مروری بر تحقیقات نظری شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ

۱٫۵ مروری بر تحقیقات نظری شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ

در حین عملیات شکستن سنگ هیدرولیکی، فشار روغن در اتاقک کار با فرکانس بالا تحت کنترل شیر جهت‌دهنده تغییر می‌کند؛ ویژگی‌های سیال در مسیر روغن را نمی‌توان به سادگی بر اساس نظریه انتقال هیدرولیکی بررسی کرد و باید از تحلیل نظریه ارتعاشات هیدرولیکی استفاده نمود. نیروی وارد بر پیستون و چکش در عرض چند ده میکروثانیه از صفر به ده‌ها تا صدها مگاپاسکال افزایش یافته، سپس دوباره به صفر می‌رسد؛ شکل انتقال انرژی توسط امواج تنش تعیین‌کننده این است که توصیف فرآیند کار نمی‌تواند صرفاً بر اساس استاتیک، مکانیک اجسام صلب و نظریه سینماتیک انجام شود. اصل ماشین ضربه‌ای متعلق به مسائل دینامیک اجسام کشسان است و برای توصیف دقیق فرآیند انتقال انرژی آن، باید از نظریه امواج استفاده کرد.

بر اساس تفاوت‌های موجود در فرضیات اولیه و مدل‌های ریاضی، تحقیقات مربوط به شکستن‌کننده‌های هیدرولیکی سنگ در دو دسته اصلی قرار می‌گیرند: تحقیقات مبتنی بر مدل خطی و تحقیقات مبتنی بر مدل غیرخطی.

مدل‌های تحقیقات خطی برای شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ

تحقیقات خطی، تحقیقات ایده‌آل‌شده‌ای هستند که با خطی‌سازی شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیک غیرخطی از طریق فرضیات انجام می‌شوند — مدل‌های خطی که تحت فرض «فشار ثابت روغن هیدرولیک» و صرف‌نظر کردن از برخی عوامل به‌دست آمده‌اند. پیش‌فرض تحقیقاتی آن، دیدگاهی است که دانشمندان دوره شورویی، اُدالیموف و ساباسوف، در کتاب «نظریه ساختار ماشین‌های ضربه‌ای ارتعاشی هیدرولیک» ارائه کرده‌اند: «در شرایط تضمین سرعت انتهایی ضربه مشخص‌شده، کنترل فشار کامل‌التساوی فشار، بهینه‌ترین روش کنترل با بالاترین بازده است.» بر اساس فرضیه «کنترل فشار ثابت»، دانشمندان دوره شورویی، طرح طراحی بهینه‌ای را برای حداقل‌سازی نیروی تراکم اوج پیشنهاد کردند. دانشمند ژاپنی ناکامای و همکارانش، با در نظر گرفتن مقاومت لوله‌کشی بر این اساس، تحقیقات نظری و طراحی‌ای در زمینه قابلیت تنظیم طول حرکت پیستون انجام دادند. پروفسور لی دازی از دانشگاه علوم و فناوری پکن، ایده طراحی بهینه طول حرکت را مطرح کرد. چن یوفان و همکارانش از مدل‌های خطی دستگاه‌های ضربه‌ای استفاده کرده و با به‌کارگیری تحلیل بی‌بعدی و روش طول حرکت بهینه، تحلیل بی‌بعدی پارامترهای دستگاه ضربه‌ای را انجام دادند و مجموعه‌ای از روابط پارامتری برای راهنمایی کارهای طراحی به‌دست آوردند. استاد چن دینگ‌یوان از دانشگاه علوم و فناوری پکن، با استفاده از C = S/S_m (S: طول حرکت عملیاتی، S_m: حداکثر طول حرکت) به‌عنوان متغیر طراحی، تحلیل بی‌بعدی شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیک را انجام داد و نتیجه گرفت که ناحیه بازدهی بهینه در محدوده C = ۰٫۷۵ تا ۰٫۸۵۰ قرار دارد. استاد وانگ ژنگ از دانشگاه علوم و فناوری پکن، با استفاده از زمان t شتاب‌گیری بازگشت پیستون به‌عنوان متغیر طراحی، تحلیل جامع پارامتری انجام داد و به این نتایج رسید: هنگامی که تغییر حجم انباشته‌کننده (اکومولاتور) حداقل باشد، t = ۰٫۴۰۶T؛ و هنگامی که ضربه هیدرولیک حداقل باشد، t = ۰٫۵T. استاد هو چینگ‌هوآ از دانشگاه مرکزی جنوبی چین، از ضریب ویژگی ساختاری دستگاه ضربه‌ای — یعنی نسبت سطح مؤثر محفظه‌های جلو و عقب پیستون — به‌عنوان متغیر طراحی بی‌بعدی استفاده کرد و طراحی بهینه‌ای برای دستگاه‌های ضربه‌ای انجام داد. از آنجا که بسیاری از مطالعات خطی رابطه متقابل مهارکننده بین پیستون و شیر که مستقیماً بر عملکرد ضربه‌ای تأثیر می‌گذارد و همچنین وضعیت انباشته‌کننده را در نظر نگرفته‌اند، نمی‌توانند روابط متقابل بین پارامترهای ساختاری متعدد در مکانیسم را به‌طور دقیق منعکس کنند. اگرچه دقت تحقیقاتی آن‌ها نسبتاً پایین است، اما نتایج آن‌ها به‌طور کلی می‌توانند رابطه تأثیرگذاری عوامل مختلف بر عملکرد را منعکس کنند و بنابراین در تحقیقات نظری و طراحی ارزش عملی معینی دارند.

۱.۵.۲ مدل‌های غیرخطی برای شکستن‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی

شکستن‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی به‌عنوان یک سیستم ردیابی بازخورد مکانیکی تک‌بدنه نسبتاً типی و پیچیده، مانند سیستم‌های غیرخطی در سایر حوزه‌ها، پدیده‌ها و الگوهای غیرخطی متعددی را از خود نشان می‌دهند. تحقیقات غیرخطی عوامل مؤثر بر حرکت شکستن‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی را جامع‌تر در نظر گرفته‌اند، وضعیت تنش این شکستن‌دهنده‌ها را نسبتاً جامع‌تر تحلیل کرده‌اند و مجموعه‌ای از معادلات دیفرانسیل غیرخطی مرتبه بالا را برای توصیف الگوهای حرکتی آن‌ها به‌دست آورده‌اند. با این حال، حل این معادلات دشوار است، توصیف آن‌ها شهودی نیست و تنها می‌توان آن‌ها را به‌صورت عددی با استفاده از رایانه‌ها حل کرد. در سال‌های اخیر، با پیشرفت علوم و فناوری رایانه و گسترش رایانه‌های ریز، تحقیقات در زمینه مدل‌های ریاضی غیرخطی توجه فزاینده‌ای از سوی محققان را به خود جلب کرده است.

