Επισκόπηση των Υδραυλικών Σπαστήρων Βράχων

1.1 Επισκόπηση των Υδραυλικών Σπαστήρων Βράχων

Ένας υδραυλικός σπαστήρας βράχων, γνωστός επίσης ως υδραυλικός θραυστήρας ή υδραυλική συσκευή κρούσης, είναι μια υδραυλική μηχανή κρούσης-δόνησης. Χρησιμοποιώντας υψηλής πίεσης υδραυλικό λάδι ως εργαζόμενο μέσο, επιτυγχάνει γρήγορη εναλλασσόμενη κίνηση εμβόλου μέσα σε ένα κυλινδρικό σώμα μέσω ανάδρασης μεταξύ ενός συστήματος ελέγχου βαλβίδας και ενός συστήματος κυλίνδρου-εμβόλου, μετατρέποντας έτσι την υδραυλική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια εμβόλου και κινώντας το δράπανο για να εκτελέσει έργο στο εξωτερικό.

Οι κύριες λειτουργίες ενός υδραυλικού σπαστήρα βράχων είναι: η πληγή και η δόνηση. Λόγω των υψηλής ισχύος χαρακτηριστικών πληγής-δόνησης ενός υδραυλικού σπαστήρα βράχων, χρησιμοποιείται ευρέως στη μεταλλουργία, την εξόρυξη, τον σιδηρόδρομο, τον αυτοκινητόδρομο, την κατασκευή, την αστική μηχανική και την ανάπτυξη ακινήτων. Μπορεί να πραγματοποιεί εκσκαφές, σπάσιμο, κατεδάφιση και άλλες εργασίες σε βράχους, σκυρόδεμα, χάλυβα δοχείων, σκωρία, παγωμένο έδαφος, πάγο, επιφάνειες οδών από σκυρόδεμα, διαδρόμους γεφυρών και κτίρια. Επιπλέον, με την αντικατάσταση του σφυριού, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για καρφώματα, αφαίρεση σκουριάς, συμπίεση εδάφους και ενσωμάτωση στύλων.

Συνηθισμένες περιοχές εφαρμογής υδραυλικών σπαστήρων βράχων είναι:

(1) Εξόρυξη — λατομεία, εξαγωγή πετρώματος, διάνοιξη σηράγγων, σπάσιμο ραβδών στραγγιστήρα, δευτερεύον σπάσιμο βράχων·

(2) Μεταλλουργική βιομηχανία — μηχανήματα αποσυναρμολόγησης καμινιών, μηχανήματα απομάκρυνσης επένδυσης από χάλυβα δοχείων, μηχανήματα αποσυναρμολόγησης, μηχανήματα ανοίγματος οπών εκροής για τον καθαρισμό της σκωρίας από χάλυβα δοχείων και την κατεδάφιση της επένδυσης καμινιών·

(3) Δημοτικά έργα — σπάσιμο επιφάνειας οδών σε έργα ύδρευσης, αερίου και ηλεκτρισμού, σπάσιμο σκληρών υποστρωμάτων, ανοιγμα τάφρων, διάνοιξη οπών·

(4) Κατασκευή κτιρίων — κατεδάφιση παλαιών κτιρίων, σπάσιμο σκυροδέματος, συμπίεση εδάφους·

(5) Οδοί και σιδηρόδρομοι — εκρηκτική ανοιγμα οδών, σπάσιμο επιφάνειας οδών από σκυρόδεμα, επισκευή αυτοκινητοδρόμων, ενσωμάτωση στηλών προστασίας με χτύπημα, κατεδάφιση γεφυρών οδών.

Ως νέο υψηλής απόδοσης υδραυλικό εργαλείο, σε σύγκριση με τα παραδοσιακά πνευματικά εργαλεία κρούσης, οι υδραυλικοί σπαστήρες βράχων προσφέρουν μια σειρά ανεπανάληπτων πλεονεκτημάτων, τα οποία εκφράζονται κυρίως στα ακόλουθα σημεία:

— Μεγάλη ενέργεια κρούσης. Ένας υδραυλικός σπαστήρας βράχων μπορεί να επιλεγεί και να σχεδιαστεί σύμφωνα με την πίεση λαδιού και την παροχή που παρέχει η μηχανή φορέα, καθώς και με τη δύναμη ώθησης. Η ενέργεια κρούσης κυμαίνεται συνήθως από 300 έως 10.000 τζάουλ· ο μεγαλύτερος υδραυλικός σπαστήρας βράχων στον κόσμο μπορεί αυτή τη στιγμή να παρέχει ενέργεια μεμονωμένης κρούσης 30.000 τζάουλ.

