یکی از ماشین‌آلات سنگین که در بعضی از کارهای عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرد ترنچر است. ترنچر به معنی خندق کن می‌باشد که به آن کانال‌کن، ماشین زه‌کشی و ترانشه‌زن هم گفته می‌شود. این دستگاه جزیی از وسایل ساخت‌وساز است که برای کندن خندق‌ها و شیارهای طولانی، مخصوصا برای بارگذاری و جاسازی لوله‌ها یا کابل‌های الکتریکی درون زمین، زه‌کشی و کندن کانال‌های فاضلاب و کانال‌های آبرسانی، یا برای آماده‌سازی خندق جنگی استفاده می‌شود. خندق کن ها ممکن است در اندازه‌ها و سایزهای متفاوت باشند. از مدل‌های دستی و قابل حمل گرفته تا مدل‌های قابل اتصال به تراکتورها و اسکیدلودرها (Skid Loaders) و مدل‌های قابل اتصال به ماشین‌آلات عمرانی سنگین را شامل می‌شوند.
در این مقاله ابتدا به بررسی تاریخچه پیدایش ترنچر ها می‌پردازیم. سپس توضیحاتی جامع از انواع خندق کن ها داده شده و در حین توضیحات به بررسی ویژگی‌های هر مورد و کاربرد آنها نیز می‌پردازیم. در انتها دلایل استفاده از ترنچر بیان می‌شود.
تاریخچه ترنچر ها
اولین نمونه‌های ترنچر در حدود دهه 1800 میلادی ساخته شدند تا در راه‌های مختلفی به خصوص مصارف جنگی مورد استفاده قرار گیرند. اما به این دلیل که کار با این ماشین‌آلات امری سخت و طاقت‌فرسا بود، تا مدت‌های طولانی به فراموشی سپرده‌شدند. به همین دلیل، تا قبل از جنگ جهانی دوم و حتی در حین آن، اکثر خندق‌ها توسط دست حفر می‌شدند.
در اواﻳﻞ ﺳﺎﺧﺖ این دستگاه و در اولین نسخه‌ها، ﻛﺎر اﻳﻦ ﻣﺎﺷﻴﻦ، صرفا ﺣﻔﺮ کانالﻫﺎ و ﺑﻴﺮون آوردن ﺧﺎک ﺣﺎﺻل از حفاری ﺑﻮد و ﻋﻤﻠﻴﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻟﻮﻟﻪﮔﺬاری و ﻓﻴﻠﺘﺮرﻳﺰی و ﭘﺮکردن کانال، ﺑﺎ دﺳﺖ و ﺗﻮﺳﻂ ﻛﺎرﮔﺮان انجام می‌شد.
از اواسط دهه 1950 میلادی، با توجه به افزایش نیاز به سرعت کار بالاتر و کاهش نیروی کارگری، نیاز به ماشین‌های مخصوص حفر کانال که بتوانند کارگزاری لوله‌ها، فیلترها و تمامی عملیات مربوطه را بصورت همزمان انجام دهند، بیشتر از هر زمانی احساس می‌شد. این ماشین‌ها می‌توانستند موجب کاهش هزینه‌ها و افزایش بازدهی و سرعت کار شوند. بنابراین مقبولیت از دست رفته خندق کن ها، مجددا به آنان برگردانده شد و بروزرسانی و استفاده گسترده از این دستگاه‌ها، در دستور کار شرکت‌ها و دولت‌های مختلف قرار گرفت. استفاده از ترنچر ها پس از تولید و عرضه لوله‌های پلاستیکی نازک (صاف و خرطومی) بیشتر مرسوم گردید. به طوری که امروزه خندق کن ها در ابعاد و ظرفیت‌هایی گوناگون تولید شده و در کارهای عمرانی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع ترنچر
ترنچر ها در انواع و اندازه‌های مختلف توسط شرکت‌های ماشین‌سازی تولید شده و به بازار عرضه می‌شوند و از آنها به عنوان ابزاری برای کندن زمین استفاده می‌شود. اما اینکه در هر مورد، از چه نوع ترنچری استفاده شود، به نوع زمین، سطح حفاری، سختی زمین، عرض و عمق مورد نیاز و برخی موارد دیگر بستگی دارد. در ادامه برخی از پرکاربردترین انواع خندق کن را معرفی نموده و به بررسی ویژگی‌های هر یک خواهیم پرداخت.
