液壓破碎錘國內(nèi)外發(fā)展趨勢

郭曉堯　楊國平　夏翰寧　楊杰　張夢兒　宋晨華

【摘 要】根據(jù)調(diào)查研究相關(guān)資料，綜合分析了國內(nèi)外液壓破碎錘的最新研究發(fā)展情況，文章對液壓破碎錘的一些關(guān)鍵技術(shù)和國內(nèi)液壓破碎錘可以改進(jìn)的地方進(jìn)行了總結(jié)。結(jié)合對這些問題的結(jié)論分析液壓破碎錘在國內(nèi)外的現(xiàn)狀對比以及將來有可能的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】液壓破碎錘；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

0 引言

液壓破碎錘又稱破碎器、碎石器，我國國家標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語稱之為液壓沖擊破碎器。液壓破碎錘是一種新型沖擊振動機(jī)具，它是在風(fēng)動錘的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，最初用于建筑拆除和道路破碎，之后又應(yīng)用于采礦工業(yè)，現(xiàn)在已是廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、鐵路、公路、建筑、房屋開發(fā)等領(lǐng)域。液壓破碎錘可以與液壓挖掘機(jī)、裝載機(jī)結(jié)合使用進(jìn)行高效率的破碎作業(yè)，具有載體設(shè)備多樣性和工作靈活性等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 液壓破碎錘國內(nèi)外發(fā)展歷程

1.1國外發(fā)展歷程

從20世紀(jì)60年代末第一代破碎錘面世以來，經(jīng)過50年來的研究發(fā)展，已經(jīng)形成一個巨大的產(chǎn)業(yè)。全球范圍來講，液壓破碎錘的主要生產(chǎn)廠家有60多家，按產(chǎn)地可分為國產(chǎn)、韓系、日系和歐美系。

其中韓國發(fā)展極為迅速，有工兵、山水、工馬、廣林、高力、DEMO、世進(jìn)等許多知名品牌。而德國資深企業(yè)克虜伯則是已經(jīng)經(jīng)歷了好幾代的技術(shù)革新，無論是細(xì)節(jié)還是技術(shù)都是全球一流水準(zhǔn)。此外芬蘭的Rammer、日本的古河也是破碎錘行業(yè)的佼佼者。

1.2國內(nèi)發(fā)展歷程

中國破碎錘起始于20世紀(jì)70年代，并且是“六五”期間重點(diǎn)科研項(xiàng)目之一。20世紀(jì)80年代初有許多單位都參與了對液壓破碎錘的研制開發(fā)。但是由于大多數(shù)廠家因?yàn)楫a(chǎn)品不能適銷對路、質(zhì)量差都已停產(chǎn)，只有長治液壓件廠一直堅持生產(chǎn)液壓破碎錘，21世紀(jì)之后的馬鞍山驚天公司，湖南山河也開始生產(chǎn)液壓破碎錘，不過規(guī)模都比較小。

所謂不能適銷對路，是指產(chǎn)品特性不能夠滿足廣大目標(biāo)顧客物質(zhì)與精神的需求，分銷通路能夠?qū)崿F(xiàn)高度暢通。這就要求企業(yè)從其產(chǎn)品特性出發(fā)，尋找區(qū)域目標(biāo)。當(dāng)時國內(nèi)的破碎錘基本都是仿制或是引進(jìn)的，缺乏原始創(chuàng)作，也就沒法生產(chǎn)合適的產(chǎn)品【1】-【2】。

2 破碎錘基本工作原理

破碎錘根據(jù)沖擊能量的來源可分為三種：全液壓做功液壓破碎錘，氣液聯(lián)合做功液壓破碎錘和純氮?dú)庾龉σ簤浩扑殄N。不管哪一種，提供活塞復(fù)位的力都是完全由液壓提供。

2.1全液壓做功的液壓破碎錘工作原理

此類破碎錘典型有克虜伯與Rammer，基本原理是當(dāng)液壓破碎錘實(shí)際工作中是豎直向下放置的，活塞在上一次沖程結(jié)束時處于瞬時停頓階段，之后活塞在壓差的作用下回程，到達(dá)信號孔位置后，活塞高壓端的高壓油通過管道再經(jīng)由換向閥進(jìn)入活塞另一端，使得活塞向相反方向運(yùn)動。當(dāng)活塞再次越過信號孔位置后，高壓油通過管道回流從而再次形成壓差，又開始重復(fù)運(yùn)動。通過活塞與柱形配流閥的運(yùn)動相互控制對方的油路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)活塞的高速往復(fù)沖擊運(yùn)動，它還配備有一個高壓蓄能器，起補(bǔ)油、穩(wěn)壓和緩沖作用。

