ประวัติความเป็นมาของลวดสลิง

ลวดสลิงสมัยใหม่นั้นคิดค้นโดยวิศวกรเหมืองแร่ชาวเยอรมัน Wilhelm Albert ในระหว่างปี ค.ศ.1831-1834 สำหรับใช้งานในเหมืองที่ภูเขา Harz ในเมือง Clausthal ในแคว้น Lower Saxony ประเทศเยอรมนี หลังจากนั้นก็ได้แพร่หลายเนื่องจากคุณสมบัติของลวดสลิงที่เหนือกว่าเชือกปอ หรือโซ่โลหะที่ใช้ก่อนหน้านั้น ลวดสลิงของ Wilhelm Albert ประกอบไปด้วยเส้นลวดที่บิดเกลียวเป็น 6 มัด แล้วก็บิดในอีกทิศทางหนึ่งเพื่อความแข็งแรง แล้วยังห่อด้วยปออีกครั้งหนึ่ง

ในปี ค.ศ.1840 Robert Stirling Newall ชาวสก็อตช์ได้พัฒนาปรับปรุงลวดสลิงให้ดียิ่งขึ้น โดยต่อมาลวดสลิงได้ถูกใช้ในงานระบบขนส่งกำลังทางกลต่างๆ รวมถึงรถกระเช้า ระบบที่ใช้ลวดสลิงในการส่งกำลังมีราคาเพียง 1 ใน 10 และมีการสูญเสียกำลังจากแรงเสียดทานน้อยกว่าระบบเพลา ด้วยข้อดีนี้ ทำให้ระบบลวดสลิงถูกใช้ในการส่งกำลังในระยะทางไกล

ในอเมริกา John A. Roebling ได้ผลิตลวดสลิงสำหรับใช้สร้างสะพานแขวน และพัฒนาการออกแบบ วัสดุและการผลิตลวดสลิงต่อไป

โครงสร้างของลวดสลิง (Wire Rope Construction)

ลวดสลิงเกลียวขวา Right-hand Lang’s lay (RHLL) wire rope เกลียวขวาถูกมัดเกลียวเข้าเป็นลวดสลิงเกลียวขวา

ลวดเหล็ก

เส้นลวดเหล็กของลวดสลิงนั้นผลิตจากเหล็กคาร์บอน 0.4-0.95% สามารถรับน้ำหนักได้ดี

ลวดสลิงเกลียวซ้าย Left-hand ordinary lay (LHOL) wire rope เกลียวขวาถูกมัดเกลียวเข้าเป็นลวดสลิงเกลียวซ้าย

เกลียว (strand)

มัดเกลียวหรือที่เรียกว่า cross lay strand ซึ่งลวดในหลายชั้นไขว้สลับซึ่งกันและกัน โดยทั่วไปจะใช้มัดเกลียวแบบขนาน ซึ่งทุกชั้นของลวดมีความยาวเท่ากัน และลวดในทุกๆ ชั้นที่ซ้อนทับนั้นก็ขนานกัน ทำให้มี หน้าสัมผัสแบบเส้นตรง ลวดของชั้นนอกนั้นรองรับโดยลวดสองเส้นในชั้นในตลอดความยาวของมัด เกลียวขนานนั้นทำในครั้งเดียวกัน ลวดสลิงแบบเกลียวขนานมีความทนทานมากกว่าแบบมัดเกลียวไขว้ ลวดสลิงแบบเกลียวขนานมีโครงสร้างแบบ Filler, Seale และ Warrington

ลวดสลิงแบบ spiral ropes (non-rotating)

ลวดสลิงแบบ spiral ropes มีเกลียวเชือกแบบกลมซึ่งประกอบไปด้วยชั้นของลวดซึ่งมัดเกลียวรอบศูนย์กลางที่เป็นลวดอย่างน้อยหนึ่งชั้นในทิศทางตรงกันข้ามของลวดชั้นนอก ลวดสลิง spiral rope มีคุณสมบัติคือ จะ ไม่หมุนเมื่อได้รับแรงดึงด้วยแรงบิด (torque) นั้นมีค่าใกล้ศูนย์

