ภาพรวมของเครื่องทุบหินไฮดรอลิก

1.1 ภาพรวมของเครื่องทุบหินไฮดรอลิก

เครื่องทุบหินไฮดรอลิก ซึ่งยังเรียกกันอีกอย่างว่า เครื่องบดหินไฮดรอลิก หรืออุปกรณ์กระแทกไฮดรอลิก เป็นเครื่องจักรประเภทกระแทก-สั่นสะเทือนแบบไฮดรอลิก โดยใช้น้ำมันไฮดรอลิกความดันสูงเป็นตัวกลางในการทำงาน และทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ไปมาอย่างรวดเร็วภายในตัวถังทรงกระบอกผ่านกลไกการตอบสนองร่วมกันระหว่างระบบควบคุมวาล์วกับระบบกระบอกสูบ-ลูกสูบ จึงสามารถแปลงพลังงานไฮดรอลิกให้เป็นพลังงานเชิงกลของลูกสูบ และขับเคลื่อนหัวเจาะให้ปฏิบัติงานภายนอกได้

หน้าที่หลักของเครื่องทุบหินไฮดรอลิกคือ การกระแทกและการสั่นสะเทือน เนื่องจากมีลักษณะการกระแทก-สั่นสะเทือนกำลังสูง จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา การทำเหมืองแร่ ทางรถไฟ ถนน การก่อสร้าง วิศวกรรมเทศบาล และการพัฒนาอสังหาริมทรัพย์ สามารถใช้ดำเนินการขุดเจาะ ทุบ รื้อถอน และงานอื่นๆ บนหิน คอนกรีต ถังรองรับเหล็กหลอม ตะกรัน พื้นดินแข็งแช่แข็ง น้ำแข็ง ผิวถนนคอนกรีต แผ่นพื้นสะพาน และอาคาร นอกจากนี้ โดยการเปลี่ยนหัวสิ่วแล้ว ยังสามารถใช้สำหรับงานย้ำหมุด ขจัดสนิม การทับอัดดิน และการตอกเสาเข็มได้อีกด้วย

พื้นที่การใช้งานทั่วไปของเครื่องทุบหินไฮดรอลิก ได้แก่:

(1) การทำเหมืองแร่ — การระเบิดหินในแหล่งหิน งานขุดหิน การขุดอุโมงค์ การทุบแท่งตะแกรง (grizzly bar) การทุบหินเป็นชิ้นเล็กหลังการระเบิดครั้งแรก;

(2) อุตสาหกรรมโลหะวิทยา — เครื่องถอดเตาหลอม เครื่องขูดตะกรันออกจากถังรองรับเหล็กหลอม เครื่องถอดชิ้นส่วน เครื่องเปิดรูปล่อยเหล็กหลอม (tap-hole opening machines) เพื่อทำความสะอาดตะกรันในถังรองรับเหล็กหลอมและถอดรื้อวัสดุบุผนังเตาหลอม;

(3) วิศวกรรมเทศบาล — การทุบผิวถนนในการก่อสร้างระบบประปา แก๊ส และไฟฟ้า การทุบฐานรากแข็ง การขุดร่อง และการเจาะรู;

(4) การก่อสร้างอาคาร — การรื้อถอนอาคารเก่า การทุบคอนกรีต การอัดแน่นดิน;

(5) ถนนและทางรถไฟ — การระเบิดเพื่อเปิดถนน การทุบผิวถนนคอนกรีต การซ่อมบำรุงทางหลวง การตอกเสาเขื่อนกันชน และการรื้อถอนสะพานถนน

ในฐานะเครื่องมือไฮดรอลิกประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องมือกระทบแบบใช้ลมอัดแบบดั้งเดิม เครื่องทุบหินไฮดรอลิกมีข้อได้เปรียบที่เหนือกว่าอย่างชัดเจนหลายประการ ซึ่งแสดงออกมาอย่างเด่นชัดในประเด็นต่อไปนี้:

