8 сентября 2006

Устройство и принципы работы гидромолотов

В настоящее время десятки различных фирм по всему миру производят множество моделей гидравлических молотов, пригодных для навески в качестве сменного рабочего органа на гидрофицированные строительные машины - экскаваторы, погрузчики, манипуляторы и т.д. Гидромолоты применяются для разрушения различных прочных конструкций и материалов

Как же работает гидромолот?

Основным элементом молота является его боек, т.е. определенная масса m, которую нужно переместить на некоторое растояние от инструмента и разогнать до заданной скорости V в сторону инструмента. Энергия удара, т.е. кинетическая энергия бойка равна mv²/2. Для того чтобы разогнать боек до нужной скорости к нему нужно приложить соответственную силу, величина которой определяется давлением рабочей жидкости и площадью, на которую действует это давление, а также давление газа в пневмокамере и соответствующей площадью торца бойка, на которую действует давление газа.

Основной элемент гидромолота - боекИсточник фото: exkavator.ruОсновной элемент гидромолота - боек

Чем короче ход бойка, тем больше должна быть сила, которая его разгоняет. Однако такая же реактивная сила действует в противоположную сторону, т.е. передается на базовую машину. Поэтому сила, разгоняющая боек ограничена возможностью базовой машины ее воспринимать на максимальном вылете рабочего оборудования. Чем короче ход бойка, тем больше частоту ударов можно получить при равной подаче гидронасоса базовой машины.

Чем короче ход бойка, тем больше должна быть сила, которая его разгоняетИсточник фото: exkavator.ruЧем короче ход бойка, тем больше должна быть сила, которая его разгоняет

Итак, боек гидромолота при его работе совершает возвратно поступательные движения и в крайних своих положениях (в момент удара и в верхней мертвой точке) его скорость в какой-то момент времени оказывается равной нулю. В цикле работы гидромолота можно выделить следующие основные фазы: разгон в сторону от инструмента (условно "вверх"), торможение перед "верхней" мертвой точкой и разгон в сторону инструмента до удара. Это значит, что потребление рабочей жидкости в цилиндре молота в течение всего цикла является величиной переменной в то время как гидронасосы базовой машины обеспечивает постоянную подачу.

Для максимального использования мощностей гидронасоса устанавливают гидроаккумуляторыИсточник фото: exkavator.ruДля максимального использования мощностей гидронасоса устанавливают гидроаккумуляторы

Чтобы максимально использовать мощность гидронасоса и увеличить к.п.д. в напорной линии питания гидромолота, по крайней мере, на гидромолотах среднего и тяжелого класса устанавливаются сетевые гидроаккумуляторы, которые накапливают рабочую жидкость под давлением при малой скорости бойка (во время разгона "вверх" и при торможении) и отдают накопленную жидкость в цилиндре молота, когда скорость бойка велика, т.е. при разгоне "вниз" (при рабочем ходе). На гидромолотах легкой серии, где объемы аккумулируемой жидкости невелики, роль гидроаккумуляторов часто выполняют рукава высокого давления, входящие в состав напорной линии питания гидромолота.

 

Схема гидравлическая гидромолота

Устройство гидромолота: "европейское" исполнение

При всем многообразии выпускаемых моделей гидромолотов существует всего несколько принципиальных схем их гидропривода. Наиболее распространенной является приведенная на рис. 1, которая применяется большинством зарубежных производителей. Боек гидромолота одновременно является поршнем рабочего цилиндра и имеет два контрштока, как правило, разных диаметров d1 и d2.

"Нижний" шток d1, который своим торцом наносит удары по инструменту имеет больший диаметр. Камера рабочего цилиндра, образованная вокруг нижнего штока является камерой холостого хода, т.е. обеспечивает движение бойка в сторону от инструмента или холостой ход. Эта камера при включении молота постоянно находится под давлением рабочей жидкости во время всего цикла работы.

Камера цилиндра, образованная вокруг "верхнего" штока (камера рабочего хода) имеет большую площадь, чем камера холостого хода, и попеременно соединяется то со сливной линией (разгон вверх), то с напорной линией (торможение перед верхней мертвой точкой и разгон вниз). Попеременное соединение камеры рабочего хода со сливной и с напорными линиями осуществляется двухпозиционным золотниковым гидрораспределителем с обратной связью по положению бойка в цилиндре.

Сигналы на переключение золотника подаются в камеру управления золотником при прохождении поршнем соответствующих проточек в цилиндре. При взводе бойка его поршень при определенном положении открывает канал управления золотником соединяя его камеру управления с напорной линией и обеспечивая его переключение в позицию рабочего хода. В конце рабочего хода непосредственно перед ударом поршень своей проточкой соединяет камеру управления золотником со сливной линией, обеспечивая переключение золотника в позицию взвода бойка.

Существует несколько принципиальных схем гидромолотаИсточник фото: exkavator.ruСуществует несколько принципиальных схем гидромолота

Золотник гидрораспределителя гидромолота выполнен с рабочими поясками разных диаметров, таким образом, что со стороны одного из его торцев постоянно действует давление рабочей жидкости, а на противоположный торец на него действует давление только на фазе торможения и во время рабочего хода бойка.

