مروری بر شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ

۱.۱ مروری بر شکستن‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ

شکستن‌دهنده‌ی هیدرولیکی سنگ، که به آن شکستن‌دهنده‌ی هیدرولیکی یا دستگاه ضربه‌ای هیدرولیکی نیز گفته می‌شود، یک ماشین ضربه‌ای-لرزشی هیدرولیکی است. با استفاده از روغن هیدرولیک فشار بالا به‌عنوان محیط کاری، این دستگاه از طریق بازخورد بین سیستم کنترل شیر و سیستم سیلندر-پیستون، حرکت سریع پیستون به‌صورت رفت‌وبر در داخل بدنه‌ی سیلندر را ایجاد می‌کند و بدین ترتیب انرژی هیدرولیک را به انرژی مکانیکی پیستون تبدیل نموده و چکش را برای انجام کار روی محیط خارجی به حرکت درمی‌آورد.

عملکردهای اصلی شکستن‌دهنده سنگ هیدرولیکی عبارتند از: ضربه و ارتعاش. به دلیل ویژگی‌های ضربه‌ای-ارتعاشی با توان بالای شکستن‌دهنده سنگ هیدرولیکی، این دستگاه به‌طور گسترده در صنایع فلزوری، معدن‌کاوی، راه‌آهن، جاده‌سازی، ساخت‌وساز، مهندسی شهری و توسعه املاک به کار می‌رود. این دستگاه قادر است عملیات حفاری، شکستن، تخریب و سایر عملیات را بر روی سنگ، بتن، قابلمه‌های فولادی، سرباره، زمین منجمد، یخ، سطوح آسفالتی بتنی، پل‌ها و ساختمان‌ها انجام دهد. علاوه بر این، با تعویض چکش (تیغه)، می‌توان از آن برای عملیات پرچ‌کاری، پاک‌سازی از زنگ‌زدگی، تراکم خاک و کوبیدن شمع نیز استفاده کرد.

حوزه‌های کاربرد رایج شکستن‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی عبارتند از:

(۱) معدن‌کاوی — سنگ‌شکنی معادن، استخراج سنگ، حفر تونل، شکستن میله‌های مشبک (Grizzly bar)، و شکستن ثانویه سنگ‌ها؛

(۲) صنعت فلزوری — ماشین‌های فرسایش کوره، ماشین‌های پاک‌سازی قابلمه‌های فولادی، ماشین‌های بازکردن قطعات، و ماشین‌های بازکردن سوراخ خروجی (Tap-hole opening machines) برای پاک‌سازی سرباره قابلمه‌های فولادی و تخریب روکش داخلی کوره‌ها؛

(3) مهندسی شهرداری — شکستن سطح جاده در پروژه‌های آب، گاز و برق، شکستن پایه‌های سخت، حفاری شیار و حفر سوراخ؛

(4) ساخت‌وساز ساختمان — هدم ساختمان‌های قدیمی، شکستن بتن، تراکم خاک؛

(5) جاده‌ها و راه‌آهن — منفجر کردن برای باز کردن جاده، شکستن سطح بتنی جاده، تعمیرات بزرگراه، نصب ستون‌های نرده محافظ با ضربه‌زنی، و هدم پل‌های جاده‌ای.

به‌عنوان یک ابزار هیدرولیکی نوین و پرکارایی، شکستن‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ در مقایسه با ابزارهای ضربه‌ای پنوماتیک سنتی، مزایای بی‌نظیری دارند که عمدتاً در موارد زیر مشهود است:

— انرژی ضربه‌ای بالا. شکستن‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ را می‌توان مطابق فشار روغن و دبی جریان ارائه‌شده توسط ماشین حامل و همچنین نیروی هل‌دهنده طراحی و تطبیق داد. انرژی ضربه‌ای معمولاً بین ۳۰۰ تا ۱۰۰۰۰ ژول است؛ بزرگ‌ترین شکستن‌دهنده هیدرولیکی سنگ جهان در حال حاضر قادر به ارائه انرژی ضربه‌ای تکی ۳۰۰۰۰ ژول است.

— بازدهی کاری بالا. بازدهی کاری شکننده‌های هیدرولیکی سنگ معمولاً به ۶۰ تا ۶۵ درصد می‌رسد؛ در مواردی با عملکرد برتر این مقدار به ۷۰ درصد نیز می‌رسد، در حالی که بازدهی کاری ابزارهای پنوماتیک تنها ۲۰ تا ۳۰ درصد است.

