Przegląd hydraulicznych młotów skalnych

1.1 Przegląd hydraulicznych młotów skalnych

Hydrauliczny młot skalny, nazywany również hydrauliczną kruszarką lub hydraulicznym urządzeniem uderzeniowym, jest maszyną hydrauliczną działającą na zasadzie uderzenia i drgań. Wykorzystując olej hydrauliczny pod wysokim ciśnieniem jako środek roboczy, osiąga ona szybki ruch posuwisto-zwrotny tłoka wewnątrz korpusu cylindra dzięki sprzężeniu zwrotnemu między systemem sterowania zaworami a systemem cylinder-tłok, przekształcając w ten sposób energię hydrauliczną w energię mechaniczną tłoka oraz napędzając ostrze robocze do wykonywania pracy na zewnątrz.

Głównymi funkcjami hydraulicznego młota skalnego są: uderzanie i wibracje. Ze względu na wysokomocowe cechy uderzeniowo-wibracyjne hydrauliczny młot skalny znajduje szerokie zastosowanie w metalurgii, górnictwie, budownictwie kolejowym i drogowym, budownictwie ogólnym, inżynierii miejskiej oraz dewelopmencie nieruchomości. Może wykonywać prace wykopowe, rozbijania, rozbiórkowe oraz inne operacje na skałach, betonie, stalownicach, żużlu, gruncie zamarzniętym, lodzie, betonowych nawierzchniach dróg, płytach mostowych oraz budynkach. Dodatkowo, poprzez wymianę klinów roboczych, może być również stosowany do klepania nitami, usuwania rdzy, zagęszczania gruntów oraz wbijania pali.

Typowe obszary zastosowania hydraulicznych młotów skalnych to:

(1) Górnictwo — wydobycie kamienia w kamieniołomach, ekstrakcja kamienia, przebijanie tuneli, łamanie prętów kratowych (grizzly), wtórne rozbijanie skał;

(2) Przemysł metalurgiczny — maszyny do demontażu pieców, maszyny do oczyszczania stalownic, maszyny do demontażu urządzeń, maszyny do otwierania otworów odpływu (tap-hole) służące do czyszczenia żużla ze stalownic oraz demontażu obudowy pieców;

(3) Inżynieria miejska — łamanie nawierzchni drogowej w budownictwie wodno-kanalizacyjnym, gazowniczym i elektroenergetycznym, łamanie twardych podłoży, wykonywanie wykopów oraz wiercenie otworów;

(4) Budownictwo — rozbiórka starych budynków, łamanie betonu, zagęszczanie gruntu;

(5) Drogi i linie kolejowe — robocze wybuchy do otwarcia dróg, łamanie betonowej nawierzchni drogowej, remont autostrad, wbijanie pali ogrodzeniowych, rozbiórka mostów drogowych.

Jako nowe, wysokiej wydajności narzędzie hydrauliczne, młoty hydrauliczne do łamania skał mają w porównaniu z tradycyjnymi pneumatycznymi urządzeniami uderzeniowymi szereg nieosiągalnych zalet, które przejawiają się przede wszystkim w następujących aspektach:

— Duża energia uderzenia. Młot hydrauliczny do łamania skał może być dopasowany i zaprojektowany zgodnie z ciśnieniem oleju oraz przepływem dostarczanymi przez maszynę nośną, a także z siłą docisku. Energia uderzenia wynosi zazwyczaj od 300 do 10 000 dżuli; obecnie największy na świecie młot hydrauliczny do łamania skał jest w stanie dostarczyć pojedynczą energię uderzenia o wartości 30 000 dżuli.

— Wysoka wydajność robocza. Wydajność robocza hydraulicznego młota do skał osiąga zazwyczaj 60–65%; w przypadku urządzeń o szczególnie wysokiej wydajności może ona sięgać 70%, podczas gdy wydajność robocza narzędzi pneumatycznych wynosi jedynie 20–30%.

— Oszczędność energii. Medium robocze hydraulicznego młota do skał to odnawialne oleje hydrauliczne pod wysokim ciśnieniem, a urządzenie wyposażone jest dodatkowo w akumulator ciśnienia; natomiast medium robocze narzędzi pneumatycznych to sprężone powietrze, które nie tylko zużywa dużą ilość energii cieplnej w trakcie procesu sprężania, ale także rozprasza znaczną ilość energii podczas odprowadzania gazów.

— Niski poziom hałasu. Standardowy poziom hałasu hydraulicznego młota do skał wynosi 95–98 dB; typy niskohałasowe generują hałas na poziomie 85–87 dB. Narzędzia pneumatyczne, ze względu na dźwięk wybuchowego rozprężania sprężonego gazu podczas jego odprowadzania, generują hałas przekraczający jednolicie 100 dB. W obecnych czasach, gdy wymagania dotyczące ochrony środowiska stają się coraz surowsze, hydrauliczne młoty do skał posiadają istotną wartość.

