Влияние работы гидромолота на экскаватор и как правильно выбрать гидромолот

Гидромолоты в отличие от других видов сменных рабочих органов экскаваторов являются активным видом оборудования, динамически воздействующим на базовую машину. Во время работы гидромолота на базовую машину действует знакопеременная реакция, направленная вдоль продольной оси молота, обусловленная возвратно-поступательным движением бойка. Эта реакция должна быть уравновешена весом корпусных деталей молота и частью веса экскаватора. Динамическое воздействие гидромолота на базовую машину проявляется и в создании более высокой, чем при использовании сменного оборудования других видов, вибрационной нагрузки на операторе – машинисте экскаватора.

Рабочее оборудование экскаватора с гидромолотом представляет собой колебательную систему нескольких масс (масса молота, рукояти, стрелы и др.), имеющих шарнирные сочленения и упругости (в т.ч. гидроцилиндры). Для уравновешивания реактивной силы возникающей при движении бойка молота, гидромолот необходимо прижимать к объекту работы с помощью гидроцилиндров привода рабочего оборудования экскаватора. Контролировать усилие прижатия машинисту затруднительно, поэтому, как правило, экскаватор вывешивается, опираясь на молот, а часть его колес или опорной поверхности гусениц отрывается от поверхности стоянки. Высота отрыва уменьшается по мере заглубления инструмента гидромолота в обрабатываемую среду. При этом трудно обеспечить приложение усилия вдоль продольной оси молота. Несовпадение направления реакции гидромолота и усилия прижатия ведет к увеличению износа направляющих втулок инструмента, снижению эффективности молота и увеличению вибрационной нагрузки на базовую машину в особенности в тех случаях, когда ось молота не перпендикулярна обрабатываемой поверхности и не совпадает с вертикалью.

Измерения напряжений в элементах металлоконструкции экскаватора и вибрационной нагрузки на рабочем месте машиниста показывают, что при работе гидромолота на разрушаемом объекте, то есть когда внедрение инструмента в разрушаемую среду за каждый удар достаточно мало (1-5мм.), величина напряжений меньше, чем в режиме копания ковшом, а уровень вибрации меньше, чем это регламентировано санитарными нормами.

После каждого удара корпус молота под действием силы прижатия опускается до упора в инструмент, то есть экскаватор как бы падает с некоторой высоты, ударяясь о неподвижный инструмент. Это соударение вызывает реакцию, величина которой тем больше, чем больше внедрение инструмента за предыдущий удар. При внедрении инструмента за удар свыше 10-15 мм эта реакция может превышать величину реакции, возникающей при реверсировании бойка гидромолота.
Самое большое негативное воздействие возникает при внезапном разрушении, например, негабаритных кусков горных пород или каких-либо бетонных конструкций. В этих случаях «падение» экскаватора происходит с наибольшей высоты, ограниченной высотой отрыва колес или гусениц от поверхности стоянки. Исследования, проведенные еще в 80-х годах прошлого века во ВНИИстройдормаше, показали, что отрыв колес или гусениц экскаватора свыше 150мм при прижатии гидромолота и последующее падение экскаватора до удара о грунт в результате внезапного разрушения обрабатываемого материала приводит к возникновению в металлоконструкции рабочего оборудования и ходовой рамы опасных напряжений, которые могут привести к серьезным поломкам.

Различные изготовители гидромолотов предпринимают попытки уменьшить динамическое воздействие на базовую машину. Для этого ударный блок гидромолота, чаще всего жестко закрепляемый в несущих щеках, размещают в коробчатом кожухе с возможностью некоторого относительного перемещения при сжатии упругих амортизаторов, выполненных в виде спиральных пружин (некоторые модели фирмы Rammer) или резиновых или пластмассовых блоков. Действительно такие амортизаторы несколько снижают динамику воздействия на экскаватор, когда упругая деформация амортизаторов не превышает величину внедрения инструмента за удар. Но величина хода амортизаторов, а, следовательно, величина их энергоемкости невелика, поэтому они не защищают экскаватор с вывешенными колесами при внезапном разрушении обрабатываемого материала.

Учитывая особенности эксплуатации такого сменного рабочего органа, как гидромолот, в руководствах по эксплуатации обычно даются следующие рекомендации:
устанавливать гидромолот на объект работы перпендикулярно обрабатываемой поверхности;
прижимать гидромолот к объекту работы с помощью гидроцилиндров рабочего оборудования так, чтобы равнодействующая сила прижима была направлена вдоль оси молота;
при прижатии молота и его работе колеса и гусеницы экскаватора не должны отрываться от поверхности стоянки более чем на 150мм; при прижатии молота гидроцилиндры привода рабочего оборудования экскаватора не должны доходить до своих крайних положений примерно на 100мм.

Соблюдение данных рекомендаций продлевает срок службы и гидромолота и экскаватора.
В 80-х годах прошлого века во ВНИИстройдормаше была разработана так называемая виброзащитная подвеска гидромолота. В этой конструкции ударный блок гидромолота мог перемещаться относительно адаптера, присоединенного жестко к экскаватору, с помощью гидроцилиндра с ходом около 250мм. Гидроцилиндр был включен в гидросистему параллельно с рабочим цилиндром молота, а площадь поршня цилиндра прижима выбрана таким образом, чтобы усилия прижатия при рабочем давлении гидромолота не могло вывешивать колеса или гусеницы экскаватора на максимальном вылете рабочего оборудования. Усилие прижатия при этом всегда направлено вдоль оси молота. При испытаниях было отмечено, что уровень амплитуды колебаний элементов рабочего оборудования экскаватора уменьшался в 2-2,5 раза в сравнении с жестким закреплением гидромолота в адаптере (рис.1). Спектральная плотность ускорений элементов конструкции экскаватора в относительных единицах показана на (рис.2). Но самое главное при внезапном разрушении негабарита экскаватор не ударяется о поверхность грунта, т.к. его колеса не были оторваны от поверхности стоянки при прижатии молота, следовательно, такая подвеска должна существенно увеличить ресурс экскаватора.