— พลังงานกระแทกขนาดใหญ่ เครื่องทุบหินไฮดรอลิกสามารถจับคู่และออกแบบให้สอดคล้องกับความดันน้ำมันและอัตราการไหลที่เครื่องต้นแบบจัดหาให้ รวมทั้งแรงดันผลักดันที่เหมาะสม พลังงานกระแทกโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 300 ถึง 10,000 จูล; เครื่องทุบหินไฮดรอลิกที่ใหญ่ที่สุดในโลกในปัจจุบันสามารถส่งพลังงานกระแทกต่อครั้งได้สูงถึง 30,000 จูล

—— ประสิทธิภาพในการทำงานสูง ประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องทุบหินไฮดรอลิกโดยทั่วไปอยู่ที่ร้อยละ 60 ถึง 65; สำหรับรุ่นที่มีสมรรถนะเหนือกว่าสามารถบรรลุได้ถึงร้อยละ 70 ในขณะที่ประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องมือลมมีเพียงร้อยละ 20 ถึง 30

—— ประหยัดพลังงาน สื่อในการทำงานของเครื่องทุบหินไฮดรอลิกคือน้ำมันไฮดรอลิกแรงดันสูงที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และติดตั้งถังเก็บพลังงาน (accumulator) ควบคู่ไปด้วย ขณะที่สื่อในการทำงานของเครื่องมือลมคืออากาศอัด ซึ่งไม่เพียงแต่ใช้พลังงานความร้อนจำนวนมากในกระบวนการอัดอากาศเท่านั้น แต่ยังสูญเสียพลังงานจำนวนมากในกระบวนการปล่อยอากาศออกด้วย

—— เสียงรบกวนต่ำ เสียงรบกวนมาตรฐานของเครื่องทุบหินไฮดรอลิกอยู่ที่ 95 ถึง 98 เดซิเบล ส่วนรุ่นแบบเสียงรบกวนต่ำจะอยู่ที่ 85 ถึง 87 เดซิเบล สำหรับเครื่องมือลมนั้น เนื่องจากเสียงการขยายตัวแบบระเบิดเมื่อก๊าซอัดถูกปล่อยออก จึงทำให้ระดับเสียงรบกวนสูงกว่า 100 เดซิเบลโดยทั่วไป ในสังคมปัจจุบันที่ข้อกำหนดด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมเข้มงวดยิ่งขึ้นเรื่อย ๆ เครื่องทุบหินไฮดรอลิกจึงมีคุณค่าสำคัญ

—— การก่อสร้างที่ดีเยี่ยมและต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ แท่นสลายหินไฮดรอลิกทำงานร่วมกับเครื่องจักรตัวพา (carrier machine) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถดำเนินการได้อย่างง่ายดายในมุมเชิงพื้นที่ต่าง ๆ ได้หลากหลาย แท่นสลายหินไฮดรอลิกถูกออกแบบให้มีโครงสร้างปิดสนิททั้งหมด ทำให้อายุการใช้งานของชิ้นส่วนยาวนาน การบำรุงรักษาง่ายและสะดวก รวมทั้งต้นทุนการดำเนินงานโดยรวมต่ำ