در اوایل دهه ۱۹۷۰ میلادی، دانشمندان خارجی اولین بار از رایانه‌های دیجیتال برای شبیه‌سازی ماشین‌های ضربه‌ای در تحقیقات مربوط به مته‌های سنگ‌شکن پنوماتیک استفاده کردند و نتایج نسبتاً دقیقی به‌دست آوردند. در سال ۱۹۷۶، ماسائو ماسابوچی، دانشمند ژاپنی، اولین کسی بود که از محاسبات ریاضی برای مطالعه شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی استفاده کرد؛ وی یک مدل ریاضی برای دستگاه آزمون ضربه هیدرولیکی ارائه داد و با استفاده از روش محاسبه تکراری، سرعت و فرکانس ضربه کاری را تعیین کرد و سپس آن‌ها را با مقادیر اندازه‌گیری‌شده مقایسه نمود. در دهه ۱۹۸۰، دانشمندان ژاپنی تاکائوچی یوشیو، تانیماتا شو و دیگران، تحقیقات غیرخطی در زمینه عملکرد و طراحی شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی انجام دادند و مدل‌های تحلیلی مناسبی را برای ارزیابی عملکرد و طراحی این شکست‌دهنده‌ها ارائه کردند، همچنین نظریه استنتاج و روش تحلیلی مربوط به این مدل‌های تحلیلی را توسعه دادند. در سال ۱۹۸۰، لی دازهی و چن دینگ‌یوان از دانشگاه علوم و فناوری پکن، یک مدل ریاضی غیرخطی را با استفاده از فشار انباشته‌کننده به‌عنوان فشار کاری پیشنهاد کردند و راه‌حل‌های عددی پایداری را به‌دست آوردند. در سال ۱۹۸۳، هو چینگ‌هوا از دانشگاه صنعتی جنوب مرکزی، در پژوهشی با عنوان «تحقیق شبیه‌سازی عددی شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی»، با استفاده از روش جابجایی حالت (State Switching Method)، یک مدل ریاضی جامع ارائه کرد و «روش محاسبه شتاب تقریباً یکنواخت» (PUA) را پیشنهاد نمود که خطاهای موجود در نقاط انتقال حالت را اصلاح کرده و دقت شبیه‌سازی را بهبود بخشید. در سال ۱۹۸۷، پروفسور چن شیائوزهونگ و استاد چن دینگ‌یوان از دانشگاه علوم و فناوری پکن، یک مدل ریاضی غیرخطی از مکانیسم‌های ضربه‌ای ارائه کردند و برنامه‌های شبیه‌سازی را به زبان BASIC نوشتند و داده‌های شبیه‌سازی به‌دست‌آمده نسبتاً با نتایج اندازه‌گیری‌شده همخوانی داشتند. در حین کارکرد شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی، به‌دلیل فشار بالا، دوره ضربه کوتاه و تغییر مکرر جهت جریان روغن، حفره فشار متغیری به‌طور مداوم ایجاد می‌شود؛ بنابراین هنگام عبور روغن هیدرولیک از شکاف‌های مختلف، مقدار قابل‌توجهی گرما تولید می‌شود که منجر به ایجاد دمای محلی بالا شده و عملکرد دستگاه ضربه‌ای و روان‌کاری محلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد؛ با این حال، تحقیقات در این زمینه هنوز هم در وضعیت خالی است.

با توجه به پیچیدگی حرکت شکننده‌های سنگ هیدرولیکی، مدل‌های غیرخطی نیز بر اساس فرضیات خاصی ساخته می‌شوند؛ بنابراین از نظر توصیف ماهیت اصلی پدیده‌ها، تفاوت چندانی بین مدل‌های خطی و غیرخطی وجود ندارد — تنها روش‌های حل مدل ریاضی متفاوت است. مدل‌های خطی از روش‌های تحلیلی برای حل استفاده می‌کنند، در حالی که مدل‌های غیرخطی برای حل نیازمند روش‌های عددی و استفاده از رایانه هستند. هر دو مدل تنها می‌توانند الگوهای حرکتی دستگاه ضربه‌زن را به‌صورت تقریبی توصیف کنند و برای دستیابی به روش‌های دقیق‌تر توصیف، توسعه دینامیک سیالات محاسباتی همچنان ضروری است.

لازم به ذکر است که با پیشرفت فناوری شکننده‌های سنگ هیدرولیکی، به‌ویژه با ظهور شکننده‌های سنگ هیدرولیکی ترکیبی هیدروپنوماتیک و شکننده‌های سنگ هیدرولیکی مبتنی بر انفجار نیتروژن، محیط کاری شکننده‌های سنگ هیدرولیکی دیگر صرفاً روغن نیست، بلکه شامل گاز نیز می‌شود؛ و ورود نیتروژن دشواری و پیچیدگی تحقیقات نظری را بیشتر نموده است.

۱.۵.۳ پژوهش در مورد اجزای کلیدی شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی

(۱) پژوهش در مورد پیستون

طراحی و کیفیت ساخت پیستون ضربه‌ای تا حد زیادی عملکرد دستگاه ضربه‌ای را تعیین می‌کند. دانشمندان چینی تحقیقات قابل توجهی در این زمینه انجام داده‌اند. آقای منگ سوئی‌مین، استاد دانشکده مهندسی برق‌آبی جیژووبا، با استفاده از مدل خطی و تحلیل بدون بعد، بررسی اولیه‌ای از تأثیر سرعت بازگشت پیستون بر پارامترهای عملیاتی شکستن هیدرولیکی سنگ انجام داد. پروفسور لیو دشن، استاد دانشکده مهندسی شیانگتان، در مقاله‌ای با عنوان «محاسبه سرعت بازگشت پیستون مته‌زنی سنگ»، از نظریه دینامیک موج استفاده کرد و با تحلیل اصل کار مته‌زنی سنگ، فرمول‌هایی برای تشخیص وضعیت بازگشت پیستون و محاسبه سرعت بازگشت آن ارائه نمود و نتایج زیر را به دست آورد: ۱) وضعیت بازگشت پیستون و سرعت بازگشت آن به خواص پیستون، گوه و سنگ وابسته است و تأثیرات این عوامل مستقل نبوده، بلکه به هم مرتبط هستند. ۲) هرچه ضریب سفتی باربرداری سنگ کوچک‌تر باشد، سرعت بازگشت بزرگ‌تر خواهد بود. همچنین هرچه ضریب γ که خواص بارگذاری مته‌زنی سنگ و سنگ را توصیف می‌کند کوچک‌تر باشد، سرعت بازگشت بزرگ‌تر خواهد بود. ۴) برای دستیابی به بازدهی نسبتاً ایده‌آل در مته‌زنی سنگ، در طراحی دستگاه ضربه‌ای باید ضریب مشخصه γ در محدوده ۱ ≤ γ ≤ ۲ کنترل شود.

صنعت به تدریج برخی از راهنمایی‌های طراحی پیستون را شکل داده است:

۱) پیستون باید بلند و کشیده باشد و تغییرات غیرضروری در سطح مقطع آن کاهش یابد تا بازده انتقال انرژی و عمر خدماتی چکش (چیزل) بهبود یابد.

۲) مساحت سطح ضربه‌ای پیستون باید برابر یا نزدیک به مساحت سطح انتهایی دماغه چکش (چیزل) باشد و طول مشخصی از شیب (تیپر) نیز باید وجود داشته باشد تا انتقال امواج ضربه بهینه شود.

۳) حرکت کامل و فراتر از حرکت کامل (اوراستروک) پیستون نباید ساختارهای آب‌بندی در دو انتهای سیلندر را آسیب دهد.

۴) ابعاد بالشتک هیدرولیکی در حالت خالی‌شلیکی (بلانک-فایرینگ) و طول‌های آب‌بندی هر بخش از پیستون باید به‌دقت طراحی شوند.

۵) انتخاب صحیح مواد لازم است — مادهٔ سازندهٔ پیستون باید دارای عملکرد مکانیکی بالا، سختی سطحی بالا، چقرمگی خوب در هستهٔ آن و مقاومت بسیار عالی در برابر سایش و ضربه باشد.

۶) شکاف هم‌ترازی بین پیستون و بدنه سیلندر باید به‌صورت منطقی تعیین شود، با در نظر گرفتن جامع اتلاف نشتی و دقت ماشین‌کاری. به‌طور کلی، شکاف هم‌ترازی بین پیستون و بدنه سیلندر ۰٫۰۴ تا ۰٫۰۶ میلی‌متر و شکاف هم‌ترازی بین پیستون و غلاف نگهدارنده ۰٫۰۳ تا ۰٫۰۵ میلی‌متر است.

(۲) پژوهش در مورد شیر توزیع‌کننده

در حال حاضر، اکثر شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ از سیستم‌های پیستونی کنترل‌شده توسط شیرهای با بازخورد موقعیتی استفاده می‌کنند و حرکت پیستونی دوره‌ای با سرعت بالا را با تغییر الگوی تأمین روغن در یکی از محفظه‌های دستگاه ضربه‌ای به‌دست می‌آورند. اگرچه این روش کنترل نسبتاً ساده است، اما فرآیند انتقال آن نسبتاً پیچیده است. در طول فرآیند جابجایی شیر، زمان، سرعت، طول حرکت (استروک)، مصرف روغن و سایر پارامترها به‌صورت مرحله‌ای تغییر می‌کنند که می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد دستگاه ضربه‌ای داشته باشد. در این رابطه، لیو وان‌لینگ و همکارانش از دانشگاه علوم و فناوری پکن، از طریق تئوری و آزمایش، تحقیقات تخصصی‌ای درباره ویژگی‌های شیرهای کنترلی در سیستم‌های ضربه‌ای هیدرولیکی انجام دادند و مسیر حرکت واقعی شیر مورد مطالعه در دستگاه ضربه‌ای را به‌دست آوردند، الگوهای حرکت شیر جهت‌دهنده را آشکار ساختند و پارامترهای اصلی شیر کنترلی مؤثر بر عملکرد دستگاه ضربه‌ای را تعیین کردند. چی رن‌جون و همکارانش از دانشگاه جنوب مرکزی، تحلیل تئوریک فرآیند کنترل شیر، تحقیقات بهینه‌سازی ساختار و پارامترهای شیر را انجام دادند و برخی نتایج منظم و مفیدی به‌دست آوردند؛ همچنین در راستای پدیده‌های احتمالی اشباع سرعت و کاویتاسیون در حین حرکت با سرعت بالای شیر جهت‌دهنده، راهکارهای مؤثری از جمله کاهش جرم و طول حرکت (استروک) پیستون شیر و افزایش مناسب قطر مسیر عبور روغن پیشنهاد کردند. لیو وان‌لینگ و گائو لان‌چینگ از دانشگاه فولاد و آهن پکن، در مقاله «تحلیل ویژگی‌های دینامیکی شیر جهت‌دهنده شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ — تحقیق شبیه‌سازی و آزمایشگاهی» با استفاده از زبان برنامه‌نویسی بیسیک (BASIC)، به بررسی روش‌های بهبود ویژگی‌های دینامیکی شیر پرداختند و نتیجه گرفتند که با افزایش بازکردن بدون همپوشانی صفر (zero-overlap opening)، فشار محفظه عقب به‌سرعت کاهش می‌یابد، کار ضربه‌ای افزایش می‌یابد، فرکانس ضربه کمی کاهش می‌یابد و بازده دستگاه ضربه‌ای بهبود می‌یابد؛ اما در صورت بیش‌ازحد بودن بازکردن بدون همپوشانی صفر، به‌دلیل کاهش طول بخش آب‌بندی در شانه شیر، عملکرد شیر ناپایدار می‌شود.

