Kľúčové technológie hydraulických kladív: tlmiace systémy a vysokofrekvenčné nárazy

Pohltivosť nárazov a vysoká frekvencia sú protichodné požiadavky — vyriešené rovnakými komponentmi

Pohltivosť nárazov a vysokofrekvenčný náraz vyzerajú ako protichodné inžinierske ciele. Pohltivosť nárazov znamená zmäkčenie prenosu energie cez systém – tlmenie vrcholov, tlmenie kmitania, izolácia vonkajšej štruktúry od nárazovej komory. Vysokofrekvenčný náraz znamená opak: čo najrýchlejšie cyklovanie piesta, čo vyžaduje komponenty, ktoré reagujú okamžite, stlačujú sa a obnovujú sa bez hysterezie a neznižujú hydraulický signál, ktorý určuje časovanie každého zdvihu. Dôvod, prečo súčasné hydraulické kladivá dokážu dosiahnuť oboje súčasne, je ten, že komponenty zodpovedné za pohltivosť nárazov – membrána akumulátora, polyuretánové tlmiace vložky, tesnenia riadiaceho rozvádzača – sú umiestnené na rozhraniach, kde pohlcujú konkrétne energetické vrcholy, ktoré je potrebné utlmiť, aniž by zasahovali do hydraulických riadiacich signálov, ktoré nastavujú počet úderov za minútu (BPM).

Akumulačná membrána je najjasnejším príkladom tejto presnej polohy. Membrána sa nachádza medzi dusíkovým náplňovým tlakom a hydraulickým olejom v akumulátore. Počas zdvihu má za úlohu ukladať tlakovú energiu stlačením dusíka; počas spätného pohybu (spätného zdvihu) uvoľňuje túto uloženú energiu do pracovného zdvihu piesta, čím zvyšuje príspevok prietoku nosného zariadenia. Počas oboch zdvihov tiež absorbuje náhly nárast hydraulického tlaku, ktorý vzniká v okamihu zmeny smeru prietoku – tento náhly nárast, ak by sa prenášal bez utlmenia, by dosiahol čerpadlo nosného zariadenia a hlavné tesnenia a urýchľoval ich opotrebovanie. Membrána, ktorá netesní, ztvrdne alebo stratí pružnosť pri prevádzkovej teplote, nesnižuje iba účinnosť nárazovej energie o 15–25 %. Úplne odstráni aj funkciu tlakovej tlmiacej bariéry a čerpadlo nosného zariadenia začne každú nárazovú udalosť pociťovať ako priamu rázovú záťaž.

Polyuretánové tlmiče pôsobia na inom rozhraní: medzi úderovou bunkou a vonkajším puzdrom a medzi vonkajším puzdrom a upevňovacím závesným kĺbom nosiča. Vôbec nesúvisia s hydraulickým riadiacim okruhom. Ich úloha je čisto konštrukčná – zabrániť prenosu vibrácií vznikajúcich na rozhraní piesta a dláta do zváraných švov puzdra, skrutiek prechádzajúcich cez puzdro a kolíkov ramena. Inžinierskou výzvou je výber zloženia materiálu s takou tvrdosťou, ktorá absorbuje vrcholové vibrácie bez toho, aby sa pod trvalým tlakom nadol príliš stlačila a nedošlo k dotyku kovových povrchov. Spoločnosti Nanjing HOVOO a HOUFU dodávajú polyuretánové tlmiče s tvrdosťou prispôsobenou konkrétnej aplikácii, pričom tvrdosť je prispôsobená triede nosiča a režimu prevádzky – detail, ktorý všeobecní dodávatelia polyuretánových tlmičov na trhu náhradných dielov zvyčajne neponúkajú so zdokumentovanými technickými špecifikáciami.

Tri kľúčové technológie – mechanizmus, požiadavky na tesnenie/materiál, poznámka k diagnostike

Táto tabuľka priradí každú technológiu k jej fyzickému mechanizmu, konkrétnemu požiadavkám na tesnenie alebo materiál, ktoré určujú, či daná technológia funguje správne, a k diagnostickému chybovému kódu, ktorý sa objaví v prípade postupného, nie náhleho zlyhania komponentu.

Prečo stupeň tesniacej zmesi určuje praktický horný limit BPM

Teoretický maximálny BPM hydraulického kladiva je daný návrhom časovania ventilov a prietokovou kapacitou nosného zariadenia. Praktický BPM, ktorý jednotka udržiava po tisíckach prevádzkových hodín, je určený rýchlosťou opotrebovania tesniacej zmesi na výtlaku ventilu. Pri 1 200 BPM sa tesnenie ventilu dokončí viac ako 72 miliónov cyklov za hodinu prevádzky. Štandardné tesnenia z NBR, ktoré sú určené pre priemyselné hydraulické aplikácie, pri tejto frekvencii cyklov vykazujú obvodové únavové drážky do 200–400 hodín prevádzky v kompaktných modeloch s vysokou frekvenciou. Táto drážka neznamená okamžité zlyhanie tesnenia. Vytvorí mikroúnikovú cestu, ktorá spôsobuje variabilitu v hydraulickom signále, ktorý ovláda časovanie ventilu – a BPM sa v nasledujúcich 200 hodinách zníži o 50–150 BPM, kým si to operátor všimne.

PTFE-kompozitné tesnenia spoločnosti HOVOO a vysokocyklové NBR varianty spoločnosti HOUFU riešia tento problém rôznymi mechanizmami. PTFE-kompozitné tesnenie sa opiera o nízke dynamické trenie – tesnenie sa opotrebuje pomaly, pretože teplota spôsobená trením na povrchu zásuvky zostáva pod únavovým limitom zmesi aj pri 1 400 BPM. Vysokocyklové NBR od spoločnosti HOUFU využíva upravenú formuláciu zmesi s vyššou hustotou sieťovania, ktorá odoláva vzniku únavových trhlin, ktoré sa u štandardného NBR objavujú pri vysokých frekvenciách cyklovania. Oba prístupy predĺžia praktický servisný interval pred tým, než sa začne merať posun BPM – od 200–400 hodín pri štandardnom NBR na 600–900 hodín pri triedach určených pre konkrétne aplikácie. Toto predĺženie nie je výrobným tvrdením; ide o rozdiel medzi výmenou sady tesnení pri každom 500-hodinovom servise a výmenou pri každom 1 000-hodinovom servise v kompaktných triedach hydraulických kladív používaných v demolních aplikáciách s vysokou frekvenciou.

Širší princíp je ten, že tlmiace účinky a výkon pri vysokých frekvenciách sa dosahujú nie len konštrukčným návrhom – udržiavajú sa po celú dobu životnosti jednotky prostredníctvom rýchlosti opotrebovania tesniacich prvkov a zmesí na každom kritickom rozhraní. Dobre navrhnutý akumulátor so štandardnou NBR membránou, ktorá sa zhutní po 800 hodinách, poskytuje tlmenie rázov po dobu 800 hodín a potom prestane. Dobre navrhnutý akumulátor s membránou HOVOO FKM, ktorá si zachováva deklarovanú pružnosť až po 1 500 hodín, poskytuje tlmenie rázov až po 1 500 hodín. Návrh je rovnaký. Doba životnosti technológie je určená špecifikáciou materiálu komponentov, nie mechanickou architektúrou.