Введение

Пневматический инструмент

Отбойный молоток (pneumatic drill или demolition hammer в британском английском) – это пневматический или электромеханический инструмент, сочетающий в себе ударный механизм непосредственно с долотом. Он был изобретен Уильямом МакРиви, который впоследствии продал патент Чарльзу Брэди Кингу. Ручные отбойные молотки обычно работают на сжатом воздухе, но некоторые также питаются от электродвигателей. Более крупные отбойные молотки, такие как установки, монтируемые на строительной технике, обычно приводятся в действие гидравлически. Эти инструменты обычно используются для разрушения скальных пород, асфальтового покрытия и бетона. Отбойный молоток работает, приводя во внутренний ударник в движение вверх и вниз. Ударник сначала опускается для удара по долоту, а затем поднимается обратно в исходное положение для повторения цикла. Эффективность отбойного молотка зависит от прилагаемой к инструменту силы. Он обычно используется как молот для разрушения твердых поверхностей или скальных пород на строительных работах и не относится к землеройной технике, вместе со своими принадлежностями (например, упорная пятка, смазочный аппарат). В британском английском электромеханические версии в разговорной речи известны как "Kangos". Также термины "бур" и "разрушитель" (demolition hammer) не являются взаимозаменяемыми и обозначают два различных типа отбойных молотков (независимо от их источника питания). Разрушитель не может вращать свой рабочий инструмент (которым, например, может быть долото или шип) и полагается исключительно на ударное воздействие для разрушения и раскалывания материала без резания. В то время как (пневматический/гидравлический) бур одновременно производит удар и вращение, что позволяет стали с наконечником из карбида вольфрама прорезать твердые породы, такие как гранит, обычно для создания отверстий под взрывные работы. Как правило, пневматический бур используется только при геологических операциях, таких как разработка карьеров или горнодобывающая промышленность, а разрушитель – только при строительных и дорожно-ремонтных работах.

История

Первый паровой бур был запатентован Сэмюэлем Миллером в 1806 году. Буровая установка использовала пар только для подъема бура. Пневматические буры были разработаны в ответ на потребности горного дела, разработки карьеров, земляных работ и прокладки туннелей. Пневматический бур был предложен К. Брантоном в 1844 году. В 1846 году Томас Кларк, Марк Фриман и Джон Варли запатентовали в Великобритании ударный бур, который мог работать на пару или атмосферном давлении, полученном из вакуума. Первый американский "перкуссионный бур" был изготовлен в 1848 году и запатентован в 1849 году Джонатаном Дж. Коучем из Филадельфии, штат Пенсильвания. В этом буре сверло проходило через поршень парового двигателя. Поршень зацеплял сверло и бросал его о скальную породу. Это была экспериментальная модель. В 1849 году помощник Коуча, Джозеф Фоул, подал заявку на патент на перкуссионный бур собственной конструкции. В буре Фоула сверло было соединено непосредственно с поршнем в паровом цилиндре; в частности, сверло было соединено с крестовиной поршня. Бур также имел механизм для вращения сверла вокруг своей оси между ударами и для продвижения бура по мере углубления скважины. К 1850 или 1851 году Фоул использовал сжатый воздух для привода своего бура, что сделало его первым настоящим пневматическим буром. Спрос на пневматические буры был особенно высок среди шахтеров и проходчиков, поскольку паровые двигатели нуждались в огне для работы, а вентиляция в шахтах и туннелях была недостаточной для отвода дыма от костров. Кроме того, в шахтах и туннелях могли содержаться легковоспламеняющиеся взрывоопасные газы, такие как метан. Также не было способа транспортировать пар на большие расстояния, например, от поверхности до дна шахты, без его конденсации. Напротив, сжатый воздух можно было транспортировать на большие расстояния без потери энергии, и после использования сжатого воздуха для привода оборудования он мог вентилировать шахту или туннель. В Европе с конца 1840-х годов король Сардинии Карло Альберто обдумывал прокладку туннеля через гору Фрежюс для создания железнодорожного сообщения между Италией и Францией, которое пересекало бы его владения. Необходимость в механическом скальном буре была очевидна, что стимулировало исследования в Европе пневматических скальных буров. Француз Франсуа Каве разработал скальный бур, использующий сжатый воздух, и запатентовал его в 1851 году. Однако воздух приходилось подавать в цилиндр вручную во время каждого удара, поэтому он не имел успеха. В 1854 году в Англии Томас Бартлетт изготовил, а затем запатентовал (1855) скальный бур, сверло которого было напрямую соединено с поршнем парового двигателя. В 1855 году Бартлетт продемонстрировал свой бур, работающий на сжатом воздухе, чиновникам проекта туннеля на горе Фрежюс. (В 1855 году немец Шуман изобрел аналогичный пневматический скальный бур в Фрайбурге, Германия.) К 1861 году бур Бартлетта был усовершенствован инженером из Савойи Германом Соммейлером (1815–1871) и его коллегами Грандисом и Граттони. После этого многие изобретатели усовершенствовали пневматический бур. Соммейлер взял свой бур в протяженный тоннель через Готтард, который тогда строился для соединения железных дорог между Швейцарией и Италией под Альпами. Оттуда расширились горнодобывающая промышленность и прокладка железнодорожных туннелей. Две компании по производству оборудования, Atlas Copco и Ingersoll Rand, стали доминирующими поставщиками оборудования для бурения сжатым воздухом в Европе и Америке соответственно, каждая из которых владела значительными патентами.

