45

CAP.3. FORAJUL ŞI CIOCANELE HIDRAULICE AFERENTE

FORAJULUI

3.1. Forajul percutant

Forajul reprezintă întregul complex de lucrări de traversare, consolidare şi izolare a

formaţiunilor geologice, de la suprafaţă şi până la o anumită adâncime, în scopul realizării unei

sonde.

Prin sondă se înţelege o construcţie minieră specială, de formă cilindrică, executată

vertical sau înclinat şi cu instalaţii speciale (instalaţii de foraj), şi care este caracterizată printr-un

raport mare între adâncimea (lungimea) şi diametrul său.

Forajul se execută prin mijloace mecanizate şi cu toate că înglobează mai multe etape,

printre care şi lucrările de suprafaţă şi lucrările pregătitoare, în practică, însă, se foloseşte destul

de frecvent noţiunea de „foraj” doar pentru a descrie procesul mecanic de dislocare a rocilor (de

săpare).

Dintre metodele de foraj, metoda percutantă a apărut pe la mijlocul secolului al XIX-

lea. Numită şi forajul percutant, ea se bazează pe un piston care repetitiv se ridică şi cade pentru

a genera sarcini de compresie de durată scurtă. Pistonul loveşte ritmic fie instrumentul de

dislocare, fie racordul cu instrumentul de dislocare sau cu garnitura de prăjini, fie arborele

canelat al angrenajului de roţi dinţate din mecanismul de rotaţie. Instrumentul de dislocare, la

rândul lui, aplică percuţiile materialului de dislocat.

Definiţii ale termenilor de specialitate utilizaţi frecvent în foraj se găsesc în literatura de

specialitate. Asfel, din referinţele menţionate reiese că garnitura de foraj este formată din tuburi

metalice (prăjini) şi racorduri speciale, făcând legătura între instrumentul de dislocare şi

dispozitivul de antrenare în mişcare de percuţie, rotaţie sau de rotopercuţie (cap hidraulic, cap

universal, perforator sau ciocan). Funcţiile garniturii de foraj sunt multiple:

Cu ajutorul lor se introduc şi se extrag din talpa sondei (partea inferioară a găurii de

sondă), instrumentele de dislocare;

Transmit de la suprafaţă, mişcarea de percuţie, de rotaţie sau de rotopercuţie,

instrumentului de dislocare;

Asigură prin propria sa greutate, o apăsare pe sapă necesară menţinerii contactului

între instrumentul de dislocare şi formaţiunea de dislocat, facilitând totodată

procesul de dislocare;

46

Prin canalele prevăzute în garnitura de foraj, se permite circulaţia unui fluid special

(fluid sau noroi de foraj) de la suprafaţă spre talpa sondei, şi invers. Prin circularea

acestui fluid special, se răceşte instrumentul de dislocat şi se curăţă talpa sondei de

detritusul format. Evacuarea detritusului din talpa sondei ajută şi la împiedicarea

gripării instrumentului de dislocare.

Atunci când forajul percutant este combinat cu forajul rotativ, eficienţa procesului de

dislocare este mărită. Forajul rezultat poartă numele de foraj rotopercutor. El se caracterizează

atât prin percuţii şi apăsare asupra instrumentului de dislocare, cât şi prin rotirea acestuia.

Apăsarea este forța aplicată ciocanului perforator în direcția de penetrare, pentru a uşura

şi accelera pătrunderea în rocă. Apăsarea pe sapă, sau forţa de apăsare, este obţinută fie prin

intermediul prăjinilor grele, fie cu ajutorul cilindrilor hidraulici. Totodată, această forţă se aplică

pentru a menţine instrumentul de dislocare în contact cu formaţiunea de dislocat (rocă, fundaţii,

asfalt, beton sau alte structuri de materiale). Mai mult, deoarece se doreşte protejarea

echipamentul de foraj, forţa de apăsare trebuie să fie optimă pentru a reduce cât mai mult forţa de

recul ce ia naştere după coliziunea dintre intrumentul de dislocat şi formaţiunea de pătruns.