—— Υψηλή απόδοση λειτουργίας. Η απόδοση λειτουργίας ενός υδραυλικού σπαστήρα βράχων φθάνει συνήθως το 60% έως 65%· σε μοντέλα υψηλής απόδοσης φθάνει το 70%, ενώ η απόδοση λειτουργίας ενός πνευματικού εργαλείου ανέρχεται μόνο στο 20% έως 30%.

—— Εξοικονόμηση ενέργειας. Το εργαζόμενο υγρό ενός υδραυλικού σπαστήρα βράχων είναι ανακυκλώσιμο υψηλής πίεσης υδραυλικό λάδι, ενώ το σύστημα είναι επίσης εφοδιασμένο με αποθηκευτικό δοχείο (ακουμουλατέρ). Αντιθέτως, το εργαζόμενο μέσο ενός πνευματικού εργαλείου είναι συμπιεσμένος αέρας, ο οποίος κατά τη διαδικασία συμπίεσής του καταναλώνει μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας και, επιπλέον, αποβάλλει μεγάλη ποσότητα ενέργειας κατά την εκκένωσή του.

—— Χαμηλό επίπεδο θορύβου. Ο τυπικός θόρυβος ενός υδραυλικού σπαστήρα βράχων κυμαίνεται μεταξύ 95 και 98 dB· οι χαμηλού θορύβου παραλλαγές παρουσιάζουν θόρυβο 85 έως 87 dB. Οι πνευματικοί σπαστήρες, λόγω του ήχου εκρηκτικής διαστολής που προκαλείται κατά την εκκένωση του συμπιεσμένου αερίου, παρουσιάζουν ομοιόμορφα επίπεδα θορύβου υψηλότερα των 100 dB. Στη σημερινή κοινωνία, όπου οι απαιτήσεις για προστασία του περιβάλλοντος γίνονται ολοένα και αυστηρότερες, οι υδραυλικοί σπαστήρες βράχων έχουν ιδιαίτερη σημασία.

—— Καλή κατασκευαστικότητα και χαμηλά κόστη συντήρησης. Ένας υδραυλικός σπαστήρας βράχων λειτουργεί σε συνεργασία με τη μηχανή φορέα και μπορεί να πραγματοποιεί εύκολα εργασίες σε διάφορες χωρικές γωνίες· ο σπαστήρας βράχων είναι πλήρως κλειστός, η διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων του είναι μεγάλη, η συντήρησή του είναι απλή και βολική, ενώ το συνολικό κόστος λειτουργίας είναι χαμηλό.

