گردآوری و ترجمه: حمیدرضا احراری

غلتک از پرکاربردترین ماشین آلات راهسازی محسوب می شود. از این دستگاه برای فشرده سازی و تسطیح خاک و یا آسفالت استفاده می شود. ذرات تشکیل دهنده سطح در شرایط عادی به شکلی در کنار هم قرار میگیرند که فواصل نامنظم زیادی بین آنها وجود دارد. استفاده از غلتک برای فشرده کردن این ذرات و از میان بردن این فواصل و ثبات بیشتر در سطح انجام می شود. اما غلتک ها چطور این کار را انجام می دهند؟ لرزش درام با وزن قابل توجه آن همراه می شود می تواند این عمل به ظاهر ساده را انجام دهد. اما واقعیت این است که فشرده سازی چندان هم عملیات ساده ای نیست و در صورتی که مشخصات فرکانس و دامنه نوسان درام بدرستی و با توجه به وضعیت سطح انجام نشود می تواند هزینه های زیادی را در مراحل بعدی ساخت و یا استفاده از راه به بار بیاورد. برای آشنایی با شیوه انجام این تنظیمات ابتدا باید کمی با آنچه در زمان فشرده سازی اتفاق می افتد بیشتر آشنا شویم.

نیروی ایجاد شده در اثر ارتعاشات در بین نیروهایی که از طرف درام غلتک به سطح زمین وارد می شود از بقیه پیچیده تر است. ارتعاش درام باعث تشدید نیروی وزن آن می شود. یک شفت درون درام فلزی قرار گرفته است. در مرکز شفت ارتعاشی، یک وزنه لنگ قرار گرفته است. وقتی سیستم ویبره فعال شود، این شفت به سرعت می چرخد. چرخش وزنه لنگ به دور شفت باعث می شود که درام در تمامی جهات ها به ارتعاش در بیاید. در اثر ارتعاشات درام، موج های پرفشاری درون سطحی که برای فشرده سازی انتخاب شده حرکت می کنند. ذرات تشکیل دهنده خاک یا آسفالت زیر درام، در اثر این موج ها شروع به حرکت کرده و به تدریج در وضعیتی قرار میگیرند که فضای خالی کمتری میان ذرات بزرگ وجود داشته باشد. به این ترتیب این ذرات بزرگ در موقعیت خود قفل شده و امکان جابجایی آنها بسیار محدود می شود.

اپراتور همواره باید بیشترین دامنه ی ممکن را که منجر به پریدن درام و ضربات تکانشی نشود را انتخاب کند. باید بخاطر داشت که میزان دامنه ویبره مهم ترین عامل اثرگذار بر روی میزان فشرده سازی خاک است.

دامنه ارتعاش درام

می توانیم بگوییم در واقعیت دامنه همان میزان جابجایی درام در جهات های مختلف و معادل با ضربه ای است که به سطح وارد می کند. در غلتک های درام فلزی، آموختیم که درام در تمامی جهت ها به طور مداوم و با فرکانسی مشخص ارتعاش می کند تا به این وسیله ضربه ایجاد کند. نیروی ضربه ی درام که به سطح وارد شده را با کلمه “دامنه” می شناسیم و اندازه گیری می کنیم.

دامنه فاصله ای است که درام به اندازه آن به داخل سطح نفوذ می کند، و به همین دلیل مهم ترین متغیر در بحث بهره وری فشرده سازی محسوب می شود. بیشتر غلتک های ارتعاشی را می توان برای دامنه های مختلف تنظیم کرد. وقتی دامنه توسط اپراتور تنظیم می شود شکل قرار گیری وزنه لنگ داخل درام تغییر می کند. اگر لنگ در شدید ترین حالت خود قرار گیرد (یعنی مجموعه دورانی لنگ دارای بیشترین میزان نابالانسی باشد) دامنه ارتعاش درام به بیشترین حالت خود می رسد. برعکس، اگر لنگ در بالانس ترین حالت خود قرار گیرد، دامنه ارتعاش به حداقل می رسد. اکنون می توانید حدس بزنید که در کدام وضعیت نیروی فشرده سازی وارد شده به سطح حداکثر می شود؟

تمامی پرسنل مرتبط با امر فشرده سازی باید قابلیت های غلتک های مورد استفاده در سایت را بدانند تا بتوانند متناسب با نیاز پروژه و ویژگی های خاک یا آسفالت از غلتک مناسب با تنظیمات صحیح استفاده کنند. برای اجرای صحیح این فرآیند می توان چک لیست هایی را طراحی و در اختیار پرسنل قرار داد تا اطمینان حاصل شود که چیزی از قلم نیافتاده است.

