การใช้ทฤษฎี castigliano’s...

RSU JET Vol. 19, No. 1, 2016 บทความวจย ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

- 57 -

การศกษาเชงทดลองหาสมรรถนะการยกโหลดเชงสถตศาสตร

สาหรบรถราฟเตอเรนเครน

An Experimental Study of Lifting Capacity of Static Load for Mobile Rough Terrain Crane

สเมธ หนฉม1) ตอศกด อทยไขฟา2) 1) ผจดการ ศนยซอมบารงเครองจกรกล บรษท ฤทธา จากด

2) ภาควชาเทคโนโลยวศวกรรมการเชอม สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลา พระนครเหนอ

*Email: [email protected]

บทคดยอ

จากสถตการเกดอบตเหตทเกยวกบเครนชนดเคลอนททไดมการบนทกไวโดย องคกรดานความปลอดภยของรฐบาลกลาง

สหรฐอเมรกา ( OSHA) หนงในสาเหตนนคอการพลกคว า (Tip Over) เนองจากยกโหลดเกนรศมการยก (Working. Radius)

บทความนมวตถประสงคเพอหาสมรรถนะเชงสถตศาสตรการใชงานของรถราฟเตอเรนเครน ซงเปนสาเหตของการพลก

คว า ในการทดลองไดกาหนดโหลดออกเปนสคาคอ 4,150 กโลกรม 8,275 กโลกรม 10,370 กโลกรม และ 12,460 กโลกรม

โดยกาหนดใหตวแปรควบคมคอมมกวาดแขนเครน (Boom Swing Angle) และกาหนดใหความกวางขาเครน (Outriggers

Extended) เปนพารามเตอร มมกวาดแขนเครนจะถกปรบเปลยนเปนสามคาคอมม 0˚ 45˚ และ 90˚ โดยกาหนดใหความกวาง

ขาเครนตามแนวขวางตวรถ(Transverse Frame)เปนสคาคอ 3.8 เมตร 5 เมตร 6 เมตร และ 6.6 เมตร และพารามเตอรทเหลอ

อกหนงตวคอรศมขาเครนตามแนวยาวตวรถ(Longitudinal Frame) ถกกาหนดใหมคาเดยวคอ 3.34 เมตร จากการทดลองท

กาหนดความกวางขาเครนส นสดเปน 3.8 เมตร โดยมมกวาดแขนเครนเรมตน 0˚ พบวาตวแปรสาคญททาใหรศมการยก

ลดลงคอโหลด โดยรศมการยกลดลงจาก 12.9 เมตร เปน 7 เมตร เมอโหลดเพมขนจาก 4,150 กโลกรม เปน 12,460 กโลกรม

ตามลาดบ และทมมกวาดแขนเครน 45˚ กบมม 90˚ คาทไดมขนาดใกลเคยงกน เมอพจารณาเฉพาะมม 90˚ รศมการยกลดลง

จาก 7.8 เมตร เหลอ 4.2 เมตร เมอโหลดเพมขนจาก 4,150 กโลกรม เปน 12,460 กโลกรม ตามลาดบ สาหรบกรณท

กาหนดใหความกวางขาเครนยาวสด 6.6 เมตร ททกมมกวาดไมมการเปลยนแปลงอยางมนยสาคญ แตโหลดยงมผลตอรศม

การยกเชนเดม โดยทรศมการยกมคาลดลงจาก 12.9 เมตร เปน 7 เมตร เมอโหลดเพมขนจาก 4,150 กโลกรม เปน 12,460

กโลกรม ตามลาดบ เมอนาผลการทดลองมาเปรยบเทยบกบโหลดชารทมาตรฐาน(Standard Load chart) พบวาทความกวาง

ขาเครนทมคาตาๆ คาทไดจากการทดลองกบคาทไดจากโหลดชารทมาตรฐานจะมคาทใกลเคยงกนเฉพาะทมมกวาด 45˚

และ 90˚ เทานน แตทมม 0˚ จะมคาผดพลาดเกดขนเปนอยางมาก และทความกวางขาเครนทมคาสงๆ คาทไดจากการทดลอง

กบคาทไดจากโหลดชารทมาตรฐานจะมคาใกลเคยงกนทกมมกวาด ดงนนงานวจยนจงทาใหทราบถงคารศมการยก

(Working Radius)ทปลอดภยสาหรบการใชโหลดขนาดตางๆ

คาสาคญ : สมรรถนะการยก, รศมการยก, ราฟเตอเรนเครน, โหลดเชงสถตศาสตร, โหลดชารทมาตรฐาน

mailto:[email protected]


- 57 -

ABSTRACT

From the statistic of accidents in connection with the movements already recorded that the Occupational Safety and

Health Administration (OSHA), one of the cause is the tip over which came from over working radius (WR).

