Hydraulisten kallionmurtojärjestelmien yleiskatsaus

1.1 Hydraulisten kallionmurtojärjestelmien yleiskatsaus

Hydraulinen kallionmurtojärjestelmä, jota kutsutaan myös hydrauliseksi murskaimiksi tai hydrauliseksi iskulaiteeksi, on hydraulinen isku- ja värähtelykone. Korkeapaineista hydrauliöljyä käyttäen työvälineenä se saavuttaa nopeaa takaisin- ja eteenpäin suuntautuvaa liikettä sylinterin sisällä venttiilisäätöjärjestelmän ja sylinteri-pistoolijärjestelmän välisen takaisinkytkennän avulla, jolloin hydraulienergia muunnetaan pistoolin mekaaniseksi energiaksi ja ohjataan kovakärkinen työkalu tekemään ulkoista työtä.

Hydrauliisen kallionmurtaimen päätoiminnat ovat: isku ja värähtely. Hydrauliisen kallionmurtaimen tehokkaat isku- ja värähtelyominaisuudet tekevät siitä laajalti käytetyn työkalun metallurgiassa, kaivostoiminnassa, rautateollisuudessa, tietekniikassa, rakentamisessa, kaupunkisuunnittelussa ja kiinteistökehityksessä. Sitä voidaan käyttää kallion, betonin, teräskuljetusastian, sulfaatin, jäätyneen maan, jään, betonitien pintakerroksen, siltojen päällysteen ja rakennusten kaivamiseen, murtamiseen, purkamiseen ja muihin vastaaviin toimiin. Lisäksi vasaran vaihtamalla sitä voidaan käyttää myös naulaus-, ruosteenpoisto-, tiukentamis- ja paaluun lyöntitoimiin.

Yleisimmät hydrauliisten kallionmurtaimien käyttöalueet ovat:

(1) Kaivostoiminta – kivien louhinta, kivenotto, tunnelointi, grizzly-sauvojen murtaminen, toissijainen kallionmurtaminen;

(2) Metalliteollisuus – uunien purkukoneet, kuumien astioiden puhdistuskoneet, purkukoneet ja uunin suuttimen avauskoneet teräskuljetusastian sulfaatin poistoon ja uunin sisäpinnan purkamiseen;

(3) Kunnallinen rakentaminen — tienpinnan rikkominen vesi-, kaasu- ja sähkörakentamisessa, kovien perustusten rikkominen, kaivaukset ja reiänporaus;

(4) Rakennusrakentaminen — vanhojen rakennusten purkaminen, betonin rikkominen, maan tiukentaminen;

(5) Tiet ja rautatiet — tien avaamiseen tarkoitettu räjäytys, betonitien pinnan rikkominen, moottoritietä korjaava työ, turvakaiteiden paaluun iskeminen, tien ja sillan purkaminen.

Uutena tehokkaana hydraulityökaluna hydrauliset kallionmurtoiskurit tarjoavat sarjan ylivoimaisia etuja verrattuna perinteisiin ilmapaineella toimiviin iskutyökaluihin, mikä ilmenee erityisesti seuraavissa kohdissa:

— Suuri iskunenergia. Hydraulista kallionmurtoiskuria voidaan sovittaa ja suunnitella kantokoneen tarjoaman öljypaineen ja virtauksen sekä työntövoiman mukaan. Iskunenergia on yleensä 300–10 000 joulea; maailman suurin tällä hetkellä olemassa oleva hydraulinen kallionmurtoiskuri voi tuottaa yksittäisen iskun energian, joka on 30 000 joulea.

— Korkea työtehokkuus. Hydrauliikkaisen kallionmurton työtehokkuus on yleensä 60–65 %; erinomaisen suorituskyvyn omaavat mallit saavuttavat jopa 70 %:n tehokkuuden, kun taas ilmapaineella toimivien työkalujen työtehokkuus on vain 20–30 %.