Această forţă la recul ar cauza suplimentar vibraţii nedorite în echipamentul de foraj.

Pe măsură ce se înaintează în sondă, în vederea realizării adâncimii vizate pentru sondă,

se adaugă prăjini astfel ca instrumentul de dislocare să fie în contact permanent cu talpa sondei.

Spălarea are o importanţă deosebită, asigurând numeroase funcţii, printre care, răcirea şi

lubrifierea instrumentului de dislocare, evacuarea detritusului din talpa sondei, colmatarea

peretelui sondei, asigurarea contrapresiunii pe peretele găurii de sondă pentru a nu se surpa rocile

friabile, reducerea rezistenţei rocilor prin umectare şi absorbţie. Spălarea se realizează cu fluid de

foraj prin echipamentul de circulaţie.

În ceea ce priveşte mişcarea de rotaţie, ea îmbunătăţeşte performanţa forajului prin

transmiterea impactului, şi deci şi a undelor mecanice, în diferite direcţii la contactul cu

formaţiunea de dislocat şi penetrat. Mişcarea de rotaţie este asigurată de către o masă rotativă sau

de un motor rotativ (în funcţie de tipul de foraj ales sau cerut) şi imprimată garniturii de foraj şi,

mai departe, instrumentului de dislocare, sau direct instrumentului de dislocare. În urma mişcării

de rotaţie a instrumentului de dislocare, are loc aşchierea formaţiunii de dislocat.

Pe lângă mişcarea de rotaţie şi apăsare, în forajul rotopercutant mai este nevoie de

asigurarea mişcării de percuţie. Această mişcare de percuţie este caracteristică şi esenţială atât

forajului percutant cât şi forajului rotopercutant, după cum se sugerează şi prin denumirea tipului

de foraj. Pentru obţinerea mişcării de percuţie se foloseşte în principiu un pistonul cărui i se

imprimă o mişcare rectilinie oscilatorie şi care este pus să aplice lovituri fie asupra unei reducţii,

fie asupra unui arbore canelat, fie direct asupra instrumentului de dislocare. În structura

47

mecanismului de percuţie, pistonul delimitează în genere două camere de lucru definind astfel un

motor hidraulic liniar. Comanda motorului este în general, hidraulică sau pneumatică, pistonul

glisând în alezajul cilindric al acestuia.

Energia cinetică a pistonului percutant, în urma coliziunilor produse la contactul

acestuia cu suprafaţa de lovire (arbore canelat, reducţie, instrument de dislocare), este trimisă

mai departe sub formă de unde mecanice. Impactul produs deci prin lovitura dată de piston,

generează o undă de şoc care traversează garnitura de prăjini până la instrumentul de dislocare.

Viteza undei este mare, cu o formă ce depinde în esenţă de configuraţia pistonului percutant.

Aceste unde acţionează pe o direcţie axială şi într-o manieră pulsatorie.

Transmiterea energiei undei de către instrumentul de dislocare, formaţiunii de pătruns,

este condiţionată de prezenţa contactului dintre cele două. Când unda ajunge la instrumentul de

dislocare, dacă acesta se află în contact cu formaţiunea de dislocat, o parte din energia trimisă

este transformată în lucru mecanic. Lucrul mecanic ce are loc prin operaţia de dislocare,

cauzează în acest caz penetrarea instrumentului de dislocare în formaţiunea de dislocat. Dacă

forma undei transmise garniturii de prăjini nu corespunde formei undei pe care formaţiunea de

dislocat o poate absorbi, o parte din energia undei transmise este reflectată.

3.2. Variante uzuale de ciocane hidraulice folosite în forajul percutant

Mecanismul hidraulic de percuţie utilizat în forajul percusiv şi în forajul rotopercusiv,

relevă o structură care de-a lungul timpului s-a caracterizat prin grade diferite de complexitate.