خندق کن چرخی
یک ترنچر چرخی یا همان چرخ سنگ، از یک چرخ (صفحه دایره‌ای یا بیضی شکل) دندانه‌دار فولادی تشکیل شده‌است. این مدل نسبت به خندق کن زنجیری هزینه‌های عملیاتی و نگهداری کمتری دارد و می‌تواند در انواع زمین‌ها و خاک‌های نرم یا سخت عملیات حفاری را انجام دهد. این زمین‌ها ممکن است همگن بوده (مانند سنگ، گل، لجن و شن و ماسه به هم فشرده و متراکم) یا ناهمگن باشند (مانند سنگ‌های شکسته یا شکافته‌شده، رسوبات و یا سنگ‌های یخچالی که سنگ وخاکى است که در اثر توده يخ غلتان جابجا و انباشته شده است).
انجام عملیات در انواع مختلف زمین و خاک برای خندق کن چرخی به این دلیل مقدور است که این دستگاه، مانند بیل مکانیکی خاک را کاملا از زمین جدا و جابجا کرده و به این طریق، زمین را حفاری می‌کند. در حالی که ترنچر زنجیری مانند دستگاه سوهان‌زنی، با سوهان زدن خاک، آن را جابجا می‌کند. به همین دلیل، این مدل ترنچر به بلوک‌های سنگ داخل خاک حساسیت کمتری نشان می‌دهد و نسبت به آنها از مقاومت بهتری برخوردار است.
1.1 ویژگی‌های طراحی خندق کن چرخی
طراحی ترنچر چرخی به‌گونه‌ای انجام شده‌است که با استفاده از آن می‌توان به عمق‌های برش مختلف دست پیدا کرد. به عبارت دیگر، خندق کن چرخی می‌تواند بازه قابل توجهی از عمق زمین را حفاری کند و برای رسیدن به عمق‌های مختلف، نیازی به تعویض ابزار خود ندارد و با همان ابزار می‌تواند عملیات مورد نظر را انجام دهد. این دستگاه می‌تواند یک زاویه خاکبرداری ثابت را برای مدتی طولانی حفظ کند. همچنین در این مدل، وزن دستگاه نسبت به بقیه انواع ترنچرها کمتر است و ارتفاع مورد نیاز برای حمل ابزار توسط ماشین نیز کمتر بوده و جابه‌جایی آن در مسافت‌های طولانی راحت‌تر انجام می‌گیرد.
1.2 المان‌ها و اجزای حفاری ترنچر چرخی
متناسب با قطر چرخ ، المان‌ها و اجزای حفر حول چرخ تعبیه شده‌اند. این المان‌ها شامل دندانه‌های مخصوص حفاری هستند و متناسب با جنس زمینی که قرار است حفاری در آن انجام شود، از چگالی (نسبت جرم به حجم) متفاوتی نسبت به اجزای دیگر برخوردارند. این المان‌ها و اجزا را می‌توان به صورت دستی و به راحتی تعویض نمود.
همچنین این اجزا می‌توانند به صورت دستی روی چرخ ترنچر به گونه‌ای تنظیم شوند که به چرخ امکان انجام برش‌های با عمق مختلف بدهند. به عبارت دیگر، این اجزا را می‌توان به گونه‌ای تنظیم کرد که بازه عمق حفاری را کاهش یا افزایش دهند. این دندانه‌ها به شکل شبه کروی طراحی شده‌اند تا مقدار خاک برداشته شده توسط ترنچر را افزایش دهند. به طور کلی جنس این دندانه‌ها (بسته به نوع عملیات) یکی از موارد زیر است:
- فولاد HSLA
- فولاد ابزاری Tool Steel
- فولاد سرعت بالا High Speed Steel
- کاربید زینتر Cemented Carbide
از فولاد به دلیل قدرت و استحکام بالای آن در تیغه‌ها استفاده زیادی می‌شود. باید همواره توجه داشته باشید، زمانی که از این ماشین برای انجام کارهای سنگین استفاده می‌شود، نیاز است که دندانه‌ها هر از چندگاهی جایگزین و تعویض شوند.
