Из истории создания гидравлических молотов

Предшественниками гидравлических молотов были пневматические молоты. Пневматический привод успешно использовался в ручных молотах (отбойные молотки, бетоноломы) и в мощных сваебойных молотах с бойком массой в десятки тонн. Из достоинств пневмопривода применительно к молотам отметим следующие:

• дешевизна энергоносителя – воздуха;

• высокие упругие свойства воздуха, что упрощает требования к конструкции распределительного устройства в части открытия-перекрытия линий питания при прохождении золотником среднего положения в моменты равновесия движения бойка;

• для подвода сжатого воздуха к молоту нужен только один трубопровод, так как выхлоп отработавшего воздуха осуществляется непосредственно в атмосферу.

К недостаткам пневмопривода можно отнести:

• необходимость подачи смазки к трущимся поверхностям поршня и цилиндра вместе со сжатым воздухом;

• относительно низкий уровень рабочего давления – 5...7 бар;

• высокий уровень шума при выбросе сжатого воздуха в атмосферу;

• вероятность замерзания при выхлопе паров воды, содержащейся в воздухе, и, наконец, низкий к.п.д., что приводит к необходимости применять мощные двигатели для привода компрессора.

В первой половине XX века гидравлический привод постепенно заменил привод пневматический и механический во многих стационарных и мобильных, в том числе строительных, машинах. Исключением оставались машины ударного действия – ручные и навесные молоты.

Лишь в конце 1950-х годов появились первые заявки на изобретение и патенты на конструкции молотов с гидравлическим приводом. Так, например, в 1957 г. американская фирма Raymond получила патент на конструкцию сваебойного молота с гидроприводом, где управление гидрораспределителем осуществлялось механическим кулачковым механизмом по положению бойка. В 1962 г. фирма провела испытания гидравлического молота 65СН при забивке железобетонных свай на Атлантическом побережье США.

Эту информацию ВНИИ Стройдормаш получил в 1964 г., после чего в отделе сваебойного оборудования начались работы по созданию гидромолота. Была разработана принципиальная схема с гидравлическим управлением распределителя по положению бойка, составлены дифференциальные уравнения, описывающие движение бойка, выполнены необходимые расчеты, разработаны рабочие чертежи экспериментального образца сваебойного гидромолота с энергией удара 20 кДж. Экспериментальный образец выполнили из отдельных блоков, соединенных между собой гибкими РВД. При выборе типа гидроаккумулятора проектировщики по ряду причин отвергли идею применить поршневые пневматические аккумуляторы и мембранные пневмогидроаккумуляторы, и тогда было предложено использовать упругие свойства рабочей жидкости, сжимаемой под большим давлением в замкнутом объеме, что было реализовано в конструкции экспериментального гидромолота, а в дальнейшем и в других типоразмерах, разработанных ВНИИ Стройдормаш.
Экспериментальные образцы гидромолотов с энергией удара 6, 3 и 1,8 кДж для забивки легких свай. Однако промышленность СССР не была готова к производству гидромолотов. Лишь после того, как стало известно, что немецкая фирма Krupp с 1968 г. начала производство гидромолота модели НМ400, а французская фирма Montabert выпустила модель BRH501, начались попытки освоить производство гидромолотов на экскаваторных заводах Минстройдормаша. Серийный выпуск гидромолота СП-62 на Ковровском экскаваторном заводе начался в 1977 г. Калининский экскаваторный завод (в настоящее время – Тверской) в 1980-м начал производство модели СП-71, разработанной Красноярским филиалом ВНИИ Стройдормаша.