1.2 Σύντομη Ιστορία της Ανάπτυξης των Υδραυλικών Σπαστήρων Βράχων

Στις αρχές του 20ού αιώνα, οι άνθρωποι μελέτησαν συστηματικά την πνευματική και υδραυλική μετάδοση, εξερευνώντας ενεργά υδραυλικές συσκευές ικανές να μεταδίδουν υψηλή ισχύ και να ελέγχονται. Το 1963, η γερμανική εταιρεία Krupp υπέβαλε αίτηση για το πρώτο στον κόσμο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας υδραυλικής συσκευής δόνησης· το 1967 παρουσίασε στην Έκθεση Χάνοβερ τον πρώτο στον κόσμο φορητό υδραυλικό σπαστήρα πέτρας, τον HM400, που είχε πρακτική αξία. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε εργασίες κατασκευής θεμελίων, όπως η σπάσιμο επιφανειών σκυροδέματος, η επισκευή θεμελίων, η εκσκαφή τάφρων σε σκληρό έδαφος και η εξόρυξη μεγάλων βράχων… Η γαλλική εταιρεία Montabert υπέβαλε επίσης αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας για τον πρώτο φορητό υδραυλικό σπαστήρα πέτρας (σειρά BBH) το 1964 και σχεδίασε το προϊόν υδραυλικού σπαστήρα πέτρας σειράς BRH το 1969. Λόγω της ισχυρής λειτουργικότητας και των ευρύτατων προοπτικών εφαρμογής των υδραυλικών σπαστήρων πέτρας, αυτοί αντιμετωπίστηκαν γρήγορα με μεγάλη σοβαρότητα στην Ευρώπη, την Ιαπωνία και άλλες χώρες και αναπτύχθηκαν ραγδαία. Πολλές εταιρείες πραγματοποίησαν μεγάλες επενδύσεις στην ανάπτυξη, το σχεδιασμό και τον έλεγχο υδραυλικών συσκευών δόνησης, και εμφανίστηκαν διαδοχικά υδραυλικοί σπαστήρες πέτρας διαφόρων μεγεθών, τύπων και λειτουργιών. Οι περιοχές εφαρμογής συνέχισαν να επεκτείνονται, η τεχνική απόδοση συνέχισε να βελτιώνεται και τα προϊόντα ενημερώνονταν και αντικαθιστώνταν συνεχώς. Η Krupp καθιέρωσε την τεχνολογία απόσβεσης δόνησης υδραυλικών σπαστήρων πέτρας το 1985, βελτίωσε το σύστημα απόσβεσης δόνησης το 1995, κυκλοφόρησε την τεχνολογία προστασίας από φθορά 'Marathon' το 1998 και κυκλοφόρησε τα προϊόντα σειράς 'ECO' και 'Marathon' το 2000. Η εταιρεία Montabert κυκλοφόρησε τη σειρά BRV με αυτόματη ρύθμιση ενέργειας το 1987 και, προκειμένου να ανταποκριθεί στην αυξανόμενη ζήτηση της αγοράς, κυκλοφόρησε τους μικρούς σπαστήρες πέτρας σειράς BRP το 1992. Η εταιρεία Rammer, η οποία ιδρύθηκε το 1978 στη Φινλανδία, παρόλο που έχει σύντομη ιστορία, κατέστη κυρίαρχη δύναμη στον τομέα των υδραυλικών σπαστήρων πέτρας — από την αρχή της κυκλοφόρησε τον σπαστήρα πέτρας S600, τότε τον μεγαλύτερο στον κόσμο· ο S2000, που κυκλοφόρησε το 1981, ζύγιζε 3 τόνους· τα προϊόντα της σειράς του 1986 χρησιμοποίησαν την αρχή 'Σταθερής Ενέργειας Κρούσης (CBE)'· τα υπερήσυχα προϊόντα σειράς City κυκλοφόρησαν το 1991· το σύστημα 'City Pro', που αναπτύχθηκε το 1995, επέτρεπε στους χειριστές να επιλέγουν την απόδοση του υδραυλικού σπαστήρα πέτρας βάσει του υλικού που κρουόταν, καθώς και ένα σύστημα καταστολής σκόνης με ψεκασμό νερού. Η ιαπωνική εταιρεία Konan εισήγαγε την τεχνολογία της Krupp το 1973 για την παραγωγή υδραυλικών σπαστήρων πέτρας MKB· στη συνέχεια, οι ιαπωνικές εταιρείες Furukawa, Teisaku και Toku άρχισαν να αναπτύσσουν υδραυλικούς σπαστήρες πέτρας με βάση πνευματικές συσκευές κρούσης· η NPK ιδρύθηκε το 1985. Η νοτιοκορεάτικη εταιρεία Soosan, η οποία ιδρύθηκε το 1984, προκάλεσε τη ραγδαία ανάπτυξη των νοτιοκορεατικών υδραυλικών σπαστήρων πέτρας. Η ιταλική εταιρεία INDECO ιδρύθηκε το 1976· το 1986 κυκλοφόρησε την ανάπτυξη ενός 'έξυπνου υδραυλικού σπαστήρα πέτρας' ικανού να προσαρμόζει τη συχνότητα και την ενέργεια της κρούσης βάσει της σκληρότητας του βράχου…