1.3 ویژگی‌های ترنچر چرخی
تفاوت ترنچر چرخی ﺑﺎ ﺗﺮﻧﭽﺮ زﻧﺠﻴﺮی در اﻳﻦ اﺳﺖ ﻛﻪ در ﺗﺮﻧﭽﺮ چرخی عملیات خاکبرداری توسط ﻳﻚ ﺳﺮی ﺟﺎم‌های ﻛﻮﭼﻚ ﺣﻔـﺎری (المان‌ها) که بر روی چرخ سوار هستند صورت می‌پذیرد. در صورتی که در خندق کن زﻧﺠﻴﺮی، زنجیری که بر روی آن زاﺋﺪهﻫﺎی ﺣﻔﺎری ﺗﻌﺒﻴﻪ ﺷﺪه اﻳﻦ ﻛﺎر را اﻧﺠﺎم می‌دﻫﺪ. لازم به ذکر است ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژی به کار ﺑﺮده ﺷﺪه در اﻳﻦ نوع خندق کن، اﻏﻠﺐ ﻗﺪﻳﻤﻲﺗﺮ از تکنولوژي ﺗﺮﻧﭽﺮﻫﺎی زﻧﺠﻴﺮی اﻣﺮوزی است.
برخی از ویژگی های ترنچر چرخی عبارت اند از:
- چرخ زنجیری
- ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ حفاری در ﻫﻤﻪ ﻧﻮع ﺧﺎک
- ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺣﻔﺎری کانال ﺑﺎ ﻋﻤﻖ مابین 1.5 الی 2.5 متر
- ﻋﺮض ﺣﻔﺎری ﺑﻴﻦ 0.4 الی 1.2 متر
- امکان لوله‌گذاری در حین حفاری بدون دخالت نیروی کارگری و تماما توسط خود دستگاه
- توان بین ۱۰۰ الی ۴۰۰ اسب بخار
ترنچر زنجیری
در یک ترنچر زنجیری، یک زنجیر یا کمربند حفاری حول یک فریم آهنی دایره‌ای یا بیضوی شکل، با سرعت معینی می‌چرخد. این زنجیر به کمک یک بازوی متحرک به محل حفاری برده شده و عملیات حفاری با ساییدن دندانه‌های زنجیر به سطح زمین انجام می‌شود. مزیت این نوع خندق کن نسبت به دیگر انواع، این است که از آن می‌توان حتی برای حفاری و یا خاکبرداری زمین‌های خیلی سخت و سطوح محکم استفاده کرد. شایان ذکر است که برای خاکبرداری زمین‌های خیلی سخت، معمولا استفاده از یک بیل مکانیکی کارایی مناسبی ندارد. همچنین از ترنچرهای زنجیری می‌توان برای حفاری خندق‌های باریک و عمیق استفاده کرد که این موضوع، خود ویژگی قابل توجهی به حساب می‌آید.
در خندق کن های زنجیری برای کنترل عمق حفاری، زاویه بازوی متحرک را می‌توان متناسب با عمق حفاری تنظیم نمود. برای حفاری یک کانال، بازوی متحرک در یک زاویه ثابت نسبت به زمین تنظیم شده و ماشینی که ترنچر به آن متصل است با سرعتی بسیار پایین آرام حرکت می‌کند. همچنین مواد حفاری شده و خاک حاصل از حفاری، از طریق یک کمربند ناقل که در یکی از دو طرف دستگاه تعبیه شده‌است، به اطراف ریخته می‌شوند.
2.1 کاربردها و ویژگی‌های خندق کن زنجیری
از خندق کن زنجیری برای حفاری و کندن کانال‌های عریض برای مصارفی از جمله سیم‌کشی خطوط مخابرات و برق، زه‌کشی و لوله‌گذاری کانال‌های فاضلاب، آبرسانی و یا انتقال گاز، استفاده می‌شود. به دلیل اندازه بزرگ این دستگاه، معمولا از آن در مناطق روستایی و کشاورزی، بیشتر از مناطق شهری، استفاده می‌شود.
در ترنچر زنجیری، ﻋﺮض ﺣﻔﺎری کانال و یا خندق ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻨﻈﻴﻢ و ﺗﻐﻴﻴﺮ اﺳﺖ. در اﻏﻠﺐ ترنچر های زنجیری، فرایند حفاری به این صورت است که دو ﻳﺎ ﭼﻨﺪ ردﻳﻒ زوائد ﺣﻔﺎری ﺑـﺮ روی زﻧﺠﻴـر تعبیه ﺷﺪه و ﺑﺎ ﺣﺮﻛﺖ چرخشی زﻧﺠﻴﺮ، ﻋﻤلیات ﺣﻔﺎری انجام می‌شود.
