Panoramica sui frantumatori idraulici per roccia

1.1 Panoramica sui frantumatori idraulici per roccia

Un frantumatore idraulico per roccia, noto anche come frantumatore idraulico o dispositivo idraulico ad impatto, è una macchina idraulica ad impatto e vibrazione. Utilizzando olio idraulico ad alta pressione come mezzo di lavoro, consente un rapido movimento alternato del pistone all’interno del corpo cilindrico grazie al feedback tra il sistema di controllo valvole e il sistema cilindro-pistone, convertendo così l’energia idraulica in energia meccanica del pistone e azionando la punta per eseguire lavoro all’esterno.

Le funzioni principali di un demolitore idraulico sono: impatto e vibrazione. Grazie alle caratteristiche ad alto rendimento di impatto-vibrazione, il demolitore idraulico è ampiamente utilizzato nei settori della metallurgia, dell’estrazione mineraria, delle ferrovie, delle strade, delle costruzioni, dell’ingegneria civile e dello sviluppo immobiliare. Può eseguire operazioni di scavo, frantumazione, demolizione e altre su roccia, calcestruzzo, secchielli per acciaio, scorie, terreno ghiacciato, ghiaccio, superfici stradali in calcestruzzo, solette di ponti e edifici. Inoltre, sostituendo la scalpella, può essere utilizzato anche per operazioni di ribaditura, rimozione della ruggine, costipamento e infissione di pali.

Le aree di applicazione più comuni dei demolitori idraulici sono:

(1) Estrazione mineraria — cave, estrazione di pietra, scavo di gallerie, rottura di griglie, frantumazione secondaria della roccia;

(2) Industria metallurgica — macchine per lo smantellamento di forni, macchine per la pulizia di secchielli per acciaio, macchine per lo smontaggio, macchine per l’apertura dei fori di scarico, destinate alla pulizia delle scorie nei secchielli per acciaio e allo smantellamento del rivestimento dei forni;

(3) Ingegneria municipale — frantumazione del manto stradale nei cantieri idraulici, gas elettrici, frantumazione di fondazioni rigide, scavo di trincee, perforazione di fori;

(4) Costruzione edilizia — demolizione di edifici vecchi, frantumazione di calcestruzzo, compattazione del terreno;

(5) Strade e ferrovie — esplosioni per l’apertura di strade, frantumazione del manto stradale in calcestruzzo, ripristino di autostrade, infissione di pali per barriere di sicurezza, demolizione di ponti stradali.

Come nuovo utensile idraulico ad alta efficienza, rispetto ai tradizionali utensili pneumatici a percussione, i frantumatori idraulici presentano una serie di vantaggi insuperabili, principalmente evidenziati nei seguenti punti:

— Elevata energia d’urto. Un frantumatore idraulico può essere abbinato e progettato in base alla pressione e alla portata dell’olio fornite dalla macchina portatrice, nonché alla forza di spinta. L’energia d’urto è generalmente compresa tra 300 e 10.000 joule; attualmente il più grande frantumatore idraulico al mondo è in grado di erogare un’energia d’urto singola pari a 30.000 joule.

— Elevata efficienza operativa. L'efficienza operativa di un demolitore idraulico per roccia raggiunge generalmente il 60–65%; nei modelli di prestazioni superiori può arrivare al 70%, mentre l'efficienza operativa di uno strumento pneumatico è solo del 20–30%.

— Risparmio energetico. Il mezzo di lavoro di un demolitore idraulico per roccia è olio idraulico ad alta pressione, riutilizzabile e abbinato a un accumulatore; il mezzo di lavoro di uno strumento pneumatico è invece aria compressa, che non solo consuma una grande quantità di energia termica nel processo di compressione, ma disperde anche una notevole quantità di energia nel processo di scarico.

— Basso livello di rumore. Il rumore standard di un demolitore idraulico per roccia è compreso tra 95 e 98 dB; i modelli a basso rumore emettono invece un livello sonoro compreso tra 85 e 87 dB. Gli strumenti pneumatici, a causa del rumore esplosivo generato dall’espansione improvvisa del gas compresso in fase di scarico, producono costantemente un livello di rumore superiore a 100 dB. Nella società odierna, caratterizzata da requisiti sempre più stringenti in materia di protezione ambientale, i demolitori idraulici per roccia rivestono un’importanza fondamentale.