This paper has the objective of finding the lifting capacity of static load for mobile rough terrain crane in cause of the tip

over. For the experiment we already set up the load as 4,150 kg, 8,275 kg, 10,370 kg and 12,460 kg. By set up the

controlled variables is The Boom Swing Angle (BSA) and set up the outriggers of the crane as a parameter. The BSA will

adjust as three value of 0 degrees, 45 degrees and 90 degrees by setting the horizontal of the outriggers of the crane as

transverse frame. And the forth value by setting the outriggers of 3.8 meters, 5 meters, 6 meters and 6.6 meters. And the

remaining parameter is the radius of the crane on the Longitudinal Frame which one fixed set up of 3.34 meters.

From test by fixing the shortest outriggers of 3.8 meters and the BSA start at 0 degrees and found out that the shorter of

the WR decrease from 12.9 meters to 7 meters. When increase the loading from 4,150 kg to 12,460 kg respectively, the

BSA at 45 degrees and 90 degrees, the result is almost the same. When we considered the angle of 90 degrees the WR

decrease from 7.8 meters to 4.2 meters when the loading increased from 4,150 kg to 12,460 kg respectively. For this

study we already set the length of the outriggers at the longest length of 6.6 meters at any BSA,WR without any

significance changes, but the loading still effected the WR. The WR increase from 12.9 meters to 7 meters when the

loading increase from 4,150 kg to 12,460 kg respective. It can be concluded that the result of the experiment and compare

the standard load chart found out that the low outriggers and compare with the standard load chart will closed to the 45

degrees and 90 degrees only. But when the angel is 0 degree will have a lot of absolute error happen, and when the

outrigger increased the result of the experiment compare with the standard load chart will have the closed result as the

experiment. From this research found that the working radius has the safety effect to all loading.

Keywords : Lifting Capacity, Working Radius, Rough terrain Crane, Static load, Standard Load chart

1. บทนา รถราฟเตอเรนเครน ( Rough terrain Crane ) หรอ

ปนจนชนดเคลอนทเปนเครองจกรกลทมความสาคญทงใน

งานอตสาหกรรมและงานกอสรางเปนอยางมาก โดยเฉพาะ

อยางยงกบการทางานในไซทกอสรางทมลกษณะเปนพนท

ขรขระ[8] จากสถตการเกดอบตเหตเกยวกบเครนทไดมการ

บนทกไวโดย องคกรดานความปลอดภยของรฐบาลกลาง

ประเทศสหรฐอเมรกา ( OSHA : Occupational Safety and

Health Administration ) พบวาสถตการเกดอบตเหตจากการ

พลกคว าของเครนมไดมแนวโนมลดลงตามทคาดหวงไว

แมวาจะมมาตรการปองกนแลวกตาม[4] งานวจยนจงไดม

จดประสงคเพอชวยเสรมสรางความปลอดภยในการใชรถ

ราฟเตอเรนเครน โดยไดทดลองหารศมการทางานสงสดจรง

หรอเรยกอกอยางวาพกดการพลกคว าเทยบกบโหลดชารท

มาตรฐาน เพอใชเปนจดสงเกตหรอเตอนใจใหผปฏบตงาน

ไดระวงตวกอนทรถเครนจะเกดการพลกคว า

2. ทฤษฎทเกยวของ


- 57 -

ทฤษฎทเกยวของกบการหารศมการยกหรอทรจก

กนทวไปคอรศมฐานของจดพลกคว า ซงประกอบดวย

ทฤษฎทสาคญดงตอไปน

2.1 ทฤษฎสมดลทางสถตศาสตร(Static Equilibrium

Theory)

ทฤษฎสมดลของวตถ[5]กลาววาวตถทสมดลใดๆ

จะตองประกอบดวยการสมดล 2 ประการตอไปนคอ

1) สมดลทางดานแรงกระทา

โดยทแรงกระทาจากภายนอกทงหมดทกระทาตอวตถนน

ตองเทากบศนยดงสมการท 1

0==∑ inet FF

..... (1)

หรอ 0=∑ ixF

, 0=∑ iyF

และ 0=∑ izF

2) สมดลทางดานโมเมนต

โดยทโมเมนตทงหมดรอบวตถนนตองเทากบศนยดงสมการ

ท 2

0==∑ inet tt ..... (2)

หรอ ( ) 0=+∑ ccwcw tt

เมอ cwt คอโมเมนตตามเขมนาฬกามคาเปนลบ

และ ccwt คอโมเมนตทวนเขมนาฬกามคาเปนบวก

2.2 การคานวณสภาวะสมดลเครน

ในการหาจดสมดลจาเปนตองเขยน Free Body

Diagram ของวตถเพอนามาใชในการวเคราะหแรงให

ครบถวนสมบรณ[1] ซงจดสาคญทใชในการวเคราะหสมดล

แรงดงกลาวประกอบดวย 1) จดทแรงกระทา 2) จดรองรบ

(Supported) และ3) จดศนยกลางมวล(Center of Gravity) [2]

