Prezentare generală a spărgătoarelor hidraulice pentru stânci

1.1 Prezentare generală a spartorilor hidraulici de stâncă

Un spartor hidraulic de stâncă, denumit și drojdie hidraulică sau dispozitiv hidraulic de impact, este o mașină hidraulică de impact-vibrație. Folosind ulei hidraulic la înaltă presiune ca mediu de lucru, aceasta realizează o mișcare rapidă alternativă a pistonului în interiorul carcasei cilindrului prin retroacțiunea dintre un sistem de comandă a valvei și un sistem cilindru-piston, transformând astfel energia hidraulică în energie mecanică a pistonului și antrenând burghiul pentru efectuarea unui lucru exterior.

Funcțiile principale ale unui spărgător hidraulic de stâncă sunt: impactul și vibrația. Datorită caracteristicilor de impact-vibrație de înaltă putere ale spărgătorului hidraulic de stâncă, acesta este utilizat pe scară largă în domeniile metalurgiei, mineritului, căilor ferate, drumurilor, construcțiilor, ingineriei municipale și dezvoltării imobiliară. Poate efectua operațiuni de săpare, spargere, demolare și alte operațiuni asupra stâncii, betonului, cazanelor de oțel, zgurei, solului înghețat, gheții, suprafețelor de drum din beton, platformelor podurilor și clădirilor. În plus, prin înlocuirea sculei (burghiului), poate fi folosit și pentru operațiuni de nituire, îndepărtare a ruginii, bătătorire și batere piloți.

Zonele obișnuite de aplicare ale spărgătoarelor hidraulice de stâncă sunt:

(1) Minerit — extracție din cariere, extracție de piatră, forare tuneluri, spargere bare grilă, spargere secundară a stâncii;

(2) Industria metalurgică — mașini pentru demontarea cuptoarelor, mașini pentru curățarea cazanelor de oțel, mașini pentru demontare, mașini pentru deschiderea gurilor de scurgere, destinate curățării zgurei din cazanele de oțel și demolării căptușelii cuptoarelor;

(3) Inginerie municipală — spargerea suprafeței drumurilor în construcțiile de apă, gaze și electricitate, spargerea fundațiilor rigide, săparea tranșeelor, forarea găurilor;

(4) Construcții civile — demolarea clădirilor vechi, spargerea betonului, compactarea terenului;

(5) Drumuri și căi ferate — detonarea pentru deschiderea drumurilor, spargerea suprafeței drumurilor de beton, reparația autostrăzilor, baterea piloților pentru balustradele de protecție, demolarea podurilor rutiere.

Ca un nou instrument hidraulic de înaltă eficiență, comparativ cu uneltele tradiționale de impact pneumatic, spărgătoarele hidraulice de stâncă dispun de o serie de avantaje inegalate, reflectate în principal în următoarele puncte:

— Energia de impact mare. O spărgătoare hidraulică de stâncă poate fi adaptată și proiectată în funcție de presiunea și debitul de ulei furnizate de mașina purtătoare, precum și de forța de împingere. Energia de impact este, în general, între 300 și 10.000 jouli; cea mai mare spărgătoare hidraulică de stâncă din lume poate livra în prezent o energie de impact unică de 30.000 jouli.

— Randament ridicat al lucrului. Randamentul de lucru al unei spărgătoare hidraulice pentru stânci este, în general, de 60 % până la 65 %; cele cu performanțe superioare pot atinge 70 %, în timp ce randamentul de lucru al uneltelor pneumatice este doar de 20 % până la 30 %.

— Economisire de energie. Mediul de lucru al unei spărgătoare hidraulice pentru stânci este uleiul hidraulic înalt presurizat, care poate fi reutilizat, iar dispozitivul este echipat, în același timp, cu un acumulator; în schimb, mediul de lucru al uneltelor pneumatice este aerul comprimat, care nu numai că consumă o cantitate mare de energie termică în procesul de compresie, ci și disipează o cantitate mare de energie în procesul de evacuare.

— Zgomot redus. Nivelul de zgomot standard al unei spărgătoare hidraulice pentru stânci este de 95–98 dB; tipurile cu zgomot redus au un nivel de 85–87 dB. Uneltele pneumatice, datorită sunetului exploziv generat de expansiunea bruscă a gazului comprimat la evacuare, produc un zgomot uniform superior lui 100 dB. În societatea actuală, unde cerințele de protecție a mediului devin din ce în ce mai stricte, spărgătorile hidraulice pentru stânci dețin o valoare importantă.