— Energiansäästö. Hydrauliikkaisen kallionmurton työvälineenä toimii kierrätettävää korkeapainehydrauliikkaöljyä, ja laitteeseen on asennettu myös akkumulaattori; ilmapaineella toimivan työkalun työvälineenä puolestaan on puristettu ilma, joka kuluttaa suurta määrää lämpöenergiaa puristusprosessissa ja hukkaa lisäksi suuren määrän energiaa poistoprosessissa.

— Alhainen melutaso. Standardin mukaisen hydrauliikkaisen kallionmurton melutaso on 95–98 dB; alhaisen melutason mallit ovat 85–87 dB. Ilmapaineella toimivat työkalut tuottavat melua yli 100 dB:n tasolla, koska puristetun kaasun poistuminen aiheuttaa räjähtävän laajenemisen äänen. Nykyaikaisessa yhteiskunnassa, jossa ympäristönsuojelun vaatimukset ovat yhä tiukentuneet, hydrauliikkaisilla kallionmurtoilla on tärkeä merkitys.

— Hyvä rakennettavuus ja alhaiset huoltokustannukset. Hydrauliikkaista kallionmurtaajaa voidaan käyttää yhdessä kantokoneen kanssa, ja se mahdollistaa erinomaisesti toimintoja eri tilakulmissa; kallionmurtaaja on täysin suljettu, komponenttien käyttöikä on pitkä, huolto on yksinkertaista ja helppoa, ja kokonaiskäyttökustannukset ovat alhaiset.

1.2 Hydrauliikkaisen kallionmurtaajan kehityshistorian lyhyt kuvaus

Varhaisessa 20. vuosisadalla ihmiset tutkivat järjestelmällisesti ilman- ja nestepohjaista voimansiirtoa ja etsivät aktiivisesti korkean tehon siirtämiseen ja ohjaukseen kykeneviä nestepohjaisia laitteita. Vuonna 1963 saksalainen Krupp-yhtiö haki maailman ensimmäistä patenttia hydraulisesta värinälaitteesta; vuonna 1967 se esitteli Hannoverin messuilla maailman ensimmäisen käytännöllisen, kuljetusajoneuvoon asennettavan hydraulisen kallionmurtaimen, mallin HM400. Sitä käytettiin ensimmäisen kerran perustustyössä, esimerkiksi betonitien pintojen murtamiseen, perustusten korjaamiseen, kaivauksiin kovassa maaperässä ja suurten kalliolohkojen louhintaan. Ranskalainen Montabert-yhtiö haki vuonna 1964 patentin maailman ensimmäisestä käsikäyttöisestä hydraulisesta kallionmurtaimesta (BBH-sarja) ja suunnitteli vuonna 1969 BRH-sarjan hydraulisia kallionmurtaimia. Koska hydrauliset kallionmurtaimet tarjosivat voimakkaita toimintoja ja laajoja sovellusmahdollisuuksia, niitä alettiin Euroopassa, Japanissa ja muualla maailmassa ottaa nopeasti erityisen vakavasti, ja niiden kehitys eteni nopeasti. Monet yritykset sijoittivat suuria summia hydraulisten värinälaitteiden kehitykseen, suunnitteluun ja testaukseen, ja erikokoisia, -tyyppisiä ja -toimintoisia hydraulisia kallionmurtaimia tuli markkinoille yksi toisensa jälkeen. Sovellusalueet laajenivat jatkuvasti, tekniset ominaisuudet parantuivat jatkuvasti ja tuotteita päivitettiin ja vaihdettiin jatkuvasti. Krupp esitteli vuonna 1985 hydraulisen kallionmurtaimen värinänvaimennusteknologian, paransi värinänvaimennusjärjestelmää vuonna 1995, julkaisi 'Marathon'-kulumassuojateknologian vuonna 1998 ja toi markkinoille 'ECO'- ja 'Marathon'-sarjan tuotteet vuonna 2000. Montabert-yhtiö esitteli vuonna 1987 BRV-sarjan itse säätävällä energialla varustetun kallionmurtaimen ja vastasi kasvavaan markkinakysyntään julkaisemalla vuonna 1992 pienikokoiset BRP-sarjan kallionmurtaimet. Rammer yritys, joka perustettiin vuonna 1978 Suomessa; vaikka sen historia on lyhyt, se nousi alusta lähtien hallitsevaksi voimaksi hydraulisten kallionmurtojärjestelmien alalla – sen ensimmäinen tuote oli S600-kallionmurtojärjestelmä, joka oli silloin maailman suurin; vuonna 1981 esitelty S2000-painoi kolme tonnia; vuoden 1986 sarjan tuotteissa käytettiin 'vakioiskuenergiaa (CBE)' -periaatetta; vuonna 1991 esiteltiin City-sarjan erityisen hiljaiset tuotteet; vuonna 1995 kehitetty 'City Pro' -järjestelmä mahdollisti käyttäjälle hydraulisen kallionmurtojärjestelmän suorituskyvyn valinnan iskettävän materiaalin mukaan sekä vesipisaroituksen pölynestojärjestelmän. KONAN japanista otettiin Krupp-teknologia käyttöön vuonna 1973 MKB-hydraulisten kallionmurtojärjestelmien valmistukseen; tämän jälkeen japanilaiset yritykset Furukawa, Teisaku ja Toku aloittivat hydraulisten kallionmurtojärjestelmien kehittämisen ilmapaineella toimivien iskulaiteiden pohjalta; NPK perustettiin vuonna 1985. SOOSAN yritys, joka perustettiin vuonna 1984, edisti korean hydraulisten kallionmurtojärjestelmien nopeaa kehitystä. Italian INDECO-yritys perustettiin vuonna 1976; vuonna 1986 se julkaisi 'älykkään hydraulisen kallionmurtojärjestelmän', joka pystyy säätämään iskutaajuutta ja -energiaa kallion kovuuden mukaan …