—— Buona costruibilità e costi di manutenzione ridotti. Un demolitore idraulico opera in abbinamento alla macchina portatrice e consente di eseguire agevolmente operazioni con diversi angoli spaziali; il demolitore è completamente chiuso, la durata dei componenti è elevata, la manutenzione è semplice e comoda e i costi complessivi di esercizio sono contenuti.

1.2 Breve storia dello sviluppo dei demolitori idraulici

All'inizio del XX secolo, le persone studiarono sistematicamente la trasmissione pneumatica e idraulica, esplorando attivamente dispositivi idraulici in grado di trasmettere potenze elevate e di controllare il processo. Nel 1963, la società tedesca Krupp depositò il primo brevetto al mondo per un dispositivo idraulico vibrante; nel 1967, in occasione della Fiera di Hannover, presentò il primo frantumatore idraulico montato su veicolo portatore di valore pratico, l'HM400. Fu impiegato inizialmente nei lavori di costruzione delle fondazioni, ad esempio per frantumare superfici stradali in calcestruzzo, riparare fondazioni, scavare trincee su terreni duri, estrarre blocchi di roccia di grandi dimensioni… La società francese Montabert depositò nel 1964 il brevetto per il primo frantumatore idraulico portatile (serie BBH) e progettò nel 1969 la serie di frantumatori idraulici BRH. Grazie alle elevate prestazioni e alle ampie prospettive applicative dei frantumatori idraulici, questi ultimi furono rapidamente oggetto di grande attenzione in Europa, Giappone e altri paesi, sviluppandosi con notevole rapidità. Numerose aziende effettuarono ingenti investimenti nello sviluppo, nella progettazione e nei collaudi di apparecchiature idrauliche vibranti, e apparvero uno dopo l'altro frantumatori idraulici di diverse dimensioni, tipologie e funzionalità. Le aree di applicazione continuarono a espandersi, le prestazioni tecniche a migliorare costantemente e i prodotti a essere continuamente aggiornati e sostituiti. Krupp introdusse nel 1985 la tecnologia idraulica di smorzamento delle vibrazioni per i frantumatori, migliorò il sistema di smorzamento nel 1995, lanciò nel 1998 la tecnologia di protezione dall'usura 'Marathon' e presentò nel 2000 le serie di prodotti 'ECO' e 'Marathon'. La società Montabert lanciò nel 1987 la serie BRV dotata di regolazione automatica dell'energia e, in risposta alla crescente domanda di mercato, introdusse nel 1992 la serie di frantumatori compatti BRP. La società finlandese Rammer, fondata nel 1978, pur avendo una storia breve, divenne una forza dominante nel settore dei frantumatori idraulici: fin dall'inizio lanciò il frantumatore S600, allora il più grande al mondo; il modello S2000, lanciato nel 1981, pesava 3 tonnellate; la serie del 1986 adottava il principio 'Constant Blow Energy (CBE)'; la serie City, ultra-silenziosa, fu introdotta nel 1991; il sistema 'City Pro', sviluppato nel 1995, consentiva agli operatori di selezionare le prestazioni del frantumatore idraulico in base al materiale da frantumare, nonché di utilizzare un sistema di soppressione della polvere mediante getto d'acqua. La società giapponese Konan, nel 1973, acquisì la tecnologia Krupp per produrre i frantumatori idraulici MKB; successivamente, le aziende giapponesi Furukawa, Teisaku e Toku iniziarono a sviluppare frantumatori idraulici sulla base di dispositivi pneumatici a percussione; NPK fu fondata nel 1985. La società coreana Soosan, fondata nel 1984, diede un forte impulso allo sviluppo dei frantumatori idraulici in Corea. L'azienda italiana INDECO fu fondata nel 1976; nel 1986 presentò lo sviluppo di un 'frantumatore idraulico intelligente' in grado di regolare automaticamente la frequenza e l'energia degli urti in base alla durezza della roccia…

