Гидравлический молот: что это такое и как он работает?

Гидравлический молот — достаточно востребованный в строительных работах инструмент. Он относится к навесному оборудованию, которое крепится на базовую машину (экскаватор, погрузчик, МТЗ и т.п.) и подключается к ее гидравлической системе. Что касается назначения, то гидравлический молот используется при демонтаже различных строений, конструкций.

Далее предлагаем подробнее рассмотреть принцип его действия и устройство. Основным элементом конструкции здесь является боёк. Принцип заключается в том, чтобы переместить некоторую массу (m) на определенное расстояние, задав при этом необходимую скорость (V). В данном случае сила удара (а это не что иное, как кинетическая энергия бойка) будет рассчитываться по формуле E=mv²/2.

Чтобы задать необходимую скорость, также необходимо приложить некоторое усилие. Оно в свою очередь определяется давлением рабочей жидкости и площадью, на которую это давление оказывается. Выходит, что чем меньше ход бойка, тем большую по величине силу требуется приложить для его разгона. Не стоит забывать и про реактивную силу, которая действует в строго противоположном направлении, то есть в сторону базовой машины. По этой причине сила, разгоняющая боек, всегда ограничена характеристиками машины, на которую установлен гидравлический молот. Чем меньше ход бойка, тем большую частоту ударов при ровной подаче способен обеспечить гидравлический насос. В процессе работы, боёк осуществляет поступательные движение и имеет 2 крайних положения: момент удара и верхняя мертвая точка. Находясь в последней, его скорость на некоторое время — нулевая.

Гидромолот Impulse 120 Classic

• Масса базовой машины, т 4-9
• Диаметр рабочего инструмента, мм 68

215 000 ₽

В корзину

Гидромолот Impulse 150 Classic

• Масса базовой машины, т 5-10
• Диаметр рабочего инструмента, мм 75

237 500 ₽

В корзину

В каталог

Всего можно выделить 3 фазы работы гидравлического молота:

1. Разгон в сторону инструмента;
2. Торможение в мертвой точке;
3. Разгон до нанесения удара.

Получается, что жидкость в гидравлическом цилиндре на всем протяжении процесса расходуется равномерно, при постоянной подаче со стороны гидравлического насоса базовой машины.

Сегодня для повышения эффективности крупных молотов часто используют гидроаккумуляторы. Принцип их работы заключается в том, чтобы при малой скорости бойка (когда он движется вверх и тормозит) накопить рабочую жидкость, а затем (при ускорении бойка вниз) отдать ее в систему. Таким образом, удается в значительной мере увеличить общий КПД. Что касается легких молотов, то здесь аккумуляторы встречаются достаточно редко (по причине малого количества жидкости в системе).

Гораздо чаще альтернативой им служат обычные рукава высокого давления, которые, впрочем, тоже демонстрируют неплохую эффективность при своей относительной простоте и доступности.

Если рассмотреть предложения рынка, то можно встретить огромное количество самых разных моделей. Однако можно с уверенностью сказать, что все гидравлические молоты имеют схожую принципиальную схему. Их можно условно поделить на те, что используют зарубежные производители и те, что создаются отечественными конкурентами с постсоветского пространства. Для начала рассмотрим первый вариант. Здесь боёк одновременно служит поршнем цилиндра и имеет 2 контрштока. В большинстве случаев, их диаметры отличны друг от друга. Нижний шток, наносящий удары своим торцом, более широкий. Камера цилиндра, которую образовывает нижний шток в данном случае является камерой холостого хода. Говоря простым языком, она позволяет бойку двигаться по направлению от инструмента. На протяжении всего процесса работы, данная камера неизменно находится под давлением гидравлической жидкости. Камера, которая образована верхним штоком, имеет большую площадь. Ее предназначение состоит в попеременном соединении со сливной и напорной линией. В первом случае это разгон вверх, во втором — зависание в мертвой точке и разгон вниз.