Cu denumirea generală de ciocan hidraulic, dar şi de perforator hidraulic, el se utilizează pentru

realizarea de găuri în rocă şi reprezintă un mecanism de forţă mare, care funcţionează pe

principiul fundamental al hidrostaticii (legea lui Pascal). Acest principiu susţine că, prin

acţionarea asupra unui capăt al unei coloane de lichid închise (aflată sub presiune), presiunea

exercitată în acel capăt se transmite integral în toate punctele din lichid, adică în toată masa

lichidului şi în toate direcţiile. Presiunea transmisă permite obţinerea la capătul celălalt al

coloanei a unei forţei proporţională cu aceasta.

Loviturile, şocurile, sunt aplicate de pistonul mecanismului hidraulic de percuţie.

Pistonul percutant este antrenat într-o mişcare oscilatorie rectilinie şi culisează într-un alezaj

cilindric realizat în corpul perforatorului (ciocanului). Mişcarea oscilatorie rectilinie a pistonului

este sugerată prin săgeţiile din ilustraţiile din figura 1.1, în care se prezintă câteva scheme de

principiu ale forajului percutant.

48

a) picon; b) ciocan de fund; c) ciocan de suprafaţă; d) ciocan COPROD.

Figura 3.1. Scheme de principiu ale forajului percutant, în funcţie de tipul de ciocan hidraulic

utlizat. []

Aici se evidenţiază în primul rând poziţia pistonului percutant 1 în raport cu

instrumentul de dislocare 2 şi modul de aplicare a loviturilor de către piston. În funcţie de această

poziţie, se poate face o clasificare a ciocanelor, şi anume: picon (picamer sau ciocan de

demolare), ciocan de suprafaţă şi ciocan de fund. O diferenţiere se mai poate face şi din punctul

de vedere al mecanismului de rotaţie. Acesta poate fi montat separat de ciocan (cazul ciocanului

de fund) sau în interiorul corpului ciocanului (cazul ciocanului de suprafaţă).

Se mai distinge un tip de ciocan, şi anume cel din instalaţia de foraj care foloseşte

tehnica COPROD. Această tehnică constă în separarea mecansmului de rotaţie de mecanismul de

percuţie şi stivuirea prăjinilor garniturii de foraj. Se evită asamblarea prin înfiletare a prăjinilor

pentru creşterea eficienţei de transmitere a energiei la impact.

O altă deosebire între ciocanele prezentate (ciocanul de suprafaţă, ciocanul de fund,

ciocanul de demolare, ciocanul COPROD) se face după modul de aplicare a loviturilor de către

piston. Percuţiile pot fi executate direct sau indirect asupra instrumentului de dislocare.

3.2.1. Forajul cu ciocan de demolare

În varianta a) din figura 1.1, ciocanul hidraulic este ataşabil la braţul unui utilaj, fapt

pentru care se numesc şi atașamente de demolare (corespondent în engleză: breaker

attachments). O altă denumire utilizată pentru acest tip de ciocan de demolare este de picon

(corespondent în engleză: breaker).

49

Conform schemei de principiu din figura 1.1 a), în structura ciocanului există un piston

1 care, acționat în ambele sensuri, realizează o mişcare rectilinie alternativă. În urma acestei

mişcări oscilatorii, pistonul 1 aplică percuții direct asupra instrumentului de dislocare 2, cu

scopul spargerii formaţiunii de dislocat 3 (asfalt, beton, fundaţii, alte structuri complexe).

Atașamentele de demolare sunt interschimbabile şi se ataşează braţelor mini şi midi

excavatoarelor, buldoexcavatoarelor, miniîncărcătoarelor multifuncţionale sau excavatoarelor

standard, iar unele se pot conecta la toate tipurile de utilaje purtătoare.

Ca şi aplicații se menţionează: demolări în construcții industriale, perforări sau foraje

pentru exploatări în cariere, excavări.

Seriile mici, medii şi mari se utilizează la demolări şi reciclări, la pregătirea şantierelor

de construcţii, la renovarea clădirilor, în construcţia de drumuri şi poduri, la spargerea pietrelor

în cariere de piatră, săparea de şanţuri pentru conducte, la construcţia de tunele, la construcţia

fundaţiilor, chiar şi la grădinărit.

