نظرة عامة على كاسرات الصخور الهيدروليكية

١.١ نظرة عامة على كاسرات الصخور الهيدروليكية

كاسرة الصخور الهيدروليكية، التي تُعرف أيضًا باسم الكاسر الهيدروليكي أو جهاز التأثير الهيدروليكي، هي آلة هيدروليكية تعمل بالتأثير والاهتزاز. وباستخدام زيت هيدروليكي عالي الضغط كوسيلة تشغيل، فإنها تحقّق حركة اهتزازية سريعة للبستون ذهابًا وإيابًا داخل جسم الأسطوانة من خلال التغذية الراجعة بين نظام التحكم بالصمامات ونظام الأسطوانة-البستون، وبالتالي تحويل الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية للبستون، ما يُمكّن المثقاب من أداء العمل الخارجي.

الوظائف الرئيسية لكسر الصخور الهيدروليكي هي: التأثير والاهتزاز. وبسبب خصائص التأثير والاهتزاز عاليَي القدرة التي يتمتع بها كسر الصخور الهيدروليكي، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في مجالات المعادن، والتعدين، والسكك الحديدية، والطرق، والبناء، والهندسة البلدية، وتطوير العقارات. ويمكنه إنجاز عمليات الحفر، والتكسير، والهدم، وغيرها من العمليات على الصخور، والخرسانة، وأحواض الصلب، والخبث، والأرض المجمدة، والجليد، وأسطح الطرق الإسفلتية، وألواح الجسور، والمباني. علاوةً على ذلك، وباستبدال المثقاب، يمكن استخدامه أيضًا في عمليات التثبيت بالمسامير، وإزالة الصدأ، والدكّ، وغرس الأوتاد.

من أبرز المجالات الشائعة لتطبيق كسور الصخور الهيدروليكية ما يلي:

(1) التعدين — استخراج الحجر من المحاجر، واستخلاص الأحجار، وحفر الأنفاق، وكسر قضبان الشبكات (Grizzly bars)، والتكسير الثانوي للصخور؛

(2) الصناعة المعدنية — آلات تفكيك الأفران، وآلات تقشير أحواض الصب، وآلات التفكيك، وآلات فتح فتحات التصريف (Tap-hole opening machines) لتنظيف خبث أحواض الصلب وتفكيك بطانات الأفران؛

(3) الهندسة البلدية — كسر سطح الطرق في مشاريع المياه والغاز والكهرباء، وكسر الأساسات الصلبة، وحفر الخنادق، وحفر الحفر؛

(4) إنشاء المباني — هدم المباني القديمة، وكسر الخرسانة، وضغط التربة؛

(5) الطرق والسكك الحديدية — التفجير لفتح الطرق، وكسر سطح الطرق الإسفلتية الخرسانية، وإصلاح الطرق السريعة، ودق أعمدة الحواجز الوقائية، وهدم جسور الطرق.

وبوصفه أداة هيدروليكية جديدة فعّالة للغاية، تتفوق المطارق الهيدروليكية لكسر الصخور مقارنةً بالأدوات الهوائية التقليدية ذات التأثير العنيف بمجموعة من المزايا التي لا تُضاهى، وتتجلى هذه المزايا أساسًا في النقاط التالية:

— طاقة تأثير كبيرة. ويمكن تصميم المطرقة الهيدروليكية لكسر الصخور وضبطها وفقًا لضغط الزيت وتدفقه المقدَّمين من الجهاز الحامل، وكذلك وفق قوة الدفع. وتتراوح طاقة التأثير عمومًا بين ٣٠٠ و١٠٬٠٠٠ جول؛ وأكبر مطرقة هيدروليكية لكسر الصخور في العالم حاليًّا قادرة على توصيل طاقة تأثير فردية تبلغ ٣٠٬٠٠٠ جول.

— كفاءة تشغيل عالية. تصل كفاءة التشغيل العامة لكاسرة الصخور الهيدروليكية عادةً إلى ٦٠٪–٦٥٪؛ أما الأنواع ذات الأداء المتفوق فقد تصل كفاءتها إلى ٧٠٪، في حين لا تتجاوز كفاءة التشغيل للأدوات الهوائية ٢٠٪–٣٠٪.