—— Dobra budowlaność i niskie koszty konserwacji. Hydrauliczny młotek do skał działa w tandemie z maszyną nośną i umożliwia bardzo łatwe wykonywanie operacji pod różnymi kątami przestrzennymi; młotek do skał jest całkowicie osłonięty, żywotność jego komponentów jest długa, konserwacja jest prosta i wygodna, a ogólne koszty eksploatacji są niskie.

1.2 Krótki przegląd historii rozwoju hydraulicznych młotków do skał

Na początku XX wieku ludzie systematycznie badali przekładnie pneumatyczne i hydrauliczne, aktywnie eksplorując urządzenia hydrauliczne zdolne do przekazywania dużej mocy oraz sterowania. W 1963 r. niemiecka firma Krupp złożyła wniosek o pierwszy na świecie patent na urządzenie wibracyjne hydrauliczne; w 1967 r. zaprezentowała na Targach Hanowerskich pierwszy na świecie praktycznie przydatny hydrauliczny młotek do skał montowany na nośniku – model HM400. Zastosowano go po raz pierwszy w robotach fundamentowych, takich jak kruszenie betonowych nawierzchni dróg, naprawa fundamentów, wykopywanie rowów w trudnym gruncie czy pozyskiwanie dużych bloków skalnych w kamieniolomach. Francuska firma Montabert złożyła w 1964 r. patent na pierwszy na świecie ręczny hydrauliczny młotek do skał (seria BBH) oraz zaprojektowała w 1969 r. produkt hydraulicznego młotka do skał serii BRH. Ze względu na potężne funkcje i szerokie perspektywy zastosowań hydrauliczne młotki do skał szybko zyskały ogromne uznanie w Europie, Japonii i innych krajach oraz dynamicznie się rozwijały. Liczne firmy dokonały znacznych inwestycji w zakresie rozwoju, projektowania i testowania urządzeń wibracyjnych hydraulicznych, a na rynek pojawiły się hydrauliczne młotki do skał różnej wielkości, typów i przeznaczenia. Obszary ich zastosowania stale się powiększały, parametry techniczne ciągle się poprawiały, a produkty były systematycznie uaktualniane i zastępowane nowszymi wersjami. W 1985 r. Krupp wprowadziła technologię tłumienia wibracji w hydraulicznych młotkach do skał, w 1995 r. udoskonaliła system tłumienia wibracji, w 1998 r. wprowadziła technologię ochrony przed zużyciem 'Marathon', a w 2000 r. zaprezentowała serie produktów 'ECO' i 'Marathon'. Firma Montabert w 1987 r. wprowadziła serię BRV z samoregulacją energii, a w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie rynkowe w 1992 r. zaprezentowała mniejsze młotki do skał serii BRP. Firma Rammer, założona w 1978 r. w Finlandii, mimo krótkiej historii stała się dominującą siłą na rynku hydraulicznych młotków do skał – od samego początku wprowadziła na rynek młotek S600, najcięższy na świecie w tamtym czasie; młotek S2000, wprowadzony w 1981 r., ważył 3 tony; produkty serii z 1986 r. oparto na zasadzie 'stałej energii uderzenia (CBE)'; w 1991 r. wprowadzono ultra-ciche produkty serii City; w 1995 r. opracowano system 'City Pro', który umożliwiał operatorowi dobór charakterystyki hydraulicznego młotka do skał w zależności od rodzaju materiału poddawanego uderzeniom, a także system redukcji pyłu za pomocą strumienia wody. Japońska firma Konan w 1973 r. nabyła technologię Krupp i rozpoczęła produkcję hydraulicznych młotków do skał serii MKB; następnie japońskie firmy Furukawa, Teisaku i Toku rozpoczęły rozwój hydraulicznych młotków do skał na bazie urządzeń uderzeniowych pneumatycznych; firma NPK została założona w 1985 r. Koreańska firma Soosan, założona w 1984 r., przyczyniła się do szybkiego rozwoju koreańskich hydraulicznych młotków do skał. Włoska firma INDECO została założona w 1976 r.; w 1986 r. zaprezentowała rozwój 'inteligentnego hydraulicznego młotka do skał', który potrafi dostosowywać częstotliwość i energię uderzenia w zależności od twardości skały…

