Эволюция гидромолотов РОПАТ.

Штанговый или корпусной? Какой лучше?

Весной 2012г. РОПАТ приступил к производству новой линейки молотов, которая, по нашей условной терминологии, получила название «корпусная» — в отличие от уже достаточно давно известных «штанговых» молотов РОПАТ.

Первые молоты данного типа, с ударной массой 3,2 т (МГ3к), успешно работают в строительных организациях и по итогам 2-х летней эксплуатации, данную конструкцию можно признать удачной: благодаря множеству инноваций, реализованных в данном молоте (по сравнению со своим предшественником, молотом МГ3ш), подтвердилась большая надежность и безотказность новой машины.

Следует объяснить причины столь существенного изменения конструкции молота, тем более, что в 2014г. на рынок будет выведен молот МГ5к (ударная масса 5,4 т), а в ближайшей перспективе, молот с 7-тонной ударной массой.

Историю вопроса проще всего пояснить простыми иллюстрациями:

В первом случае, ударная масса перемещается по нескольким штангам-направляющим (двум, трем или четырем), охватывая их соответствующими отверстиями в ударной массе (или проушинами, соединенными с ударной массой), штанги соединяются с корпусами только в верхней и нижней частях молота. Штанговая конструкция гидромолота

Во втором случае, направляющие, по которым перемещается ударная масса, объединены в жесткий конструктив благодаря наличию поперечных связей. Эти связи могут быть выполнены как отдельные пластины – перемычки или как сплошной закрытый короб – его-то мы и предлагаем считать корпусом. В англоязычных источниках предлагается термин – «style»(стиль), в соответствие с ним, конструкция молота может быть «open» (открытой) или «closed» (закрытой) – соответственно наши новые корпусные молоты иначе можно назвать «закрытыми». Корпусная конструкция гидромолота

Спорить о терминах бесперспективно, вместо этого, констатируем известный факт: большинство выпускаемых в мире свайных гидравлических молотов относятся  к корпусным (closed). Для специалистов РОПАТ это не является новостью, но несмотря на множество преимуществ, которыми обладают корпусные конструкции, тем не менее, изначально в далекие уже 90-е годы, нами была принята концепция штангового молота. Почему это было так, и почему сейчас мы меняем конструкцию, будет объяснено ниже, попутно будем сравнивать  достоинства и недостатки двух «стилей» молотов.

Достоинство корпусных молотов по сравнению со штанговыми — существенно большая прочность и жесткость несущей конструкции молота, которая испытывает значительные статические и динамические нагрузки, вызванные возвратно-поступательным движением ударной массы, а также силами давления в гидродвигателе и ударным взаимодействием корпуса с наголовником сваи по окончании процесса удара (корпус ускоренно «садится» на наголовник вслед за сваей, совершившей проходку). Развитые поперечные связи между направляющими при этом способствуют более равномерному распределению нагрузок между элементами корпуса, что обуславливает большую надежность и долговечность молота в целом. Особенно эффективно жесткая корпусная конструкция противостоит радиальным (поперек оси движения ударной массы) нагрузкам, которые вызваны перекосом ударной массы относительно направляющих. Ну а перекос, в свою очередь, является следствием наличия эксцентриситета между осями ударной массы и сваи (наголовника) при ударе. Очевидно, что указанный эксцентриситет определяется зазорами (люфтами) между ударной массой и направляющими. Здесь следует отметить важное обстоятельство: конструктивно обеспечить минимальные зазоры между ударной массой и направляющими проще в штанговой, нежели в корпусной конструкции. Дело в том, что в корпусном варианте, выполнение поперечных связей между направляющими достигается сварочными операциями, вызывающими поводки, коробление, при этом формируется очень жесткий конструктив, поэтому, для обеспечения свободного возвратно-поступательного движения ударной массы по направляющим, расчетный радиальный люфт должен быть значительным. В штанговых молотах штанги закрепляются только своими торцами, они обладают возможностью упруго деформироваться в радиальном направлении и позволяют, таким образом, существенно уменьшить исходный расчетный люфт. Получается противоречивая картина: с одной стороны, корпусной вариант, при прочих равных условиях, значительно прочнее, с другой стороны, по условиям изготовления, большой люфт сам по себе является источником повышенных нагрузок на корпус (а также гидродвигатель, гидроаккумуляторы, элементы электрогидроуправления, установленные на корпусе).