— توفير الطاقة. الوسيط التشغيلي لكاسرة الصخور الهيدروليكية هو زيت هيدروليكي عالي الضغط قابل لإعادة الاستخدام، ومزودٌ في الوقت نفسه بخزان تجميع (أكيمولاتور)؛ أما الوسيط التشغيلي للأداة الهوائية فهو الهواء المضغوط، الذي يستهلك كمية كبيرة من الطاقة الحرارية أثناء عملية الضغط، كما يُبدِّد كمية كبيرة من الطاقة أثناء عملية العادم.

— انخفاض مستوى الضوضاء. يتراوح مستوى ضوضاء كاسرة الصخور الهيدروليكية القياسية بين ٩٥ و٩٨ ديسيبل؛ أما الأنواع منخفضة الضوضاء فتتراوح بين ٨٥ و٨٧ ديسيبل. أما الأدوات الهوائية، فهي تُصدر ضوضاءً ناتجة عن التوسع الانفجاري للغاز المضغوط عند خروجه، وتتجاوز مستويات الضوضاء فيها بشكل موحد عتبة ١٠٠ ديسيبل. وفي مجتمعنا اليوم الذي تزداد فيه متطلبات الحماية البيئية صرامةً باستمرار، تكتسب كاسرات الصخور الهيدروليكية قيمةً بالغةً.

—— سهولة جيدة في الإنشاء وتكاليف صيانة منخفضة. يعمل كاسر الصخور الهيدروليكي جنبًا إلى جنب مع الآلة الحاملة، ويمكنه بسهولةٍ بالغة تنفيذ العمليات عند زوايا فراغية متنوعة؛ كما أن كاسر الصخور مغلق بالكامل، ومدة خدمة مكوناته طويلة، وعمليات الصيانة بسيطة ومريحة، والتكاليف التشغيلية الشاملة منخفضة.

١.٢ نبذة موجزة عن تاريخ تطور كاسرات الصخور الهيدروليكية

في أوائل القرن العشرين، درس الناس نقل الهواء المضغوط والسوائل الهيدروليكية بشكل منهجي، واستكشفوا بنشاط الأجهزة الهيدروليكية القادرة على نقل القدرة العالية والتحكم. وفي عام 1963، تقدّمت شركة كروب الألمانية بطلب للحصول على أول براءة اختراع في العالم لجهاز اهتزازي هيدروليكي؛ وفي عام 1967 عرضت في معرض هانوفر أول جهاز هيدروليكي لكسر الصخور مركّب على حاملٍ وله قيمة عملية فعليّة، وهو الطراز HM400. وقد استُخدم لأول مرة في أعمال إنشاء الأساسات، مثل تكسير أسطح الطرق الإسفلتية الخرسانية، وإصلاح الأساسات، وحفر الخنادق في التربة الصلبة، واستخراج كتل صخرية كبيرة من المحاجر... كما قدّمت الشركة الفرنسية مونتابيرت طلب براءة اختراع لأول جهاز هيدروليكي محمول لكسر الصخور (السلسلة BBH) في عام 1964، وصمّمت في عام 1969 منتج جهاز كسر الصخور الهيدروليكي من السلسلة BRH. وبسبب الوظيفة القوية والآفاق الواسعة للتطبيقات التي يتمتع بها أجهزة كسر الصخور الهيدروليكية، لاقت اهتمامًا بالغًا سريعًا في أوروبا واليابان ودول أخرى، وشهدت تطورًا سريعًا. وقامت شركات عديدة باستثمارات كبيرة في تطوير وتصميم واختبار معدات الاهتزاز الهيدروليكية، فظهرت تباعًا أجهزة كسر صخور هيدروليكية متعددة الأحجام والأنواع والوظائف. وتواصل توسيع مجالات الاستخدام، وتحسين الأداء التقني باستمرار، وتحديث المنتجات واستبدالها دوريًّا. ففي عام 1985، أطلقت شركة كروب تقنية امتصاص الاهتزاز في أجهزة كسر الصخور الهيدروليكية، وحسّنت نظام امتصاص الاهتزاز في عام 1995، وأطلقت تقنية الحماية من التآكل «ماراثون» في عام 1998، ثم أطلقت سلسلتي المنتجات «إيكو» و«ماراثون» في عام 2000. أما شركة مونتابيرت فقد أطلقت في عام 1987 السلسلة BRV المزودة بتقنية ضبط الطاقة الذاتي، وفي مواجهة الطلب المتزايد في السوق أطلقت في عام 1992 سلسلة BRP الصغيرة من أجهزة كسر الصخور. وشركة رامير، التي تأسست في فنلندا عام 1978، رغم قِصَر عمرها، أصبحت قوةً مهيمنةً في مجال أجهزة كسر الصخور الهيدروليكية — فقد أطلقت منذ بدايتها جهاز كسر الصخور S600، الذي كان حينها أكبر جهاز في العالم؛ ثم أطلقت في عام 1981 جهاز S2000 الذي بلغ وزنه ٣ أطنان؛ بينما اعتمدت منتجات السلسلة التي أُطلقت في عام 1986 مبدأ «الطاقة الثابتة للضربة (CBE)»؛ وفي عام 1991 أطلقت سلسلة City من المنتجات فائقة الهدوء؛ وفي عام 1995 طوّرت نظام «City Pro» الذي يسمح للمُشغِّل باختيار أداء جهاز كسر الصخور الهيدروليكي وفقًا لنوع المادة التي يُراد ضربها، بالإضافة إلى نظام رش المياه للحد من الغبار. أما شركة كونان اليابانية فقد استوردت تكنولوجيا كروب في عام 1973 لإنتاج أجهزة كسر الصخور الهيدروليكية من طراز MKB؛ ثم بدأت شركات يابانية أخرى مثل فوروكيوا وتيساكو وتوكو تطوير أجهزة كسر الصخور الهيدروليكية انطلاقًا من أجهزة التأثير الهوائية؛ وتأسست شركة NPK في عام 1985. وشركة سوسان، التي تأسست في عام 1984، دفعت بالتطور السريع لأجهزة كسر الصخور الهيدروليكية الكورية. أما الشركة الإيطالية INDECO فقد تأسست في عام 1976؛ وفي عام 1986 أعلنت عن تطوير «جهاز كسر صخور هيدروليكي ذكي» قادر على ضبط تردد وطاقة الضربة وفقًا لصلادة الصخور...

