液壓破碎錘作(zuò)為(wèi)一種新型液壓工程設備,廣泛應用于礦山(shān)岩石的破碎、工程建設特别是舊(jiù)城改造、混凝土構件的拆毀施工中,由于其載體(tǐ)設備的多(duō)樣性,工作(zuò)的靈活性及其對勞動生(shēng)産率的提高(gāo)所發揮的有(yǒu)效作(zuò)用,越來(lái)越受到礦山(shān)和(hé)施工部門(mén)的重視(shì),其推廣前景十分看好。下面将着重介紹其研究發展現狀及其發展趨勢。
一、研究發展現狀
1.1地域分布情況
從北京第六屆國際工程機械展覽與技(jì)術(shù)交流會(huì)上(shàng)的展覽情況總結,世界主要破碎錘生(shēng)産廠家(jiā)的産品均有(yǒu)展品,初步統什共有(yǒu)31家(jiā)不同廠家(jiā)的破碎錘參展,而韓同産品占了半壁江山(shān),共有(yǒu)18家(jiā)(主要是代理(lǐ)商參展),美國有(yǒu)3家(jiā),日本3家(jiā),國內(nèi)3家(jiā),德國1家(jiā),芬蘭1家(jiā)(代理(lǐ)商參展),西班牙1家(jiā),意大(dà)利1家(jiā)。其中韓國以GB(工兵)破碎錘、SB(山(shān)水(shuǐ))破碎錘、JOMAC(矯馬)矯馬破碎錘、SG(廣林)破碎錘、KOORY(高(gāo)力)破碎錘、DEMO(大(dà)模)破碎錘為(wèi)主要代表,美國的CAT(卡特彼勒)破碎錘、STANLEY(史丹利)破碎錘,MONTAERT(英格索蘭的蒙特貝特)破碎錘,德國KRUPP(克虜伯)破碎錘,日本FURUKAWA(古河(hé))破碎錘、KOMATSU(小(xiǎo)松)破碎錘、TOKU(東空(kōng))破碎錘,芬蘭的Rammer破碎錘,國內(nèi)有(yǒu)SWH(湖(hú)南山(shān)河(hé)智能)破碎錘、安徽驚天破碎錘、山(shān)西長治破碎錘。從以上(shàng)情況可(kě)以看出其中以韓國産品發展快,其性價比尤其突出。但(dàn)從總體(tǐ)情況來(lái)看,國內(nèi)在這方面已經開(kāi)始迎頭趕上(shàng),個(gè)别廠家(jiā)的産品已有(yǒu)出口,還(hái)有(yǒu)一些(xiē)廠家(jiā)的産品在技(jì)術(shù)性能方曲也取得(de)了較為(wèi)顯著的進步。例如湖(hú)南山(shān)河(hé)智能機械股份有(yǒu)限公司生(shēng)産的SWH系列破碎錘在性能上(shàng)已經可(kě)與圍外同類産品媲美,其強有(yǒu)力的沖擊力和(hé)方便的維護性能都是非常出色的。
1.2結構性能
前面所述産品都有(yǒu)自己的一些(xiē)突出特色,但(dàn)從沖擊過程作(zuò)功介質的不同,主要有(yǒu)三種類型:全液壓作(zuò)功液壓破碎錘,氣液聯台作(zuò)功液壓破碎錘,純氮氣作(zuò)功液壓破碎錘。
1.2.1全液壓作(zuò)功液壓破碎錘
克虜伯的破碎錘就是全液壓作(zuò)功的典型代表,還(hái)有(yǒu)美國卡特彼勒破碎錘、美國蒙特貝特破碎錘、芬蘭Rammer破碎錘都是全液壓作(zuò)功。下面以克虜伯液壓破碎錘為(wèi)例,介紹這種破碎錘的結構特點和(hé)新的研究進展:
圖1為(wèi)克虜伯HM2500馬拉松型破碎錘剖面圖,從中我們可(kě)以看出它的工作(zuò)原理(lǐ)和(hé)一些(xiē)獨特的特性。這種破碎錘通(tōng)過活塞與柱形配流閥的運動相互控制(zhì)随訪的油路的通(tōng)斷,從而實現活塞的高(gāo)速往複沖擊運動,它還(hái)配備有(yǒu)一個(gè)高(gāo)壓蓄能器(qì),起補油、穩壓和(hé)緩沖作(zuò)用,這類産品在大(dà)的結構原理(lǐ)上(shàng)沒有(yǒu)什麽差别,它們的主要區(qū)别就在那(nà)些(xiē)特殊的小(xiǎo)結構上(shàng),而這些(xiē)小(xiǎo)的結構在提高(gāo)産品性能方面卻起着非常重要的作(zuò)用,這些(xiē)小(xiǎo)結構的設計(jì)好壞對提高(gāo)産品競争力有(yǒu)重要影(yǐng)響。從圖中可(kě)以看到克虜伯破碎錘具有(yǒu)以下技(jì)術(shù)特點:
(1)變頻裝置
變頻裝置使液壓錘運行(xíng)更合理(lǐ)、更完美,同時(shí)使操作(zuò)更加簡便,有(yǒu)手動與自動變頻裝置。根據作(zuò)業對象的不同采用不同的沖擊頻率和(hé)沖擊能,提高(gāo)了能量的利用率和(hé)生(shēng)産效率。
(2)高(gāo)壓氣體(tǐ)輸送接口
适合不同連接尺寸的高(gāo)壓氣體(tǐ)輸送接口,可(kě)接入高(gāo)壓氣體(tǐ),從而使破碎錘具備水(shuǐ)下作(zuò)業的功能、
(3)自動潤滑裝置
自動潤滑裝置直接裝在液壓錘的外殼上(shàng),操作(zuò)極其簡便,并使潤滑油的消耗量經濟。
(4)低(dī)噪音(yīn)結構設計(jì)
液壓錘錘體(tǐ)與外殼之間(jiān)填有(yǒu)隔音(yīn)材料,實現了錘體(tǐ)與外殼之間(jiān)的無聲接觸,同時(shí)還(hái)提供可(kě)選購的超靜音(yīn)結構,大(dà)大(dà)降低(dī)了液壓錘的工作(zuò)噪音(yīn)。
(5)超防塵裝置
在前缸套中,裝有(yǒu)特殊的超防塵裝置,能夠有(yǒu)效地防止灰塵進入錘體(tǐ)提高(gāo)了內(nèi)部耐磨襯套的使用壽命。
(6)減振系統
整個(gè)錘體(tǐ)懸置于帶預應力的彈性橡膠塊上(shàng),防止了破碎錘在工作(zuò)過程中對承載機械的損害。
(7)特殊的耐磨材料
在承受高(gāo)應力的部位采用了高(gāo)标準的抗磨損材料,提高(gāo)了缸套的使用壽命,特殊材料制(zhì)成的釺杆,經過特殊的熱處理(lǐ)工藝,使性能提高(gāo),可(kě)靠性增加。
以上(shàng)的一些(xiē)結構部件,是可(kě)根據需要來(lái)選配的,如變頻裝置、自動潤滑裝置、超防塵裝置等。多(duō)年的實踐與研究,使得(de)克虜伯液壓破碎錘在技(jì)術(shù)上(shàng)一直都處于世界的前列,其産品适用領域廣泛。
美國蒙特貝特破碎錘除此還(hái)具有(yǒu)其他一些(xiē)獨特的結構:
(1)進出油口采用360°旋轉接頭,極大(dà)提高(gāo)了軟管壽命;
(2)內(nèi)置已獲得(de)專利設汁的能量回收閥,能夠有(yǒu)效地減低(dī)振動,增大(dà)沖擊功;
(3)內(nèi)置特殊減振裝置,能有(yǒu)效減小(xiǎo)對承載機械的震動,極大(dà)地保護承載機械的工作(zuò)臂;
(4)內(nèi)置自動壓力調節裝置,能夠實現有(yǒu)檔自動變頻和(hé)無級自動變頻。因而能夠根據岩石的硬度自動調整沖擊能和(hé)沖擊頻率,破碎硬岩時(shí),高(gāo)沖擊能,低(dī)頻率,破碎軟岩時(shí),低(dī)沖擊能,高(gāo)頻率;
(5)三級大(dà)中小(xiǎo)活塞結構設計(jì),能夠實現級遞式傳遞沖擊能,能夠實現破碎岩石需要破碎力時(shí)沖擊功傳遞達到大(dà)值。
