Tipos de rolos compressores e suas configurações de acionamento por rodas
Os rolos compactadores utilizam três configurações fundamentalmente diferentes — cada uma posicionando o caixa de engrenagens planetária de tração nas rodas em uma posição diferente em relação à fonte de vibração e à superfície compactada.
| Tipo | Localização do veículo | Vibração na unidade de acionamento | Superfície quente |
|---|---|---|---|
| Tambor único (solo) | Pneus traseiros | 2–5 g (transmitidos) | Não |
| Tandem (asfalto) | Ambos os tambores (montados no tambor) | 5–15 g (direto) | Sim (100–160 °C) |
| Pneumático (acabamento asfáltico) | Todos os pneus | 0,5–2 g (mínimo) | Sim (80–140 °C) |
O rolo vibratório tandem apresenta o ambiente de acionamento por rodas mais exigente: o motor de acionamento e a caixa de engrenagens planetária são montados dentro ou adjacentes ao tambor vibratório — experimentando de 5 a 15 g de vibração contínua intencional a 25 a 50 Hz, enquanto simultaneamente se deslocam sobre asfalto a 100 a 160 graus Celsius. Essa combinação de vibração contínua de alta frequência e alta temperatura superficial não existe em nenhuma outra aplicação de acionamento por rodas — e requer uma especificação de caixa de engrenagens que incorpora características tanto do britador de pedra (resistência à vibração) quanto da colhedora de cana-de-açúcar (gerenciamento térmico).
O rolo compactador de solo de tambor único posiciona a tração nas rodas no eixo traseiro acionado pelos pneus — separado do tambor dianteiro vibratório pela estrutura da máquina e um suporte de isolamento. A vibração na tração das rodas é reduzida para 2 a 5 g (em comparação com os 10 a 30 g no tambor) — ainda superior à dos equipamentos de construção padrão, mas inferior à configuração tandem. Os pneus traseiros operam em solo compactado (não em asfalto quente) — eliminando o desafio térmico, mas introduzindo um desafio de tração em material de aterro solto, onde o pneu deve impulsionar a máquina de 10 a 20 toneladas para a frente, enquanto o tambor vibratório resiste ao movimento para a frente através do contato com o solo.
Os rolos compactadores de pneus (PTR) utilizam de 7 a 11 pneus de borracha em vez de tambores, compactando a superfície do asfalto para selá-la e melhorar o entrelaçamento dos agregados. A tração aciona todos os pneus simultaneamente a uma velocidade de 3 a 8 km/h sobre o asfalto recém-aplicado a uma temperatura de 80 a 140 °C. O contato dos pneus com o asfalto quente aquece a borracha e transfere calor para o cubo e o rolamento da roda, elevando a temperatura da tração em 15 a 30 °C acima da temperatura ambiente da superfície. Como os pneus dos PTR são infláveis (e não maciços), eles também apresentam maior resistência ao rolamento em asfalto macio e quente do que os tambores de aço, exigindo de 20 a 40 T mais de torque por tonelada de peso da máquina. A tração deve fornecer esse torque mais elevado com a mesma precisão de velocidade (±3 T) de um rolo compactador de tambor para manter a uniformidade da compactação em toda a largura da camada.
Os rolos combinados (tambor na frente, pneus na traseira) dividem a tração entre uma caixa de engrenagens montada no tambor (dianteira) e uma caixa de engrenagens montada nos pneus (traseira). As velocidades dos acionamentos dianteiro e traseiro devem ser sincronizadas dentro de uma tolerância de ±2% — pois uma discrepância de velocidade faz com que o tambor empurre ou puxe os pneus, produzindo tensão de cisalhamento na camada asfáltica que pode danificar a superfície recém-aplicada. Essa exigência de sincronização de velocidade entre configurações de acionamento fundamentalmente diferentes (tambor versus pneu, raios de rolamento diferentes, condições de superfície diferentes) é exclusiva dos rolos combinados e requer calibração cuidadosa na fase de comissionamento e re-verificação sempre que um pneu for substituído (alterando o raio de rolamento).
Consistência na velocidade de compactação — Por que a precisão de velocidade ±3% determina a densidade
A densidade de compactação é função de três variáveis: o peso estático do tambor, a força dinâmica da vibração e o número de impactos da vibração por metro linear de superfície — que é determinado pela velocidade de deslocamento. A uma frequência de vibração de 30 Hz e uma velocidade de deslocamento de 3 km/h, a superfície recebe 36 impactos por metro. A 4 km/h (33% mais rápido), a densidade de impacto cai para 27 por metro — uma redução de 25% que produz uma densidade de compactação mensuravelmente menor.