Υπάρχουν προς το παρόν περισσότεροι από 30 κύριοι κατασκευαστές υδραυλικών σπαστήρων βράχων παγκοσμίως. Κατηγοριοποιούμενοι κατά προέλευση, διακρίνονται σε ευρωπαϊκές, ιαπωνικές, κορεατικές και εγχώριες κινεζικές μάρκες, εκ των οποίων μόνο λίγες μάρκες διατίθενται παγκοσμίως. Οι ευρωπαϊκοί κατασκευαστές υδραυλικών σπαστήρων βράχων χαρακτηρίζονται από την ενοποίηση κατασκευής, μάρκας και υπηρεσιών σε ένα ενιαίο σύνολο· οι παραγωγοί διαθέτουν τόσο ισχυρές τεχνικές δυνατότητες έρευνας και ανάπτυξης (R&D), όσο και δικά τους δίκτυα μάρκετινγκ και δυνατότητες παροχής υπηρεσιών στους πελάτες. Κάθε κατασκευαστής υδραυλικών σπαστήρων βράχων τονίζει την οικοδόμηση της δικής του μάρκας, η συγκέντρωση της βιομηχανίας είναι υψηλή και τα τελευταία χρόνια ολοκληρώθηκαν τρεις κύριες βιομηχανικές συγχωνεύσεις και αναδιοργανώσεις, δημιουργώντας τις τρεις κύριες μάρκες Rammer (συμπεριλαμβανομένης της Toyo), Atlas Copco (συμπεριλαμβανομένης της Krupp) και Montabert της Doosan. Οι ιαπωνικοί κατασκευαστές υδραυλικών σπαστήρων βράχων είναι παρόμοιοι με τους ευρωπαϊκούς παραγωγούς — γενικά διαθέτουν επίσης δικά τους δίκτυα μάρκετινγκ και παρέχουν ταυτόχρονα υπηρεσίες στους πελάτες. Κάθε κατασκευαστής υδραυλικών σπαστήρων βράχων τονίζει την οικοδόμηση της δικής του μάρκας, ενώ η συγκέντρωση της βιομηχανίας είναι σχετικά υψηλή. Μόνο οι εταιρείες Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (η οποία έχει ήδη εξαγοραστεί από την Rammer) και Okada, συνολικά επτά εταιρείες, λειτουργούν σε εθνικό επίπεδο. Οι κορεατικοί κατασκευαστές υδραυλικών σπαστήρων βράχων χαρακτηρίζονται από τη διαχωριστική ανάθεση κατασκευής, μάρκας και υπηρεσιών· η συνολική βιομηχανική διαίρεση της εργασίας είναι σχετικά εξειδικευμένη, με πολλές μικροκλίμακας εγκαταστάσεις κατασκευής εξαρτημάτων· υπάρχουν σχεδόν εκατό διανομείς υδραυλικών σπαστήρων βράχων, ενώ οι κατασκευαστές με σημαντική κλίμακα είναι μόνο οι Soosan, Hanwoo, Daemo, MSB και μερικοί άλλοι. Στον Πίνακα 1-1 παρέχεται μια επισκόπηση της ετήσιας παραγωγής των κύριων παγκόσμιων κατασκευαστών υδραυλικών σπαστήρων βράχων το 2010.

Πίνακας 1-1: Ετήσια επισκόπηση της παραγωγής κυρίων παγκοσμίων κατασκευαστών υδραυλικών σφυριών για βράχους το 2010 (εκτός Κίνας)