(۳) تحقیقات در مورد انبارش‌کننده

انباشته‌کننده (آکومولاتور) یکی از اجزای مهم شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی است و ساختار آن به‌طور مستقیم بر عملکرد کلی ماشین تأثیر می‌گذارد. بنابراین، در کنار تحقیقات انجام‌شده در زمینه عملکرد شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی، پژوهش‌هایی نیز درباره انباشته‌کننده‌ها انجام شده است. در سال ۱۹۹۰، دانشمندان ژاپنی تاکائوچی یوشیو و تانیماتا شو و همکارانشان تحقیقات تجربی و نظری انجام دادند و بر اساس مدل تحلیلی ایجادشده، با استفاده از معادله حالت، فرمول محاسبه حجم شارژ نیتروژن انباشته‌کننده را به‌دست آوردند و صحت این فرمول را به‌صورت تجربی تأیید کردند؛ این امر پایه‌ای نظری برای طراحی انباشته‌کننده بهینه فراهم کرد. در سال ۱۹۸۶، دوان شیائوهونگ از دانشگاه علوم و فناوری پکن با استفاده از روش پارامتر متمرکز، مدل دینامیکی انباشته‌کننده‌های غشایی فشار بالا را ایجاد کرد و با استفاده از روش‌های تجربی و محاسباتی، ویژگی‌های فرکانسی سیستم انباشته‌کننده را تحلیل نمود، جفت‌شدن بهینه بین انباشته‌کننده و شکست‌دهنده سنگ هیدرولیکی را بررسی کرد و اشاره نمود که ناحیه کاری بهینه دستگاه ضربه‌ای آن است که در آن پاسخ هارمونیک دوم انباشته‌کننده به تغییرات فشار سیستم از نظر انرژی غالب است. در سال ۱۹۸۶، استاد هو چینگهوا از دانشگاه مرکزی جنوبی مقاله‌ای با عنوان «روغن بازگشتی و انباشته‌کننده روغن بازگشتی در مکانیزم‌های ضربه‌ای هیدرولیکی» منتشر کرد و اشاره نمود که فشار هیدرولیکی کاری شکست‌دهنده سنگ هیدرولیکی عمدتاً به نیروی لختی قطعات متحرک خود بستگی دارد؛ این ویژگی مهمی است که شکست‌دهنده سنگ هیدرولیکی را از ماشین‌آلات هیدرولیک معمولی — که در آنها فشار هیدرولیکی کاری عمدتاً به بار خارجی وابسته است — متمایز می‌سازد. فشار بازگشتی عمدتاً فشار هیدرولیکی لختی‌ای است که در اثر شتاب گرفتن روغن هنگام تخلیه روغن توسط پیستون‌ها یا شیرها به لوله بازگشتی ایجاد می‌شود؛ همچنین اشاره شد که از آنجا که دبی تخلیه دستگاه ضربه‌ای با الگوی تغییر دبی روغن در لوله بازگشتی متفاوت است، هنگامی که دبی ورودی به لوله بازگشتی کمتر از دبی روغن در حال حرکت در لوله بازگشتی باشد، پدیده کاویتی رخ می‌دهد. برای کاهش فشار بازگشتی لختی‌ای و حذف کاویتی بازگشتی، نصب انباشته‌کننده بازگشتی در شکست‌دهنده سنگ هیدرولیکی پیشنهاد شده و از این رو روشی برای طراحی پارامترهای انباشته‌کننده بازگشتی ارائه شده است. در سال‌های اخیر، دانشگاه علوم و فناوری پکن تحقیقاتی در زمینه ویژگی‌های جفت‌شدن دینامیکی انباشته‌کننده‌های شکست‌دهنده سنگ هیدرولیکی انجام داده و بسته نرم‌افزاری شبیه‌سازی HRDP را توسعه داده و در محاسبات تأییدی برای ویژگی‌های بهینه جفت‌شدن دینامیکی انباشته‌کننده نتایج موفقیت‌آمیزی به‌دست آورده است.

(۴) پژوهش درباره دستگاه‌های جلوگیری از شلیک خالی و جاذب‌های انرژی بازگشت چکش

از آنجا که در حین عملیات شکستن سنگ با شکن‌های هیدرولیکی پدیده‌های غیرقابل اجتناب جهش مته و شلیک خالی رخ می‌دهند، عملکرد دستگاه جذب انرژی جهش مته و دستگاه جلوگیری از شلیک خالی تأثیر بسزایی بر عمر مفید شکن‌های هیدرولیکی سنگ دارد. استاد منگ سوئی‌مین در مقاله‌ای با عنوان «تحلیل سرعت جهش پیستون مته‌زنی سنگ» به‌صورت سیستماتیک عوامل مؤثر بر جهش انتهای مته را تحلیل کرده و روش‌های جذب انرژی جهش مته را بررسی نموده است. لیائو یی‌ده از دانشگاه جنوب مرکزی در مقاله‌ای با عنوان «پژوهش نظری و آزمایشی درباره دستگاه‌های کاهنده شلیک خالی مته‌زنی هیدرولیکی»، مدل ریاضی فرآیند کاهش شلیک خالی را ارائه کرده و پژوهش‌های شبیه‌سازی را انجام داده است. دکتر لیائو جیان‌یونگ در مقاله‌ای با عنوان «نظریه طراحی و طراحی کمک‌شده توسط رایانه برای مته‌زن‌های هیدرولیکی چندمرحله‌ای»، شبیه‌سازی رایانه‌ای و طراحی بهینه‌سازی دستگاه‌های جذب انرژی جهش مته و دستگاه‌های جلوگیری از شلیک خالی را انجام داده است. لیو ده‌شون از دانشگاه جنوب مرکزی در رساله دکترای خود با عنوان «پژوهش دینامیک موج در مکانیسم‌های ضربه‌ای» از نظریه دینامیک موج استفاده کرده، فرمول‌های محاسبه سرعت جهش هر بخش از دستگاه ضربه‌ای را استخراج نموده و اشاره کرده است که با طراحی منطقی هر بخش از دستگاه ضربه‌ای می‌توان از انرژی جهش بهره برد. مؤسسه پژوهشی ماشین‌آلات مهندسی هیدرولیک دانشگاه جنوب مرکزی دستگاه کاهنده شلیک خالی دومرحله‌ای را توسعه داده است که قابلیت دستگاه جذب انرژی جهش مته را به‌طور کامل بهره‌برداری می‌کند — دستاوردی نوآورانه در پژوهش.