這類產(chǎn)品在大的結(jié)構(gòu)原理上沒有什么差別，它們的主要區(qū)別就在那些特殊的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)上，而這些小的結(jié)構(gòu)在提高產(chǎn)品性能方面卻起著非常重要的作用，所以這些小結(jié)構(gòu)的設(shè)計好壞對提高產(chǎn)品競爭力有重要影響。

2.2氣液聯(lián)合做功的液壓破碎錘

這種破碎錘的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜些，它在沖程過程中，既有活塞后端的高壓氮?dú)庾饔糜诨钊?，同時活塞后腔還有高壓油的作用，活塞在高壓氮?dú)夂透邏河偷穆?lián)合作用下作快速沖程運(yùn)動，因而這種結(jié)構(gòu)的破碎錘一般都具有較大的沖擊能。韓國大部分破碎錘、日本古河和中國驚天都是此類型的破碎錘。

2.3純氮?dú)庾龉Φ囊簤浩扑殄N

即是沖擊階段只有氮?dú)庾龉Φ囊簤浩扑殄N，山西長治液壓破碎錘就是這一類型的。其基本工作原理如下：

（1）回程加速階段：活塞在前腔高壓油作用下做回程加速，同時對尾部氮?dú)庾鹘^熱壓縮。

（2）回程制動階段：活塞到達(dá)指定位置后，閥芯換向最終完全切斷供油。

（3）沖程加速運(yùn)動：當(dāng)活塞停止回程運(yùn)動時，將馬上轉(zhuǎn)入沖程運(yùn)動。這時氮?dú)饨^熱膨脹推動活塞加速運(yùn)動。

（4）活塞打擊停頓狀態(tài)：活塞將沖擊后的反彈速度為初速度開始下一個工作周期。

3 目前破碎錘的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和細(xì)節(jié)問題

3.1主要技術(shù)參數(shù)的改造，提高沖擊能量和效率，減少間隙泄露。

3.2提高能量利用率和生產(chǎn)效率，例如：采用變頻裝置、自動壓力調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)破碎作業(yè)時根據(jù)不同工況下調(diào)節(jié)不同的頻率和沖擊能。

3.3對材料的要求，提高材料的耐磨性和可靠性

3.4對本體結(jié)構(gòu)的要求，根據(jù)挖掘機(jī)等機(jī)械的作業(yè)穩(wěn)定性、工作裝置液壓回路的工作壓力及功率消耗選擇合適的破碎錘。

3.5釬桿強(qiáng)度，韌性問題，要有好的材質(zhì)，精良的加工和熱處理工藝，保證其強(qiáng)度和韌性

3.6氣蝕，釬桿的襯套一旦磨損過度，釬桿會形成偏角，當(dāng)活塞打擊到釬桿表面會卡住活塞。在被卡的一瞬間活塞的突然停止會造成活塞表面密封油柱運(yùn)動破裂，產(chǎn)生零油壓，使油不斷蒸發(fā)，最終會產(chǎn)生氣蝕，損壞活塞。

3.7聯(lián)結(jié)架問題，聯(lián)結(jié)架一般是焊接結(jié)構(gòu)，破碎錘惡劣的工作環(huán)境會使焊縫承受巨大的力。為了減少振動，破碎錘與聯(lián)結(jié)架要彈性連接，而破碎錘與載體要緊密連接提高打擊穩(wěn)定性。

