ลวดสลิงคืออะไร (Wire Rope Sling)

"ลวดสลิง" เป็นชนิดของเชือกที่ประกอบด้วยเส้นลวดโลหะที่ถูกบิดเป็นลวดเกลียวเข้าด้วยกัน ในอดีตใช้เหล็กคาร์บอนต่ำและเหล็กอ่อน (wrought iron) ในการผลิต แต่ปัจจุบันลวดสลิงส่วนใหญ่ถูกผลิตจากเหล็กกล้าแทน การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นจากปัญหาของโซ่เหล็กที่มีการขาดของส่วนต่อของโซ่ที่ส่งผลให้เกิดอุบัติเหตุรุนแรงได้มากมาย ในทางกลับกัน การขาดเส้นลวดในสายลวดสลิงนั้นมีผลน้อยกว่าเนื่องจากยังคงมีเส้นลวดอื่นที่สามารถรับน้ำหนักได้อีกซึ่งเส้นลวดแต่ละเส้นมีความแข็งแรงและการบิดเกลียวระหว่างเส้นลวดและการรวมเส้นลวดเข้าด้วยกันยังช่วยเสริมความทนทานเพื่อลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้

ประวัติความเป็นมาของลวดสลิง

ลวดสลิงในยุคใหม่ถูกคิดค้นโดยวิศวกรเหมืองชาวเยอรมันชื่อวิลเฮล์ม อัลเบิร์ต ระหว่างปี ค.ศ.1831-1834 สำหรับใช้ในการดำเนินงานในเหมืองที่ตั้งอยู่ในภูเขา Harz ในเมือง Clausthal ในแคว้น Lower Saxony ของประเทศเยอรมนี ต่อมาการใช้งานของลวดสลิงได้รับความนิยมมากขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติที่เหนือกว่าเชือกปอหรือโซ่โลหะที่ใช้ก่อนหน้านั้น ลวดสลิงของวิลเฮล์ม อัลเบิร์ต ประกอบด้วยเส้นลวดที่ถูกบิดเกลียวเป็น 6 กลุ่ม แล้วทำการบิดในทิศทางอีกทางหนึ่งเพื่อเพิ่มความแข็งแรง และท้ายที่สุดยังห่อหุ้มด้วยเส้นปอเพิ่มอีกครั้ง

ในปี ค.ศ.1840 รอเบิร์ต สติร์ลิง นิวออลล์ ชาวสก็อตได้พัฒนาลวดสลิงขึ้นมา นานหลังจากนั้นลวดสลิงได้รับการนำมาใช้ในระบบขนส่งกำลังทางกลต่าง ๆ รวมถึงรถกระเช้า ระบบลวดสลิงมีราคาเพียง 1 ใน 10 และมีการสูญเสียกำลังจากแรงเสียดทานน้อยกว่าระบบเพลา ด้วยข้อได้เปรียบนี้ ระบบลวดสลิงได้รับการนำมาใช้ในการส่งกำลังในระยะทางไกล

ในสหรัฐอเมริกา จอห์น เอ. โรบลิง ได้ผลิตลวดสลิงสำหรับใช้ในการสร้างสะพานแขวน และทำการพัฒนาการออกแบบ วัสดุ และกระบวนการผลิตลวดสลิงต่อมา

โครงสร้างของลวดสลิง (wire rope construction)

ลวดเหล็ก

เส้นลวดเหล็กของลวดสลิงนั้นผลิตจากเหล็กคาร์บอน 0.4-0.95% สามารถรับน้ำหนักได้ดี

มัดเกลียว (strand)

มัดเกลียวหรือที่เรียกว่า "cross lay strand" เป็นลวดที่มีคุณสมบัติที่ทำให้มันมั่นคง โดยลวดภายในจะถูกจัดเรียงเป็นชั้นๆ และสลับซึ่งกันและกัน พื้นฐานของมัดเกลียวแบบนี้มักจะเป็นรูปแบบขนาน โดยทุกชั้นของลวดจะมีความยาวเท่ากัน และลวดในชั้นแต่ละชั้นจะถูกเรียงขนานกัน ทำให้เกิดพื้นผิวที่เป็นเส้นตรงในส่วนที่สัมผัส ลวดของชั้นนอกนั้นจะสามารถรับน้ำหนักจากลวดสองเส้นในชั้นด้านในได้ตลอดความยาวของมัดเกลียว

กระบวนการผลิตมัดเกลียวแบบขนานนั้นทำในขั้นตอนเดียวกัน ลวดสลิงแบบเกลียวขนานมีความทนทานที่สูงกว่ารุ่นที่มัดเกลียวไขว้ โครงสร้างของลวดสลิงแบบเกลียวขนานมีส่วนประกอบแบบ Filler, Seale และ Warrington ที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและประสิทธิภาพให้กับลวดสลิงเหล่านี้