С 1982-го по 1992 г. на минском заводе «Белремкоммунмаш» выпускали гидромолоты СОТ-183 с энергией удара 1,8 кДж (разработка ВНИИ Стройдормаш). В начале 1980-х гг. была сделана попытка организовать производство гидромолота СП-70 с энергией удара 3 кДж (разработка ВНИИ Стройдормаш) на киевском заводе «Красный экскаватор» в кооперации с предприятиями Венгерской народной республики. Несмотря на успешные испытания опытных образцов кооперация не состоялась не по техническим причинам. К этому времени разработкой гидромолотов в СССР занимались уже многие организации: Карагандинский, Омский и Винницкий политехнические институты, СибАДИ (г. Омск), Институт автоматики Киргизской АН и др.
За рубежом кроме уже известных фирм производство гидромолотов освоили фирмы Roxon (Финляндия), NPK и Furukawa (Япония) и др. К сожалению, большинство отечественных разработок ограничилось либо единичными экспериментальными образцами, либо выпуском небольших серий, поскольку гидромолот технологически достаточно сложная машина, требующая применения высококачественных сталей и точной обработки деталей. К тому же в СССР у промышленных предприятий не было экономического стимула для освоения этой продукции.

Практически все зарубежные модели гидромолотов выполнены по принципиальной схеме, впервые реализованной фирмой Krupp. Различия заключаются в конструктивном исполнении отдельных узлов (гидрораспределителей, гидроаккумуляторов, сменного инструмента) и их компоновке. По этой же схеме работают и гидромолоты типа «Импульс», выпускаемые в Киргизии и России. Принципиальная схема отечественной модели ГПМ-120 отличается предельной простотой и низкой себестоимостью производства, поэтому несмотря на энергетические недостатки схемы эта модель до сих пор пользуется высоким спросом на российском рынке.

Достаточно оригинальна принципиальная схема и конструкция гидромолота СП-62, в котором применен гидроаккумулятор с так называемой жидкостной пружиной (используется эффект сжимаемости масла при высоком давлении – до 60...80 МПа). Отсутствие гидропневматических аккумуляторов в конструкции этих гидромолотов упрощает их эксплуатацию – не требуется контроль давления закладки сжатым азотом и пополнения его утечек. Отдельные экземпляры этих молотов эксплуатируются по 20...30 лет (разумеется, с ремонтом и заменой отдельных деталей).

В настоящее время гидромолоты как сменный рабочий орган к гидравлическим экскаваторам и погрузчикам производят сотни зарубежных фирм Европы и Азии. При этом производятся гидромолоты от ручных до тяжелых с энергией удара до 15 кДж. Типоразмерные ряды выпускаемых гидромолотов в ряде случаев насчитывают до 18 ед., причем их производят в трех исполнениях. Наиболее распространенное исполнение – ударный блок молота смонтирован между двумя несущими щеками, к верхним площадкам которых закрепляют адаптер, проушины которого должны соответствовать присоединительным размерам экскаватора. Более редкое исполнение – проушины для присоединения к экскаватору сформированы непосредственно на щеках. Самое дорогое исполнение – ударный блок размещен внутри замкнутого коробчатого корпуса с различными шумопоглощающими и амортизирующими прокладками, это так называемое городское исполнение.

Некоторые современные модели зарубежных гидромолотов для упрощения эксплуатации и повышения ресурса оснащают системой автоматической смазки хвостовика рабочего инструмента и оборудуют системой очистки инструмента от абразивных частиц, которые могут попадать в камеру между торцом инструмента и торцом бойка, а связь этой камеры с атмосферой осуществляется через воздушный фильтр в верхней части молота, наиболее удаленной от зоны запыленности.

В России в настоящее время серийно производят гидромолоты Саранский экскаваторный завод (ГПМ-120), ООО «ЗЛАТЭКС» (ГПМ-200), Тверской экскаваторный завод (МГ-300), Тверской машзавод «Гидромолот» (НМ-120, НМ-140, НМ-330, НМ-440), Невьянский машиностроительный завод (ГПМ-120, МГ-300, НМ-440, Д550), ПТФ «НТ Парк ГМ» (И310, Д450, Д600) и ООО Компания «Традиция-К» (ГПМ-120, МГ-300, Д-800), которая по заказам производит сменный рабочий инструмент практически для любых отечественных и импортных молотов, а также участвует в кооперации при производстве южнокорейских гидромолотов нескольких моделей Delta F.

Дальнейшие усилия конструкторов, занимающихся разработкой гидромолотов, направлены на совершенствование отдельных узлов и деталей с целью повышения их надежности и долговечности, снижения их себестоимости изготовления и эксплуатационных расходов у потребителей.