۱.۵.۴ پژوهش در زمینه فناوری تنظیم فرکانس، تنظیم انرژی و کنترل شکستن سنگ با استفاده از شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی

با پیشرفت فناوری شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ، نیازهای جدیدی از سوی اجرای پروژه‌های میدانی برای این شکست‌دهنده‌ها ایجاد شده است. برای بهبود مؤثر کارایی تولید، لازم است انرژی ضربه‌ای و فرکانس ضربه‌ای شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ بتواند بر اساس تغییرات خواص سنگ تنظیم شود. یعنی در چارچوب استفاده حداکثری از ظرفیت نصب‌شده ماشین حامل، هنگامی که سنگ سخت‌تر باشد، شکست‌دهنده هیدرولیکی انرژی ضربه‌ای بزرگ‌تر و فرکانس ضربه‌ای کوچک‌تری تولید کند؛ و بالعکس، در صورت نرم‌تر بودن سنگ، انرژی ضربه‌ای کوچک‌تر و فرکانس ضربه‌ای بزرگ‌تری تولید کند تا بدین ترتیب کارایی تولید بالاتری حاصل شود. برای دستیابی به این اهداف، پژوهش‌های گسترده‌ای در داخل و خارج از کشور انجام شده است.

از پژوهش‌های نظری در مورد شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ، خروجی آن (انرژی ضربه و فرکانس) عمدتاً را می‌توان با سه روش تنظیم کرد: ۱) تنظیم دبی جریان؛ ۲) تنظیم طول حرکت (استروک)؛ ۳) تنظیم فشار بازخورد. در حال حاضر، اکثریت قریب به اتفاق شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی داخلی و خارجی تنها یک طول حرکت ثابت دارند — یعنی خروجی آن‌ها قابل تنظیم نیست. البته اگر چنین شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی از روش تنظیم دبی جریان برای تغییر خروجی استفاده کنند، هرچند از نظر نظری امکان‌پذیر است، اما از نظر عملی قابل اجرا نخواهد بود؛ زیرا تغییرات دبی جریان منجر به تغییرات همزمان در پارامترهای خروجی آن می‌شود و امکان تنظیم مستقل وجود ندارد.

اگرچه برخی از سازندگان داخلی و خارجی، شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ با قابلیت تنظیم طول حرکت پیستون را طراحی و تولید کرده‌اند، اما به دلیل اینکه این تنظیمات ساختاری صلب و گام‌به‌گام هستند و استفاده از آنها بسیار نامناسب می‌باشد و نتایج حاصل نیز ضعیف است، مورد استقبال کاربران قرار نگرفته‌اند. در روش توزیع بازخورد طول حرکت برگشتی، پارامترهای کاری خروجی عمدتاً با تغییر دبی ورودی سیستم یا افزودن چندین سوراخ سیگنال بازخورد حرکت برگشتی و سپس کنترل روشن یا خاموش بودن هر یک از این سوراخ‌ها برای تنظیم طول حرکت پیستون انجام می‌شود؛ بدین ترتیب انرژی ضربه‌ای و فرکانس ضربه‌ای شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ تغییر می‌کند. به‌عنوان مثال، مته هیدرولیکی سنگ سه‌سرعته Atlas-Copco که در سوئد تولید شده است. شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ با قابلیت تغییر خودکار دنده از سری YYG دانشگاه جنوب مرکزی چین — که به دلیل محدودیت‌های ساختاری، این اصل تنها قادر به ایجاد تنظیم گام‌به‌گام پارامترهای کاری شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ است؛ و ازآنجاکه فشار و دبی سیستم ضربه‌ای با توان دوم یکدیگر متناسب هستند، افزایش همزمان انرژی ضربه‌ای و فرکانس ضربه‌ای منجر به تغییرات بسیار بزرگی در توان ماشین حامل می‌شود که این امر گستره کاری و بازده کاری شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ را محدود می‌کند. پروفسور تاکاشی تاکاهاشی از دانشگاه آکیتا در ژاپن در یک مقاله، تنظیم موقعیت پورت سیگنال حرکت برگشتی را برای دستیابی به هدف تغییر طول حرکت پیستون شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ توصیف کرده است. آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش ۱۰ درصدی طول حرکت پیستون، اگرچه فرکانس ضربه‌ای ۸ درصد کاهش می‌یابد، اما انرژی ضربه‌ای ۱۲ درصد افزایش می‌یابد؛ که این امر بازده کاری را بهبود بخشیده و شواهد تئوریک و تجربی لازم برای طراحی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ با قابلیت تنظیم طول حرکت را فراهم کرده است. استاد هو چینگ‌هوآ از دانشگاه جنوب مرکزی چین در کتاب «پژوهش درباره ماشین‌های ضربه‌ای هیدرولیکی با قابلیت تنظیم طول حرکت»، چندین روش تغییر دنده را مقایسه کرده و روابط تئوریک بین پارامترهای مختلف کاری دستگاه‌های ضربه‌ای هیدرولیکی با قابلیت تنظیم طول حرکت و طول حرکت تغییر دنده را تحلیل کرده است؛ نتایج این پژوهش اهمیت راهنمایی واضحی در طراحی و استفاده از شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ با قابلیت تغییر دنده دارد. این کتاب مفهوم تنظیم مستقل و پیوسته (بدون گام) پارامترهای کاری را بر اساس اصل بازخورد فشار مطرح می‌کند و این محصول جدید شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ را معرفی نموده است. این سیستم عمدتاً با کنترل میزان فشار برگشتی پیستون، انرژی ضربه‌ای تکی دستگاه ضربه‌ای را تنظیم می‌کند؛ و همزمان با کنترل دبی پمپ متغیر، فرکانس دستگاه ضربه‌ای را به‌صورت پیوسته تنظیم می‌کند، به‌گونه‌ای که انرژی ضربه‌ای و فرکانس ضربه‌ای هر یک به‌طور مستقل و پیوسته در محدوده نسبتاً گسترده‌ای قابل تنظیم هستند، در حالی که تغییر توان ماشین حامل بسیار جزئی است. در زمینه پژوهش‌های تئوریک، طراحی ساختاری و روش‌های کنترلی این نوع جدید دستگاه ضربه‌ای هیدرولیکی، نویسندگان پژوهش‌هایی در مورد دستگاه‌های ضربه‌ای هیدرولیکی با قابلیت تنظیم مستقل و پیوسته انرژی و فرکانس ضربه‌ای انجام داده‌اند. دکتر ژائو هونگ‌قیانگ در رساله دکتری «پژوهش درباره شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ جدید با کنترل مستقل و پیوسته»، روش سنتی کنترل بازخورد طول حرکت در شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ را شکسته و از روش‌های کنترل بازخورد فشار و کنترل دبی پمپ متغیر استفاده نموده و بدین ترتیب کنترل مستقل و پیوسته انرژی و فرکانس ضربه‌ای شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ را محقق ساخته است. دین وِن‌سی در رساله دکتری خود با استفاده از فشار نیتروژن در انتهای شکست‌دهنده به‌عنوان متغیر کنترلی، کار گسترده‌ای در زمینه شکست‌دهنده‌های نوع توزیع اجباری که توسط شیرهای سوئیچینگ سریع کنترل می‌شوند انجام داده و تنظیم مستقل فرکانس و انرژی شکست‌دهنده‌ها را محقق ساخته است. ژانگ شین در کتاب «پژوهش درباره سیستم دستگاه ضربه‌ای هیدرولیکی جدید با بازخورد فشار و ادغام ماشین-الکتریک» از شیرهای سوئیچینگ سریع کنترل‌شده توسط میکروکنترلر تک‌تراشه‌ای برای ایجاد کنترل رایانه‌ای دستگاه ضربه‌ای استفاده کرده است. یانگ گووپینگ در رساله دکتری «پژوهش درباره دستگاه ضربه‌ای هیدرولیکی خالص با قابلیت تنظیم مستقل و پیوسته فرکانس و انرژی»، دستگاه ضربه‌ای هوشمندی را با طرح کنترل خالص هیدرولیکی پیشنهاد کرده است که از طریق دسته شیر توزیعی نوع پایلوت قادر به انجام تنظیم پیوسته انرژی و فرکانس ضربه‌ای شکست‌دهنده هیدرولیکی سنگ است.