برخی از ویژگی‌های این نوع خندق کن عبارتند از:
- ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﻛﻨﺘﺮل دﺳﺘﻲ و ﻳﺎ اﺗﻮﻣﺎﺗﻴﻚ
- ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﻟﻮﻟﻪﮔﺬاری در حین انجام عملیات حفاری بدون نیاز به دخالت کارگران
- ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺣﻔﺎری ﻫﻤﻪ ﻧﻮع ﺧﺎک (البته برای حفاری در سنگ دارای محدودیت است)
- توان بین ۱۰۰ الی ۴۰۰ اسب بخار
- ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﺣﻔﺎری کانال و یا خندق ﺑﺎ ﻋﻤﻖ ﺑﻴﻦ 0.5 الی 6 ﻣﺘﺮ
میکروترنچرها و خندق کن های کوچک
برای حفاری و کندن کانال‌های مختلف در محیط‌های شهری، نیاز به ترنچر‌هایی با ابعاد کوچک و استفاده راحت‌تر است. همچنین از آنجایی که در محیط‌های شهری، معمولا نیاز به حفاری‌های عمیق خیلی کم پیش می‌آید، اگر این ترنچرهای کوچک نتوانند عمق زیادی را حفاری کنند، برای کارگذاران مشکلی بوجود نخواهد آمد. بنابراین اینجا است که باید به سراغ میکروترنچرها برویم.
میکروترنچر یک سنگ چرخ کوچک است که به طور اختصاصی برای کارکردن در محیط‌های شهری طراحی شده‌است. این ابزار به یک چرخ برنده متصل است و یک خندق و یا کانال کوچک با ابعاد کوچکتری نسبت به سایر ابزارهای حفر خندق ایجاد می‌کند. در تصویر زیر یک ماشین میکروترنچر مارک ماریس (Marais) را مشاهده می‌کنید.
میکروترنچرها می‌توانند کانال‌هایی با بازه عرضی بین 30 تا 130 میلی متر (1.2 تا 5.1 اینچ) و عمق حدود 500 میلی متر (20 اینچ) یا کمتر ایجاد کنند. همچنین می توان میکروترنچرها را بعضی مواقع با رادیو کنترل (RC) هدایت کرد.
3.1 کاربردها و ویژگی‌های میکروترنچرها
هنگام حفاری کانال و یا برش‌کاری زمین با یک میکروترنچر، ساختار جاده حفظ شده و هیچ آسیبی به جاده وارد نمی‌شود. به علت اندازه کوچک دستگاه، مقدار حجم مواد حفرشده دورریختنی نیز کاهش می‌یابد. از این خندق کن های کوچک برای کاهش ترافیک و به حداقل رساندن آن و همچنین مزاحمت ایجاد نکردن برای عابران در پیاده‌روها در هنگام کارکردن در ساعات شلوغی استفاده می‌شود. همچنین برای نصب ارتباطات FTTx می‌توان از این دستگاه‌ها استفاده کرد. یکی از مزیت‌های دیگر میکروترنچرها نسبت به ترنچر زنجیری توانایی حفاری زمین‌های سخت‌تر و حتی حفاری درون سنگ سخت است.
ترنچر قابل حمل (خندق کن دستی)
در باغبانی برای حفر کانال‌های آبرسانی، خاکبرداری، حاشیه‌سازی و مراقبت از چمن، به وسیله‌ای بسیار سبک و با قابلیت مانور خوب نیاز است تا به کمک باغبان‌ها آمده و خیالشان را از بابت انجام این کارهای سخت و طاقت فرسا راحت کند. در اینجا است که باید به سراغ ترنچر قابل حمل (Portable Trencher) رفت.
خندق کن های دستی وزن سبکی دارند (تقریبا 200 پوند) و به سادگی نسبت به دیگر انواع ترنچر قابل هدایت هستند. در این دستگاه‌ها ابزار برش و حفاری می‌تواند یک زنجیر (مانند شکل زیر) و یا یک تیغه دوا مشابه ماشین چمن‌زنی باشد که به نوعی ساخته‌شده که در یک صفحه افقی بچرخد.
ترنچر متصل به تراکتور (خندق کن تراکتوری)
ترنچر متصل به تراکتور (خندق کن تراکتوری) یک وسیله حفاری است که به پشت یک تراکتور متصل می‌شود (مطابق شکل) و با استفاده از یک چرخ‌دنده متحرک عملیات حفاری را انجام می‌دهد. این مدل از ترنچرها را می توان نوع دیگری از ترنچرهای زنجیری دانست که به نوعی زیرشاخه آن مجموعه محسوب می‌شوند. اما به دلیل کاربرد بسیار زیادی که این دستگاه‌ها، مخصوصا در صنایع کشاورزی دارند در یک دسته جداگانه معرفی می‌شوند. این دستگاه، که به آن ترنچر پشت تراکتوری نیز گفته می‌شود، قابلیت حفر کردن کانال‌هایی تا عمق 180 سانتی متر و عرض 30 سانتی متر را دارد. البته تراکتور باید بتواند تا جای ممکن با سرعت پایین حرکت کند (ترجیحا به اندازه سرعت حفاری ترنچر) تا عملیات حفاری توسط دستگاه خندق کن به طور کامل انجام شود.