به صورت استاندارد یه حالت دامنه ارتعاش وجود دارد: کم، متوسط و زیاد. میزان تقریبی جابجایی درام یا همان نفوذ به سطح را در جدول زیر برای هر یک از این حال ها مشاهده می کنید.

فرکانس ارتعاش درام

مفهوم ارتعاش را در حقیقت می شود با فرکانس معادل دانست. فرکانس کمیتی است که تعداد نوسان درام در واحد زمان بستگی دارد و با واحد هرتز (Hz) اندازه گیری می شود. تعداد دفعاتی که درام در هر دقیقه به زمین برخورد می کند معادل است با فرکانس ارتعاش آن بر حسب هرتز. نیروی ارتعاشی را می توان با اندازه گیری فرکانس محاسبه کرد.

فرکانس ارتعاش درام ارتباط مستقیمی به سرعت حرکت غلتک در حین عملیات فشرده سازی دارد. هر بار جابجایی درام و برخورد آن به سطح خاک یا آسفالت باید بگونه ای تنظیم باشد که عمل فشرده سازی بطور یکپارچه و با بازدهی کافی در حال انجام است. اگر فاصله بین هر ضربه بر روی سطح مورد نظر بسیار زیاد شود، با کمی دقت میتوان اثر برخورد درام را بر روی سطح زمین مشاهده نمود. برعکس، اگر فاصله بین هر ضربه بیش از حد کم باشد، سطح خاک یا آسفالت پس از عبور درام به صورت موج دار در می آید. فاصله صحیح ضربات در بهترین حالت بین ۲۶ تا ۴۶ ضربه در هر متر در نظر گرفته می شود. همان طور که قبلاً گفته شد تحقق این تعداد ضربه تابعی است از فرکانس ارتعاش و سرعت حرکت دستگاه در حین عملیات فشرده سازی.

در بسیاری از غلتک های مدرن امروزی، دو حالت برای تنظیم فرکانس ارتعاش غلتک در نظر گرفته شده است. سه حالت کم، متوسط و زیاد به صورت پیش فرض قابل تنظیم است. در بعضی از دستگاه ها امکان تنظیم فرکانس در حالت های بیشمار بین حالت های پیش فرض نیز در نظر گرفته شده است.

ارتباط دامنه و فرکانس

اهمیت زیادی دارد که بتوانیم رابطه میان دامنه و فرکانس ارتعاش درام را درک کنیم. پیش از این گفته شد که دامنه ارتعاش وقتی زیاد می شود که فاصله طی شده توسط درام د رهر بار کوبش زیاد باشد، این دامنه با افزایش نابالانسی در لنگ میسر می شود. همچنین گفته شد که هر چه این نابالانسی کم شود، دامنه ارتعاش درام نیز کمتر می شود و در نتیجه شدت ضربات کم می شود. نکته قابل توجه اینجاست که در حالتی که دامنه ارتعاش در حالت زیاد قرار دارد، سرعت دوران شفت مرکزی نمی تواند از حدی مشخصی بیشتر برود، این امر بدلیل بروز عوارضی مانند حرارت زیاد و فرسایش قطعات باید در نظر گرفته شود. به همین دلیل است که معمولاً توصیه می شود در زمانی که دامنه ارتعاش در حالت زیاد قرار داده می شود حتماً از حالت فرکانس پایین ارتعاش استفاده شود.

به همین ترتیت با در نظر گرفتن این موضوع که دامنه کم ارتعاش بواسطه م شدن نابالانسی لنگ امکان پذیر می شود، متوجه می شویم که زمینه بروز اثراتی مانند حرارت و فرسایش نیز در این حالت کمتر می شود و در نتیجه می توان از فرکانس های زیاد برای انجام عملیات فشرده سازی استفاده کرد. در این حالت میتوان سرعت حرکت دستگاه را در حین عملیات فشرده سازی بالا برد.

در دنیای واقعی و در سایت های راهسازی تیم عملیات باید ویژگی های مکانیکی خاک یا آسفالت را با دقت در نظر بگیرند و بر اساس میزان فشرده سازی مورد نیاز، حتماً از تنظیمات مناسب دامنه استفاده کرده و متناسب با دامنه انتخاب شده از فرکانس سازگار با آن دامنه برای انجام عملیات فشرده سازی بهره ببرند تا در عین حفظ بهره وری عملیات، ریسک آسیب دیدگی و یا خرابی قطعات به کمترین حالت ممکن برسد.

* برگرفته از مستندات فنی شرکت کاترپیلار