— Constructibilitate bună și costuri reduse de întreținere. Un spargător hidraulic de stânci funcționează împreună cu mașina portatoare și poate realiza foarte ușor operațiuni la diverse unghiuri spațiale; spargătorul de stânci este complet închis, durata de viață a componentelor este lungă, întreținerea este simplă și convenabilă, iar costurile totale de exploatare sunt reduse.

1.2 O scurtă istorie a dezvoltării spargătoarelor hidraulice de stânci

La începutul secolului al XX-lea, oamenii au studiat sistematic transmisia pneumatică și hidraulică, explorând activ dispozitivele hidraulice capabile să transmită putere mare și să asigure comanda. În 1963, compania germană Krupp a depus prima cerere de brevet din lume pentru un dispozitiv hidraulic de vibrație; în 1967, a expus la Târgul din Hanovra primul ciocan hidraulic montat pe purtător cu valoare practică din lume, modelul HM400. Acesta a fost utilizat inițial în lucrări de construcție a fundațiilor, cum ar fi zdrobirea suprafețelor de drum din beton, reparația fundațiilor, săparea tranșeelor în terenuri dure sau extragerea blocurilor mari de rocă… Compania franceză Montabert a depus, de asemenea, în 1964 primul brevet pentru un ciocan hidraulic de stâncă portabil (seria BBH) și a proiectat, în 1969, produsul ciocan hidraulic de stâncă seria BRH. Datorită funcționalității puternice și a perspectivei largi de aplicare a ciocanelor hidraulice de stâncă, acestea au fost rapid luate foarte în serios în Europa, Japonia și alte țări și s-au dezvoltat rapid. Multe companii au investit sume mari în cercetarea, proiectarea și testarea echipamentelor hidraulice de vibrație, iar ciocane hidraulice de stâncă de diverse dimensiuni, tipuri și funcționalități au apărut unul după altul. Domeniile de aplicare s-au extins continuu, performanța tehnică s-a îmbunătățit în mod constant, iar produsele au fost actualizate și înlocuite în mod continuu. Krupp a lansat, în 1985, tehnologia hidraulică de amortizare a vibrațiilor pentru ciocanele de stâncă, a îmbunătățit sistemul de amortizare a vibrațiilor în 1995, a lansat în 1998 tehnologia de protecție anti-uzură 'Marathon' și a introdus, în 2000, seriile de produse 'ECO' și 'Marathon'. Compania Montabert a lansat, în 1987, seria BRV cu energie auto-reglabilă și, în răspuns la cererea tot mai mare de pe piață, a introdus, în 1992, seria mică de ciocane de stâncă BRP. Compania Rammer, înființată în 1978 în Finlanda, deși are o istorie scurtă, a devenit o forță dominantă în domeniul ciocanelor hidraulice de stâncă — încă de la început a lansat ciocanul de stâncă S600, cel mai mare din lume la acea vreme; S2000, lansat în 1981, cântărea 3 tone; produsele seriei din 1986 au folosit principiul 'Energie constantă de lovire (CBE)'; produsele ultra-țăcâne din seria City au fost lansate în 1991; sistemul 'City Pro', dezvoltat în 1995, permitea operatorilor să aleagă performanța ciocanului hidraulic de stâncă în funcție de materialul lovit, precum și un sistem de suprimare a prafului prin jet de apă. Compania japoneză Konan a introdus, în 1973, tehnologia Krupp pentru producerea ciocanelor hidraulice de stâncă MKB; ulterior, companiile japoneze Furukawa, Teisaku și Toku au început să dezvolte ciocane hidraulice de stâncă pe baza dispozitivelor pneumatice de impact; NPK a fost înființată în 1985. Compania Soosan, înființată în 1984, a stimulat dezvoltarea rapidă a ciocanelor hidraulice de stâncă coreene. Compania italiană INDECO a fost înființată în 1976; în 1986 a anunțat dezvoltarea unui 'ciocan hidraulic de stâncă inteligent', capabil să regleze frecvența și energia de impact în funcție de duritatea rocii…

