Tổng quan về máy đục đá thủy lực

1.1 Tổng quan về máy đục đá thủy lực

Máy đục đá thủy lực, còn được gọi là máy nghiền thủy lực hoặc thiết bị va đập thủy lực, là một máy va đập - rung thủy lực. Sử dụng dầu thủy lực áp suất cao làm môi chất làm việc, máy đạt được chuyển động tịnh tiến qua lại nhanh chóng của piston bên trong thân xi-lanh thông qua cơ chế phản hồi giữa hệ thống điều khiển van và hệ thống xi-lanh – piston, từ đó chuyển đổi năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ học của piston và truyền động cho mũi đục thực hiện công việc ở bên ngoài.

Các chức năng chính của máy đục đá thủy lực là: tác động và rung động. Nhờ đặc tính tác động–rung động công suất cao, máy đục đá thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực luyện kim, khai khoáng, đường sắt, đường bộ, xây dựng, công trình đô thị và phát triển bất động sản. Máy có thể thực hiện các thao tác đào, đập, phá dỡ và các thao tác khác trên đá, bê tông, xô thép, xỉ, đất đóng băng, băng, mặt đường bê tông, mặt cầu và các công trình xây dựng. Ngoài ra, bằng cách thay thế mũi đục, máy còn có thể được sử dụng cho các thao tác như tán đinh, làm sạch gỉ, đầm chặt và ép cọc.

Các lĩnh vực ứng dụng phổ biến của máy đục đá thủy lực bao gồm:

(1) Khai khoáng — khai thác đá, khai thác đá khối, đào hầm, đập thanh chắn sàng (grizzly bar), đập đá lần hai;

(2) Ngành luyện kim — máy tháo lò, máy bóc lớp xỉ trong xô thép, máy tháo rời, máy mở lỗ chảy (tap-hole opening machine) nhằm làm sạch xỉ trong xô thép và phá dỡ lớp lót lò;

(3) Kỹ thuật đô thị — đập mặt đường trong xây dựng cấp nước, khí đốt và điện, đập nền cứng, đào rãnh, khoan lỗ;

(4) Xây dựng công trình dân dụng — phá dỡ các tòa nhà cũ, đập bê tông, đầm nén nền đất;

(5) Đường bộ và đường sắt — nổ mìn mở đường, đập mặt đường bê tông, sửa chữa đường cao tốc, đóng cọc lan can, phá dỡ cầu đường.

Là một loại dụng cụ thủy lực hiệu suất cao mới, so với các dụng cụ va đập khí nén truyền thống, máy đập đá thủy lực sở hữu một loạt ưu điểm vượt trội không thể sánh được, chủ yếu thể hiện ở những điểm sau:

— Năng lượng va đập lớn. Máy đập đá thủy lực có thể được phối hợp và thiết kế phù hợp với áp suất dầu và lưu lượng do máy mang cung cấp cũng như lực đẩy. Năng lượng va đập thường nằm trong khoảng từ 300 đến 10.000 joule; hiện nay, máy đập đá thủy lực lớn nhất thế giới có thể tạo ra năng lượng va đập đơn lần lên tới 30.000 joule.

— Hiệu suất làm việc cao. Hiệu suất làm việc của máy đục đá thủy lực thường đạt 60–65%; các loại có hiệu suất vượt trội có thể đạt tới 70%, trong khi hiệu suất làm việc của dụng cụ khí nén chỉ ở mức 20–30%.

— Tiết kiệm năng lượng. Môi chất làm việc của máy đục đá thủy lực là dầu thủy lực áp suất cao có thể tái sử dụng, đồng thời được trang bị bình tích áp; còn môi chất làm việc của dụng cụ khí nén là không khí nén, không những tiêu tốn một lượng lớn năng lượng nhiệt trong quá trình nén mà còn thất thoát một lượng lớn năng lượng trong quá trình xả khí.

— Độ ồn thấp. Mức độ ồn tiêu chuẩn của máy đục đá thủy lực nằm trong khoảng 95–98 dB; loại ít ồn hơn có mức độ ồn từ 85–87 dB. Dụng cụ khí nén do phát ra âm thanh nổ do sự giãn nở đột ngột của khí nén khi xả nên độ ồn luôn vượt quá 100 dB. Trong xã hội ngày nay với các yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, máy đục đá thủy lực mang lại giá trị quan trọng.

— Khả năng thi công tốt và chi phí bảo trì thấp. Máy đập đá thủy lực hoạt động cùng với máy mang (carrier machine) và có thể dễ dàng thực hiện các thao tác ở nhiều góc độ không gian khác nhau; máy đập đá được bao kín hoàn toàn, tuổi thọ của các bộ phận dài, việc bảo trì đơn giản và thuận tiện, đồng thời tổng chi phí vận hành thấp.