— صرفه‌جویی در انرژی. محیط کاری شکننده‌های هیدرولیکی سنگ، روغن هیدرولیک فشار بالا است که قابل بازیافت بوده و همراه با یک ذخیره‌کننده (اکومولاتور) تأمین می‌شود؛ در مقابل، محیط کاری ابزارهای پنوماتیک، هواي فشرده است که نه‌تنها در فرآیند فشرده‌سازی مقدار زیادی انرژی گرمایی مصرف می‌کند، بلکه در فرآیند تخلیه نیز مقدار قابل توجهی انرژی اتلاف می‌شود.

— سطح صوت پایین. سطح صوت استاندارد شکننده‌های هیدرولیکی سنگ بین ۹۵ تا ۹۸ دسی‌بل است؛ در نوع کم‌صدا این مقدار بین ۸۵ تا ۸۷ دسی‌بل می‌باشد. ابزارهای پنوماتیک به دلیل صدای انفجاری ناشی از انبساط ناگهانی گاز فشرده هنگام تخلیه، سطح صوتی یکنواختاً بیش از ۱۰۰ دسی‌بل دارند. در جامعه‌ای امروزی که الزامات حفاظت از محیط زیست روزبه‌روز سخت‌گیرانه‌تر می‌شوند، شکننده‌های هیدرولیکی سنگ ارزش اهمیت‌مندی دارند.

— قابلیت ساخت عالی و هزینه‌های نگهداری پایین. شکستن‌دهنده هیدرولیکی سنگ در کنار ماشین حامل کار می‌کند و انجام عملیات در زوایای فضایی مختلف را بسیار آسان می‌سازد؛ شکستن‌دهنده سنگ به‌طور کامل در پوشش قرار دارد، عمر قطعات آن طولانی است، نگهداری از آن ساده و آسان است و هزینه‌های کلی بهره‌برداری پایین می‌باشد.

۱٫۲ تاریخچه‌ای مختصر از توسعه شکستن‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ

در اوایل قرن بیستم، افراد به‌صورت سیستماتیک به مطالعهٔ انتقال پنوماتیک و هیدرولیک پرداختند و فعالانه در جستجوی دستگاه‌های هیدرولیکی بودند که قادر به انتقال توان بالا و کنترل باشند. در سال ۱۹۶۳، شرکت آلمانی کروپ اولین اختراع جهانی دستگاه لرزانندهٔ هیدرولیکی را ثبت کرد؛ و در سال ۱۹۶۷ در نمایشگاه هانوفر اولین شکست‌دهندهٔ سنگ هیدرولیکی قابل حمل روی وسیله‌نقلیه با ارزش عملیاتی را به نمایش گذاشت، یعنی مدل HM400. این دستگاه برای اولین بار در کارهای ساخت بنیان و پی‌ها استفاده شد، مانند خرد کردن سطوح بتنی جاده‌ها، تعمیر پی‌ها، حفاری شیار در زمین‌های سخت، و استخراج بلوک‌های بزرگ سنگ از معدن... شرکت فرانسوی مونتابرت نیز در سال ۱۹۶۴ اولین اختراع جهانی شکست‌دهندهٔ سنگ هیدرولیکی دستی (سری BBH) را ثبت کرد و در سال ۱۹۶۹ محصول شکست‌دهندهٔ سنگ هیدرولیکی سری BRH را طراحی نمود. به دلیل عملکرد قدرتمند و چشم‌انداز گستردهٔ کاربردی شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی، این دستگاه‌ها به سرعت در اروپا، ژاپن و سایر کشورها مورد توجه جدی قرار گرفتند و به‌سرعت توسعه یافتند. بسیاری از شرکت‌ها سرمایه‌گذاری‌های گسترده‌ای در زمینه توسعه، طراحی و آزمایش تجهیزات لرزانندهٔ هیدرولیکی انجام دادند و شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی با اندازه‌ها، انواع و کارکردهای مختلف یکی پس از دیگری ظاهر شدند. حوزه‌های کاربردی به‌طور مداوم گسترش یافت، عملکرد فنی به‌طور مداوم بهبود یافت و محصولات به‌طور مداوم به‌روزرسانی و جایگزین شدند. شرکت کروپ در سال ۱۹۸۵ فناوری جذب لرزش شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی را معرفی کرد، سیستم جذب لرزش را در سال ۱۹۹۵ بهبود بخشید، فناوری محافظت در برابر سایش «ماراتون» را در سال ۱۹۹۸ منتشر کرد و در سال ۲۰۰۰ محصولات سری «ECO» و «ماراتون» را رونمایی نمود. شرکت مونتابرت در سال ۱۹۸۷ سری BRV را با انرژی تنظیم‌شوندهٔ خودکار معرفی کرد و در پاسخ به تقاضای رو به رشد بازار، شکست‌دهنده‌های سنگ کوچک سری BRP را در سال ۱۹۹۲ رونمایی نمود. شرکت رامر که در سال ۱۹۷۸ در فنلاند تأسیس شد، اگرچه سابقهٔ کوتاهی دارد، اما از همان ابتدا به یک نیروی غالب در حوزهٔ شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی تبدیل شد — از همان آغاز، شکست‌دهندهٔ سنگ S600 را رونمایی کرد که بزرگ‌ترین شکست‌دهندهٔ سنگ جهان بود؛ S2000 که در سال ۱۹۸۱ رونمایی شد، وزنی معادل ۳ تن داشت؛ محصولات سری ۱۹۸۶ از اصل «انرژی ضربهٔ ثابت (CBE)» استفاده می‌کردند؛ محصولات فوق‌بی‌صدا سری سیتی در سال ۱۹۹۱ رونمایی شدند؛ سیستم «سیتی پرو» که در سال ۱۹۹۵ توسعه یافت، به اپراتوران اجازه می‌داد تا عملکرد شکست‌دهندهٔ سنگ هیدرولیکی را بر اساس نوع ماده‌ای که بر آن ضربه زده می‌شود انتخاب کنند، همچنین این سیستم شامل سیستم کنترل گرد و غبار با جت آب بود. شرکت ژاپنی کونان در سال ۱۹۷۳ فناوری کروپ را وارد کرد و شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی MKB را تولید نمود؛ سپس شرکت‌های ژاپنی فوروکاوا، تیساکو و توکو بر اساس دستگاه‌های ضربه‌زنندهٔ پنوماتیک، شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی را توسعه دادند؛ شرکت NPK در سال ۱۹۸۵ تأسیس شد. شرکت سوسان که در سال ۱۹۸۴ تأسیس شد، توسعهٔ سریع شکست‌دهنده‌های سنگ هیدرولیکی کره‌جنوبی را تسهیل کرد. شرکت ایتالیایی INDECO در سال ۱۹۷۶ تأسیس شد؛ و در سال ۱۹۸۶ توسعهٔ «شکست‌دهندهٔ سنگ هیدرولیکی هوشمند» را اعلام کرد که قادر است فرکانس و انرژی ضربه را بر اساس سختی سنگ تنظیم کند...