Для уменьшения динамических нагрузок на корпус и соединенные с ним элементы, большинство производителей свайных гидромолотов поступают следующим образом: «придерживают» ударную массу непосредственно после нанесения удара. Это достигается довольно простым путем — средствами электрогидроавтоматики: после удара, система управление дает команду на ход ударной массы вверх не сразу, а через некоторое время (0,2…0,5с), за указанное время, гидравлическая сила двигателя и сила веса, действующие на ударную массу, полностью компенсирует импульс отскока (который может достигать 0,4…0,45 предударного импульса), ударная масса начинает новый ход вверх при начальной нулевой скорости. 

Указанная особенность работы большинства свайных гидромолотов может быть легко идентифицирована визуально: после удара, ударная масса приподнимается (отскок), тормозится (гашение скорости гидродвигателем и собственным весом), повторно падает и только потом начинает движение вверх. Обратная сторона такого способа борьбы с динамическими нагрузками — существенная потеря частоты ударов, а, следовательно, производительности молота. У молотов с подобным циклом управления частота ударов не превышает 40 мин^-1при максимальной энергии удара.

Конструкторами первых молотов РОПАТ изначально была поставлена задача использования скорости отскока ударной массы для интенсификации рабочего процесса свайного гидромолота. Наряду с обеспечением минимального люфта между ударной массой и направляющими (что привело к штанговой конструкции), в молотах РОПАТ реализована целая серия технических решений, касающихся узлов сопряжения гидродвигателя с ударной массой и корпусом, конструкций соединения штанг с корпусом, крепления аккумуляторов и.т.д., что позволило создать достаточно надежную машину, при этом, частота ударов наших молотов при максимальном отскоке достигает значений 60…65 мин^-1, в полтора раза выше, чем у аналогов. То, что гидромолоты РОПАТ до полутора раз производительней, чем их конкуренты сравнимых типоразмеров – многократно доказанный факт.

В корпусных гидромолотах преодолены многие недостакти свойственные штанговым конструкциям. В последнее время, одним из таких специфических недостатков все чаще выступает повышенное шумоизлучение штанговых молотов, это диктуют возросшие экологические требования. Здесь явное преимущество у корпусных молотов, ударный узел которых (основной источник шума) естественным образом огражден корпусом. В особых случаях, когда требования по шуму особенно жесткие, корпус может быть использован для установки на него дополнительных средств шумоподавления (такие примеры есть), в то время как возможность шумоизоляции штанговых молотов практически отсутствует.

Задача разработки корпусного молота, таким образом, сводилась к получению конструктива, обеспечивающего сохранение динамических характеристик штанговых молотов РОПАТ с внесением всех положительных качеств, свойственных корпусным молотам.

Эта задача была решена комплексно:

1. Разработана конструкция корпуса (не повторяющая ни один известный аналог), позволяющая осуществлять его сборку при обеспечении минимального люфта между ударной массой и направляющими;

2. Разработана специальная оснастка, позволяющая вести сборку с обеспечением указанных требований;

3. Предложена новая конструкция узла сопряжения ударной массы со штоком гидродвигателя, обеспечивающая минимизацию динамических нагрузок на последний;

4. Разработана конструкция ударного узла, позволяющая обеспечить максимально возможную соосность  ударной массы и сваи при ударе.

На сегодняшний день можно констатировать, что корпусный молот РОПАТ состоялся. В ближайшие годы молоты МГ3-7к (возможно, и более тяжелых типоразмеров) станут основным видом продукции фирмы РОПАТ. Ну, а штанговые займут почетное место в истории проекта РОПАТ.