ลวดสลิง (Strand ropes)

ลวดสลิงแบบที่ใช้งานทั่วไปทำจากเกลียวลวดหลายเกลียวตั้งแต่ 1 ชั้นขึ้นไปพันรอบแกน โดยแบ่งตามไส้ (แกนตรงกลาง) ได้ 3 ประเภท
1) ลวดสลิงไส้เชือก (Fiber core) ไส้ตรงกลางทำจากเชือก ซึ่งอาจจะเป็นเชือกที่ผลิตจากเส้นใยธรรมชาติหรือสังเคราะห์ ลวดสลิงไส้เชือกนั้นมีความยืดหยุ่น แต่มีข้อเสียคือขาดได้ง่าย
2) ลวดสลิงไส้เกลียวลวด (Wire strand core) ไส้ตรงกลางเป็นเกลียวลวดอีกมัดหนึ่งซึ่งใช้สำหรับรับแรงกระแทก
3) ลวดสลิงไส้เกลียวลวดอิสระ (Independent wire rope core – IWRC) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงที่สุด

ลวดสลิงโดยส่วนมากจะมีเพียงลวดอีกชั้นหนึ่งนอกเหนือไปจากไส้ (ไส้เหล็กหรือไส้เชือก) ทิศของมัดเกลียวในลวดสลิงอาจจะเป็นทิศขวา (แบบตัว Z) หรือทางซ้าย (แบบตัว S) และทิศของลวดในแต่ละเกลียว อาจจะเป็นทางขวาหรือทางซ้ายเช่นเดียวกัน

หากทิศทางของเกลียวของลวดในแต่ละเกลียวและทิศของมัดเกลียวในลวดสลิงตรงกันข้ามกันจะเรียกว่า ordinary/regular lay rope (ลวดวางตัวในแนวที่ขวางกับทิศทางการตีเกลียว) การเรียงตัวแบบนี้ทำให้มีโอกาสเกิดรอยแตก (kiln) น้อย และมีโอกาสที่จะเกิดความเสียหายจากแรงกระชาก หรือการบิดตัวก็จะน้อยด้วย เชือกลวดเหล็กกล้าแบบนี้ถูกนำไปใช้งานหลากหลายที่สุด โดยจะมีความสามารถต้านทานต่อแรงกระแทก (crushing) มากกวางแบบแลงส์ และจะไม่มีการบิดตัวในขณะที่ใช้งานภายใต้แรงกระทำที่รุนแรง เมื่อปลายข้างหนึ่งของเชือกลวดเหล็กกล้าไม่ได้ถูกยึดให้อยู่กับที่

แต่หากทิศของลวดในเกลียว และทิศของเกลียวนั้นมีการบิดเกลียวในทิศทางเดียวกันจะเรียกว่า lang lay rope (มาจาก Albert’s lay หรือ Lang’s lay) ลวดจะเรียงตัวทำมุมขวางกับแนวตามยาวของเชือกลวดเหล็กกล้า (ลวดวางในแนวเดียวกับทิศทางของการตีเกลียว) เชือกลวดเหล็กกล้าแบบนี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ 2 ประการ คือ จะมีความต้านทานต่อความล้า และการสึกหรอจากจากเสียดสีในขณะใช้งานที่ดีกว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบธรรมดา (regular lay) และเนื่องจากบริเวณพื้นที่ผิวของลวดเหล็กแต่ละเส้นมีมากกว่า ดังนั้นเวลาที่อยู่ภายใต้สภาวะการใช้งานที่เชือกลวดเหล็กกล้าต้องถูกดัดโค้ง จึงมีแรงดัดโค้งมากระทำน้อยกว่า ดังนั้นจะพบว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบแลงส์จะมีความยืดหยุ่นดีกว่า และมีอายุการใช้งานภายใต้สภาวะที่มีแรงดัดโค้งมากระทำเป็นหลัก ได้นานกว่าแบบธรรมดา (regular lay) ได้ประมาณ 15-20% แต่มีโอกาสที่เกิดรอยแตก (kiln) มากกว่า และทนต่อแรงกระแทกได้น้อยกว่าแบบธรรมดา