În prezent, există peste 30 de producători importanți de spărgătoare hidraulice pentru stânci la nivel mondial. În funcție de origine, aceștia pot fi împărțiți în branduri europene, japoneze, coreene și chinezești interne, dintre care doar câteva branduri sunt comercializate la nivel mondial. Producătorii europeni de spărgătoare hidraulice pentru stânci se caracterizează prin integrarea fabricației, a brandului și a serviciilor într-un singur ansamblu; producătorii industriali dispun atât de puternice capacități tehnice de cercetare-dezvoltare, cât și de propriile rețele de marketing și de servicii clienți. Fiecare producător de spărgătoare hidraulice pentru stânci accentuează construirea propriei mărci, iar gradul de concentrare industrială este ridicat; în ultimii ani s-au finalizat trei mari fuziuni și reorganizări industriale, formând cele trei branduri majore: Rammer (inclusiv Toyo), Atlas Copco (inclusiv Krupp) și Montabert, aparținând grupului Doosan. Producătorii japonezi de spărgătoare hidraulice pentru stânci sunt asemănători cu cei europeni — de obicei, dețin, de asemenea, propriile rețele de marketing și oferă simultan servicii clienților. Fiecare producător de spărgătoare hidraulice pentru stânci accentuează construirea propriei mărci, iar gradul de concentrare industrială este relativ ridicat. Doar șapte companii — Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (acum achiziționată de Rammer) și Okada — au o prezență națională. Producătorii coreeni de spărgătoare hidraulice pentru stânci se caracterizează prin separarea fabricației, a brandului și a serviciilor; diviziunea generală a muncii industriale este relativ fină, existând numeroase întreprinderi mici specializate în fabricarea de piese; există aproape o sută de distribuitori de spărgătoare hidraulice pentru stânci, dar numai câțiva producători au dimensiuni semnificative: Soosan, Hanwoo, Daemo, MSB și alții. Tabelul 1-1 oferă o privire de ansamblu asupra producției anuale a principalelor companii globale producătoare de spărgătoare hidraulice pentru stânci în anul 2010.

Tabelul 1-1: Prezentare generală a producției anuale a principalelor fabrici globale de spărgătoare hidraulice pentru stânci în 2010 (exclusiv China)

Cercetarea chineză privind ciocanele hidraulice a început destul de devreme. Încă din mijlocul anilor 1970, institutele naționale de cercetare științifică și universitățile deja pătrunseseră în acest domeniu, printre care se numără Colegiul de Oțel și Fier din Beijing, Colegiul de Mine din Zhongnan, Institutul de Cercetare a Mineritului din Changsha și Institutul de Cercetare a Mineritului din Changsha. Cercetătorii chinezi au efectuat cercetări aprofundate privind tehnologia vibrațiilor hidraulice și au obținut numeroase rezultate de cercetare; totuși, datorită dezvoltării lente, în ansamblu, a tehnologiei hidraulice interne la acea vreme și a nivelului relativ scăzut al producției, nu s-a realizat niciun progres semnificativ în dezvoltarea produselor. După anii 1980, cercetătorii chinezi, pe lângă cercetarea independentă, au introdus, de asemenea, tehnologie și au condus dezvoltarea, în domeniul mineritului, a perforatoarelor hidraulice pentru roci și a sfărâmătoarelor hidraulice pentru piatră, dotate cu caracteristici proprii. Unele uzine naționale de unelte pneumatice și uzine de mașini pentru construcții s-au alăturat, de asemenea, eforturilor de cercetare, printre care se numără Uzina de Unelte Pneumatice Tonghua din Jilin, Uzina de Mașini pentru Construcții din Shanghai și Uzina de Unelte Pneumatice din Shenyang, toate organizând echipe pentru efectuarea cercetărilor și testărilor produselor; totuși, datorită tehnologiei de producție în urmă și calității instabile a produselor, dezvoltarea ciocanelor hidraulice pentru roci a rămas limitată. În 1988, compania germană Krupp a venit în China cu produsele sale pentru a organiza o «Expoziție de Produse pentru Ciocane Hidraulice pentru Roci», la care au participat peste 200 de persoane din institutele naționale de cercetare științifică și întreprinderi; funcționalitatea impresionantă a produselor a stârnit un interes deosebit în rândul participanților, iar produsele Krupp au început să fie comercializate în China. Profitând de această oportunitate, Institutul de Cercetare a Mașinilor de Inginerie din Tianjin și Universitatea Tehnică din Harbin au analizat și cercetat produsele Krupp; Fabrica de Componente Hidraulice din Changzhi și Uzina de Mașini pentru Construcții din Shanghai au început producția experimentală a propriilor produse.

Până în mijlocul anilor 1990, datorită dezvoltării economice rapide a Chinei, transformării urbane accelerate și creșterii investițiilor în infrastructură, gradul de mecanizare din construcțiile inginerești a continuat să se îmbunătățească. Piața chineză de spărgătoare hidraulice pentru stânci a cunoscut cel mai bun perioadă de dezvoltare din istorie; un număr de întreprinderi străine de renume au început să intre pe piața chineză, una după alta. Întreprinderile locale au răspuns și ele provocării concurenței, iar, după mai mult de un deceniu de eforturi, s-au format treptat o serie de mărci cunoscute la nivel național, cum ar fi Anhui Jingye (Jingye), Yantai Aide, Jiangsu Libosite și Changzhi Hydraulic.