Однако, такая виброзащитная подвеска усложняет и удорожает конструкцию гидромолота, поэтому эта идея не получила дальнейшего развития. Помимо вибрационного воздействия на базовую машину гидромолот излучает в окружающую среду значительный шум. При жесткой подвеске гидромолота среднего класса в щеках уровень внешнего шума в радиусе 8-10 м. составляет 94-98 дБА. В тех случаях, когда ударный блок гидромолота установлен в коробчатом кожухе, а между ними размещены специальные шумопоглощающие прокладки по всему контуру (исполнение Vibrosilenced), то уровень внешнего шума удается снизить примерно на 5-8 дБА. Если же все наружные отверстия кожуха дополнительно закрываются резиновыми вставками (исполнение Vibrosilenced+), то уровень внешнего шума снижается еще на 5-8 дБА. Гидромолоты с повышенной вибро и шумозащитой (исполнение Silenced), производятся различными зарубежными фирмами, но их цена значительно больше цены стандартного исполнения.

Правила выбора гидромолота:

При выборе гидромолота нужно учитывать не только показатели, приведенные в его технической характеристике, но и условия его будущей эксплуатации, интенсивность его использования, прочность обрабатываемого материала.

1. Для того чтобы выбрать гидромолот для какого-либо экскаватора или другой гидрофицированной базовой машины, прежде всего, нужно знать вес экскаватора.
Вес гидромолота должен составлять примерно 0,1 часть веса экскаватора, но не должен превышать вес ковша с грунтом.
Чем меньше вес гидромолота, тем лучше для экскаватора в транспортном положении, тем меньше нагрузки на рабочее оборудование экскаватора при наведении гидромолота на точку, где он должен работать. Но с другой стороны, чем больше масса гидромолота, тем больше энергия удара и, соответственно производительность и меньше требуется усилия прижатия его к объекту работы, тем меньше вибрация, передаваемая на базовую машину при работе гидромолота.

2. Следующим показателем, который определяет возможность применения гидромолота на данном экскаваторе, является расход рабочей жидкости, который всегда приводится в технической характеристике молота.
Этот показатель должен соответствовать производительности гидронасоса экскаватора, который будет питать напорную линию гидромолота. Если производительность насоса базовой машины превышает требуемый расход жидкости гидромолота, то при его работе могут возникать пики давления, которые отрицательно сказываются на долговечности как самого гидромолота, так и гидроагрегатов базовой машины. Если же производительность насоса существенно меньше минимального расхода жидкости гидромолота, то гидромолот может работать неустойчиво или не будет работать совсем.

3. Очень важным показателем является уровень рабочего давления гидромолота.
Естественно давление, которое может обеспечить насос базовой машины не должно быть меньше, чем рабочее давление гидромолота. Если максимальное давление гидронасоса больше рабочего давления гидромолота на 10…15%, то в напорной линии питания гидромолота предусмотрен предохранительный клапан, соответственно ограничивающий этот уровень.
В противном случае при возникновении каких-либо нештатных ситуаций могут выйти из строя какие-то детали гидромолота, например, могут быть повреждены шпильки, стягивающие корпусный детали молота, или болты, закрепляющие гидрораспределитель, гидроаккумулятор, или могут быть повреждены уплотнения. Если же на базовой машине установлен регулируемый насос регулятором мощности, то желательно чтобы величина давления, при котором начинает работать регулятор мощности, не превышала уровень рабочего давления гидромолота. В противном случае регулятор мощности гидронасоса может срабатывать в каждом цикле работы молота, что сокращает срок службы гидронасоса.

4. Техническая производительность гидромолота определяется его эффективной мощностью, т.е. произведением энергии удара и частоты ударов. Чем больше прочность материала, который нужно разрушать с помощью гидромолота, тем большее влияние на производительность оказывает величина энергии удара.
Гидромолот с большей энергией удара позволяет откалывать от массива куски большего размера пробивать более толстые слои дорожных покрытий, разрушать бетонные конструкции большего объёма. Если же требуется разрушать какие-либо относительно тонкие покрытия или конструкции или разрушать прочные породы на относительно мелкие куски более предпочтительными будут гидромолоты с меньшей энергией удара, но с большей частотой ударов. Энергия удара гидромолота должна быть такой, чтобы разрушение обрабатываемого материала под острием его рабочего инструмента происходит не более чем за 15…30 секунд. При разрушении вязких материалов таких как, например, мёрзлый грунт, различные известняки и подобные им материалы, решающие влияние на производительность гидромолота имеет энергия удара, т.к. для образования трещин в обрабатываемом материале необходимо рабочий инструмент забить на достаточно большую глубину. Энергия удара молота есть кинетическая энергия бойка E=mv2/2, где m-масса бойка, а v-скорость бойка в момент соударения с инструментом. Одна и та же величина энергии может быть получена за счет скорости бойка или за счет его массы. При равной энергии удара более эффективным будет тот гидромолот, у которого больше масса бойка, т.к. произведение mv, численно равное импульсу силы, у него больше.