунты, необходимость рыхления которых достаточно часто возникает на территории России. При рыхлении мерзлых грунтов, чтобы образовывались трещины в грунте, необходимо забить массивный инструмент на достаточно большую глубину. Забивка инструмента происходит более успешно, если масса бойка больше массы инструмента. Практически во всех зару бежных моделях гидромолотов масса бойка не превышает массы инструмента. Возможно, это объясняется тем, что в конструк циях гидромолотов, появившихся в Европе примерно лет сорок назад и принципиально не изменившихся до наших дней, уменьшить массу инструмента по отношению к массе бойка без ущерба для его прочности не представ лялось возможным и не было не обходимым: в Европе нет мерзлых грунтов. Модели гидромолотов, разработанные еще в СССР, предназначались в первую очередь для рыхления мерзлых и вечномерзлых грунтов. Они были сконструированы так, что масса бойка значительно превышала массу инструмента. Проводившиеся в 1980е годы в Москве сравнительные испытания пока зали, что на рыхлении мерзлых грунтов эксплуатационная производительность гидромолотов моделей СП62, СП70 и СП71 по сравнению с зарубежными аналогами, навешенными на одинаковые экскаваторы, была выше 1,5...2 раза. При этом поперечное сечение инструмента отечественных гидромолотов выбиралось таким, чтобы можно было работать молотом, как рычагом, выламывая большие куски мерзлого грунта после появления в массиве трещин без опасения сломать инструмент усилиями гидроцилиндров экскаватора. К сожалению, в технических характеристиках гидромолотов никогда не указывают массу бойка.

Энергию удара часто также не приводят, а если и укажут, то часто (особенно у моделей азиатских фирм) ее значение сильно завышено. В тех случаях, когда указана энергия, было бы корректнее информировать потребителя, что это расчетная величина. Если частоту ударов легко контролировать, то энергию удара практически невозможно измерить в условиях эксплуатации, измерить энергию удара можно только на специальных стендах. При этом приходится дорабатывать конструкцию молота для установки датчиков, регистрирующих скорость бойка в момент удара. Такие измерения проводили в 1960-1970х гг. во ВНИИстройдормаше с помощью индукционных датчиков скорости или с помощью скоростной киносъемки движения бойка. Энергия удара молота расходуется на создание в обрабатываемом материале упругих и пластических деформаций, на разрушение материала, на нагрев инструмента и бойка. Часть энергии возвращается бойку, который в результате отскока получает некоторую на чальную скорость при движении в сторону от инструмента. Коэффициент восстановления скорости зависит от упругих свойств обрабатываемого материала, а также от соотношения соударяющихся масс — бойка и инструмента (вместе с так называемой присоединенной массой материала). Во всех случаях большая масса бойка благоприятно влияет на проникновение инструмента в обрабатываемый материал. Кроме производительности потребителя должны интересовать эргономические свойства гидромолота, они тоже влияют на эксплуатационную производительность: от них зависит утомляемость оператора. Из-за издаваемого гидромолотом шума его бывает нежелательно применять в населенных пунктах. Многие фирмы производят модификации гидромолотов с пониженным уровнем шума — это так называемое «городское», или сity, исполнение. У таких моделей ударный блок молота размещен в специальном коробчатом кожухе с шумопоглощающими прокладками. Любой гидромолот является источником вибраций, передаваемых на базовую машину.

При равной энергии удара знакопеременная реактивная сила, действующая на базовую машину со стороны молота, тем выше, чем больше частота ударов. Средняя величина реактивной силы R=A/h, где A — энергия удара; h — ход бойка. При выборе гидромолота на до учитывать и другие потребительские свойства, такие как удобство обслуживания, доступ ность точек смазки, периодичность смазки, удобство и периодичность контроля давления азота в гидропневматических аккумуляторах и его пополнения.

Немалую роль в наших условиях играет ремонтопригодность молота, доступность его ремонта своими силами, без привлечения специализированных предприятий, возможность агрегатного ремонта путем замены отдельных узлов (распределителя, гидроаккумуляторов) в условиях эксплуатации. Прежде чем окончательно принять решение о приобретении выбранной модели молота с учетом имеющейся технической информации, целесообразно ознакомиться с его работой там, где он уже эксплуатируется и может быть продемонстрирован в действии.