Tällä hetkellä maailmassa on yli 30 suurta hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistajaa. Alkuperänsä mukaan ne voidaan jakaa eurooppalaisiin, japanilaisiin, korealaisiin ja kiinalaisiin kotimaisiin merkkeihin, joista vain muutama merkki myydään maailmanlaajuisesti. Eurooppalaisilla hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistajilla on ominaisuutenaan valmistuksen, brändin ja palvelun yhdistäminen; tuotantoyrityksillä on sekä vahvat tekniset tutkimus- ja kehityskyvyt että omat markkinointiverkostonsa ja asiakaspalvelukyvyt. Jokainen hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistaja korostaa omaa brändinsä rakentamista, ja alan keskittymisaste on korkea. Viime vuosina kolme suurta teollisuuden yhdistymistä ja uudelleenjärjestelyä on saatu päätökseen, mikä on johtanut kolmen suuren merkin – Rammer (mukaan lukien Toyo), Atlas Copco (mukaan lukien Krupp) ja Doosanin Montabert – muodostumiseen. Japanilaiset hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistajat ovat samankaltaisia kuin eurooppalaiset tuotantoyritykset – heillä on yleensä myös omat markkinointiverkostonsa ja he tarjoavat samanaikaisesti palveluita asiakkaille. Jokainen hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistaja korostaa omaa brändinsä rakentamista, ja alan keskittymisaste on suhteellisen korkea. Vain Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (jonka on jo ostanut Rammer) ja Okada – yhteensä seitsemän yritystä – toimivat koko maassa. Korean hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistajilla on ominaisuutenaan valmistuksen, brändin ja palvelun erottaminen toisistaan; kokonaisala on suhteellisen tarkasti jaettu teollisuuden alaosioihin, ja pienimuotoisia osien valmistajia on runsaasti; hydraulisen kallionmurtojärjestelmän jakelijoita on lähes sata, mutta laajamittaisia valmistajia ovat vain Soosan, Hanwoo, Daemo, MSB ja muutama muu. Taulukko 1–1 esittää pääasiallisten maailmanlaajuisten hydraulisen kallionmurtojärjestelmän valmistajien vuosittaisen tuotannon yleiskatsauksen vuodelta 2010.