ลวดสลิงแบบ spiral ropes (non-rotating)

ลวดสลิงแบบ "spiral ropes" จัดเป็นเกลียวเชือกที่มีรูปร่างเป็นลวดเกลียวรอบศูนย์กลางเป็นลวดแบบกลม โดยประกอบด้วยชั้นของลวดที่มัดเข้าด้วยกันรอบศูนย์กลาง อย่างน้อยหนึ่งชั้นของลวดจะถูกจัดเรียงในทิศทางตรงกันข้ามของลวดชั้นนอก ลวดสลิงแบบ spiral rope มีคุณสมบัติพิเศษคือ จะไม่หมุนเมื่อได้รับแรงดึงโดยการบิด (torque) นั้นมีค่าใกล้เคียงศูนย์หมุน

ลวดสลิง (Strande ropes)

ลวดสลิงแบบทั่วไปถูกสร้างขึ้นโดยใช้เกลียวลวดหลายชั้นที่จับแน่นรอบแกน แบ่งตามไส้ (แกนตรงกลาง) ได้เป็น 3 ประเภทดังนี้:

1) ลวดสลิงไส้เชือก (Fiber core): ไส้ตรงกลางทำจากเชือก ซึ่งอาจเป็นเชือกที่ผลิตมาจากเส้นใยธรรมชาติหรือสังเคราะห์ ลวดสลิงไส้เชือกมีความยืดหยุ่น แต่มีข้อเสียคือมัดลวดสลิงไส้เชือกนี้ง่ายต่อการขาดได้

2) ลวดสลิงไส้เกลียวลวด (Wire Strand core): ไส้ตรงกลางเป็นเกลียวลวดอีกมัดหนึ่งที่ใช้สำหรับรับแรงกระแทก

3) ลวดสลิงไส้เกลียวลวดอิสระ (Independent wire rope core - IWRC): มีความแข็งแรงสูงที่สุด และไม่เกี่ยวข้องกับไส้ที่เป็นเกลียวลวดแบบอื่น ๆ ในระบบลวดสลิงและมีความคงทนสูง

ลวดสลิงโดยมากจะประกอบด้วยลวดอีกชั้นหนึ่งซึ่งอยู่ภายนอกไส้ (ไส้เหล็กหรือไส้เชือก) ทิศของการมัดเกลียวในลวดสลิงอาจเป็นทิศขวา (แบบตัว Z) หรือทิศซ้าย (แบบตัว S) และทิศของลวดในแต่ละการมัดเกลียวก็อาจเป็นทิศขวาหรือทิศซ้ายเช่นกัน

หากทิศทางของการเกลียวในลวดแต่ละเกลียวและทิศทางการมัดเกลียวในลวดสลิงนั้นตรงกันข้ามกัน จะเรียกว่าเป็น "ordinary/regular lay rope" (ลวดวางตัวในแนวที่ขวางกับทิศทางการตีเกลียว) การเรียงลำดับนี้ช่วยลดโอกาสในการเกิดรอยแตก (kiln) และลดความเสียหายจากแรงกระชาก หรือการบิดตัวเมื่อใช้งานก็จะลดลง เชือกลวดเหล็กกล้าแบบนี้ได้รับการนำไปใช้ในหลายๆ แวดวง โดยมีความสามารถในการต้านทานแรงกระแทก (crushing) ที่มากกว่าแบบแลงส์ และไม่มีการบิดตัวขณะที่ใช้งานระหว่างที่ถูกแรงกระทำที่รุนแรง แม้ปลายข้างหนึ่งของเชือกลวดเหล็กกล้าจะไม่ถูกยึดอยู่กับตำแหน่งใดๆ อีกด้วย

แต่ถ้าทิศทางการบิดเกลียวในลวดและทิศทางเกลียวเหล่านั้นตรงกัน จะถูกเรียกว่าเป็น "lang lay rope" (ที่เชื่อมาจาก "Albert's lay" หรือ "Lang's lay") ลวดจะเรียงตัวโดยมีมุมขวางกับแนวตามความยาวของเชือกลวดเหล็กกล้า (ลวดวางในทิศทางเดียวกับการบิดเกลียว) เชือกลวดเหล็กกล้าแบบนี้มีคุณสมบัติที่สำคัญอยู่ 2 ด้าน คือ มีความต้านทานต่อการล้าและการสึกหรอจากเสียดสีในขณะใช้งานที่ดีกว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบธรรมดา (regular lay) และเนื่องจากพื้นผิวของลวดเหล็กแต่ละเส้นมีมากกว่า นั่นคือเมื่ออยู่ในสภาวะที่ต้องถูกดัดโค้ง แรงดัดโค้งจะมีปริมาณน้อยกว่า ซึ่งจะเห็นได้ว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบแลงส์จะมีความยืดหยุ่นที่ดีกว่าและอายุการใช้งานในสภาวะที่ต้องถูกดัดโค้งจะยาวกว่าเชือกลวดเหล็กกล้าแบบธรรมดาประมาณ 15-20% อย่างไรก็ตามมีโอกาสเกิดรอยแตก (kiln) มากขึ้น และความต้านทานต่อแรงกระแทกจะน้อยกว่าแบบธรรมดา