芬蘭Rammer破碎錘也同樣具有(yǒu)變頻、自動潤滑、低(dī)噪音(yīn)設計(jì)、防塵等功能。Rammer破碎錘還(hái)具有(yǒu)外界環境粉塵控制(zhì)功能、電(diàn)子自動控制(zhì)的變頻裝置。其外界環境粉塵控制(zhì)是通(tōng)過在破碎錘殼體(tǐ)前端裝上(shàng)一個(gè)水(shuǐ)霧化噴頭來(lái)實現的,從高(gāo)壓泵來(lái)的高(gāo)壓水(shuǐ)經過噴頭霧化噴射到工作(zuò)對象上(shàng),因而可(kě)以有(yǒu)效地控制(zhì)在破碎過程中産生(shēng)的灰塵,既保護了環境,又改善了工作(zuò)條件。
1.2.2氣液聯合作(zuò)功液壓破碎錘
這種破碎錘的結構要比前面的耶種複雜些(xiē),它在沖程過程巾既有(yǒu)活塞後端的高(gāo)壓氮氣作(zuò)用于活塞,同時(shí)活塞後腔還(hái)有(yǒu)高(gāo)壓油的作(zuò)用,活塞在高(gāo)壓氮氣和(hé)高(gāo)壓油的聯合作(zuò)用下怍快速沖程運動,因而這種結構的破碎錘一般都具有(yǒu)較大(dà)的沖擊能。
這種液壓破碎錘前腔一般為(wèi)常高(gāo)壓腔,其工作(zuò)原理(lǐ)與工作(zuò)過程如圖2所示:
(1)開(kāi)始階段
活塞與釺杆在完成上(shàng)一次沖擊後,活塞有(yǒu)一個(gè)瞬時(shí)的停頓狀态,此時(shí)配流閥已經完成了換向和(hé)油路切換,壓油經過配流閥進入到活塞前腔(下腔),活塞後腔(上(shàng)腔)此時(shí)通(tōng)回油,因而活塞在前腔壓油的作(zuò)用下開(kāi)始作(zuò)回程加速運動,為(wèi)下一次沖擊作(zuò)準備。
(2)活塞提升階段
活塞起動後,首先作(zuò)回程加速運動,同時(shí)壓縮尾部氮氣,儲存能量,當活塞運動到一定位置後,活塞的一個(gè)台肩面将打開(kāi)沖程反饋孔,壓油将通(tōng)過此反饋孔使配流閥快速換向,從而再次切換油路,此時(shí)壓油将同時(shí)進入到活塞的前腔和(hé)後腔,活塞作(zuò)差動油路連接,且活塞的後腔壓油作(zuò)用面積要大(dà)于前腔的壓油作(zuò)用面積。同時(shí)活塞尾部的氮氣室壓力也升高(gāo)了,活塞在後腔油壓和(hé)氮氣壓力作(zuò)用下進入回程減速運動階段。
(3)沖擊階段
活塞進入回程減速階段後,在後腔油壓和(hé)尾部氮氣壓力作(zuò)用下,速度很(hěn)快就下降為(wèi)零。但(dàn)是此時(shí)活塞後腔仍然為(wèi)高(gāo)壓腔,且尾部還(hái)有(yǒu)氮氣壓力作(zuò)用。在油壓和(hé)氮氣壓力的共同作(zuò)用下,活塞立即進入快速的沖擊階段,在很(hěn)短(duǎn)的時(shí)間(jiān)內(nèi),活塞将完成沖程運動。
(4)快速沖擊碰撞階段
在沖程階段,活塞在很(hěn)短(duǎn)的時(shí)間(jiān)內(nèi)以很(hěn)快的速度沖向釺杆,後打擊釺杆,将能量傳遞給釺杆,釺杆在獲得(de)沖擊能後便可(kě)達到将工作(zuò)對象破碎的目的。在活塞沖擊階段的後期,活塞的另一個(gè)台肩将把回程反饋孔溝通(tōng),從而保證活塞在完成沖擊後,配流閥已經完成換向和(hé)油路切換,使活塞順利進入下一個(gè)循環往複周期運動。