ลวดสลิงที่มีหลายมัดเกลียวนั้นจะมีแรงต้านการหมุนและมีมัดลวดอย่างน้อย 2 ชั้น บิดเกลียวอยู่รอบไส้ ทิศทางของมัดลวดข้างนอกนั้นอย่ตรงข้ามกันกับมัดลวดขั้นถัดไป ลวดสลิงที่มีมัดลวด 3 ชั้น นั้นถือได้ว่าเกือบจะเป็น non-rotating ส่วนลวดสลิงที่มี 2 ชั้นนั้นจะเป็นเพียงแค่ low-rotating

ประเภทของลวดสลิงแบ่งตามการใช้งาน

ลวดสลิงมีคุณสมบัติแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการใช้งาน อันได้แก่

Running ropes

ใช้งานแบบเคลื่อนที่ จะเป็นลวดสลิงแบบทั่วไป โดยถูกวางบิดบนลูกรอกหรือลูกกลิ้ง ลวดสลิงแบบนี้จะได้รับแรงเค้นโดยการบิดเป็นหลัก และรองการดึง

Stay ropes

ใช้งานอยู่กับที่ จะเป็นลวดสลิง spiral ที่ใช้รับแรงดึงและรับน้ำหนักแบบคงที่และไม่คงที่

Track ropes

ใช้เป็นรางสำหรับลูกล้อของห้องโดยสารหรือน้ำหนักอื่นในรถกระเช้าหรือเครน การใช้เป็นรางนั้นแตกต่างกับการใช้งานแบบเคลื่อนที่เนื่องจากลวดสลิงใช้เป็นรางไม่ได้รับผลของความโค้งของลูกกลิ้ง

Wire rope slings

ใช้เป็นตัวดึงรับของต่าง ๆ ลวดสลิงแบบนี้จะรับแรงเค้นจากแรงดึงและการโค้งตัวตามมุมของสิ่งของ

ความปลอดภัย

ลวดสลิงนั้นได้รับความเค้นโดยแรงที่ไม่คงที่ การสึกหรอ การกัดกร่อนและจากน้ำหนักที่เกิน อายุการใช้งานของลวดสลิงมีจำกัดและควร มีการตรวจสภาพของลวดสลิงว่ามีร่องรอยความเสียหายอันใดเพื่อจะเปลี่ยนทดแทนก่อนจะเกิดอันตราย การติดตั้งควรได้รับการออกแบบ เพื่ออำนวยความสะดวกของการตรวจสภาพของลวดสลิง การติดตั้งลวดสลิงสำหรับลิฟต์โดยสารนั้นควรจะมีวิธีการเพื่อป้องกันตัว ลิฟต์นั้นหล่นลงมา บันไดเลื่อนนั้นจะมีทั้งลวดสลิงที่ใช้รับน้ำหนักและอุปกรณ์ความปลอดภัย

การเข้าหัว (Terminations)

ส่วนปลายของลวดสลิงนั้นจะแยกออกกันทั้นทีและไม่สามารถที่จะใช้ต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ จึงจะต้องมีวิธีการที่จะป้องกันไม่ให้ปลายของลวดสลิงนั้นแยกออกจากนั้น วิธีการที่ใช้กันมากที่สุดนั้นทำโดยม้วนปลาย เป็นห่วง ซึ่งจะมีประสิทธิภาพตั้งแต่ 70% สำหรับห่วงแบบ Flemish eye อย่างเดียว จนถึง 90% สำหรับห่วงแบบ Flemish eye และการ splice จนถึง 100% สำหรับ potted end และ swaging

ลวดสลิงเกลียวขวา (RHOL) เข้าหัวกับห่วงหัวใจและอัดปลอก

ห่วงหัวใจ (Thimbles)