A especificação de compactação para construção de estradas normalmente exige uma densidade mínima de 95 a 98 l/10 ... caixa de engrenagens planetária de tração nas rodas A consistência de velocidade de ±3% ou melhor elimina a variação de densidade relacionada à velocidade, garantindo que toda a compactação atenda às especificações em uma única sequência.
Na compactação do asfalto, a consistência da velocidade é ainda mais crítica, pois o asfalto está em constante resfriamento durante o período de compactação. O asfalto fresco chega a uma temperatura entre 140 e 160 graus Celsius e deve ser compactado antes de esfriar abaixo de 80 a 90 graus Celsius — um período de aproximadamente 15 a 30 minutos, dependendo da temperatura ambiente, da velocidade do vento e da espessura da camada. Cada passada deve atingir a densidade desejada dentro desse intervalo de tempo — e uma variação de velocidade que reduza a eficácia da compactação em uma passada significa que uma passada adicional será necessária, consumindo preciosos minutos do período de resfriamento. Um rolo compactador que opera muito rápido nas duas primeiras passadas pode exigir uma quinta passada corretiva — momento em que o asfalto pode ter esfriado abaixo da temperatura de compactação, resultando em uma superfície permanentemente subcompactada.
Os rolos compactadores modernos utilizam sistemas de compactação inteligentes (CCC — Controle Contínuo de Compactação) que medem a interação entre o tambor e o solo em tempo real, inferindo a rigidez do material compactado a partir da resposta vibratória. O sistema CCC ajusta automaticamente a amplitude e a frequência da vibração para otimizar a energia de compactação de acordo com a condição atual do material. A velocidade de deslocamento é uma entrada para o cálculo do CCC, e erros de velocidade se propagam diretamente na saída do CCC, causando ajustes de vibração incorretos. Um acionamento por roda com erro de velocidade de ±5% pode fazer com que o sistema CCC vibre excessivamente o material já compactado (produzindo fraturas nos agregados) ou vibre insuficientemente o material solto (produzindo densidade insuficiente), anulando o propósito da tecnologia de compactação inteligente.
Vibração Intencional — Vivendo Dentro da Máquina de Terremotos
Diferentemente de todos os outros acionamentos por rodas expostos à vibração desta série (britador de pedra, recicladora de asfalto) — onde a vibração é um subproduto indesejado do processo de corte ou britagem — a vibração do rolo é intencional, controlada e contínua. O peso excêntrico dentro do tambor gira a 1.500 a 3.000 rpm (25 a 50 Hz), produzindo uma força centrífuga de 80 a 350 kN que alternadamente levanta e comprime o tambor contra a superfície do solo. Essa vibração é transmitida através dos mancais do tambor, da estrutura e da montagem até o acionamento por rodas — com amplitudes de 5 a 15 g em rolos tandem e de 2 a 5 g em rolos de tambor único.
A frequência de vibração é controlada pelo operador através das configurações de amplitude e frequência de vibração no painel de controle do rolo compactador. Na frequência de projeto (tipicamente de 30 a 40 Hz para asfalto e de 25 a 33 Hz para solo), a estrutura da máquina é ajustada para isolar a cabine do operador da vibração do tambor — mas a transmissão por roda recebe toda a amplitude da vibração. Se o operador alterar a frequência para corresponder às condições do solo ou do asfalto, a vibração na transmissão por roda muda de acordo — podendo ultrapassar uma frequência de ressonância da caixa de engrenagens ou do conjunto de rolamentos. Uma caixa de engrenagens com classificação de vibração para 30 Hz pode sofrer vibração amplificada a 28 Hz ou 35 Hz se a caixa apresentar uma ressonância estrutural próxima a essas frequências.
A natureza contínua da vibração é a principal diferença em relação aos britadores de pedra. Um britador de pedra produz vibração aleatória e intermitente — impactos de alta amplitude separados por vibrações de fundo de menor amplitude. O rolo compactador produz vibração sinusoidal contínua, com frequência e amplitude constantes, durante horas a fio. A exposição cumulativa à vibração em um rolo compactador em 1.000 horas de operação excede a exposição cumulativa em um britador de pedra em 3.000 horas — porque a vibração do rolo é constante, enquanto a vibração do britador é intermitente. A pré-carga do rolamento, o projeto da vedação e a fixação dos parafusos devem ser especificados para a exposição contínua cumulativa — e não apenas para a amplitude de pico.