Описанная выше принципиальная схема гидромолота реализуется в различных моделях различными конструктивными и компоновочными решениями. Так, например, гидрораспределитель молота может встраиваться непосредственно в корпус молота или присоединятся к последнему в виде отдельного блока. Ось золотника может располагаться параллельно или перпендикулярно оси молота.

Гидрораспределитель может встраиваться в сам корпус гидромолотаИсточник фото: exkavator.ruГидрораспределитель может встраиваться в сам корпус гидромолота

Золотник гидрораспределителя может быть выполнен в виде сплошного стержня с проточками или иметь трубчатую форму. Камеры управления золотником могут быть образованы за счет разности диаметров его шеек или в виде отдельных плунжеров. Рабочий цилиндр молота может быть выполнен в корпусе или в виде гильзы, монтируемой в корпусе. Направляющие втулки, в которых движутся штоки поршня, могут выполняться отдельно от самого цилиндра или одна из них совместно с гильзой или корпусом молота. Гидроаккумуляторы могут располагаться на боковой поверхности корпуса или соосно с ним.

Устройство гидромолота: притычное исполнение

Притычное исполнение гидрораспределителя повышает ремонтопригодность гидромолотаИсточник фото: exkavator.ruПритычное исполнение гидрораспределителя повышает ремонтопригодность гидромолота

Притычное исполнение гидрораспределителя или гильзованный рабочий цилиндр позволяет упростить систему внутренних коммутационных гидролиний, оптимизировать их форму и размеры, упростить технологию изготовления отдельных деталей, повысить ремонтопригодность изделия, но вызывает необходимость применения дополнительных уплотнений. Монолитный гидроблок без гильзы со встроенным гидрораспределителем уменьшает общее количество деталей и уплотнений, но усложняет технологию изготовления и уменьшает ремонтопригодность молота. В конечном счете, компоновка и конструктивное решение определяется технологическими возможностями и пристрастиями разработчиков и изготовителей гидромолотов, а также возможностью патентования отдельных конструктивных решений.

Принципиальная схема гидромолота

Разновидностью описанной выше принципиальной схемы является такое ее исполнение, когда штоки бойка d1 и d2 выполняются равного диаметра, например, в некоторых моделях гидромолотов NPK (Япония). При этом аккумулирование рабочей жидкости, подаваемой насосом происходит на фазе торможения бойка и во время всего рабочего хода, а разрядка аккумулятора происходит на фазе разгона бойка "вверх".

Такое решение обеспечивает практически постоянную энергию удара молота при изменении подачи гидронасоса в широком диапазоне, но требует установки гидроаккумуляторов с большим маневровым объемом. В этих случаях сетевые аккумуляторы часто устанавливаются вне молота на рабочем оборудовании экскаватора.

К достоинствам описанной принципиальной схемы можно отнести достаточно простое управление реверсированием движения бойка, а также отсутствием слива рабочей жидкости во время рабочего хода бойка, когда его скорости достигают максимальных значений. Повышенные скорости течения жидкости в сливной магистрали во время движения бойка "вверх" компенсируется либо применением в сливной линии трубопроводов достаточно большого сечения, либо установкой в сливной линии своего гидроаккумулятора низкого давления.

Устройство отечественных гидромолотов

Другой интересной принципиальной схемой привода гидромолота, является схема представленная на рис. 2, которая применена в отечественных гидромолотах моделей ГПМ-120, СП-71.

Особенностью этой схемы является то, что при движении бойка "вверх" сам боек герметично состыкован с другой деталью, являющейся одновременно поршнем газового аккумулятора, диаметр D которого больше диаметра d штока бойка. Камера между торцами бойка и поршнем аккумулятора в исходном положении соединена с линией слива. За счет разности диаметров поршня аккумулятора и бойка образована площадка, на которую действует давление напорной линии, что вызывает перемещение бойка "вверх" и сжатие газа в пневмоаккумуляторе.

У отечественных гидромолотов конструкция предельно простаИсточник фото: tradicia-k.ruУ отечественных гидромолотов конструкция предельно проста

После перемещения бойка на заданную величину h через радиальный и осевой каналы имеющиеся в бойке, камера между бойком и поршнем аккумулятора соединяется с линией давления, обе сопрягаемые детали соединяются с линией давления, обе сопрягаемые детали разъединяются. Теперь на весь торец бойка действует давление жидкости, величина которого определяется величиной давления газа в аккумуляторе. Боек затормаживается и начинает ускоренно двигаться в сторону инструмента. Непосредственно перед ударом рабочий цилиндр соединяется с линией слива, давление в гидросистеме падает, поршень аккумулятора под действием давления газа вновь соединяется с бойком и циклы работы повторяются.