Tot ciocan de demolare, însă neataşabil şi de dimensiuni reduse, este ciocalul portabil

cunoscut ca şi picamer (corespondent în engleză: pick hammer) şi principial prezentat în figura

1.2. Se cunosc picamere penumatice, hidraulice sau electrice.

Figura 3.2. Schema de principiu a unui ciocan de demolare, portabil (picamer). []

3.2.2. Forajul cu ciocan de fund

În varianta b) din figura 1.1, se evidențiază că pistonul percutant 1 al mecanismului de

percuție se află poziţionat tot deasupra instrumentului de dislocare 2. Mai mult, instrumentul de

dislocare 2 se află pe talpa sondei (partea inferioară a sondei), numerotată cu 4, iar percuţiile sunt

aplicate de către pistonul 1 direct instrumentului 2, precum în cazul ciocanului de demolare.

Procedeul de realizare a unei găuri de sondă, în acest caz, constă în dislocarea

formaţiunii 3, prin:

50

percuţie, asigurată de mecanismul de percuţie;

apăsare, asigurată de propria greutate a garniturii de prăjini;

rotirea garniturii de foraj şi a instrumentului de dislocare (figura 1.3).

Denumirea primită de dispozitivul de percuţie este de ciocan de fund iar corespondentul

în limba engleză a acestui tip de ciocan este „down-the-hole hammer”. Găurile de sondă realizate

prin forajul cu ciocan de fund au diametrul cuprins între 75 mm şi 200 mm (dar şi 915 mm) în

lucrările de suprafaţă, iar în lucrările subterane, între 100 mm şi 165 mm. Forarea cu ciocan de

fund se foloseşte pentru adâncimi mai mari de 20 m.

Forajul rotopercutant cu ciocan de fund se utilizează de exemplu în cariere cu rocă

moale, cu rocă fisurată, în forajul geotermal, în forarea puţurilor de alimentare cu apă.

Aplicarea loviturilor pistonului 1 direct instrumentului de dislocare 2 (sapă de foraj),

duce la obţinerea de performanţe mai ridicate deoarece undele de șoc nu vor mai fi transmise şi

prin reducţiile dintre prăjinile garniturii de foraj.

Se mai menţionează că la utilajele de foraj prin rotopercuţie şi cu ciocan de fund, apare

o altă particularitate, şi anume, mecanismul de rotație introdus pentru rotirea garniturii de foraj

(figura 1.3 a)) şi a instrumentului de dislocare, este poziționat separat de mecanismul de percuție,

la suprafața sondei. În literatura de specialitate, o mişcare de rotaţie poate fi aplicată

instrumentului de dislocare şi cu ajutorul unei turbini montate în apropierea mecanismului de

percuţie.

Caracteristic ciocanelor de fund este şi faptul că, faţă de verticală, gradul de deviaţie a

găurii de sondă este mult mai mic faţă de cel obţinut prin forajul cu ciocan de suprafaţă.

Importanţa verticalităţii este cu atât mai mare cu cât găurile executate sunt pentru plasare de

explozibil. Gradul permis de flexibilitate al prăjinilor, şi deci şi deviaţiile corespunzătoare

rezultate, diferă în funcţie de tipul lucrării de foraj şi de cerinţe. Se sublinează că o greutate

liniară relativ mică a garniturii de prăjini, în forajul cu ciocan de fund, măreşte eficienţa

transmiterii undelor de şoc.

Principiul forajului prin rotopercuţie este descris în figura 1.3, unde se foloseşte

simbolic un ciocan de mână în locul de aplicare al percuţiilor, şi o săgeată circulară pentru

simbolizarea mişcării de rotaţie imprimate. Poziţia săgeţii arată şi locul mecanismului de rotaţie

care, conform figurii 1.3, se află deasupra găurii de sondă, şi deci deasupra solului 3.

51

a) Ciocan de fund; b) Ciocan de suprafaţă; c) Ciocan COPROD.

Figura 3.3. Scheme de principiu ale forajului rotopercutant în funcţie de tipul de ciocan utilizat.