Taulukko 1-1 Merkittävien maailmanlaajuisten hydraulisten kallionmurtojärjestelmien valmistajien vuosittainen tuotanto yhteenveto vuonna 2010 (Kiinaa ei sisällytetty)

Kiinan tutkimus hydraulisten murtoainekkaiden alalla ei aloittanut myöhään. Jo 1970-luvun puolivälissä kotimaiset tieteelliset tutkimuslaitokset ja yliopistot olivat jo tulleet mukaan tähän alaan, kuten Pekingin teräs- ja rautateollisuuden korkeakoulu, Zhongnanin kaivosteollisuuden korkeakoulu, Changshain kaivostutkimuslaitos ja Changshain kaivostutkimuslaitos. Kiinalaiset tutkijat suorittivat syvällistä tutkimusta hydraulisesta värähtelytekniikasta ja saavuttivat monia tutkimustuloksia, mutta tuohon aikaan kotimaisten hydraulisten teknologioiden yleinen kehitys oli hitaata ja valmistustasot suhteellisen alhaisia, mikä esti merkittävien läpimurtojen saavuttamisen tuotekehityksessä. 1980-luvun jälkeen kiinalaiset tutkijat suorittivat omia tutkimuksiaan samalla kun he ottivat käyttöön ulkomaisia teknologioita ja johtoasemassa kehittivät kaivosteollisuudessa omaa profiilia omaavia hydraulisia kallionporakoneita ja hydraulisia kalliomurskaimia. Joitakin kotimaisia ilmapaineella toimivia työkalutehtaita ja rakennuskoneiden tehtaita liittyi myös tutkimustyöhön, kuten Jilinin Tonghua Ilmapaineella Toimivien Työkalujen Tehdas, Shanghaissa sijaitseva Rakennuskoneiden Tehdas ja Shenyan ilmapaineella toimivien työkalujen tehdas, jotka kaikki järjestivät voimansa tuotteiden tutkimukseen ja testaukseen; kuitenkin takia vanhentunutta tuotantoteknologiaa ja epävakaata tuotteen laatua hydraulisten kallionmurtoainekkaiden kehitys jäi rajoitetuksi. Vuonna 1988 saksalainen Krupp-yhtiö tuli Kiinaan tuotteillaan pitämään 'Hydraulisten kallionmurtoainekkaiden tuotenäyttöä', johon osallistui yli 200 henkilöä kotimaisista tieteellisistä tutkimuslaitoksista ja yrityksistä; tuotteiden tehokkaat ominaisuudet herättivät osallistujissa suurta kiinnostusta, ja Kruppin tuotteet alkoivat saada jalansijaa Kiinassa. Hyödyntäen tätä tilaisuutta Tianjinin insinöörim koneiden tutkimuslaitos ja Harbinin teknillinen yliopisto analysoivat ja tutkivat Kruppin tuotteita; Changzhin hydraulisten osien tehdas ja Shanghaissa sijaitseva rakennuskoneiden tehdas aloittivat omien tuotteidensa kokeellisen tuotannon.

Vuoden 1990 puolivälin tienoilla Kiinan nopean talouskehityksen, nopean kaupunkimuutoksen ja kasvavien infrastruktuurisijoitusten myötä rakennusalan mekanisointiaste jatkoi parantumistaan. Kiinan hydraulisten kallionmurtojärjestelmien markkinoille alkoi historian paras kehityskausi; useat tunnetut ulkomaiset yritykset alkoivat yksi toisensa jälkeen tulla Kiinaan. Myös kotimaiset yritykset nousivat vastaamaan kilpailua, ja yli vuosikymmenen mittaisen työn jälkeen muodostui vähitellen useita tunnettuja kotimaisia merkkejä, kuten Anhui Jingye (Jingye), Yantai Aide, Jiangsu Libosite ja Changzhi Hydraulic.