يوجد حاليًّا أكثر من 30 شركةً رائدةً عالميًّا في مجال تصنيع كاسرات الصخور الهيدروليكية. وتصنَّف هذه الشركات حسب أصلها إلى علامات تجارية أوروبية ويابانية وكورية وصينية محلية، ومن بينها عددٌ قليلٌ جدًّا من العلامات التي تُباع على نطاق عالمي. وتتميَّز شركات تصنيع كاسرات الصخور الهيدروليكية الأوروبية بدمج التصنيع والعلامة التجارية والخدمة في كيان واحد؛ إذ تمتلك شركات التصنيع قدراتٍ قويةً في مجال البحث والتطوير التقني، كما تمتلك شبكات تسويق خاصة بها وقدراتٍ في خدمة العملاء. وتركِّز كل شركةٍ مصنِّعة لكاسرات الصخور الهيدروليكية على بناء علامتها التجارية الخاصة، كما أن تركيز القطاع مرتفع نسبيًّا، وخلال السنوات الأخيرة، أُنجزت ثلاث عمليات دمج وإعادة تنظيم كبرى في القطاع، ما أدّى إلى تشكيل ثلاث علامات تجارية كبرى هي: Rammer (وتشمل Toyo)، وAtlas-copco (وتشمل Krupp)، وMontabert التابعة لشركة Doosan. أما شركات تصنيع كاسرات الصخور الهيدروليكية اليابانية فهي مشابهةٌ للشركات الأوروبية المصنِّعة — فهي عمومًا تمتلك أيضًا شبكات تسويق خاصة بها وتقدِّم خدماتها للعملاء في الوقت نفسه. وتركِّز كل شركةٍ مصنِّعة لكاسرات الصخور الهيدروليكية على بناء علامتها التجارية الخاصة، كما أن تركيز القطاع مرتفع نسبيًّا. ولا توجد سوى سبع شركات يابانية تعمل على المستوى الوطني هي: Furukawa وNPK وToku وTeisaku وMKB وToyo (التي استحوذت عليها بالفعل شركة Rammer) وOkada. أما شركات تصنيع كاسرات الصخور الهيدروليكية الكورية فتتميَّز بفصل التصنيع عن العلامة التجارية وعن الخدمة؛ إذ إن التقسيم العام للعمل الصناعي دقيق نسبيًّا، مع وجود العديد من المصانع الصغيرة المتخصِّصة في تصنيع القطع، كما يوجد ما يقارب المئة موزِّع لكاسرات الصخور الهيدروليكية، لكن عدد الشركات المصنِّعة ذات الحجم الكبير لا يتجاوز بضعة شركات مثل Soosan وHanwoo وDaemo وMSB. ويوفر الجدول ١-١ نظرةً عامةً على الإنتاج السنوي لكبرى شركات تصنيع كاسرات الصخور الهيدروليكية العالمية في عام ٢٠١٠.