現在市場(chǎng)上(shàng)這種結構的破碎錘主要是韓國的産品,它們有(yǒu)韓國的JB液壓破碎錘、大(dà)運破碎錘、世進(S.J.)破碎錘、廣林(SG)破碎錘、工兵(GB)破碎錘、工馬(KOMAC)破碎錘,日本古河(hé)液壓破碎錘,中國驚天液壓破碎錘。在這種形式的破碎錘中,以日本古河(hé)的産品具代表性和(hé)性。下面詳細介紹一下它的結構性能:
(1)古河(hé)全新的F系列破碎錘,有(yǒu)17種型号可(kě)與自重1-70t的各型挖掘機匹配。
(2)對全系列的破碎錘提供标準的安全閥,如果操作(zuò)壓力超過21~22MPa,液壓破碎錘的安全閥會(huì)自動啓動,保護破碎機免受損壞(正在申請(qǐng)專利)。
(3)提供标準的防塵裝置,經過特别設計(jì)的防塵裝置,能防止塵埃(如岩塵)進入前端罩。前後端罩均備有(yǒu)空(kōng)氣過濾器(qì)及空(kōng)氣防逆閥,能減低(dī)活塞運動時(shí)引起的抽氣作(zuò)用,發揮自動防塵的功效(正在申請(qǐng)專利)。
(4)提供可(kě)選購的自動加注潤滑油裝置。标準機內(nèi)管道(dào)可(kě)直接注油至前蓋及推力套管部分,确保釺杆和(hé)套管更持久耐用。此外,可(kě)拆除注油嘴并安裝專用管路裝置,讓操作(zuò)員在駕駛室內(nèi)利用遙控自動加注潤滑油,也可(kě)以通(tōng)過定時(shí)器(qì)自動加注潤滑油。
(5)沖擊頻率調整裝置。有(yǒu)手動和(hé)遙控兩種形式,其中手動變頻為(wèi)标準配置,遙控變頻為(wèi)選購裝置。
(6)活塞空(kōng)打防護裝置。它能夠有(yǒu)效地防止和(hé)解決空(kōng)打問題。
(7)隧道(dào)和(hé)水(shuǐ)下作(zuò)業選購裝置。在加裝注氣和(hé)自動注黃油潤滑裝置和(hé)相關管路後,可(kě)在水(shuǐ)中或隧道(dào)中作(zuò)業。設計(jì)的空(kōng)氣壓縮管道(dào)能防止水(shuǐ)、塵埃、泥及沙石進入破碎機主機部分;機架末端裝有(yǒu)灑水(shuǐ)噴嘴,能沖掉散布于礦井中的灰塵。
(8)T-BOX新型機架的封閉式箱形設計(jì)使破碎機機身牢牢固定于頂部機架。螺栓、螺母及其他部件的數(shù)目少(shǎo),大(dà)大(dà)降低(dī)了零部件的損耗。封閉式箱形設計(jì)及T-BOX機架使用的聚氨酯軟墊、密封墊及蓋子,使破碎錘的工作(zuò)噪音(yīn)完全低(dī)于85db的環保規定。
1.2.3純氮氣作(zuò)功液壓破碎錘
沖擊階段隻有(yǒu)氮氣做(zuò)動力的液壓破碎錘的生(shēng)産廠家(jiā)主要有(yǒu)韓國的山(shān)水(shuǐ)、高(gāo)力、迪安、工馬、大(dà)模、科泰克,日本的東空(kōng),美國的史丹利,國內(nèi)有(yǒu)湖(hú)南山(shān)河(hé)智能、山(shān)西長治等。
這種破碎錘大(dà)的特點是:相對于前面兩種類型來(lái)講,結構要相對簡單些(xiē),破碎錘的主要零部件(沖擊活塞、缸體(tǐ)、配流閥等)的加工工藝性要大(dà)大(dà)改善使用維修方便。下面以湖(hú)南山(shān)河(hé)智能機械股份有(yǒu)限公司的SWH破碎錘為(wèi)例,如圖3所示,簡要介紹其工作(zuò)原理(lǐ):
(1)回程加速階段