در حال حاضر بیش از ۳۰ تولیدکنندهٔ اصلی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ در سراسر جهان وجود دارد. این تولیدکنندگان از نظر منشأ به برند‌های اروپایی، ژاپنی، کره‌ای و داخلی چینی تقسیم می‌شوند که تنها تعداد اندکی از این برندها در سطح جهانی عرضه می‌شوند. تولیدکنندگان اروپایی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ ویژگی تلفیق تولید، برند و خدمات را دارند؛ یعنی تولیدکنندگان هم قابلیت‌های قوی تحقیق و توسعه فنی را دارند و هم شبکه‌های بازاریابی و امکانات پس از فروش خود را ارائه می‌دهند. هر تولیدکننده شکست‌دهندهٔ هیدرولیکی سنگ بر ساخت برند خود تأکید دارد، غلظت صنعتی بالاست و در سال‌های اخیر سه ادغام و بازسازی عمده در این صنعت انجام شده است که منجر به شکل‌گیری سه برند اصلی «رامر» (شامل تویو)، «اتلاس-کوپو» (شامل کروپ) و «مونتابرت» شرکت دوسان شده است. تولیدکنندگان ژاپنی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ نیز مشابه تولیدکنندگان اروپایی هستند — یعنی عموماً شبکه‌های بازاریابی خود را دارند و همزمان خدمات پس از فروش به مشتریان را نیز ارائه می‌دهند. هر تولیدکننده شکست‌دهندهٔ هیدرولیکی سنگ بر ساخت برند خود تأکید دارد و غلظت صنعتی نسبتاً بالاست. تنها شرکت‌های فوروکاوا، ان‌پی‌کی، توکو، تی‌ساکو، ام‌کی‌بی، تویو (که قبلاً توسط رامر خریداری شده است) و اوکادا، یعنی هفت شرکت، در سطح کل کشور ژاپن فعالیت می‌کنند. تولیدکنندگان کره‌ای شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ ویژگی جداسازی تولید، برند و خدمات را دارند؛ یعنی تقسیم‌بندی کلی کار در این صنعت نسبتاً دقیق است و تعداد زیادی کارخانهٔ کوچک تولیدکنندهٔ قطعات وجود دارد؛ حدود صد توزیع‌کننده شکست‌دهندهٔ هیدرولیکی سنگ فعالیت دارند، اما تنها تعداد اندکی از تولیدکنندگان از جمله سوسان، هانوو، دِیمو و ام‌اس‌بی از مقیاس قابل توجهی برخوردارند. جدول ۱-۱ مروری بر خروجی سالانهٔ اصلی تولیدکنندگان جهانی شکست‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ در سال ۲۰۱۰ ارائه می‌دهد.