ลวดสลิงที่มีมัดเกลียวหลายชั้นจะแสดงคุณสมบัติที่ต้านการหมุนและจะมีมัดลวดอย่างน้อย 2 ชั้น การบิดเกลียวเกิดขึ้นรอบไส้ และทิศทางของมัดลวดบนส่วนลวดนอกนั้นจะตรงข้ามกับมัดลวดขั้นถัดไป ลวดสลิงที่มีมัดลวด 3 ชั้นมักถูกพิจารณาว่าเป็นลวดสลิงแบบเกือบไม่หมุน ในขณะที่ลวดสลิงที่มีมัดลวด 2 ชั้นนั้นจะมีลักษณะที่หมุนน้อย นับว่าเป็นลวดสลิงแบบหมุนน้อย (low-rotating)

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

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

ประเภทของลวดสลิงแบ่งตามการใช้งาน

ลวดสลิงแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกันไปตามการประยุกต์ใช้งาน ซึ่งได้แก่

Running ropes

• การใช้งานที่เน้นเคลื่อนที่ จะเป็นการนำลวดสลิงใช้แบบทั่วไป โดยจะถูกวางบิดบนลูกรอกหรือลูกกลิ้ง ลวดสลิงแบบนี้จะได้รับแรงเค้นโดยวิธีการบิดเป็นหลัก และเสริมด้วยแรงดึงในกระบวนการใช้งาน

Stay ropes

• การใช้งานในสถานที่นั้นเป็นการใช้ลวดสลิงแบบ spiral ที่ถูกออกแบบมาเพื่อรับแรงดึงและเป็นทนทานต่อน้ำหนักที่คงที่และไม่คงที่

Track ropes

• มีบทบาทเป็นที่รองรับลูกล้อของห้องโดยสารหรือน้ำหนักอื่นในรถกระเช้าหรือเครน การใช้งานเป็นรางนั้นแตกต่างจากการใช้งานแบบเคลื่อนที่ เนื่องจากลวดสลิงที่เป็นรางไม่ได้รับผลกระทบจากความโค้งของลูกกลิ้ง

Wire rope slings

• มีบทบาทเป็นตัวที่ใช้ในการดึงและรับของต่าง ๆ ลวดสลิงแบบนี้จะรับแรงเค้นที่เกิดจากแรงดึงและการโค้งตัวตามมุมของวัตถุนั้น ๆ

ความปลอดภัย

ลวดสลิงถูกบังคับใช้รับแรงที่ไม่เสถียร ซึ่งอาจเกิดจากการสึกหรอ การกัดกร่อน และน้ำหนักที่เกินความจำเป็น อายุการใช้งานของลวดสลิงมีข้อจำกัดและควรมีการตรวจสอบสภาพของลวดสลิงเพื่อเปลี่ยนทดแทนก่อนที่อาจเกิดความเสียหายได้ การติดตั้งควรถูกออกแบบให้สะดวกสบายในการตรวจสอบสภาพของลวดสลิง การติดตั้งลวดสลิงสำหรับลิฟต์โดยสารควรมีมาตรการเพื่อป้องกันการหล่นของลิฟต์ และบันไดเลื่อนควรมีลวดสลิงที่ใช้รับน้ำหนักและอุปกรณ์ความปลอดภัย

การเข้าหัว (Terminations)

ส่วนปลายของลวดสลิงจะถูกแยกจากกันและไม่สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้โดยตรง ดังนั้นจำเป็นจะต้องมีวิธีการเพื่อป้องกันไม่ให้ปลายของลวดสลิงแยกออก วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือการม้วนปลายเป็นห่วง ซึ่งมีประสิทธิภาพตั้งแต่ 70% สำหรับห่วงแบบ Flemish eye จนถึง 90% สำหรับห่วงแบบ Flemish eye และการใช้วิธีการ splice จนถึง 100% สำหรับ potted end และ swaging

ห่วงหัวใจ (Thimbles)