توان مورد نیاز این دستگاه 100 اسب بخار بوده و در اتصال به پشت تراکتورهای معمولی به راحتی کار می‌کند. همچنین بعضی از انواع خندق کن پشت تراکتوری، دارای بازدهی 700 متر در روز هستند و قابلیت نصب لیزر را نیز دارا می‌باشند. از لیزر برای تسریع عملیات خاکبرداری و نرم‌کردن سطح زمین‌های سخت و افزایش بازدهی خندق کن استفاده می‌شود. همچنین این دستگاه مجهز به ابزار و مجموعه مورد نیاز برای لوله‌گذاری اتوماتیک است و در پروژه‌های لوله‌کشی آب، گاز و فاضلاب می‌تواند با بازده بسیار قابل توجهی مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از انواع ترنچر پشت تراکتوری، خندق کن مارپیچی یا حلزونی پشت تراکتوری است. میزان حفاری این نوع خندق کن، قابل تنظیم است. به طوری که تا عمق یک متر و عرض 25 سانتی متر را می‌تواند حفر کند. همچنین این نوع دستگاه نیز، امکان نصب تجهیزات و لوله‌ها را در حین حرکت تراکتور دارد.
کاربردهای خندق کن
به طور کلی از ترنچر ها در عملیات حفاری خاک و کانال‌سازی در پروژه‌های عمرانی و صنایع راه و ساختمان و یا کشاورزی استفاده می‌شود. عواملی مانند عمق حفاری و نوع خاک و ابعاد مزرعه، بر سرعت کار خندق کن‌ها مؤثر هستند. بخشی از کاربردها و قابلیت‌های ترنچر در زیر شرح داده شده است:
- از خندق کن برای حفاری و ایجاد کانال و لوله گذاری به منظور دسترسی به تسهیلات شهری مانند خطوط مخابراط، آب، برق، گاز، فاضلاب و غیره استفادهمی‌شود.
- زمانی که این دستگاه برای حفاری یک کانال صرف می‌کند بسیار کمتر از بیل مکانیکی است.
- بیشتر خندق کن‌ها از نوع زنجیری بوده و با چرخش زنجیرو خارج کردن خاک از زمین حفاری صورت می‌گیرد، ولی اگر زمین سنگی باشد نوع زنجیری کاربرد نداشته و بهتر است از ترنچر های نوع سطلی (با المان‌های شبه کروی یا سطلی) استفاده نمود.
- بسیاری از انواع خندق کن ها به منظور پایداری کافی، خاک‌های حفاری شده را به دو سوی طرف کانال می‌ریزند. این کار باعث می‌شود که پس از اتمام عملیت، این کانال‌ها را بتوان دوباره به آسانی بازپُر (بک‌فیل) کرد.
سخن آخر
همانطور که گفته شد، در صنایع عمرانی و کشاورزی به دستگاه‌هایی با قابلیت حفاری در انواع مختلفی از زمین‌ها، خاکبرداری، کانال‌سازی و غیره نیاز است. چرا که در غیر این صورت، تمامی این عملیات‌ها باید با دست و توسط نیروی انسانی انجام شود که هم هزینه‌های زمانی و هم هزینه‌های نیروی انسانی را افزایش می‌دهد. ترنچرها دستگاه‌هایی دارای قابلیت‌های فراوان هستند که برای تسهیل کار کارگران و کاهش این هزینه‌ها و افزایش سرعت عملیات به کار گرفته می‌شوند.
امروزه گسترش خدمات شهری و انجام طرح‌های فراوان عمرانی، تا حد زیادی وابسته به این دستگاه‌ها است و بدون وجود آنها، انجام بسیاری از کارها سخت و بسیار کند خواهد بود. این دستگاه‌ها در انواع و اندازه‌های مختلف و برای مصارف گوناگون طراحی و تولید می‌شوند و نسبت به دیگر دستگاه‌های دارای عملکرد مشابه، انتخاب بهتری هستند.