1.2 ประวัติย่อของการพัฒนาแท่นสลายหินไฮดรอลิก

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ผู้คนได้ศึกษาการส่งผ่านพลังงานแบบลมและไฮดรอลิกอย่างเป็นระบบ โดยมีการสำรวจอุปกรณ์ไฮดรอลิกที่สามารถส่งผ่านกำลังสูงและควบคุมได้อย่างแข็งขัน ในปี ค.ศ. 1963 บริษัท Krupp ของเยอรมนียื่นจดสิทธิบัตรอุปกรณ์สั่นสะเทือนไฮดรอลิกเครื่องแรกของโลก; และในปี ค.ศ. 1967 ได้นำเสนอเครื่องทุบหินไฮดรอลิกแบบติดตั้งบนรถบรรทุกเครื่องแรกของโลกที่มีคุณค่าเชิงปฏิบัติ คือ HM400 ที่งานแสดงสินค้าฮันโนเวอร์ ซึ่งถูกนำมาใช้งานครั้งแรกในการก่อสร้างฐานราก เช่น การทุบพื้นผิวถนนคอนกรีต การซ่อมแซมฐานราก การขุดร่องในดินแข็ง การทำเหมืองหินก้อนใหญ่ เป็นต้น บริษัท Montabert ของฝรั่งเศสก็ยื่นจดสิทธิบัตรเครื่องทุบหินไฮดรอลิกแบบถือด้วยมือเครื่องแรก (ซีรีส์ BBH) ในปี ค.ศ. 1964 และออกแบบผลิตภัณฑ์เครื่องทุบหินไฮดรอลิกซีรีส์ BRH ในปี ค.ศ. 1969 เนื่องจากฟังก์ชันการทำงานที่ทรงพลังและแนวโน้มการประยุกต์ใช้งานที่กว้างขวาง เครื่องทุบหินไฮดรอลิกจึงได้รับความสนใจอย่างมากในยุโรป ญี่ปุ่น และประเทศอื่นๆ อย่างรวดเร็ว และมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว บริษัทต่างๆ หลายแห่งลงทุนจำนวนมากในการวิจัย พัฒนา ออกแบบ และทดสอบอุปกรณ์สั่นสะเทือนไฮดรอลิก ทำให้เกิดเครื่องทุบหินไฮดรอลิกที่มีขนาด ประเภท และฟังก์ชันต่างๆ ตามมาอย่างต่อเนื่อง พื้นที่การประยุกต์ใช้งานยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง สมรรถนะทางเทคนิคก็ปรับปรุงขึ้นเรื่อยๆ และผลิตภัณฑ์ก็มีการอัปเดตและเปลี่ยนรุ่นอย่างต่อเนื่อง Krupp เปิดตัวเทคโนโลยีลดการสั่นสะเทือนสำหรับเครื่องทุบหินไฮดรอลิกในปี ค.ศ. 1985 ปรับปรุงระบบลดการสั่นสะเทือนในปี ค.ศ. 1995 เปิดตัวเทคโนโลยีป้องกันการสึกหรอ 'Marathon' ในปี ค.ศ. 1998 และเปิดตัวผลิตภัณฑ์ซีรีส์ 'ECO' และ 'Marathon' ในปี ค.ศ. 2000 บริษัท Montabert เปิดตัวซีรีส์ BRV ที่มีระบบปรับพลังงานอัตโนมัติในปี ค.ศ. 1987 และตอบสนองต่อความต้องการของตลาดที่เพิ่มขึ้นด้วยการเปิดตัวเครื่องทุบหินซีรีส์ BRP ขนาดเล็กในปี ค.ศ. 1992 บริษัท Rammer ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1978 ที่ฟินแลนด์ แม้จะมีประวัติศาสตร์อันสั้น แต่กลับกลายเป็นผู้นำในวงการเครื่องทุบหินไฮดรอลิก — ตั้งแต่เริ่มต้นบริษัทได้เปิดตัวเครื่องทุบหินรุ่น S600 ซึ่งเป็นเครื่องทุบหินที่ใหญ่ที่สุดในโลกในขณะนั้น; รุ่น S2000 ที่เปิดตัวในปี ค.ศ. 1981 มีน้ำหนัก 3 ตัน; ผลิตภัณฑ์ซีรีส์ปี ค.ศ. 1986 ใช้หลักการ 'Constant Blow Energy (CBE)'; ซีรีส์ City ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์แบบเงียบเป็นพิเศษเปิดตัวในปี ค.ศ. 1991; ระบบ 'City Pro' ที่พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1995 ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือกสมรรถนะของเครื่องทุบหินไฮดรอลิกได้ตามวัสดุที่ต้องการทุบ รวมทั้งมีระบบฉีดน้ำเพื่อควบคุมฝุ่นด้วย บริษัท Konan ของญี่ปุ่นนำเทคโนโลยีของ Krupp มาใช้ในปี ค.ศ. 1973 เพื่อผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกซีรีส์ MKB จากนั้นบริษัทญี่ปุ่นอย่าง Furukawa, Teisaku และ Toku ก็เริ่มพัฒนาเครื่องทุบหินไฮดรอลิกโดยอิงจากอุปกรณ์กระแทกแบบลมเป็นพื้นฐาน และ NPK ก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1985 ส่วนบริษัท Soosan ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1984 ได้ขับเคลื่อนการพัฒนาเครื่องทุบหินไฮดรอลิกของเกาหลีอย่างรวดเร็ว บริษัท INDECO ของอิตาลีก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1976; และในปี ค.ศ. 1986 ได้ประกาศเปิดตัว 'เครื่องทุบหินไฮดรอลิกอัจฉริยะ' ที่สามารถปรับความถี่และพลังงานของการกระแทกได้ตามระดับความแข็งของหิน …

ปัจจุบันมีผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกหลักมากกว่า 30 รายทั่วโลก ซึ่งสามารถจัดจำแนกตามแหล่งกำเนิดได้เป็นยี่ห้อจากยุโรป ญี่ปุ่น เกาหลี และจีนในประเทศ โดยมีเพียงไม่กี่ยี่ห้อเท่านั้นที่จำหน่ายทั่วโลก ผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกจากยุโรปมีลักษณะเด่นคือการรวมการผลิต แบรนด์ และบริการไว้ด้วยกัน ผู้ผลิตแต่ละรายมีศักยภาพด้านการวิจัยและพัฒนาทางเทคนิคอย่างแข็งแกร่ง พร้อมทั้งมีเครือข่ายการตลาดและศักยภาพในการให้บริการลูกค้าเป็นของตนเอง ผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกแต่ละรายให้ความสำคัญกับการสร้างแบรนด์ของตนเองอย่างมาก ทำให้อุตสาหกรรมนี้มีระดับการรวมตัวสูง และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการควบรวมกิจการและจัดโครงสร้างใหม่ในอุตสาหกรรมหลักสามครั้ง จนเกิดเป็นสามยี่ห้อใหญ่ ได้แก่ Rammer (รวมถึง Toyo), Atlas-copco (รวมถึง Krupp) และ Montabert ของ Doosan ผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกจากญี่ปุ่นมีลักษณะคล้ายคลึงกับผู้ผลิตจากยุโรป กล่าวคือโดยทั่วไปแล้วก็มีเครือข่ายการตลาดเป็นของตนเองและให้บริการลูกค้าพร้อมกันไปด้วย ผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกแต่ละรายให้ความสำคัญกับการสร้างแบรนด์ของตนเองอย่างมาก ทำให้อุตสาหกรรมนี้มีระดับการรวมตัวค่อนข้างสูง โดยมีเพียงเจ็ดบริษัทเท่านั้นที่ดำเนินธุรกิจทั่วประเทศ ได้แก่ Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (ซึ่งถูก Rammer เข้าซื้อกิจการไปแล้ว) และ Okada ส่วนผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกจากเกาหลีมีลักษณะเด่นคือการแยกการผลิต แบรนด์ และบริการออกจากกัน ทำให้การแบ่งงานเชิงอุตสาหกรรมโดยรวมมีความละเอียดอ่อนค่อนข้างสูง มีโรงงานผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กจำนวนมาก มีตัวแทนจำหน่ายเครื่องทุบหินไฮดรอลิกใกล้เคียงร้อยราย แต่มีเพียงไม่กี่บริษัทเท่านั้นที่มีขนาดใหญ่ เช่น Soosan, Hanwoo, Daemo และ MSB เป็นต้น ตาราง 1-1 แสดงภาพรวมของปริมาณการผลิตต่อปีของผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกหลักทั่วโลกในปี ค.ศ. 2010

ตาราง 1-1 ภาพรวมผลผลิตต่อปีของผู้ผลิตเครื่องทุบหินไฮดรอลิกหลักทั่วโลกในปี ค.ศ. 2010 (ไม่รวมจีน)