[]

3.2.3. Forajul cu ciocan de suprafaţă

Prin varianta c) din figura 1.1 se evidențează că mecanismul de percuţie se află

poziţionat deasupra garniturii de prăjini 5, la suprafață de sol, spre deosebire de ciocanul de fund

care se află în gaura de sondă deasupra talpei acesteia. Se mai evidenţiază totodată că, prin

mişcarea rectilinie oscilatorie a pistonului, percuţiile rezultate se aplică de către pistonul 1,

simbolic, asupra garniturii de prăjini 5. În mod fizic, real, aceste lovituri se execută asupra

cuplajului cu garnitura de foraj sau asupra arborelui canelat al angrenajului de roţi dinţate din

mecanismul de rotaţie însă, indirect, instrumentului de dislocare 2. Mecanismul de percuţie cu

aceste caracteristici poartă numele de ciocan de suprafață (corespondent în engleză: top hammer)

iar alături de ciocanul de fund, face parte din categoria perforatoarelor industriale.

Forajul rotopercutant cu ciocan de suprafaţă (figura 1.3 b) presupune şi rotirea garniturii

de foraj 5 şi a instrumentului de dislocare 2. Mecanismul de rotaţie care asigură această mişcare

de rotaţie este prevăzut în structura ciocanului de suprafaţă.

52

În urma percuţiilor ritmice aplicate de pistonul 1, prin intermediul garniturii de prăjini 5

se transmit unde mecanice longitudinale instrumentului de dislocare 2. Energia cinetică a

pistonului este trimisă sub formă de undă, indirect, instrumentului de dislocare. La suprafaţa de

separare a celor două medii (instrument de dislocare şi formaţiunea de dislocat), dacă forma

undei transmise garniturii 5 nu corespunde formei undei pe care formaţiunea de dislocat 3 o

poate absorbi, au loc simultan, reflexia şi refracţia undei. O parte din energia undei pătrunde prin

suprafaţa de separare în celălalt mediu, efectuând un lucru mecanic de penetrare, de înaintare.

Energia rămasă este direcţionată în mediul de provenienţă, unda reflectată întorcându-se prin

garnitura de prăjini.

Calitatea forajului rotopercusiv cu ciocan de suprafaţă este influenţată, pe de-o parte,

atât de gradul de flexibilitate al prăjinilor şi cât şi de tensiunile din reducţii. Deviaţiile rezultate

şi reducţiile dintre prăjini influenţează negativ eficienţa transmiterii energiei, pierzându-se din

energia trasportată de undele rezultate. Prezența filetelor din cuplajele prăjinilor constituie deci

un dezavantaj al ciocanelor de suprafaţă deoarece ele duc la distorsiunea undelor de șoc,

compromiţând astfel energia trimisă pentru utizarea ei în procesul de dislocare.

Ca şi aplicaţii, se menţionează: lucrări de foraj pentru exploatări în cariere cu rocă de

duritate medie sau ridicată. Ciocanele de suprafaţă au fost folosite inițial în forajul subteran. În

timp, au ajuns să fie folosite și în forajul la suprafață complementar perforatoarelor pneumatice.

Cu ajutor ciocanelor de suprafaţă se realizează găuri cu diametre de maxim 140 mm.

În lucrările de suprafaţă, cu ajutorul ciocanelor de suprafaţă se forează găuri de sondă cu

diametrul cuprins între 50 mm şi 127 mm. În lucrările subterane, cu ajutorul ciocanelor de

suprafaţă se realizează găuri cu diametrul cuprins între 38-65 mm.

3.2.4. Forajul COPROD

Forajul caracterizat prin tehnica COPROD, figura 1.1 d) şi figura 1.3 c), utilizează un

ciocan de suprafaţă. Această tehnică COPROD presupune separarea mecanismului de rotație de

mecanismul de percuție, montarea mecanismului de percuţie deasupra garniturii de prăjini și

stivuirea prăjinilor. Mişcarea de rotaţie, care la ciocanele de suprafaţă şi de fund din forajul

rotopercutant se transmite prin prăjini, este transmisă în forajul COPROD de către ţevile în care

sunt stivuite prăjinile garniturii 5.