Поочередное соединение камеры холостого хода с напорной и сливной линией возможно благодаря двухпозиционному гидрораспределителю, имеющему обратную связь. Сигнал на переключение золотника направляется в камеру управления, как только поршень проходит необходимые проточки в цилиндре. Как только боёк взведен, поршень открывает канал управления и соединяет камеру управления с напорной линией. Таким образом, обеспечивается переключение на рабочий ход. В момент перед ударом, поршень соединяет камеру управления со сливной линией. Так происходит переключение в позицию взвода. Золотник гидравлического распределителя имеет пояски разного размера. Один из его торцов постоянно находится под давлением жидкости, противоположный же торец оказывается под давлением исключительно в момент торможения и рабочего хода.

Как уже говорилось ранее, данную схему можно встретить в большинстве гидравлических молотов иностранного производства. Причем модели могут существенно отличаться друг от друга размерами или конструкцией. В одних случаях гидравлический распределитель может быть встроен в корпус, в других — присутствовать в виде подключаемого блока. Ось золотника может быть расположена как перпендикулярно, так и параллельно по отношению к оси молота.

Также возможны следующие конструктивные решения:

• Золотник гидравлического распределителя может встречаться трубчатой формы или представлять собой стержень с проточками.
• Камера управления золотником образовывается посредством разницы диаметров его шеек или в виде отдельных плунжеров.
• Направляющие втулки, по которым осуществляется движение штоков, могут быть выполнены совместно с гильзой или корпусом, или отдельно от самого цилиндра.
• Гидроаккумуляторы (при их наличии) могут располагаться на одной оси с корпусом или прямо на его боковой поверхности.
• Цилиндр молота выполняется в корпусе или в виде гильзы, которая монтируется в корпусе.

Ищете гидравлический молот? Все модели в наличии Подобрать

Преимущества приточного исполнения гидравлического распределителя или гильзованного рабочего цилиндра:

• Упрощают процесс изготовления отдельных элементов конструкции;
• Облегчают процесс ремонта изделия;
• В значительной мере упрощают систему коммутации гидравлических линий;
• Оптимизируют габариты последних, но требуют использования дополнительных уплотнений.

Уменьшить количество уплотнений можно при помощи монолитного гидроблока со встроенным гидравлическим распределителем. Однако в этом случае значительно усложняется процесс изготовления и последующий ремонт элементов гидравлического молота. Получается, что компоновка и технические решения сегодня определяются главным образом производственными возможностями изготовителя и его предпочтениями. В отдельных случаях свой вклад в продукт вносят и запатентованные компоненты.

Одной из разновидностей вышеописанной схемы можно считать ту, при которой штоки имеют одинаковый диаметр. Для примера достаточно взглянуть на гидравлические молоты японской компании NPK, в которых подобное встречается практически повсеместно. Здесь накапливание рабочей жидкости, которая подается через насос, осуществляется на фазе торможения бойка, а выходит она на стадии разгона «вверх». Это позволяет обеспечивать постоянную энергию удара, но требует, как не трудно догадаться, наличия в системе гидроаккумулятора достаточно широкого объема. Поэтому нередко можно встретить накопители, которые расположены прямо на базовой машине, вне самого молота.

Если говорить о достоинствах представленной выше схемы, то стоит в первую очередь отметить простоту управления движением бойка и отсутствие необходимости сливать жидкость в процессе работы, когда скорость движения достигает своих пиковых значений. Для компенсации высокой скорости движения жидкости в сливной магистрали, применяют трубопроводы широкого сечения, либо монтаж гидроаккумулятора низкого давления прямо в сливную линию.

Далее стоит рассказать о принципиальной схеме, которая используется преимущественно в гидравлических молотах отечественного производства, в частности небезызвестных моделях ГПМ-120 и СП-71.

Ее принципиальная особенность заключается в том, что боёк при движении вверх плотно соединен с другой деталью, которая является поршнем газового аккумулятора. При этом диметр детали больше диаметра штока.

Камера между поршнем накопителя и торцами соединена с линией слива в изначальном положении. Из-за разницы величин диаметров, образовывается площадка, которая находится под давлением напорной линии. Оно вынуждает боёк перемещаться вверх и сжимать газ в пневматическом аккумуляторе. Когда боёк переместился на необходимую величину, камера между бойком и поршнем соединяется с линией давления. Таким образом давление жидкости начинает воздействовать на весь торец бойка.

