Гидравлический молот может работать под водой

В большинстве случаев гидромолоты применяют для разрушения прочных материалов и конструкций на поверхности земли или внутри тоннелей, шахт или зданий, однако в среде атмосферного воздуха. Но при строительстве различных трубопроводов приходится прокладывать траншеи по дну водоемов, где встречаются скальные породы и обычная землеройная техника не справляется с задачей. Часто в таких случаях для разрушения скальных пород применяют взрывные технологии, но иногда это запрещается либо по соображениям безопасности расположенных неподалеку зданий и сооружений, либо из экологических соображений. При проведении взрывных работ на дне водоемов гибнет их флора и фауна, сейсмическое воздействие также неблагоприятно действует на окружающую среду.

Альтернативой применению взрывов для разрушения скальных грунтов на дне водоема может стать гидромолот. Просто погрузить гидромолот в воду и там выполнять работу по рыхлению грунта нельзя: гидромолот быстро выйдет из строя. Дело в том, что в любом гидромолоте между верхним торцом сменного инструмента и бойком есть камера, которая соединена с атмосферой. При работе молота объем камеры непрерывно меняется. При взводе бойка в камере образуется разрежение, и в нее поступает порция наружного воздуха, а при рабочем ходе бойка воздух в камере сжимается, и давление в ней повышается. Если гидромолот включить в работу, когда камера находится ниже уровня воды, за короткое время она заполнится водой (а вода, как известно, не сжимается), и боек будет наносить удары по воде. Возникнут гидравлические удары, которые повредят уплотнения.

Чтобы избежать таких неприятных последствий, гидромолот должен быть подготовлен для работы под водой. К сапуну или вместо него следует присоединить дополнительный шланг для подачи в камеру сжатого воздуха между бойком и инструментом: давление в камере должно быть несколько выше, чем гидростатическое давление воды на той глубине, где работает гидромолот. На рис. 1 показана схема установки для рыхления грунта под водой. Экскаватор с гидравлическим молотом устанавливают на понтоне, положение которого на водной поверхности регулируют, используя для этого тросовые растяжки, закрепленные на берегах водоема (рис. 2 и 3). Подача сжатого воздуха от компрессора, находящегося также на понтоне, включается, когда гидромолот еще находится в надводном положении. Затем молот погружают в воду до упора в дно водоема, и начинается рыхление грунта.

Сложность этого процесса в том, что машинист экскаватора работает вслепую. Конечно, перед началом работ дно обследуют водолазы, они же периодически контролируют результаты рыхления и корректируют работу экскаваторщика. Для контроля глубины погружения молота и необходимого давления сжатого воздуха на рабочем оборудовании экскаватора нанесены специальные метки. Экскаватор может оборудоваться и удлиненной рукоятью, чтобы достигалась нужная глубина погружения гидромолота. Подачу сжатого воздуха следует выключать только через 2…3 мин после извлечения молота из воды. Это делается для того, чтобы окончательно продуть камеру между инструментом и бойком и удалить влагу. Гидромолот не должен находиться под водой с отключенной подачей сжатого воздуха.

После выполнения операции рыхления на понтон въезжает экскаватор, оборудованный скальным ковшом, и очищает дно будущей траншеи от разрыхленной породы. Затем на понтоне вновь устанавливают экскаватор с гидромолотом, который продолжает рыхление.

В большинстве известных моделей гидромолотов сапун, соединяющий камеру между инструментом и бойком с атмосферой, расположен в нижней части молота на буксе рабочего инструмента. В этом случае при работе под водой шланг для подачи сжатого воздуха проходит вдоль всего молота и уязвим для случайных ударов о разрушаемую породу или стенки траншеи, особенно в условиях отсутствия видимости. На мой взгляд, более предпочтительными для работы под водой являются модели гидромолотов, у которых сапун вынесен в верхнюю часть молота. Например, у моделей средней и тяжелой серий фирмы Krupp (рис. 4), Daemo (Ю. Корея) и у отечественной модели И310. А в гидромолотах Д550, Д600, Д800 (рис. 5) вообще нет сапуна, так как полости под бойком и над бойком соединены между собой широкими каналами, размещенными между ребрами, приваренными к корпусу молота. Обычно в руководствах по эксплуатации гидромолотов, которые могут использоваться для работы под водой, предельная глубина погружения ограничивается 10 м.

Рис. 4. Гидромолот фирмы Krupp. Места присоединения линий питания: 1 – место установки картриджа для смазки инструмента; 2 – штуцер для присоединения линии управления энергией удара; 3 – место присоединения шланга подачи сжатого воздуха при выполнении подводных работ; 4 – штуцер для заправки пневмокамеры азотом

Гидромолоты южнокорейской фирмы Daemo (модели от DMB70 до DMB450) не требуют дополнительной модернизации для проведения работ под водой. Все компоненты (пальцы, втулки, уплотнения) гидромолота готовы к постоянному контакту с водной средой. Для работы на большой глубине в гидромолоте должно быть предусмотрено дополнительное уплотнение, препятствующее проникновению сжатого воздуха в гидравлическую систему молота. Такую доработку конструкции выполнить несложно. Компрессор для подачи сжатого воздуха к молоту должен иметь достаточную производительность, чтобы поддерживать в камере молота избыточное давление 0,15…0,2 МПа по сравнению с гидростатическим давлением воды на глубине погружения. Так, при глубине погружения 1 м давление воздуха необходимо поддерживать в пределах 0,16…0,21 МПа, а на глубине 10 м – соответственно 0,25…0,3 МПа. Вообще повышение давления в камере между инструментом и бойком несколько снижает энергию удара гидромолота, так как дополнительное сопротивление сжатого воздуха уменьшает предударную скорость бойка. А давление выше 0,5 МПа может повредить гидравлические уплотнения бойка, так как эти уплотнения могут воспринимать давление только со стороны гидросистемы молота.

К слову, в гидромолотах моделей Д550, Д600 и Д800 повышение давления в камере между инструментом и бойком практически не приводит к уменьшению энергии удара, так как боек, подвешенный к относительно тонкому штоку рабочего цилиндра, перемещается в воздушной среде и его торцы уравновешены давлением воздуха. Площадь штока, на котором закреплен боек, составляет всего около 1% площади торца бойка. Чтобы обеспечить возможность использования гидромолота для подводных работ, фирмы-изготовители принимают дополнительные меры по защите деталей молота от коррозии. Например, фирма Krupp применяет хромирование бойка. А в гидромолотах Д550, Д600, Д800 боек и шток рабочего цилиндра азотированы. Азотирование этих подвижных деталей, кроме того что защищает от коррозии, снижает коэффициент трения и, следовательно, повышает к.п.д. В этих гидромолотах предприняты меры для герметизации камеры, в которую подается сжатый воздух, в том числе пальцы, фиксирующие сменный инструмент, уплотняются резиновыми кольцами круглого сечения. Дополнительная герметизация снижает расход сжатого воздуха.

В 2002 г. ООО «Севзапстрой» (г. Ухта), специализирующееся на прокладке газовых трубопроводов через водные преграды, приобрело гидромолот модели Д600. При прокладке траншеи по дну реки в районе г. Торжок гидромолот отработал около 450 ч, после чего заменили рабочий инструмент (пику) и втулки инструмента. Никаких отказов или поломок не было, гидромолот и в настоящее время находится в эксплуатации. Рыхление известняка и других скальных пород производилось на глубине до 5 м. Применять взрывные способы рыхления в той местности не представлялось возможным, работу можно было выполнить только с помощью гидромолота.