جدول ۱-۱: مروری بر خروجی سالانهٔ تولیدکنندگان اصلی شکست‌دهنده‌های هیدرولیک سنگ جهانی در سال ۲۰۱۰ (بدون احتساب چین)

پژوهش چین در زمینه شکن‌های هیدرولیکی دیر نشده است. قبلاً از اواسط دهه ۱۹۷۰ میلادی، مؤسسات تحقیقاتی علمی و دانشگاه‌های داخلی این حوزه را وارد کرده بودند، از جمله دانشگاه فولاد و آهن پکن، دانشگاه معدن جنوب‌شرقی، مؤسسه تحقیقات معدن چانگشا و مؤسسه تحقیقات معدن چانگشا. محققان چینی پژوهش‌های عمیقی در زمینه فناوری ارتعاش هیدرولیکی انجام دادند و دستاوردهای متعددی کسب کردند؛ اما به دلیل روند کلی کند توسعه فناوری هیدرولیک داخلی در آن زمان و سطح نسبتاً پایین تولیدات، در توسعه محصولات پیشرفت اساسی حاصل نشد. پس از دهه ۱۹۸۰ میلادی، محققان چینی علاوه بر انجام پژوهش‌های مستقل، فناوری‌ها را نیز وارد کردند و در زمینه معدن‌کاری، ابتدا در توسعه مته‌های سنگ‌شکن هیدرولیکی و شکن‌های سنگ هیدرولیکی با ویژگی‌های خاص خود پیشگام شدند. برخی از کارخانه‌های ابزارهای پنوماتیک و ماشین‌آلات ساختمانی داخلی نیز به این خط پژوهشی پیوستند، از جمله کارخانه ابزارهای پنوماتیک تونگهوا در جیلین، کارخانه ماشین‌آلات ساختمانی شانگهای و کارخانه ابزارهای پنوماتیک شن‌یانگ، که همه این‌ها نیروهای خود را برای انجام پژوهش و آزمایش محصولات سازماندهی کردند؛ اما به دلیل پیشرفته‌نبودن فناوری تولید و ناپایدار بودن کیفیت محصولات، توسعه شکن‌های سنگ هیدرولیکی محدود ماند. در سال ۱۳۶۷ (۱۹۸۸ میلادی)، شرکت آلمانی کروپ با محصولات خود وارد چین شد و «نمایشگاه محصولات شکن سنگ هیدرولیکی» را برگزار کرد که بیش از ۲۰۰ نفر از مؤسسات تحقیقاتی و بنگاه‌های اقتصادی داخلی در آن شرکت کردند؛ عملکرد قدرتمند این محصولات علاقهٔ فراوانی در میان شرکت‌کنندگان ایجاد کرد و محصولات کروپ آغاز به ورود به بازار چین کردند. با بهره‌برداری از این فرصت، مؤسسه تحقیقات ماشین‌آلات مهندسی تیان‌جین و دانشگاه فناوری هاربین تحلیل و پژوهش‌هایی بر روی محصولات کروپ انجام دادند؛ همچنین کارخانه قطعات هیدرولیک چانگژی و کارخانه ماشین‌آلات ساختمانی شانگهای تولید آزمایشی محصولات خود را آغاز کردند.

تا اواسط دهه ۱۹۹۰، با توسعه سریع اقتصاد چین، تحولات شهری سریع و افزایش سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها، میزان مکانیزاسیون در ساخت‌وسازهای مهندسی به‌طور مداوم افزایش یافت. بازار شکستن‌دهنده‌های هیدرولیکی سنگ چین وارد بهترین دوره رشد تاریخی خود شد؛ و تعدادی از شرکت‌های خارجی معروف به‌تدریج وارد بازار چین شدند. شرکت‌های داخلی نیز برای مقابله با این رقابت بلند شدند و پس از بیش از ده سال تلاش، به‌تدریج تعدادی از برندهای داخلی شناخته‌شده مانند آنهوئی جینگیِ (جینگیِ)، یانتای آیده، جیانگسو لیبوسایت و چانگژی هیدرولیک را تشکیل دادند.