1.2 Lịch sử tóm tắt về sự phát triển của máy đập đá thủy lực

Vào đầu thế kỷ XX, con người đã nghiên cứu một cách có hệ thống về truyền động khí nén và thủy lực, đồng thời tích cực khám phá các thiết bị thủy lực có khả năng truyền công suất cao và điều khiển. Năm 1963, công ty Krupp của Đức đã đăng ký bằng sáng chế thiết bị rung thủy lực đầu tiên trên thế giới; năm 1967, công ty này giới thiệu tại Triển lãm Hannover chiếc máy đục đá thủy lực gắn trên xe tải đầu tiên trên thế giới có giá trị thực tiễn — mẫu HM400. Thiết bị này lần đầu tiên được sử dụng trong các công trình xây dựng nền móng, chẳng hạn như đập vỡ mặt đường bê tông, sửa chữa nền móng, đào rãnh trên đất cứng, khai thác khối đá lớn… Công ty Montabert của Pháp cũng đăng ký bằng sáng chế cho chiếc máy đục đá thủy lực cầm tay đầu tiên (dòng BBH) vào năm 1964 và thiết kế sản phẩm máy đục đá thủy lực dòng BRH vào năm 1969. Nhờ chức năng mạnh mẽ và triển vọng ứng dụng rộng rãi của máy đục đá thủy lực, thiết bị này nhanh chóng nhận được sự quan tâm đặc biệt tại châu Âu, Nhật Bản và nhiều quốc gia khác, từ đó phát triển rất nhanh. Nhiều công ty đã đầu tư mạnh vào việc nghiên cứu, thiết kế và thử nghiệm thiết bị rung thủy lực, dẫn đến sự ra đời liên tiếp của các loại máy đục đá thủy lực với đủ kích thước, chủng loại và chức năng khác nhau. Phạm vi ứng dụng không ngừng mở rộng, hiệu năng kỹ thuật liên tục được cải thiện, đồng thời sản phẩm cũng được cập nhật và thay thế thường xuyên. Năm 1985, Krupp ra mắt công nghệ giảm chấn rung thủy lực; năm 1995, công ty nâng cấp hệ thống giảm chấn; năm 1998, công ty giới thiệu công nghệ bảo vệ chống mài mòn 'Marathon'; và năm 2000, Krupp tung ra thị trường các dòng sản phẩm 'ECO' và 'Marathon'. Công ty Montabert ra mắt dòng BRV có khả năng tự điều chỉnh năng lượng vào năm 1987, sau đó đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng bằng việc giới thiệu dòng máy đục đá nhỏ BRP vào năm 1992. Công ty Rammer, được thành lập năm 1978 tại Phần Lan, dù có lịch sử ngắn nhưng đã nhanh chóng trở thành lực lượng chủ đạo trong lĩnh vực máy đục đá thủy lực — ngay từ những ngày đầu, công ty đã ra mắt máy đục đá S600, lúc bấy giờ là chiếc máy lớn nhất thế giới; mẫu S2000 ra đời năm 1981 nặng tới 3 tấn; các sản phẩm thuộc dòng năm 1986 áp dụng nguyên lý 'Năng lượng va đập không đổi (CBE)'; dòng sản phẩm siêu yên tĩnh City được ra mắt năm 1991; hệ thống 'City Pro' phát triển năm 1995 cho phép người vận hành lựa chọn hiệu năng của máy đục đá thủy lực dựa trên loại vật liệu cần tác động, đồng thời tích hợp hệ thống phun nước để khống chế bụi. Công ty Konan của Nhật Bản nhập khẩu công nghệ của Krupp năm 1973 để sản xuất máy đục đá thủy lực MKB; sau đó, các công ty Nhật Bản như Furukawa, Teisaku và Toku bắt đầu phát triển máy đục đá thủy lực dựa trên cơ sở các thiết bị va đập khí nén; NPK được thành lập năm 1985. Soosan, được thành lập năm 1984, thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của máy đục đá thủy lực Hàn Quốc. Công ty INDECO của Ý được thành lập năm 1976; năm 1986, công ty này công bố phát triển 'máy đục đá thủy lực thông minh', có khả năng tự điều chỉnh tần số và năng lượng va đập dựa trên độ cứng của đá…