۱.۵.۵ وضعیت فعلی تحقیقات فناوری شبیه‌سازی شکستن‌کننده‌های هیدرولیکی سنگ

از دیدگاه طراحی و توسعه محصول، تحقیق در مورد ویژگی‌های دینامیکی مکانیزم‌ها بهترین زمان خود را در مرحله توسعه و طراحی محصول دارد. شبیه‌سازی پاسخ دینامیکی سیستم‌های کنترل هیدرولیکی همواره حوزه‌ای بوده است که به‌طور مداوم توسط صنعت هیدرولیک مورد مطالعه قرار گرفته و همچنین یکی از روش‌های رایج برای مطالعه ویژگی‌های پاسخ دینامیکی سیستم‌های کنترل محسوب می‌شود.

روش کار ویژهٔ شکست‌دهندهٔ هیدرولیکی سنگ تعیین می‌کند که تحلیل و آزمون شبیه‌سازی دینامیکی باید به‌عنوان پیش‌فرض اساسی برای طراحی و توسعهٔ نظری مکانیزم عمل کند. پس از ظهور رایانه‌ها، مانع وابستگی صرف به آزمون محصول برای به‌دست‌آوردن نتایج دقیق یا قابل‌اطمینان از عملکرد حرکتی مکانیزم، برطرف شد. محققان شروع به استفاده از روش‌های مختلفی برای ایجاد مدل‌های ریاضی توصیف‌کنندهٔ ارتعاش و ضربهٔ هیدرولیکی و حرکت ماشین‌های ضربه‌ای کردند، فرآیندهای تغییر پارامترهای شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ را از طریق فناوری شبیه‌سازی تحلیل نمودند و از فناوری نمونه‌های اولیهٔ مجازی برای شبیه‌سازی فرآیندهای حرکتی ماشین‌های ضربه‌ای استفاده کردند. پس از تعیین نتایج طراحی، حرکت مکانیزم به‌وضوح قابل درک است و پارامترهای مربوط به عملکرد نیز قابل محاسبه می‌باشند؛ این امر مسیر مناسبی را برای کوتاه‌کردن چرخه‌های توسعهٔ محصولات جدید، بهینه‌سازی طراحی و انجام تحلیل عملکرد دینامیکی فراهم می‌کند.

در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، پژوهشگران خارجی شروع به استفاده از رایانه‌های دیجیتال برای شبیه‌سازی ماشین‌های ضربه‌ای کردند. در این پژوهش‌ها فشار حفره‌های جلو و عقب به‌عنوان متغیر در نظر گرفته شد، جریان سیال ورودی و خروجی از هر پورت محاسبه شد و با ضرایب جریان اصلاح گردید؛ سپس معادله حالت گاز و معادله تعادل انرژی به‌کار گرفته شد و معادلات دیفرانسیلی میکروسکوپی توصیف‌کننده تغییرات وضعیت آکومولاتور و پیستون تشکیل داده شد؛ پس از اعمال برخی تقریب‌های لازم در مورد حرکت شیر، از روش‌های تفاضل محدود برای حل عددی استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی، به‌ویژه پارامترهای عملکردی، بسیار نزدیک به مقادیر اندازه‌گیری‌شده بود و نتایج قابل‌قبولی حاصل شد. در ژاپن، پژوهشگران تأکید بیشتری بر ایجاد مدل‌های رایانه‌ای برای شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی خاص گذاشتند و پارامترهای به‌دست‌آمده از آزمایش‌ها را در شبیه‌سازی وارد کردند تا بهینه‌سازی پارامترهای ساختاری، پارامترهای ضربه و عملکرد شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی انجام شود؛ بدین ترتیب مساحت بهینه پورت بازگشت روغن، حجم شارژ بهینه آکومولاتور و مساحت تحمل‌کننده فشار حفره عقب مربوط به شکست‌دهنده سنگ هیدرولیکی مربوطه تعیین گردید. در حین انجام شبیه‌سازی، پژوهشگران ژاپنی بیشتر به مقایسه نتایج شبیه‌سازی با نتایج آزمایش‌های عملی توجه کردند و مدل‌های رایانه‌ای را بر اساس داده‌های آزمایشی اصلاح نمودند. شرکت سندویک پس از در نظر گرفتن تأثیر شکل پیستون ضربه‌ای بر روش انتقال انرژی، نیز یک برنامه شبیه‌سازی رایانه‌ای را در این زمینه طراحی و توسعه داد. با استفاده از این برنامه: ۱) فرآیند انتقال انرژی در هر بخش از سیستم ضربه قابل شبیه‌سازی است؛ ۲) طراحی‌های مختلف هر مؤلفه سیستم قابل شبیه‌سازی است؛ ۳) تحت شرایط مختلف اجسام مورد ضربه، تأثیر طراحی‌های مختلف بر انتقال انرژی قابل شبیه‌سازی است. این برنامه رایانه‌ای شرکت سندویک نه‌تنها تضمین‌کننده تولید محصولات بهینه است، بلکه قادر است توانایی تمامی پارامترها در اثرگذاری بر سیستم ضربه و تأثیر تغییرات در برخی پارامترها بر بازدهی را اندازه‌گیری و درک کند و آن را به‌عنوان یک ابزار محاسباتی کاربردی و مؤثر در اختیار کاربران قرار دهد.