3.8高壓氣體輸送接口，克虜伯破碎錘適合不同連接尺寸的高壓氣體輸送連接口，可接入高壓氣體，從而使破碎錘具有水下作業(yè)的功能。

3.9自潤滑裝置，自動潤滑裝置直接裝在液壓錘的外殼上，操作極其簡便，并使?jié)櫥偷南牧孔罱?jīng)濟(jì)。

3.10低噪音結(jié)構(gòu)設(shè)計，超防塵裝置，減震系統(tǒng)，特殊的耐磨材料

3.11美國蒙特貝特破碎錘除此還具有其他一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。進(jìn)出油口的旋轉(zhuǎn)接頭極大提高了軟管壽命，而且其內(nèi)置專利設(shè)計能量回收閥，能夠有效地減低振動，增大沖擊功；內(nèi)置特殊減振裝置，能有效減小對承載機(jī)械的震動，極大地保護(hù)承載機(jī)械的工作臂；內(nèi)置自動壓力調(diào)節(jié)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)有檔自動變頻和無級自動變頻。因而能夠根據(jù)巖石的硬度自動調(diào)整沖擊能和沖擊頻率，破碎硬巖時，高沖擊能，低頻率，破碎軟巖時，低沖擊能，高頻率；三級大中小活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)級遞式傳遞沖擊能，能夠?qū)崿F(xiàn)破碎巖石最需要破碎力時沖擊功傳遞達(dá)到最大值。

3.12阿特拉斯·科普柯 具有X型界面特征的XProfile系列產(chǎn)品提高了穿透能力和錘尖的冷卻性能，它的自修尖能力可以使錘尖保持長期不變形。

4 液壓破碎錘國內(nèi)外發(fā)展趨勢及問題

4.1國內(nèi)外發(fā)展趨勢

在未來發(fā)展中，類似自動控制系統(tǒng)的技術(shù)將會得到更廣泛的應(yīng)用，以液壓系統(tǒng)或液壓氣動系統(tǒng)提高液壓油缸活塞加速東來提高破碎錘工作能力的方式將會繼續(xù)長期成為破碎錘技術(shù)頸部的主流方向，這一方式還具有很廣闊的發(fā)展空間。目前推動液壓破碎錘行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要因素在于各主機(jī)制造商對降低噪聲和振動的要求不斷提高。

最基本的性能發(fā)展趨勢有：1）沖擊能大。這是評價一個沖擊器性能的主要指標(biāo)。2）能量利用率要高。3）易于維修更換部件。4）活塞行程、沖擊頻率和沖擊能可調(diào)，使沖擊參數(shù)可以適應(yīng)所要破碎的巖石硬度條件的沖擊阻力。5）智能破碎沖擊器。可以根據(jù)上一次打擊阻力來決定輸出，連續(xù)控制沖擊能量，使沖擊波、共振發(fā)熱和振動都相應(yīng)降低，并延長壽命降低噪聲（基于壓力反饋控制原理的先導(dǎo)式調(diào)頻調(diào)能液壓沖擊器）。

總的來說，就是功能多樣化、結(jié)構(gòu)柔性化、智能化。

4.2國內(nèi)現(xiàn)狀

我們要在積極學(xué)習(xí)消化國外產(chǎn)品技術(shù)的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展自主性的創(chuàng)新性的高性能液壓破碎錘。雖然說研究論文多，但是使用報道少。這與國外的情況恰恰相反。產(chǎn)品行業(yè)歸屬不清，統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺乏。在我國機(jī)械產(chǎn)品、工程機(jī)械產(chǎn)品的人和統(tǒng)計中，都找不到液壓錘這個項(xiàng)目。

日、韓這樣的高度發(fā)達(dá)與中等發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)基本建設(shè)市場已經(jīng)飽和，其國內(nèi)的工程機(jī)械市場已停滯或萎縮，液壓錘等工程建設(shè)機(jī)械很多依靠出口。而我國整個社會工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，大量的鐵路、公路、水利基本建設(shè)正在和將要進(jìn)行。大、中、小城市的交通、房屋建設(shè)方興未艾，給液壓錘等一系列產(chǎn)業(yè)帶來了新的機(jī)會。希望中國的液壓破碎錘產(chǎn)業(yè)能夠抓住這一產(chǎn)品市場大發(fā)展的機(jī)會，精心制造，不斷創(chuàng)新，開拓進(jìn)取。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雪， 龔進(jìn)， 鄒湘伏等.液壓沖擊器的研究狀況和發(fā)展趨勢[J].鑿巖機(jī)械氣動工具，2006，

[2]許勤，黃園月，田祥友.液壓沖擊器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工程機(jī)械，2010.6（41）：47-62.