เมื่อลวดสลิงถูกม้วนเป็นห่วงปลายนั้น มีโอกาสที่ลวดสลิงอาจจะถูกบิดแน่นเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อห่วงนั้นต่อกับอปกรณ์ที่กระจาย น้ำหนักกระทำกับพื้นที่เล็กๆ ห่วงหัวใจจะถูกใส่เข้าไปในห่วงเพื่อจะรักษารูปทรงของห่วงและป้องกันสายลวดสลิงเสียหายจากแรงกดภายในห่วง การใช้ห่วงหัวใจนั้นเป็นวิธีการที่ดีที่สุด Best Practice ซึ่งช่วยป้องกันแรงกระทำบริษัทหน้าสัมผัสกับลวดสลิงโดยตรง

กริ๊ปจับ Wire Rope Clips/Clamps or U Bolt ใช้สำหรับทำหัวลวดสลิงชั่วคราว

กริ๊ปจับลวดสลิง (wire rope clamps/clips)

กริ๊ปจับลวดสลิง ใช้สำหรับยึดปลายของห่วงเข้ากับเส้นลวดสลิง ตัวกริ๊ปจับนั้นประกอบไปด้วยโบลต์รูปตัวยู (ยูโบลต์ U bolt), ตัวรองทำจาก เหล็กหล่อและน็อต 2 ตัว ลวดสลิงสองเส้นจะวางรัดอยู่ในตัวยูโบลต์ ตัวรองนั้นจะรองรับตัวลวดสลิงเข้ากับโบลต์ (ตัวรองมี 2 รู เพื่อร้อยใส่กับ ตัวยูโบลต์) จากนั้นน็อตจะยึดลวดสลิงเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปการเข้าหัวลวดสลิงนั้นจะใช้กริ๊ปจับ 2-3 ตัว แต่สำหรับลวดสลิงขนาด 2 นิ้ว (50.8 mm) นั้นจะต้องใช้กริ๊ปจับถึง 8 ตัว ดังสำนวนที่ว่า “be sure not to saddle a dead horse” ซึ่งหมายความว่า เวลาติดตั้งกริ๊ปจับ ตัวรองของกริ๊ปจับ นั้นจะอยู่บนลวดสลิงเส้นที่รับน้ำหนัก หรือด้านที่ใช้งาน (“live” side) ไม่ใช่อยู่บนด้านที่ไม่ได้รับน้ำหนัก (“dead” side)

จาก US Navy Manual S9086-UU-STM-010, Chapter 613R3, Wire and Fiber Rope and Rigging เพื่อที่จะป้องกันด้านที่รับน้ำหนักของลวดต่อ แรงกระแทก ตัวรองถูกออกแบบเพื่อป้องกันเชือกและจะวางอยู่บนด้านที่รับน้ำหนัก” US Navy และหน่วยงานมาตรฐานต่าง ๆ ไม่แนะนำให้ใช้กริ๊ปจับสำหรับการเข้าปลายแบบถาวร

การอัดปลอก (swaged terminations)

การอัดปลอกทำเพื่อจะต่อลวดสลิง 2 เส้นเข้าด้วยกันหรือต่อปลายลวดสลิงเข้ากับสิ่งอื่น เครื่องอัดไฮโดรลิคใช้เพื่ออัดและเปลี่ยนรูปของตัวปลอกเพื่อเชื่อมต่ออย่างถาวร ปลอกสำหรับอัดมีหลายแบบ อาทิเช่น สตัตเกลียว, ปลอกอลูมิเนียม, ซ็อกเกต สำหรับลวดสลิงไส้เชือกนั้นไม่แนะนำให้อัดปลอก

ปลายของลวดสลิงที่เข้าหัวแบบ eye splice ที่ใช้ในเรือขนส่งสินค้าพันด้วยเชือกปอหลังจากการเข้าหัวเพื่อช่วยป้องกันมือของลูกเรือเวลาใช้งาน

Eye splice หรือ Flemish eye

eye splice ใช้สำหรับปิดปลายของลวดสลิงเมื่อม้วนทำเป็นห่วง มัดเกลียวที่ส่วนปลายของลวดสลิงนั้นถูกคลายเกลียวออกระยะหนึ่งแล้ว ม้วนเกลียวเข้ากับลวดสลิงทำเป็นห่วง ซึ่งเรียกว่า eye splice

อ้างอิง: Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Wire_rope