การวิจัยของจีนเกี่ยวกับเครื่องบดไฮดรอลิกเริ่มต้นขึ้นไม่ช้า ตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 1970 สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และมหาวิทยาลัยในประเทศก็ได้เข้าสู่สาขานี้แล้ว เช่น วิทยาลัยเหล็กและเหล็กกล้าปักกิ่ง วิทยาลัยเหมืองแร่จงหนาน สถาบันวิจัยเหมืองแร่ฉางชา และสถาบันวิจัยเหมืองแร่ฉางชา นักวิจัยจีนได้ดำเนินการวิจัยอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับเทคโนโลยีการสั่นสะเทือนแบบไฮดรอลิก และได้ผลลัพธ์วิจัยจำนวนมาก แต่เนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีไฮดรอลิกโดยรวมภายในประเทศในขณะนั้นยังค่อนข้างช้า และระดับการผลิตยังค่อนข้างต่ำ จึงไม่มีความก้าวหน้าเชิงปฏิบัติใดๆ ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ หลังจากทศวรรษ 1980 นักวิจัยจีน นอกเหนือจากการดำเนินการวิจัยอิสระแล้ว ยังได้นำเทคโนโลยีจากต่างประเทศเข้ามา และเป็นผู้นำในการพัฒนาเครื่องเจาะหินไฮดรอลิกและเครื่องบดหินไฮดรอลิกที่มีลักษณะเฉพาะของตนเองในภาคการเหมืองแร่ โรงงานเครื่องมือลมและโรงงานเครื่องจักรก่อสร้างภายในประเทศบางแห่งก็เข้าร่วมทีมวิจัยด้วย เช่น โรงงานเครื่องมือลมถงฮัว มณฑลจี๋หลิน โรงงานเครื่องจักรก่อสร้างเซี่ยงไฮ้ และโรงงานเครื่องมือลมเสิ่นหยาง เป็นต้น ซึ่งทั้งหมดได้จัดสรรทรัพยากรเพื่อดำเนินการวิจัยและทดสอบผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตที่ล้าสมัยและคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ไม่คงที่ การพัฒนาเครื่องทุบหินไฮดรอลิกจึงถูกจำกัดไว้ ในปี ค.ศ. 1988 บริษัทครุปป์ของเยอรมนีได้นำผลิตภัณฑ์เข้ามาจัดงาน 'นิทรรศการผลิตภัณฑ์เครื่องทุบหินไฮดรอลิก' ที่จีน โดยมีผู้แทนจากสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และองค์กรต่างๆ ภายในประเทศเข้าร่วมกว่า 200 คน ฟังก์ชันอันทรงพลังของผลิตภัณฑ์ดังกล่าวได้สร้างความสนใจอย่างมากแก่ผู้เข้าร่วมงาน และผลิตภัณฑ์ของครุปป์ก็เริ่มเข้าสู่ตลาดจีน ถือโอกาสนี้ สถาบันวิจัยเครื่องจักรกลวิศวกรรมเทียนจิน และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีฮาร์ปิน ได้ทำการวิเคราะห์และวิจัยผลิตภัณฑ์ของครุปป์อย่างละเอียด ส่วนโรงงานชิ้นส่วนไฮดรอลิกฉางจื้อ และโรงงานเครื่องจักรก่อสร้างเซี่ยงไฮ้ ก็เริ่มทดลองผลิตผลิตภัณฑ์ของตนเอง

ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ด้วยการพัฒนาเศรษฐกิจของจีนที่เติบโตอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนผ่านของเมืองอย่างรวดเร็ว และการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ระดับการใช้เครื่องจักรในงานก่อสร้างวิศวกรรมจึงยังคงปรับตัวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตลาดเครื่องทุบหินไฮดรอลิกของจีนเข้าสู่ช่วงเวลาแห่งการพัฒนาที่ดีที่สุดในประวัติศาสตร์ โดยบริษัทต่างชาติชั้นนำหลายแห่งเริ่มเข้าสู่ตลาดจีนทีละรายตามลำดับ ขณะเดียวกัน บริษัทภายในประเทศก็ลุกขึ้นรับมือกับการแข่งขันอย่างแข็งขัน และหลังจากพยายามมาเป็นเวลากว่าหนึ่งทศวรรษ ก็ค่อยๆ ก่อตัวเป็นแบรนด์ภายในประเทศที่มีชื่อเสียงจำนวนหนึ่ง เช่น หานเฟย จิงเย่ (Jingye), เหยียนไถ อ้ายเต๋อ, เจียงซู ลิโบไซต์ และฉางจื้อ ไฮดรอลิก