Avantajul acestui tip de foraj este că, prăjinile nefiind asamblate prin reducţii cu filet,

undele de șoc nu se vor distorsiona și nu va fi afectată energia trimisă de ciocan, instrumentului

de dislocare. Totodată, deoarece ţevile în care prăjinile sunt stivuite, au o rigide mai mare decât a

53

prăjinilor, gradul de deviaţie al găurii de sondă este redus. Un ultim avantaj, care este valabil

ciocanelor de suprafaţă, este că oferă posibilitatea utilizării unei forţe mari la ieşire.

Se evidenţiază în figura 1.1 b), c) şi d) existenţa unor canale 7 prin care circulă fluid sub

presiune. Fluidul antrenat poartă numele de noroi de foraj. El este transportat de la o pompă de

noroi, prin capul de spalare (introdus prezent în structura ciocanului), garnitura de prăjini şi prin

instrumentul de dislocare, până în talpa sondei. Utilitatea acestuia se remarcă prin faptul că

răceşte şi lubrifiază instrumentul de dislocare, prelungindu-i astfel durata de viaţă, şi prin faptul

că evacuează detritusul format în talpa sondei de către instrumentul de dislocare şi colmatează

peretele găurii în timpul forajului, evitându-se în acest mod griparea instrumentului de dislocare.

Prezenţa noroiului de foraj în talpa sondei reduce în acelaşi timp rezistenţa rocii, prin umectare şi

absorbţie.

3.2.5. Forajul sonic

Un alt tip de foraj este forajul sonic, (figura 1.4) şi este utilizat în prezent de carotiere, în

foraje de prospecţiune şi explorare geologice, cu scopul obţinerii carotelor (probe cilindrice din

solul forat). Forajul sonic a fost brevetat de Ion Basgan, el fiind cel care a aplicat teoria

sonicităţii a lui George Constantinescu în tehnica forajului.

Metoda de forare corespunzătoare forajului sonic presupune transmiterea energiei

sonice de la distanţă, prin intermediul garniturii de prăjini. Se permite simultan rotirea şi vibraţia

instrumentului de dislocare 2 (la acest tip de foraj, numindu-se cap de carotieră) în timp ce

garnitura de foraj 5, prin propria sa greutate, exercită o forţă de apăsare pe instrumentul de

dislocare 2.

Figura 3.4. Schemă de principiu petru forajul sonic.

54

Conform schemei de principiu din figura 1.4, forajul sonic se caracterizează printr-o

mişcare de rotaţie imprimată garniturii de foraj 5 şi instrumentului de dislocare 2, printr-o

mişcare vibratorie generată de capul sonic şi prin apăsarea asigurată de garnitura de prăjini. Se

observă că, spre deosebire de celelalte metode de foraj (ilustrate în figurile 1.1, 1.2 şi 1.3), unde

se utilizează un mecanismului de percuţie cu piston percutant, în forajul sonic mişcarea

vibratorie este indusă de capul sonic. Acest cap sonic are ca element de bază un oscilator sub

forma unei perechi de excentrice (role), excentricele rotindu-se cu viteză mare şi în sens opus.

Oscilatorul este cel care produce efectul sonic şi este acţionat, în general, de un motor

hidraulic rotativ. Complementar cu un arc pneumatic, oscilatorul generează forţe mari,

sinusoidale pe care le transmite instrumentului de dislocare ca şi unde vibratorii. Instrumentul de

dislocare 2, sau capul de carotieră, foloseşte aceste unde de rezonanţă pentru a disloca materialul

de pătruns.

Mecanismul de rotaţie utilizat la rotirea instrumentului de dislocare se află montat tot în

capul sonic. Prin rotirea şi prin apăsarea pe capul de carotieră, concomitent cu vibraţia capului de

carotieră 2, are loc avansul capului de carotieră. Parametrii de bază care caracterizează operaţia

acestui tip de foraj sunt forţa centrifugă şi momentul excentric.