Терминология

Слово "jackhammer" используется в североамериканском и австралийском английском, а "pneumatic drill" – в разговорной речи в других англоязычных странах, хотя строго говоря, "pneumatic drill" обозначает пневматический отбойный молоток. В Великобритании электромеханические версии в разговорной речи называют "Kangos". Это название происходит от бывшей британской торговой марки, теперь принадлежащей компании Milwaukee Tools.

Использование

Портативный отбойный молоток полного размера непрактичен для работы со стенами и крутыми склонами, за исключением очень сильного человека, поскольку пользователю придется поддерживать вес инструмента и прижимать его к поверхности после каждого удара. Опытные рабочие разработали технику, позволяющую преодолеть это препятствие, создаваемое гравитацией: работа в команде из двух человек – один управляет молотком, а второй помогает, удерживая его на плечах или поддерживая под руками. Оба используют свой общий вес, чтобы вдавить бур в рабочую поверхность. Этот метод обычно называют горизонтальным отбойным молотком. Другой метод – работа отбойным молотком над головой, требующая физической подготовки и выносливости для удержания небольшого отбойного молотка, называемого пневматическим зубилом, над головой. Для повышения безопасности при работе над головой можно использовать платформу. Одной из таких платформ является позиционер-привод-манипулятор (PAM). Этот агрегат снимает с пользователя всю нагрузку и вибрацию.

Электромеханические или электропневматические

Электропневматический молоток часто называют роторным, поскольку он оснащен электродвигателем, который вращает кривошип. Молот имеет два поршня – приводной и поршень свободного хода. Кривошип перемещает приводной поршень вперед и назад в том же цилиндре, что и поршень свободного хода. Приводной поршень никогда не соприкасается с поршнем свободного хода. Вместо этого приводной поршень сжимает воздух в цилиндре, который затем приводит в движение поршень свободного хода, воздействующий на ударник, контактирующий со сверлом. Электроинструменты выпускаются в различных размерах, требуют внешнего источника питания, но не нуждаются в компрессоре. Хотя в прошлом эти инструменты уступали по мощности пневматическим или воздушным молоткам, ситуация меняется с появлением новых инструментов с бесщеточными двигателями, которые приближаются к мощности пневматических инструментов, а в некоторых случаях даже превосходят их. Электроинструменты полезны в местах, где доступ к компрессору ограничен или нецелесообразен, например, внутри зданий, на перегруженных строительных площадках или в удаленных местах, а также при работе с землеройной техникой. Для крепления зубил электропневматические инструменты используют различные патроны, наиболее распространенными из которых являются SDS max, 7/8 дюйма шестигранник, TE S и 1+1/8 дюйма шестигранник. Размер присоединительного конца также связан с энергией удара инструмента. Например, инструменты Bosch и Hilti используют SDS max, а инструменты Bosch, Hilti и Makita – 1+1/8 дюйма шестигранник. Подробнее об электропневматическом ударе см. в разделе «Ударные дрели».