活塞回程開(kāi)始時(shí),活塞上(shàng)一次沖擊已經結束,處于瞬時(shí)停頓狀态。此時(shí)主閥V2腔為(wèi)低(dī)壓腔,而V4腔為(wèi)常高(gāo)壓腔,因此主閥芯處于下極限位置。這樣,活塞前腔V1通(tōng)過主閥芯與高(gāo)壓油相通(tōng),而活塞後腔V3一直與回油腔相通(tōng),為(wèi)低(dī)壓,故活塞在前腔高(gāo)壓油的作(zuò)用下,作(zuò)回程加速運動,同時(shí)壓縮尾部氮氣室氮氣,使之作(zuò)絕熱壓縮。
(2)回程制(zhì)動運動
活塞在高(gāo)壓油的作(zuò)用下繼續向上(shàng)作(zuò)回程運動,當活塞中段下側面越過控制(zhì)口的下邊時(shí),V1腔中的高(gāo)壓油進入主閥的V2腔,由于通(tōng)過V2腔作(zuò)用于主閥芯的液壓力大(dà)于V4腔作(zuò)用于主閥芯的液壓力,從而迫使閥芯開(kāi)始換向運動。閥芯的移動,逐漸減少(shǎo)進入V1腔中的高(gāo)壓油,以緻相應作(zuò)用于活塞上(shàng)的回程推力也逐漸減小(xiǎo),而相對被壓縮的氮氣施加的回程阻力卻越來(lái)越大(dà),活塞便轉入回程制(zhì)動階段。閥芯将終完全切斷到V1腔中的壓力油,活塞将很(hěn)快停止回程運動。
(3)沖程加速運動
當活塞停止回程運動時(shí),将馬上(shàng)轉入沖程運動階段。此時(shí),主閥芯已經打開(kāi)活塞前腔V1通(tōng)向主閥芯回油腔的油路,使活塞前腔的油液能夠順利排出。此時(shí)活塞在氮氣絕熱膨脹力作(zuò)用下開(kāi)始快速沖程運動。在活塞作(zuò)沖程運動時(shí),閥芯将可(kě)靠地停留在上(shàng)極限位置。
(4)活塞打擊停頓狀态
在氮氣室氮氣絕熱膨脹的作(zuò)用下,活塞作(zuò)準等加速運動(其宴加速度逐漸減小(xiǎo))。當活塞中段上(shàng)側面越過控制(zhì)口的上(shàng)邊時(shí),主閥芯的V2腔與回油溝通(tōng),V2腔變為(wèi)低(dī)壓腔。閥芯将在V4腔高(gāo)壓油的作(zuò)用下開(kāi)始向下作(zuò)換向運動。此時(shí)已獲得(de)足夠能量的活塞打擊釺杆,完成沖擊動作(zuò)。而閥芯繼續向下運動,當閥芯運動到下極限位置時(shí),活塞處于瞬時(shí)停頓階段。至此,活塞結束了一個(gè)工作(zuò)循環。随後,活塞沖擊後反彈,開(kāi)始下一個(gè)工作(zuò)周期。
二、發展趨勢
從上(shàng)個(gè)世紀60年代德國克虜伯公司生(shēng)産出第一台液壓破碎錘以來(lái),破碎錘經曆了四十多(duō)年的發展,從這次參展情況來(lái)看,破碎錘已經從當初結構複雜、功能單一的形式發展到現在的産品多(duō)樣化、功能多(duō)樣化。具體(tǐ)可(kě)以歸納為(wèi)以下幾個(gè)方面的新發展:
(1)破碎錘的結構形式多(duō)樣化。現在市場(chǎng)上(shàng)有(yǒu)純液壓靜壓驅動型破碎錘、氣液聯合型破碎錘和(hé)氮氣爆炸式碎錘,可(kě)以根據需要選擇合适的型号;從與承載機的裝配上(shàng)看,有(yǒu)側闆裝配形式和(hé)箱體(tǐ)式裝配形式兩種,側闆式裝配形式破碎錘附加功能一般較箱體(tǐ)形式的要少(shǎo),且沖擊能檔次一般是中小(xiǎo)型,大(dà)沖擊能的破碎錘現在一般采用箱體(tǐ)式結構,因為(wèi)箱體(tǐ)式結構便于采取隔音(yīn)措施,以減小(xiǎo)大(dà)沖擊能破碎錘工作(zuò)時(shí)的噪聲。