Deşi o metodă uzuală este cea cu excentrice de tip rolă în forajul sonic se pot utiliza de

asemenea şi actuatori piezolectrici, fie un piston antrenat în miscare rectilinie longitudinală, sau

metoda circulaţiei inverse.

Metoda circulaţiei inverse presupune antrenarea de către pompa de foraj a noroiului de

foraj prin garnitura de prăjini. Această antrenare duce la propagarea de unde în garnitura de

prăjini şi în noroiul de foraj care circulă în interiorul acesteia. Undele progresive rezultate

transportă energie şi, ajungând la capul de carotieră, sunt folosite pentru a disloca materialul de

pătruns. Instrumentul de dislocare vibrează pe verticală, aplicând percuţii cu o frecvenţă

controlată, iar verticalitatea forării se asigură de către prăjinile grele.

Forajul sonic este o metodă modernă care are ca avantaje reducerea presiunii de săpare,

creşterea timpului de lucru a uneltei de dislocare în teren, obţinerea de găuri nedeviate. Forajul

sonic are indicii de forare, superiori celorlalte procedee clasice. Frecvenţa poate fi variată în

funcţie de condiţiile de lucru.

Aria de interes în studiul de faţă încadrează doar metodele care presupun utilizarea unui

mecanism de percuţie cu piston percutant. Însă, pe lângă cele cinci metode de foraj descrise,

există şi alte metode de foraj, printre care se exemplifică, forarea cu sape elicoidale, forarea

hidraulică rotativă, forarea clasică cu cablu, forarea cu percuţie şi jet de aer, forarea cu jet de aer.

55

3.3. Principiul de funcţionare al ciocanului hidraulic funcţionând strict cu

elementele de bază

În figura 1.6 este prezentată o schemă hidraulică de principiu a unui ciocan hidraulic

convenţional, schemă prezentată în articolul [] şi acceptată ca şi concepţie de companiile

producătoare pentru dezvoltarea ciocanelor hidraulice de demolare şi pentru îmbunătăţirea

performanţelor acestora.

Figura 3.5.Schemă hidraulică a principiului de funcţionare a unui ciocan de demolare, alcătuită

din elementele de bază [].

Elementele componente de bază ale schemei hidraulice sunt, aşa cum se evidenţiază şi

în figura 1.6: un motor hidraulic liniar MHL diferenţial în care lucrează un piston percutant

bilateral şi în care pistonul delimitează două camere de lucru C1 şi C2, un distribuitor hidraulic

liniar DHL, un acumulator AH, o rezistenţă hidraulică fixă RHF, un ventil de siguranţă SS, o

sursă de presiune PV şi un rezervor hidraulic RH.

Distribuitorul DHL pune sub presiune sau la tanc, camera C2 a motorului MHL. Prin

controlul ariilor secţiunilor sale de deschidere, distribuitorul DHL are şi rolul de reglare a

debitului trimis spre camera de lucru C2 a motorului MHL, respectiv a debitului refulat din

această cameră. Prezenţa celor două rezistenţe hidraulice variabile fac posibilă ajustarea

frecvenţei la impact a pistonului motorului MHL. În articol, se specifică de asemenea şi că

distributorul DHL conferă motorului un regim de oscilaţii autoîntreţinute. Comutarea poziţiilor

sale de lucru se poate realiza hidraulic, pneumatic sau electric.

Rolul camerei separate C3 poate fi doar de deversare a eventualelor scurgeri prin

interstiţiile dintre tija pistonului motorului şi corpul ciocanului. În patentul [94], la o astfel de

cameră separată şi poziţionată în prelungirea motorului MHL, este montat un acumulator

hidropneumatic cu membrană. În patentele [], [], dar şi la ciocanele de demolare fabricate de []

56

camera C3 este o cameră etanşă cu nitrogen, prevening loviturile în gol şi amplificând puterea

transmisă în timpul cursei de înaintare a pistonului sau puterea la impact. În structura altor

ciocane de demolare, camera C3 poate să nu aibă rol de amortizor şi să fie doar o cameră care-i

oferă tijei pistonului spaţiul necesar atunci când pistonul realizează cursa de retragere [], [].