O padrão de inversão de direção em um rolo compactador também é mais exigente do que na maioria dos equipamentos. Uma sequência típica de compactação consiste em 4 a 8 passagens de ida e volta sobre a mesma faixa — com mudanças de direção a cada 20 a 100 metros. A 3 km/h, uma passagem de 50 metros leva 60 segundos — o que significa que a tração das rodas inverte a direção a cada 60 segundos, acumulando de 30 a 60 inversões por hora. Ao longo de uma temporada de 1.000 horas, o número total de inversões chega a 30.000 a 60.000 — cada uma impondo um impacto de inversão de torque nos dentes da engrenagem que estão simultaneamente sujeitos a cargas de vibração contínua. A fadiga combinada por vibração e inversão é mais severa do que qualquer uma das cargas isoladamente — e o cálculo da tensão na raiz do dente da engrenagem deve levar em conta ambas simultaneamente, usando um modelo de dano cumulativo (Regra de Miner) que soma a fadiga por vibração e a fadiga por inversão em suas respectivas frequências e amplitudes.
Três modos de falha específicos para acionamentos de rodas de rolos compactadores
A vibração sinusoidal contínua de 25 a 50 Hz produz o efeito Brinell falso nos rolamentos a uma taxa de 3 a 5 vezes maior do que a vibração intermitente em britadores e recicladores de pedra. Em 1.000 horas de operação contínua dos rolos, o rolamento acumula o mesmo dano por Brinell falso que um rolamento de britador de pedra acumula em 3.000 a 5.000 horas. A progressão do dano segue o mesmo padrão descrito para britadores de pedra (WD-07): micro-marcas se formam entre 200 e 500 horas, aprofundam-se até apresentarem folga mensurável entre 500 e 1.500 horas e iniciam o lascamento entre 1.500 e 3.000 horas. Em rolos tandem (vibração direta de 5 a 15 g), a vida útil do rolamento pode ser de apenas 1.500 a 2.500 horas sem pré-carga elevada — tornando a substituição do rolamento o item de manutenção mais frequente na transmissão por rodas.
Os rolos compactadores de asfalto tandem acionam ambos os tambores diretamente sobre a superfície quente do asfalto, a uma temperatura entre 100 e 160 graus Celsius. A carcaça do acionamento da roda, montada no tambor, absorve o calor através do rolamento e da carcaça do tambor, elevando a temperatura da carcaça para 70 a 100 graus Celsius e a temperatura interna do óleo para 90 a 120 graus Celsius durante as passagens contínuas de compactação. Múltiplas passagens consecutivas (de 4 a 8 passagens são típicas para a compactação de asfalto) mantêm essa temperatura elevada por 20 a 60 minutos por seção da camada asfáltica. Ao longo de um dia inteiro de pavimentação (de 6 a 10 horas), a exposição térmica cumulativa degrada o óleo mineral e endurece as selagens de NBR a uma taxa de 3 a 5 vezes maior do que a observada em rolos compactadores de solo operando à temperatura ambiente do solo.
A vibração contínua de 25 a 50 Hz afrouxa as juntas aparafusadas a uma taxa proporcional à amplitude e à frequência da vibração — e a vibração do rolo compactador é de frequência mais alta e mais contínua do que a vibração do britador de pedra. Um parafuso de alojamento em um rolo compactador tandem a 10 g e 35 Hz perde a pré-carga de 2 a 3 vezes mais rápido do que o mesmo parafuso em um britador de pedra a 10 g e frequência aleatória — porque a excitação sinusoidal contínua é mais eficiente em desgastar as roscas do parafuso do que impactos aleatórios. O intervalo de verificação de torque em acionamentos de rodas de rolos compactadores deve, portanto, ser menor (a cada 150 a 200 horas) do que em britadores de pedra (a cada 250 horas), apesar de níveis de pico de vibração semelhantes.
Perguntas frequentes
A Korea Ever-Power fornece acionamentos de rolos compactadores de 3.000 a 25.000 Nm com resistência contínua à vibração, proteção térmica contra asfalto quente e consistência na velocidade de compactação.
Editor: Cxm