Величина давления при этом зависит от величины давления газа в аккумуляторе. Боек замедляется, после чего начинает резко ускоряться по направлению к инструменту. Далее происходит следующее:

1. Прямо перед ударом, цилиндр соединяется с линией слива;
2. Давление в гидравлической системе начинает уменьшаться;
3. Поршень аккумулятора под давлением газа начинает соединяться с бойком;
4. Цикл повторяется n-раз.

Преимущества данной схемы:

• Предельно возможная простота конструкции;
• Минимальное количество деталей и подвижных элементов;
• Нет необходимости в гидравлическом распределителе;
• Высокая эффективность;
• Низкая стоимость гидравлического молота по сравнению с теми, что работают на другой схеме.

Если говорить о недостатках, то стоит отметить наличие перепадов давления (порой весьма значительных) и использование лишь малой части мощности насоса базовой машины. Еще в бойке присутствуют каналы, через которые может проходить рабочая жидкость, а здесь в свою очередь, может скапливаться напряжение.

Также стоит сказать несколько слов еще об одной схеме, которая также используется в отечественных образцах техники. Ее можно встретить на гидравлических молотах Д-450, СП-62 и Д-600. Здесь поршень и боёк выступают в роли разных деталей, которые соединяются между собой упругим шарниром. Рабочие камеры цилиндра соединены с напорной и сливной линий, а реверсирование движением осуществляется через двухпозиционный гидравлический распределитель, имеющий обратную связь в зависимости от положения поршня.

Устройство и принцип работы поршневого гидромолота

Видео

В начальном положении золотник под действием пружины (находится под его торцом) располагается в той позиции, которая обеспечивает соединение напорной линии со штоковой полостью цилиндра или камерой холостого хода. Поршневая же полость соединяется с линией слива. Как только активируется подача насоса, поршень начинает стремительно двигаться «вверх» и вытесняет рабочую жидкость из полости в сливную линию. После перемещения на достаточное расстояние поршень перекрывает сливные отверстия, давление под ним начинает быстро увеличиваться и переключает золотник в позицию рабочего хода. Таким образом, полость поршня оказывается соединенной с напорной линией, а штоковая полость — со сливной линией. Поршень замедляется и начинает быстрое движение в сторону инструмента. Прямо перед ударом открывается проточка, которая соединяет линию слива и поршневую полость. Давление в последней начинает падать до такой величины, пока пружина не переключит золотник в позицию взвода. Боек бьет по поверхности и процесс повторяется необходимое количество раз. Если поближе рассмотреть конструктивные особенности такой схемы, то стоит отметить наличие сетевого аккумулятора, который использует не газ, а рабочую жидкость гидравлической системы.

Данный аккумулятор является ничем иным, как мультипликатором давления, поршневая полость которого соединяется с напорной линией, а штоковая полость со сливной. Шток аккумулятора входит в замкнутую емкость, которая заполняется маслом гидравлической системы. В процессе работы молота, в этой полости создается давление, пропорционально большее величины давления в напорной линии молота. Давление при этом может достигать 50-90 МПа. При столь внушительных величинах, объем минерального масла начинает сжиматься приблизительно на 5%. Поршневая же полость накапливает необходимый (для рабочего хода) объем жидкости под давлением во время взвода и торможения бойка. Чтобы компенсировать объем жидкости, потерянной из-за утечек в поршне, используется специальный обратный клапан. Удобство состоит в том, что подобный гидравлический аккумулятор во время работы молота не нуждается в дополнительных подзарядках.

Стоит сказать, что данная схема чаще всего применяется в средних и больших по размеру гидравлических молотах. Это объясняется тем, что можно применять большие по размеру и массе бойки, имея небольшой размер рабочего цилиндра. Если диаметр поршня относительно небольшой, то и резко снижается объем перетечек рабочей жидкости. А небольшой диаметр уплотнений штока значительно уменьшает стоимость их производства. Боёк, обладающий большой массой, при эквивалентной энергии удара гидравлического молота, работающего по другой принципиальной схеме, способен достичь куда большей величины ударного импульса (m*V). А это уже означает прирост значений КПД и увеличение эффективности работы гидравлического молота. Это особенно полезно, если проводятся работы по разрушению вязких материалов. Например, если строительство/демонтаж проходит в условиях мерзлых грунтов.

Таким образом, можно отметить, что принцип работы гидравлического молота напрямую связан с разновидностью использованной в нем принципиальной схемы.