Гидравлическая

Гидравлический отбойный молот может быть установлен на тяжелую технику, такую как экскаватор или погрузчик-экскаватор, и широко используется при дорожных работах, в карьерах, на строительных площадках и при сносе зданий. Эти более крупные отбойные молоты, установленные на машинах, известны как отбойные молоты навесного типа или машинного монтажа. Такие инструменты могут использоваться в горизонтальной плоскости, поскольку для работы им не требуется сила тяжести. Обычно они используют гидравлический двигатель, приводящий в действие герметичную пневматическую систему молота, так как гидравлически активированный молот будет развивать низкую скорость удара и потенциально передавать неприемлемые ударные нагрузки на насосную систему. Это противопоставляется паровым, механическим или гидравлическим копрам. Достижения в технологиях позволили создать портативные гидравлические отбойные молоты. Отбойный молот подключается гидравлическими шлангами к портативной гидравлической установке: либо к бензиновому или дизельному двигателю, приводящему гидравлический насос, либо к мини-экскаватору или погрузчику-склизгу через вал отбора мощности к гидравлической системе машины. Гидравлические источники энергии более эффективны, чем компрессоры, что делает комплект меньше, дешевле или мощнее, чем сопоставимая пневматическая версия. Пневматические или гидравлические инструменты особенно часто используются в подземных шахтах, где существует опасность взрыва (например, угольных шахтах), поскольку для работы им не требуется высокое напряжение электричества, что устраняет значительную часть риска детонации от искр.

Влияние на здоровье

Звук ударов молотка в сочетании с резким выхлопом воздуха делает пневматические отбойные молотки опасно громкими, излучая более 120 дБ SPL вблизи ушей оператора. Оператор должен использовать звукоизолирующие наушники и беруши для предотвращения потери слуха, основным симптомом которой является тиннитус (шум в ушах). Хотя некоторые пневматические отбойные молотки теперь оснащены глушителем на стволе инструмента, шум выхлопа воздуха, сами удары молотка и звук компрессорного двигателя остаются не ослабленными. Использование отбойного молотка связано с синдромом Рейно; в частности, длительное воздействие сильной вибрации, передаваемой инструментом, может привести к вторичной форме синдрома, известной как вибрационная болезнь (вибрация белого пальца). Наложение спортивной тейпированной ленты не очень эффективно для предотвращения вибрационной болезни, но, по-видимому, помогает облегчить некоторые ее проявления. Использование пневматических дрелей также может повысить предрасположенность к развитию синдрома карпального канала. Некоторые производители электропневматических инструментов теперь предлагают системы снижения вибрации для уменьшения вибрации, ощущаемой оператором. Например, Hilti производит модель отбойного молотка, которая обладает примерно такой же энергией удара, как и пневматический молоток, но вибрация, ощущаемая оператором, значительно меньше (7 м/с²). Другие производители, такие как Makita, DeWalt и Bosch, также предлагают электроинструменты с виброгашением. Кроме того, использование отбойного молотка для разрушения бетонного покрытия может подвергнуть оператора воздействию опасной пыли, содержащей респирабельный кристаллический диоксид кремния, который может вызвать силикоз. Оператор и находящиеся поблизости должны использовать средства индивидуальной защиты, включая респиратор, одобренный OSHA (США).