الجدول ١-١ نظرة عامة على الإنتاج السنوي لكبرى شركات التصنيع العالمية لمُكسِّرات الصخور الهيدروليكية في عام ٢٠١٠ (ما عدا الصين)

بدأ البحث الصيني في المكابس الهيدروليكية في وقتٍ ليس متأخرًا جدًّا. فمنذ منتصف سبعينيات القرن العشرين، كانت المعاهد البحثية العلمية المحلية والجامعات قد دخلت بالفعل هذا المجال بالفعل، مثل كلية بكين للحديد والصلب، وكلية تشونغنان للتعدين، ومعهد تشانغشا لأبحاث التعدين، ومعهد تشانغشا لأبحاث التعدين. وقام الباحثون الصينيون بإجراء أبحاث متعمِّقة في تقنية الاهتزاز الهيدروليكي وحقَّقوا نتائج بحثية عديدة؛ لكنَّ التقدُّم البطيء عمومًا في التقنيات الهيدروليكية المحلية آنذاك ومستويات التصنيع المنخفضة نسبيًّا حالا دون تحقيق أي تقدُّم جوهري في تطوير المنتجات. وبعد ثمانينيات القرن العشرين، شرع الباحثون الصينيون، أثناء إجرائهم أبحاثًا مستقلة، في استيراد التكنولوجيا أيضًا، وسبقوها في تطوير مثاقب الصخور الهيدروليكية وكاسرات الحجارة الهيدروليكية ذات الخصائص الخاصة بها في مجال التعدين. كما انضمَّت بعض المصانع المحلية للأدوات الهوائية ومصانع الآلات الثقيلة إلى صفوف البحث، مثل مصنع تونغهوا للأدوات الهوائية في جيلين، ومصنع شنغهاي للآلات الثقيلة، ومصنع شنيانغ للأدوات الهوائية، وغيرها، حيث نظَّمت جميعها طاقاتها لإجراء أبحاث واختبارات على المنتجات؛ لكنَّ تدنِّي مستوى تكنولوجيا الإنتاج وانخفاض ثبات جودة المنتجات حدَّا من تطوير كاسرات الصخور الهيدروليكية. وفي عام ١٩٨٨، زارت شركة كروب الألمانية الصينَ حاملةً منتجاتها لإقامة «معرض منتجات كاسرات الصخور الهيدروليكية»، وحضر المعرض أكثر من ٢٠٠ شخصٍ من المعاهد البحثية العلمية المحلية والمؤسسات الاقتصادية؛ فاستحوذت الوظائف القوية لتلك المنتجات على اهتمامٍ بالغٍ لدى الحاضرين، وبدأت منتجات كروب بالدخول إلى السوق الصينية. واستغلالًا لهذه الفرصة، قام معهد تيانجين للهندسة الميكانيكية وجامعة هاربين للتكنولوجيا بتحليل منتجات كروب وإجراء أبحاثٍ عليها؛ بينما بدأت مصنع تشانغتشي لقطع الغيار الهيدروليكية ومصنع شنغهاي للآلات الثقيلة بإنتاج نماذج أولية من منتجاتها الخاصة.

بحلول منتصف التسعينيات، ومع التطور الاقتصادي السريع للصين، والتحول الحضري المتسارع، وزيادة الاستثمارات في البنية التحتية، استمرت درجة الت mechanisation في إنشاءات المشاريع في التحسن. وشهد سوق كاسرات الصخور الهيدروليكية الصينية أفضل فترة تطوير في تاريخه؛ حيث بدأت عددٌ من الشركات الأجنبية المعروفة بالدخول إلى السوق الصيني الواحدة تلو الأخرى. كما برزت الشركات المحلية لمواجهة المنافسة، وبعد أكثر من عقد من الجهد، تشكّلت تدريجيًّا مجموعة من العلامات التجارية المحلية المعروفة مثل شركة أنهووي جينغيه (جينغيه)، ويان تاي آيدي، وجيانغسو ليبوسايت، وتشانغ تشي الهيدروليكية.