Η έρευνα της Κίνας στους υδραυλικούς θραυστήρες δεν ξεκίνησε αργά. Ήδη από τα μέσα της δεκαετίας του 1970, εγχώρια ερευνητικά ινστιτούτα και πανεπιστήμια είχαν ήδη εισέλθει σε αυτόν τον τομέα, όπως το Πανεπιστήμιο Σιδήρου και Χάλυβα του Πεκίνου, το Μεταλλευτικό Κολέγιο Τσουνγκνάν, το Ερευνητικό Ινστιτούτο Μεταλλείων του Τσανγκσά και το Ερευνητικό Ινστιτούτο Μεταλλείων του Τσανγκσά. Οι κινεζικοί ερευνητές διεξήγαγαν ενδελεχή έρευνα στην τεχνολογία υδραυλικής δόνησης και επέτυχαν πολλά ερευνητικά αποτελέσματα, αλλά λόγω της συνολικά αργής ανάπτυξης της εγχώριας υδραυλικής τεχνολογίας εκείνη την εποχή και των σχετικά χαμηλών επιπέδων παραγωγής, δεν επετεύχθη καμία ουσιαστική διάσπαση στην ανάπτυξη προϊόντων. Μετά τη δεκαετία του 1980, οι κινεζικοί ερευνητές, ενώ διεξήγαγαν ανεξάρτητη έρευνα, εισήγαγαν επίσης τεχνολογία και πρωτοστάτησαν στην ανάπτυξη υδραυλικών διασπαστήρων βράχων και υδραυλικών θραυστήρων πετρωμάτων με δικά τους χαρακτηριστικά στον μεταλλευτικό τομέα. Ορισμένα εγχώρια εργοστάσια πνευματικών εργαλείων και εργοστάσια μηχανημάτων κατασκευών εντάχθηκαν επίσης στην έρευνα, όπως το Εργοστάσιο Πνευματικών Εργαλείων Τονγκχούα του Γιλίν, το Εργοστάσιο Μηχανημάτων Κατασκευών της Σανγκάι και το Εργοστάσιο Πνευματικών Εργαλείων Σενγιάνγκ, τα οποία όλα οργάνωσαν δυνάμεις για να διεξάγουν έρευνα και δοκιμές προϊόντων· ωστόσο, λόγω της υστερημένης τεχνολογίας παραγωγής και της ασταθούς ποιότητας των προϊόντων, η ανάπτυξη των υδραυλικών διασπαστήρων βράχων περιορίστηκε. Το 1988, η γερμανική εταιρεία Krupp ήρθε στην Κίνα με προϊόντα για να διοργανώσει την «Έκθεση Προϊόντων Υδραυλικών Διασπαστήρων Βράχων», και περισσότεροι από 200 εκπρόσωποι από εγχώρια ερευνητικά ινστιτούτα και επιχειρήσεις παρευρέθηκαν στην έκθεση· η ισχυρή λειτουργικότητα των προϊόντων προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον στους συμμετέχοντες, και τα προϊόντα της Krupp άρχισαν να εισέρχονται στην κινεζική αγορά. Αξιοποιώντας αυτήν την ευκαιρία, το Ερευνητικό Ινστιτούτο Μηχανικής Έργων της Τιαντσίν και το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Χαρμπίν ανέλυσαν και έρευναν τα προϊόντα της Krupp· το Εργοστάσιο Υδραυλικών Εξαρτημάτων Τσανγκτσί και το Εργοστάσιο Μηχανημάτων Κατασκευών της Σανγκάι ξεκίνησαν τη δοκιμαστική παραγωγή δικών τους προϊόντων.

Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1990, με την ταχεία οικονομική ανάπτυξη της Κίνας, τη γρήγορη αστική μετασχημάτιση και την αυξανόμενη επένδυση σε υποδομές, ο βαθμός μηχανοποίησης στη μηχανική κατασκευή συνέχισε να βελτιώνεται. Η κινεζική αγορά υδραυλικών σπαστήρων πέτρας εισήλθε στην καλύτερη περίοδο ανάπτυξής της στην ιστορία· αριθμός γνωστών ξένων επιχειρήσεων άρχισε να εισέρχεται διαδοχικά στην κινεζική αγορά. Οι εγχώριες επιχειρήσεις επίσης ανέδυσαν για να αντιμετωπίσουν τον ανταγωνισμό, και μετά από περισσότερο από μία δεκαετία προσπάθειας, δημιούργησαν σταδιακά έναν αριθμό γνωστών εγχώριων μαρκών, όπως η Anhui Jingye (Jingye), η Yantai Aide, η Jiangsu Libosite και η Changzhi Hydraulic.