Hiện nay, trên toàn thế giới có hơn 30 nhà sản xuất máy đục đá thủy lực lớn. Theo nguồn gốc xuất xứ, các nhà sản xuất này được phân thành các thương hiệu châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc trong nước; trong số đó, chỉ một vài thương hiệu được bán trên toàn cầu. Các nhà sản xuất máy đục đá thủy lực châu Âu có đặc điểm là tích hợp sản xuất, thương hiệu và dịch vụ trong cùng một thực thể; các nhà sản xuất vừa sở hữu năng lực nghiên cứu và phát triển (R&D) kỹ thuật mạnh mẽ, vừa có mạng lưới tiếp thị riêng và năng lực cung cấp dịch vụ khách hàng. Mỗi nhà sản xuất máy đục đá thủy lực đều chú trọng xây dựng thương hiệu riêng, mức độ tập trung ngành cao, và trong những năm gần đây, ba thương vụ sáp nhập và tái cơ cấu lớn trong ngành đã được hoàn tất, hình thành nên ba thương hiệu hàng đầu là Rammer (bao gồm Toyo), Atlas-copco (bao gồm Krupp) và Montabert của Doosan. Các nhà sản xuất máy đục đá thủy lực Nhật Bản tương tự như các nhà sản xuất châu Âu — nói chung cũng sở hữu mạng lưới tiếp thị riêng và đồng thời cung cấp dịch vụ cho khách hàng. Mỗi nhà sản xuất máy đục đá thủy lực đều chú trọng xây dựng thương hiệu riêng, mức độ tập trung ngành tương đối cao. Chỉ có bảy công ty trên toàn quốc là Furukawa, NPK, Toku, Teisaku, MKB, Toyo (đã bị Rammer mua lại) và Okada. Các nhà sản xuất máy đục đá thủy lực Hàn Quốc có đặc điểm tách biệt giữa sản xuất, thương hiệu và dịch vụ; tổng thể phân công lao động công nghiệp tương đối tinh tế, với nhiều nhà máy sản xuất linh kiện quy mô nhỏ; hiện có gần một trăm nhà phân phối máy đục đá thủy lực, nhưng chỉ có một vài nhà sản xuất có quy mô như Soosan, Hanwoo, Daemo và MSB. Bảng 1-1 trình bày tổng quan về sản lượng hàng năm của các nhà sản xuất máy đục đá thủy lực lớn trên toàn cầu năm 2010.

Bảng 1-1 Tổng quan về sản lượng hàng năm của các nhà sản xuất máy đục đá thủy lực lớn trên toàn cầu năm 2010 (không bao gồm Trung Quốc)

Nghiên cứu của Trung Quốc về máy đập thủy lực bắt đầu khá sớm. Ngay từ giữa những năm 1970, các viện nghiên cứu khoa học trong nước và các trường đại học đã tham gia lĩnh vực này, ví dụ như Trường Thép và Sắt Bắc Kinh, Trường Mỏ Trung Nam, Viện Nghiên cứu Mỏ Trường Sa và Viện Nghiên cứu Mỏ Trường Sa. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu sâu về công nghệ rung thủy lực và đạt được nhiều kết quả nghiên cứu; tuy nhiên, do sự phát triển chung của công nghệ thủy lực trong nước lúc bấy giờ còn chậm và trình độ sản xuất tương đối thấp, nên chưa đạt được bước đột phá thực chất nào trong phát triển sản phẩm. Sau những năm 1980, các nhà nghiên cứu Trung Quốc vừa tiến hành nghiên cứu độc lập, vừa nhập khẩu công nghệ và đi đầu trong việc phát triển máy khoan đá thủy lực và máy nghiền đá thủy lực mang đặc trưng riêng trong lĩnh vực khai mỏ. Một số nhà máy dụng cụ khí nén và nhà máy máy móc xây dựng trong nước cũng tham gia vào đội ngũ nghiên cứu, ví dụ như Nhà máy Dụng cụ Khí nén Thông Hóa (Cát Lâm), Nhà máy Máy móc Xây dựng Thượng Hải, Nhà máy Dụng cụ Khí nén Thẩm Dương…, tất cả đều huy động lực lượng để tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm sản phẩm; thế nhưng do công nghệ sản xuất lạc hậu và chất lượng sản phẩm không ổn định, nên việc phát triển máy đập đá thủy lực bị hạn chế. Năm 1988, Công ty Krupp (Đức) đưa sản phẩm sang Trung Quốc tổ chức 'Triển lãm Sản phẩm Máy đập Đá Thủy lực', thu hút hơn 200 người từ các viện nghiên cứu khoa học và doanh nghiệp trong nước tham dự; tính năng mạnh mẽ của các sản phẩm đã gây được sự quan tâm lớn từ phía người tham dự, và các sản phẩm của Krupp bắt đầu được đưa vào thị trường Trung Quốc. Nhân cơ hội này, Viện Nghiên cứu Máy móc Kỹ thuật Thiên Tân và Đại học Kỹ thuật Cáp Nhĩ Tân đã tiến hành phân tích và nghiên cứu các sản phẩm của Krupp; Nhà máy Phụ tùng Thủy lực Trường Trị và Nhà máy Máy móc Xây dựng Thượng Hải bắt đầu sản xuất thử nghiệm các sản phẩm do chính mình thiết kế.

Vào giữa những năm 1990, với sự phát triển kinh tế nhanh chóng của Trung Quốc, quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ và mức đầu tư vào cơ sở hạ tầng ngày càng gia tăng, mức độ cơ giới hóa trong xây dựng công trình tiếp tục được nâng cao. Thị trường búa phá đá thủy lực Trung Quốc bước vào giai đoạn phát triển tốt nhất trong lịch sử; một loạt doanh nghiệp nước ngoài nổi tiếng lần lượt thâm nhập vào thị trường Trung Quốc. Các doanh nghiệp trong nước cũng trỗi dậy để đối đầu với cạnh tranh, và sau hơn một thập kỷ nỗ lực, dần hình thành một số thương hiệu trong nước nổi tiếng như An Huy Cảnh Nghiệp (Jingye), Yên Đài Ái Đức (Yantai Aide), Giang Tô Lí Bác Thức (Jiangsu Libosite) và Trường Trị Thủy Lực (Changzhi Hydraulic).