Obecnie na całym świecie działa ponad 30 głównych producentów hydraulicznych młotków skalnych. Ze względu na pochodzenie można je podzielić na europejskie, japońskie, koreańskie oraz chińskie marki krajowe; spośród nich jedynie kilka marek jest sprzedawanych na całym świecie. Europejscy producenci hydraulicznych młotków skalnych charakteryzują się połączeniem produkcji, marki i obsługi w jednym przedsiębiorstwie; ich producenci dysponują zarówno silnymi możliwościami technicznego badań i rozwoju (R&D), jak i własnymi sieciami marketingowymi oraz zdolnościami do obsługi klientów. Każdy producent hydraulicznych młotków skalnych kładzie nacisk na budowanie własnej marki, a stopień koncentracji branżowej jest wysoki. W ostatnich latach zakończono trzy główne fuzje i restrukturyzacje branżowe, w wyniku których utworzono trzy główne marki: Rammer (w tym Toyo), Atlas Copco (w tym Krupp) oraz Montabert należący do Doosan. Japońscy producenci hydraulicznych młotków skalnych są podobni do europejskich producentów — zazwyczaj również posiadają własne sieci marketingowe i jednocześnie zapewniają obsługę klientom. Każdy producent hydraulicznych młotków skalnych kładzie nacisk na budowanie własnej marki, a stopień koncentracji branżowej jest stosunkowo wysoki. Na całym terytorium Japonii działają jedynie siedem firm: Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (która została już przejęta przez Rammera) oraz Okada. Koreańscy producenci hydraulicznych młotków skalnych charakteryzują się rozdzieleniem produkcji, marki i obsługi; ogólna struktura podziału pracy przemysłowej jest stosunkowo wyrafinowana, istnieje wiele małych zakładów produkujących części; liczba dystrybutorów hydraulicznych młotków skalnych zbliża się do stu, natomiast producentami o znacznej skali działalności są jedynie Soosan, Hanwoo, Daemo, MSB oraz kilka innych firm. Tabela 1-1 przedstawia przegląd rocznej produkcji głównych światowych producentów hydraulicznych młotków skalnych w 2010 r.

Tabela 1-1: Przegląd rocznej produkcji głównych światowych producentów hydraulicznych młotów górniczych w 2010 r. (bez Chin)

Badania przeprowadzane w Chinach nad kruszarkami hydraulicznymi rozpoczęto dość wcześnie. Już w połowie lat 70. ubiegłego wieku krajowe instytuty badawcze oraz uczelnie wyższe zaangażowały się w tę dziedzinę, m.in. Pekinowska Akademia Stali i Żelaza, Akademia Górnicza Zhongnan, Changsha Instytut Badań Górniczych oraz Changsha Instytut Badań Górniczych. Chińscy naukowcy przeprowadzili dogłębne badania nad technologią wibracji hydraulicznej i osiągnęli wiele wyników naukowych; jednak ze względu na ogólnie powolny rozwój krajowej techniki hydraulicznej w tamtym okresie oraz stosunkowo niski poziom produkcji nie udało się osiągnąć istotnego przełomu w zakresie rozwoju produktów. Po latach 80. chińscy badacze, prowadząc własne badania, zaczęli również importować technologie i jako pierwsi opracowali w branży górniczej własnego typu młoty skalne hydrauliczne oraz kruszarki kamienne hydrauliczne. Do badań tych przyłączyły się także niektóre krajowe zakłady narzędzi pneumatycznych i maszyn budowlanych, takie jak Zakład Narzędzi Pneumatycznych w Tonghua (Jilin), Szanghajski Zakład Maszyn Budowlanych oraz Szukjangski Zakład Narzędzi Pneumatycznych, które zorganizowały zespoły badawcze do prowadzenia badań i testów produktów; jednak z powodu przestarzałej technologii produkcyjnej oraz niestabilnej jakości produktów rozwój młotów skalnych hydraulicznych pozostawał ograniczony. W 1988 r. niemiecka firma Krupp przybyła do Chin z produktami, organizując „Targi produktów młotów skalnych hydraulicznych”, na które przybyło ponad 200 przedstawicieli krajowych instytutów badawczych i przedsiębiorstw; potężne funkcje prezentowanych produktów wywołały ogromne zainteresowanie uczestników, a produkty firmy Krupp zaczęły trafiać na rynek chiński. Wykorzystując tę okazję, Tianjinowski Instytut Badań nad Maszynami Inżynieryjnymi oraz Harbinski Politechnik przeprowadzili analizę i badania produktów firmy Krupp; natomiast Zakład Części Hydraulicznych w Changzhi oraz Szanghajski Zakład Maszyn Budowlanych rozpoczęły próbne wytwarzanie własnych produktów.

W połowie lat 90. XX wieku, wraz z szybkim rozwojem gospodarczym Chin, szybką transformacją obszarów miejskich oraz rosnącymi inwestycjami w infrastrukturę, stopień mechanizacji w budownictwie inżynierskim ciągle wzrastał. Chiński rynek młotów hydraulicznych do skał wszedł w najlepszy w historii okres rozwoju; szereg znanych zagranicznych przedsiębiorstw zaczęło sukcesywnie wchodzić na chiński rynek. Przedsiębiorstwa krajowe również podjęły wyzwanie konkurencji, a po ponad dziesięcioletnich wysiłkach stopniowo wykształciły się liczne znane marki krajowe, takie jak Anhui Jingye (Jingye), Yantai Aide, Jiangsu Libosite oraz Changzhi Hydraulic.