Attualmente esistono oltre 30 importanti produttori mondiali di frantumatori idraulici per roccia. Classificati in base all'origine, possono essere suddivisi in marchi europei, giapponesi, coreani e cinesi nazionali; tra questi, solo pochi marchi sono commercializzati a livello globale. I produttori europei di frantumatori idraulici per roccia presentano la caratteristica di integrare produzione, marchio e servizio in un'unica entità: i produttori industriali dispongono sia di solide capacità tecniche di ricerca e sviluppo, sia di reti commerciali proprie e di competenze dedicate all’assistenza clienti. Ogni produttore di frantumatori idraulici per roccia pone l’accento sullo sviluppo del proprio marchio; la concentrazione settoriale è elevata e, negli ultimi anni, si sono completate tre principali fusioni e riorganizzazioni industriali, dando origine ai tre principali marchi Rammer (inclusa Toyo), Atlas Copco (inclusa Krupp) e Montabert di Doosan. I produttori giapponesi di frantumatori idraulici per roccia sono simili ai produttori europei: anch’essi possiedono generalmente reti commerciali proprie e forniscono contemporaneamente servizi ai clienti. Anche in questo caso ogni produttore sottolinea l’importanza della costruzione del proprio marchio e la concentrazione settoriale risulta relativamente elevata. Solo sette aziende — Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (già acquisita da Rammer) e Okada — operano su scala nazionale. I produttori coreani di frantumatori idraulici per roccia presentano invece la caratteristica di separare produzione, marchio e servizio: la divisione generale del lavoro industriale è relativamente articolata, con numerosi piccoli impianti specializzati nella produzione di componenti; esistono circa cento distributori di frantumatori idraulici per roccia, ma i produttori di dimensioni significative sono soltanto Soosan, Hanwoo, Daemo, MSB e alcuni altri. La Tabella 1-1 fornisce una panoramica della produzione annuale dei principali produttori mondiali di frantumatori idraulici per roccia nel 2010.

Tabella 1-1 Panoramica dell’output annuale dei principali produttori mondiali di frantumatori idraulici per roccia nel 2010 (esclusa la Cina)

La ricerca cinese sui frantumatori idraulici è iniziata non troppo tardi. Già a metà degli anni '70, istituti nazionali di ricerca scientifica e università avevano già intrapreso studi in questo campo, tra cui il Beijing Steel and Iron College, il Zhongnan Mining College, l’Istituto di Ricerca Mineraria di Changsha e l’Istituto di Ricerca Mineraria di Changsha. I ricercatori cinesi hanno condotto ricerche approfondite sulla tecnologia delle vibrazioni idrauliche ottenendo numerosi risultati, ma, a causa del complessivo sviluppo lento della tecnologia idraulica nazionale in quel periodo e dei livelli produttivi relativamente bassi, non si è registrato alcun progresso sostanziale nello sviluppo di prodotti. Dagli anni '80 in poi, i ricercatori cinesi, pur conducendo ricerche autonome, hanno anche introdotto tecnologie estere e sono stati i primi a sviluppare perforatrici idrauliche per roccia e frantumatori idraulici per pietre con caratteristiche proprie nel settore minerario. Alcune fabbriche nazionali di utensili pneumatici e di macchine edili hanno inoltre aderito al programma di ricerca, tra cui la Jilin Tonghua Pneumatic Tool Plant, la Shanghai Construction Machinery Plant e la Shenyang Pneumatic Tool Plant, che hanno tutte mobilitato risorse per avviare attività di ricerca e collaudo sui prodotti; tuttavia, a causa della tecnologia produttiva arretrata e della qualità instabile dei prodotti, lo sviluppo dei frantumatori idraulici per roccia ha subito limitazioni. Nel 1988, la società tedesca Krupp ha portato in Cina i propri prodotti per organizzare una «Mostra dei prodotti per frantumatori idraulici per roccia», alla quale hanno partecipato oltre 200 persone provenienti da istituti nazionali di ricerca scientifica e da imprese; le elevate prestazioni dei prodotti hanno suscitato grande interesse tra i partecipanti e i prodotti Krupp hanno cominciato a entrare sul mercato cinese. Approfittando di questa opportunità, l’Istituto di Ricerca sulle Macchine per Lavori Pubblici di Tianjin e l’Università di Tecnologia di Harbin hanno analizzato e studiato i prodotti Krupp; la Changzhi Hydraulic Parts Factory e la Shanghai Construction Machinery Plant hanno avviato la produzione sperimentale di propri prodotti.

Verso la metà degli anni Novanta, con lo sviluppo economico rapido della Cina, la trasformazione urbana accelerata e gli investimenti crescenti nelle infrastrutture, il grado di meccanizzazione nelle costruzioni ingegneristiche continuò a migliorare. Il mercato cinese dei frantumatori idraulici per roccia entrò nel migliore periodo di sviluppo della sua storia; numerose note aziende straniere iniziarono a entrare sul mercato cinese una dopo l’altra. Anche le imprese nazionali si fecero avanti per affrontare la concorrenza e, dopo oltre un decennio di sforzi, riuscirono gradualmente a costituire una serie di noti marchi nazionali, tra cui Anhui Jingye (Jingye), Yantai Aide, Jiangsu Libosite e Changzhi Hydraulic.