(2)産品系列化。根據工作(zuò)對象的不同,可(kě)以選用同一系列不同型号的破碎錘。對于小(xiǎo)塊、硬度較低(dī)的岩石選川沖擊能小(xiǎo)的破碎錘,而對于大(dà)塊、硬度高(gāo)的岩石選用沖擊能大(dà)的破碎錘,這樣就可(kě)以充分發揮系統的功能,提高(gāo)能量的利用效率;當然,對于不同的工作(zuò)對象,還(hái)可(kě)以選用不同零部件,如對于硬度不同、韌性不同的破碎對象,可(kě)以選用不同的釺杆,來(lái)達到有(yǒu)效破碎的目的。世界上(shàng)比較有(yǒu)影(yǐng)響的幾家(jiā)破碎設備生(shēng)産廠家(jiā)如克虜伯、Rammer公司、日本古河(hé)、卡特彼勒等,他們都是對某一種結構形式的破碎錘進行(xíng)系列化生(shēng)産,多(duō)的一種系列有(yǒu)十幾種型号。
(3)功能多(duō)樣化、結構柔性化。這一點是破碎錘近來(lái)顯著的變化。現在的破碎錘為(wèi)了使用現代施工要求,已經從功能單一的破碎設備發展到具有(yǒu)多(duō)種附加功能的多(duō)功能破碎設備。除了具備破碎功能外,對于大(dà)型的破碎錘可(kě)以利用其安裝外殼實行(xíng)簡單的搬移功能,從而方便了本身的作(zuò)業;有(yǒu)些(xiē)破碎錘同時(shí)具備陸上(shàng)和(hé)水(shuǐ)下作(zuò)業功能;有(yǒu)些(xiē)破碎錘具有(yǒu)噪聲和(hé)粉塵控制(zhì)功能,成為(wèi)典型的環保型産品;有(yǒu)的具有(yǒu)自動潤滑功能;有(yǒu)的具有(yǒu)防空(kōng)打功能,從而具備了很(hěn)高(gāo)的可(kě)靠性。現代破碎錘功能的多(duō)樣化,正是通(tōng)過其結構配置的柔性化來(lái)實現的。以上(shàng)多(duō)種附加功能,都可(kě)以通(tōng)過選購相應的功能裝置來(lái)進行(xíng)配置,因而使破碎錘在功能上(shàng)也具有(yǒu)了很(hěn)大(dà)的柔性。
(4)智能化。随着液壓技(jì)術(shù)、電(diàn)子技(jì)術(shù)、控制(zhì)技(jì)術(shù)在工程機械上(shàng)的不斷應用和(hé)發展,破碎錘也向着智能化方向發展。通(tōng)過液壓控制(zhì)技(jì)術(shù)和(hé)電(diàn)子控制(zhì)技(jì)術(shù),破碎錘能夠根據作(zuò)業對象的不同,自動調節沖擊能和(hé)沖擊頻率。破碎錘實現自動調頻調能是破碎錘技(jì)術(shù)上(shàng)的一個(gè)重大(dà)突破,也是破碎錘性能提升和(hé)發展的重要方向。
(5)便捷的售後服務。任何産品生(shēng)産出來(lái)後,終都要走向市場(chǎng),經受市場(chǎng)的嚴格檢驗。在信息化、網絡化的服務型社會(huì),産品的售後服務和(hé)技(jì)術(shù)支持是一個(gè)不可(kě)忽視(shì)的重要環節,完善的售後服務和(hé)可(kě)靠的技(jì)術(shù)支持電(diàn)同樣足提高(gāo)産品競争力的重要手段。國外的幾家(jiā)大(dà)公司在這方面都做(zuò)得(de)非常出色。
三、結束語
在國家(jiā)不斷加大(dà)對基礎設施建設的今天,液壓破碎錘作(zuò)為(wèi)一種重要的工程施工輔助設備,應該有(yǒu)着廣闊的市場(chǎng)前景。我們應該在積極學習、消化國外産品技(jì)術(shù)的基礎上(shàng),自力更生(shēng),大(dà)力發展自有(yǒu)的高(gāo)性能液壓破碎錘,打破基本上(shàng)是國外破碎錘一統天下的局面。