เมื่อลวดสลิงถูกม้วนเป็นห่วงปลายนั้น อาจมีโอกาสที่ลวดสลิงจะถูกบิดแน่นเกินไป เป็นพิเศษเมื่อห่วงนั้นถูกต่อกับอุปกรณ์ที่กระจายน้ำหนักในพื้นที่เล็ก ๆ ห่วงที่เรียกว่า "หัวใจ" จะถูกแทรกอยู่ในห่วงเพื่อรักษารูปร่างของห่วงและป้องกันการเสียหายของสายลวดสลิงจากแรงกดภายในห่วง การใช้หัวใจในกระบวนการนี้ถือเป็นแนวทางที่ดีที่สุด หลักการที่ช่วยป้องกันแรงกระทำจากการสัมผัสโดยตรงกับลวดสลิง

ลวดสลิงเกลียวขวา (RHOL) เข้าหัวกับห่วงหัวใจและอัดปลอก

กริ๊ปจับลวดสลิง (wire rope clamps/clips)

กริ๊ปจับลวดสลิงใช้ในการยึดปลายของห่วงเข้ากับเส้นลวดสลิง กริ๊ปจับมีส่วนประกอบหลายอย่างที่รวมกัน ได้แก่โบลต์รูปตัวยู (ยูโบลต์ U-bolt), ตัวรองที่ทำจากเหล็กหล่อ และน็อตสองตัว ลวดสลิงสองเส้นจะถูกรัดอยู่ในโบลต์รูปยู ตัวรองที่ทำจากเหล็กหล่อนี้จะรองรับตัวลวดสลิงเข้ากับโบลต์ (ตัวรองมี 2 รูใช้รับลวดยูโบลต์) หลังจากนั้นน็อตจะถูกใช้ในการยึดลวดสลิงเข้าด้วยกัน ในส่วนทั่วไป กระบวนการยึดหัวลวดสลิงจะใช้กริ๊ปจับ 2-3 ตัว แต่สำหรับลวดสลิงขนาด 2 นิ้ว (50.8 มม.) จะต้องใช้กริ๊ปจับถึง 8 ตัว มาพร้อมกับสำนวนที่ว่า "be sure not to saddle a dead horse" ซึ่งหมายความว่าเมื่อติดตั้งกริ๊ปจับ ตัวรองของกริ๊ปจับจะอยู่บนลวดสลิงที่รับน้ำหนักหรือด้านที่ใช้งานอยู่ ("live" side) ไม่ใช่บนด้านที่ไม่ได้รับน้ำหนักหรือด้านที่ไม่ใช้งานอยู่ ("dead" side")

จากคู่มือของกองทัพเรือสหรัฐฯ S9086-UU-STM-010 บทที่ 613R3 เกี่ยวกับลวดและเชือกไฟเบอร์และอุปกรณ์ริกกิ้ง เพื่อป้องกันด้านที่รับน้ำหนักของลวดและแรงกระแทก ตัวรองได้รับการออกแบบเพื่อปกป้องเส้นลวดและจะตั้งอยู่บนด้านที่รับน้ำหนัก "กองทัพเรือสหรัฐฯและหน่วยงานมาตรฐานอื่น ๆ ไม่แนะนำให้ใช้กริ๊ปจับสำหรับการเชื่อมต่อปลายในลวดแบบถาวร"

กริ๊ปจับ Wire Rope Clips/Clamps or U Bolt ใช้สำหรับเข้าหัวลวดสลิงชั่วคราว

การอัดปลอก (swaged terminations)

กระบวนการอัดปลอกนั้นใช้เพื่อเชื่อมต่อลวดสลิง 2 เส้นเข้าด้วยกันหรือเชื่อมต่อปลายลวดสลิงกับวัตถุอื่น ๆ โดยใช้เครื่องอัดไฮโดรลิคเพื่ออัดและปรับรูปแบบของปลอกให้สอดคล้องกับการเชื่อมต่อในระยะยาว ปลอกสำหรับกระบวนการอัดสามารถมีลักษณะหลากหลาย เช่น ปลอกสตัตเกลียว, ปลอกอลูมิเนียม, หรือซ็อกเกต อย่างไรก็ตามสำหรับลวดสลิงไส้เชือก ไม่ควรที่จะใช้กระบวนการอัดปลอกเพื่อการเชื่อมต่อ

Eye splice หรือ Flemish eye

การสร้าง eye splice นั้นใช้เพื่อปิดปลายของลวดสลิงเมื่อถูกม้วนเป็นรูปของห่วง การทำมัดเกลียวที่ปลายของลวดสลิงนั้นถูกคลายเกลียวออกไปในระยะหนึ่ง จากนั้นจะทำการม้วนเกลียวเข้าไปในลวดสลิงเพื่อทำให้เกิดรูปแบบของห่วง กระบวนการนี้เรียกว่า eye splice

ปลายของลวดสลิงที่เข้าหัวแบบ eye splice ที่ใช้ในเรือขนส่งสินค้าพันด้วยเชือกปอหลังจากการเข้าหัวเพื่อช่วยป้องกันมือของลูกเรือเวลาใช้งาน

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