پس از دههٔ ۱۹۸۰، تحقیقات داخلی در زمینهٔ فناوری و کاربردهای شبیه‌سازی نیز آغاز شد. دانشمندان چینی مانند تیان شوجون و چن یوفان و دیگران، هر یک با روش‌های خاص خود مدل‌های ریاضی ایجاد کردند. تیان شوجون و همکارانش از «نمودار اتصال توان» — یک فناوری پیشرفتهٔ مدل‌سازی دینامیکی — استفاده کردند و آن را با روش‌های تحلیل فضای حالت ترکیب نمودند و عمدتاً بر روی نرم‌افزار شبیه‌سازی دینامیکی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی کنترل‌شده توسط شیر لغزنده تحقیق انجام دادند. این تحقیق، مدل‌سازی و برنامه‌نویسی دینامیکی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی را بررسی کرد و روش و رویکردی را برای بسیاری از برنامه‌نویسان بعدی شبیه‌سازی فراهم ساخت؛ به‌عنوان مثال، پروفسور ژوو ژیهونگ از دانشگاه علوم و فناوری پکن، دانشجویان یان یونگ و همکارانش را راهنمایی کرد تا با استفاده از نمودار اتصال توان، معادلات دینامیکی پیستون‌های انواع مختلف شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی، شیرهای جهت‌دهنده و همچنین هر یک از معادلات جریان هیدرولیکی و معادلات حالت گاز را تشکیل دهند؛ سپس برنامه‌های شبیه‌سازی را به زبان کامپیوتر تدوین کردند تا تحلیلی از فرآیندهای اصلی تغییر حالت — از جمله فشار غرفه‌های جلو و عقب، جریان، جابجایی و سرعت پیستون شکست‌دهندهٔ هیدرولیکی — انجام دهند و این‌گونه پلتفرمی را برای تحقیقات بیشتر دربارهٔ تأثیر تغییرات پارامترهای شکست‌دهندهٔ هیدرولیکی بر عملکرد آن فراهم سازند. با توسعهٔ سریع رایانه‌ها و فناوری نرم‌افزار، نرم‌افزارهای Matlab و AMEsim در مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستم شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی به‌کار گرفته شده‌اند و پشتیبانی نظری برای کوتاه‌کردن چرخه‌های تحقیق و توسعه و بهبود کیفیت طراحی مدل‌های جدید فراهم کرده‌اند.

۱.۵.۶ روش‌های تحقیق آزمایشی

آزمایش ابزار اصلی است که انسان‌ها از طریق آن طبیعت را شناسایی و جهان عینی را دگرگون می‌کنند — یعنی پدیده‌های مشاهده‌شده و داده‌های اندازه‌گیری‌شده را از طریق آزمایش خلاصه و انتزاعی می‌کنند، ارتباطات درونی و الگوها را کشف می‌کنند و نظریه‌ها را شکل می‌دهند. آزمایش منبع نظریه است؛ آزمایش تنها قاضی تأیید نظریه است.

پارامترهای عملکردی ضربه‌زن هیدرولیکی سنگ، شاخصی مهم برای ارزیابی سطح طراحی، ساخت و کیفیت آن محسوب می‌شوند. پارامترهای اصلی همگی را می‌توان به‌صورت تجربی اندازه‌گیری کرد و نتایج را در قالب داده‌ها، منحنی‌ها یا نمودارها بیان نمود. تأیید عملکرد عمدتاً شامل اندازه‌گیری انرژی ضربه، فرکانس ضربه، فشار سیستم و دبی جریان است. در حال حاضر هیچ استاندارد آزمایشی بین‌المللی یکپارچه‌ای برای روش‌های اندازه‌گیری این پارامترها وجود ندارد. روش‌های رایج فعلی برای آزمون عملکرد ضربه‌زن هیدرولیکی سنگ عبارتند از: روش موج تنش، روش تفاضل جابه‌جایی نوری-الکتریکی، روش القای الکترومغناطیسی، روش تماسی، عکاسی با سرعت بالا، روش نمودار نشانگر و روش انرژی و غیره.

روش موج تنش، روشی برای اندازه‌گیری انرژی ضربه‌ای با اندازه‌گیری موج تنش ایجادشده روی چکشک در هنگام برخورد پیستون ضربه‌ای به آن است. روش فوتوالکتریک از اصل تبدیل فوتوالکتریک استفاده می‌کند؛ بدین صورت که با یک سنسور فوتوالکتریک، موقعیت پیستون ضربه‌ای را به‌عنوان کمیت اندازه‌گیری مستقیم آزمون در نظر گرفته و جابجایی حرکت پیستون را به‌دست می‌آورد و سپس پارامترهای عملکردی مختلف دستگاه ضربه‌ای را محاسبه می‌کند. روش فوتوالکتریک، به‌عنوان یک روش آزمون بدون تماس، برای ماشین‌های ضربه‌ای مانند شکستن‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی که دارای طول زیادی برای سفر پیستون، قطر بزرگ و سرعت بالا هستند، بسیار مناسب است. روش القای الکترومغناطیسی از سیستم سنسور القای الکترومغناطیسی تشکیل شده از یک میله مغناطیسی نصب‌شده روی پیستون ضربه‌ای و یک سیم‌پیچ هلیکال نصب‌شده روی پوسته استفاده می‌کند؛ این روش از نیروی محرکه الکتریکی القایی ایجادشده در سیم‌پیچ در اثر برش خطوط میدان مغناطیسی توسط میله مغناطیسی در حین حرکت رفت‌وبرگشتی آن با پیستون، استفاده می‌کند و سرعت حرکت پیستون را بر اساس رابطه کالیبراسیون بین نیروی محرکه الکتریکی و سرعت ضربه به‌دست می‌آورد و از این طریق انرژی ضربه‌ای پیستون را محاسبه می‌کند.