К достоинствам этой схемы можно отнести предельную простоту конструкции, минимум подвижных деталей, отсутствие специального гидрораспределителя, высокую технологичность и, вследствие этого, низкую стоимость изделия. К недостаткам схемы можно отнести значительные перепады давления в различных фазах цикла работы молота, недоиспользование мощности насоса базовой машины, наличие в бойке каналов для прохода рабочей жидкости, которые являются концентраторами напряжений.

схема принципиальная гидравлическая гидромолота

Еще одна принципиальная схема, которая используется только в отечественных гидромолотах моделей СП-62, Д-550, Д-600 и Д-450, представлена на рис. 3. В этой схеме боек и поршень рабочего цилиндра выполнены в виде отдельных деталей, соединенных между собой через упругий шарнир.

Рабочий цилиндр выполнен в виде цилиндра двойного действия, т.е. его рабочие камеры попеременно соединяются с напорной и сливной линиями, а реверсирование движения поршня осуществляется посредством двухпозиционного золотникого гидрораспределителя с обратными связями по положению поршня. В исходном положении золотник распределителя под действием установленной под его торцом пружины находится в позиции, обеспечивающей соединение штоковой полости рабочего цилиндра (камеры холостого хода) с напорной линией, а поршневой полости с линией слива.

При включении подачи насоса поршень движется ускорено "верх" вытесняя жидкость из поршневой полости в сливную линию. После перемещения на заданное расстояние поршень перекрывает в гильзе цилиндра сливные отверстия, давление над поршнем повышается, воздействует на торец золотника и переключает последний в позицию рабочего хода, т.е. соединяет поршневую полость с напорной, а штоковую полость со сливной линией. Поршень затормаживается и начинает ускоренно двигаться в сторону инструмента. Непосредственно перед ударом поршень открывает проточку, соединяющую через обратный клапан 6 поршневую полость со сливной линией. Вследствие этого давление в поршневой полости и над торцом золотника падает до величины, при значении которой пружина переключает золотник в позицию взвода бойка. Боек наносит удар по инструменту, далее циклы работы молота повторяются.

В российских гидромолотах боек и поршень могут быть выполнены в виде отдельных деталейИсточник фото: exkavator.ruВ российских гидромолотах боек и поршень могут быть выполнены в виде отдельных деталей

Конструктивной особенностью молотов, использующих эту принципиальную схему является использование в составе молота сетевого аккумулятора, использующего в качестве упруго элемента не газ, а рабочую жидкость гидросистемы. Этот аккумулятор представляет собой мультипликатор давления, поршневая полость которого постоянно соединена с напорной линией, а штоковая со сливной. Шток поршня аккумулятора входит в замкнутую емкость 4, образованную в корпусе гидроблока, заполненную рабочей жидкостью - маслом гидросистемы. В этой замкнутой полости при работе молота возникает давление во столько раз больше, чем давление в напорной линии молота, во сколько раз площадь поршня аккумулятора больше площади его штока. Величина этого давления достигает значений 50…80 МПа.

Конструкция рос. гидромолотов позволяет устанавливать тяжелые бойки при малых размерах цилиндраИсточник фото: tradicia-k.ruКонструкция рос. гидромолотов позволяет устанавливать тяжелые бойки при малых размерах цилиндра

При таких давлениях замкнутый объем минерального масла сжимается на 4,5…5%, а в поршневой полости аккумулятора во время взвода бойка и при его торможении перед верхней мертвой точкой накапливается объем жидкости под рабочим давлением необходимый и достаточный для совершения рабочего хода бойка. Для пополнения объема "жидкостной пружины" вследствие возможных утечек в поршне аккумулятора предусмотрен обратный клапан. Такой гидроаккумулятор при эксплуатации молота не требует каких-либо подзарядок.

Отечественные гидромолоты удобно применять при разрушении вязких материаловИсточник фото: tradicia-k.ruОтечественные гидромолоты удобно применять при разрушении вязких материалов

Описанная принципиальная схема молота наиболее целесообразна для средних и тяжелых моделей гидромолотов, так как позволяет использовать бойки большой массы при малых размерах рабочего цилиндра. Маленький диаметр рабочего поршня уменьшает величину внутренних перетечек масла, маленький диаметр уплотнений штока уменьшает их стоимость. Большая масса бойка при равной энергии удара гидромолотов, выполненных по другим принципиальным схемам, позволяет достигать большей величины ударного импульса численно равного mv и к.п.д. удара, что обеспечивает повышение производительности в особенности при разрушении вязких материалов, например, мерзлых грунтов.

Автор статьи: Кандидат технических наук
Старший научный сотрудник
Дмитревич Юрий Владимирович
ООО Компания "Традиция-К"

Наши группы в Telegram, Viber. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией в WhatsApp!

При перепечатке текста и использовании фотографий обязательна активная ссылка на exkavator.ru

Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
Заметили ошибку? Выделите участок текста и нажмите Ctrl+Enter, чтобы оповестить редакцию сайта.
Оцените, пожалуйста, статью:
Оценивших: 29, оценка: 4,55 из 5
Нам очень важно ваше мнение
4,55
5
2
29
Подписаться на новости
рынка спецтехники
Подписаться