روش تماس، روشی برای محاسبه انرژی ضربه با استفاده از سرعت نهایی پیستون در لحظه برخورد آن با جسم مورد هدف است. در آزمون‌های عملکرد شکننده‌های سنگ، چهار روش فوق نسبتاً رایج هستند؛ سایر روش‌ها، یا به دلیل پیچیدگی عملیاتی و هزینه بالا، یا به دلیل انعکاس ناقص وضعیت حرکتی پیستون، در کاربردهای عملی به ندرت دیده می‌شوند.

باید توجه داشت که روش موج تنش فوق‌الذکر تنها برای آزمون ابزارهای ضربه‌ای با انرژی ضربه نسبتاً کم، مانند دریل‌های سنگی هیدرولیکی و ابزارهای پنوماتیک مناسب است و آزمون ابزارهایی با انرژی ضربه بزرگ‌تر مانند شکست‌دهنده‌های سنگی هیدرولیکی دشواری‌های بیشتری دارد. ظرفیت آزمون واحدهای تحقیقاتی تخصصی که روی امواج تنش کار می‌کنند عموماً کوچک است و نمی‌تواند آزمون شکست‌دهنده‌های سنگی هیدرولیکی بزرگ را انجام دهد؛ همچنین سروصدا و لرزش تولیدشده در آزمون‌های داخل سالن نیز قابل قبول نیست. در مورد روش تماسی، اگرچه نصب آن ساده است، اما نتایج آن به‌اندازه‌کافی دقیق نبوده و قابل گسترش نیست. تنها روش القای الکترومغناطیسی برای آزمون شکست‌دهنده‌های سنگی هیدرولیکی از همه جهات جامع تلقی می‌شود: این روش هم برای دریل‌های سنگی هیدرولیکی با انرژی ضربه کوچک و هم برای شکست‌دهنده‌های سنگی هیدرولیکی بزرگ با انرژی ضربه بالا قابل استفاده است؛ این روش منحنی سرعت حرکت پیستون را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند و بدین ترتیب جابه‌جایی و شتاب پیستون را نیز فراهم می‌آورد که برای افرادی که الگوهای حرکت پیستون را مطالعه می‌کنند بسیار مفید است. تنها نقطه ضعف این روش این است که میله مغناطیسی تحت ارتعاشات پیستون با فرکانس بالا به‌راحتی آسیب می‌بیند.

دکتر دینگ وِن‌سی از دانشگاه جنوب مرکزی، در رساله دکتری «پژوهش درباره‌ی سیستم ترکیبی هیدرولیکی شکننده‌ی سنگ با فیدبک فشار جدید، مجهز به ماشین الکتریکی و گاز نیتروژن منفجرشونده»، روش جدیدی برای آزمون پارامترهای خروجی دستگاه ضربه‌ای — یعنی روش فشار گاز — ارائه کرد. این روش از یک سنسور فشار برای تشخیص تأثیر حرکت پیستون بر فشار حفره‌ی بسته‌ی نیتروژن نصب‌شده در انتهای پیستون استفاده می‌کند و با کمک کامپیوتر، طول حرکت (استروک) و سرعت حرکت پیستون را تعیین می‌نماید؛ بدین ترتیب دو پارامتر مهم خروجی دستگاه ضربه‌ای — یعنی انرژی ضربه و فرکانس ضربه — به‌دست می‌آیند. در مقایسه با روش‌های سنتی آزمون، روش غیرتماسی فشار گاز مزایایی از قبیل مقاومت بالا در برابر لرزش، حداقل نیاز به آماده‌سازی اولیه، اندازه‌گیری همزمان انرژی و فرکانس ضربه، کالیبراسیون آسان، خطای کم در پارامترهای ضربه و دقت بالا را دارد. این روش نه‌تنها می‌تواند به‌عنوان روشی برای اندازه‌گیری و شناسایی محصولات آزمایشگاهی به‌کار رود، بلکه به‌راحتی قابل استفاده در آزمون‌های آنلاین در شرایط عملیاتی واقعی نیز می‌باشد. این روش در برنامه‌ی آزمون هیدرولیکی شرکت جینگ‌یه به‌کار گرفته شده و در استاندارد segu صنعتی «شکننده‌ی هیدرولیکی سنگ» نیز گنجانده شده است.

۱.۵.۷ پژوهش در زمینه ارتعاش، نویز و کنترل

علاوه بر انرژی ضربه، فرکانس ضربه و جرم، شاخص‌های سنجش عملکرد دستگاه‌های هیدرولیکی ضربه‌زننده شامل صدا، ارتعاش بدنه دستگاه و نرخ بهره‌وری انرژی نیز می‌شوند که جنبه‌های مهمی در ارزیابی عملکرد کلی محسوب می‌شوند. با افزایش آگاهی محیطی، کشورهای توسعه‌یافته محدودیت‌های فزاینده‌ای را درباره سطح صدای تجهیزات اعمال کرده‌اند. برای انطباق با نیازهای بازار، سطح صدا و ارتعاش دستگاه‌های هیدرولیکی ضربه‌زننده، و همچنین کنترل گرد و غبار، به‌تدریج به شاخص‌های مهم رقابت تجاری تبدیل شده‌اند؛ بنابراین فناوری کنترل این عوامل امروزه موضوع پژوهشی مهمی محسوب می‌شود. پژوهشگران کشورهای مختلف از جنبه‌های ساختاری و موادی تحقیقات خود را انجام می‌دهند؛ از نظر ساختاری، اقداماتی مانند نصب آستین‌های درونی، دستگاه‌های ساکت‌کننده صدا یا قرار دادن صفحات فولادی جاذب ارتعاش در بین لایه‌ها برای کنترل ارتعاش و صدا به کار گرفته می‌شوند. شرکت کروپ (Krupp) تمام محصولات متوسط و کوچک خود را با مواد جاذب صدا مجهز کرده است. شرکت رامر (Rammer) در محصولات جدید توسعه‌یافته خود از پمپ‌های آب فشارقوی و نازل‌های اتمیزه‌کننده برای دستیابی به اثرات کاهش گرد و غبار استفاده می‌کند. علاوه بر این، با به‌کارگیری فناوری سنسورها می‌توان به موقعیت‌یابی دقیق شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی، حفاری خودکار سوراخ‌ها، توقف خودکار چکش‌ها و بازگشت آن‌ها، و همچنین تنظیم خودکار انرژی ضربه و فرکانس ضربه بر اساس اشیاء مورد کار دست یافت.