จากขอมลเฉพาะทางเทคนคของรถราฟเตอรเรนเครนยหอ

KATO รน SR-250R(SP-V) [3] ดงรปท 1 และ รปท 2

รปท 1 แสดงภาพดานขางและมตตวรถเครนทสาคญ[3]

นอกจากน นยงมรายละเอยดขอมลทสาคญคอ

ระยะหางขาเครนหนาและขาเครนหลง วดจากจดศนยกลาง

มวลของเครน(cg) เทากบ 3.339 เมตร และ 3.341 เมตร

ตามลาดบ

รปท 2 แสดงภาพดานบนและมตตวรถเครนทสาคญ[3]

โดยมแขนเครน(Boom)ยาวเทากบ 16.4 เมตร ทา

มมยก γ เทากบ 40˚ กบแนวระนาบ นาหนกถวงตดท


- 57 -

ดานหลงตวรถหางจากจดศนยกลางมวลเทากบ 2.6 เมตร

ตาม Free Body Diagram รปท 3

รปท 3 แสดงFree Body Diagramของรถเครน

3. เครองมอและอปกรณทใชในการทดลอง

เครองมอและอปกรณทใชในการทดลองแสดงดง

รปท 4 โดยไดนามาใชในการทดลองหาสมรรถนะการรบ

โหลดของรถราฟเตอเรนเครนซงมชดทดสอบทสาคญคอ

1) รถราฟเตอเรนเครนขนาด 25 ตน จานวน 1 คน

2) ชดระบบตดอตโนมต ปองกนการยกเกนพกด (AML,

Automatic Load Moment Limiter) จานวน 1 ชด โดยตดตง

ใชงานรวมกนกบรถเครนคนทนามาทดสอบ

3) โหลดน าหนกมาตรฐาน ขนาด 4,150 กโลกรม 8,275

กโลกรม 10,370 กโลกรม และ 12,460 กโลกรม ตามลาดบ

รปท 4 เครองมอและอปกรณทใชในการทดลอง

3.1 รถราฟเตอเรนเครน (Mobile Rough Terrain Crane)

ในการทดลองครงนใชรถราฟเตอเรนเครนยหอ

KATO รน SR-250R(SP-V) ทผลตในญปน ป 1997 ดง

แสดงในรปท 5

รปท 5 รถราฟเตอเรนเครน KATO รน SR-250R(SP-V)

3.2 ชดระบบตดอตโนมต ปองกนการยกเกนพกด (AML,

Automatic Load Moment Limiter)

ชดระบบตดอตโนมตปองกนการยกเกนพกดเปน

อปกรณแสดงผลการทางานของเครนขณะยกโหลด ซง

ตดตงมาพรอมกบรถราฟเตอเรนเครนทนามาทดลอง ระบบ


- 57 -

ตดอตโนมตนจะแสดงผลทหนาจอและสญญาณไฟทมอย 3

สคอสเขยว สเหลอง และสแดง ตามสภาวะการทางานของ

เครน โดยสญญาณไฟสเ ขยวแสดงรศมการทางานท

ปลอดภย สญญาณไฟสเหลองแสดงรศมการทางานทตอง

ระวงและสญญาณไฟสแดงแสดงรศมการทางานทอนตราย

ใกลจดพลกคว า โดยชดระบบตดอตโนมต ปองกนการยก

เกนพกดจะตดการทางานของรถราฟเตอเรนเครนทนทเพอ

ปองกนการเกดการพลกคว าดงแสดงในรปท 6 และรปท 7

รปท 6 จอแสดงผลของระบบตดอตโนมตปองกนการยก

เกนพกด (AML)

รปท 7 สญญาณไฟแสดงผลระบบตดอตโนมตปองกนการ

ยกเกนพกด (AML)

3.3 โหลดนาหนกมาตรฐาน (Standard Load)

โหลดนาหนกมาตรฐานทใชในการทดลองมขนาด

4,150 กโลกรม 8,275 กโลกรม 10,370 กโลกรม และ

12,460 กโลกรม โดยทาจากเหลกหลอทใชเปนนาหนกถวง

ของทาวเวอรเครน จากบรษท เสฉวน คอนสตรคชน กรป

จากด ประเทศจน ดงแสดงในรปท 8

รปท 8 ชดโหลดนาหนกทใชในการทดลอง

4. วธการทดลอง

ขนตอนการทดลอง นารถราฟเตอเรนเครนทมมต

ตางๆทสาคญ[6] เชนมมกวาด θ มมยก γ และระยะแขน

เครน lBoom ดงรปท 9 จากนนเรมทดลองโดยการกางขาเครน

(Outriggers)โดยกาหนดใหความกวางขาเครนตามแนวขวาง

ตวรถ(Transverse Frame) ทความกวาง 3.8 เมตรและ

กาหนดใหมรศมขาเครนตามแนวยาวตวรถ(Longitudinal

Frame) เปนคาเดยวคอ 3.34 เมตร ดงรปท 10 จากนนหมน

มมกวาดของแขนเครนไปท 0 องศา ทศทางดานหนาตว

เครน แลวยดแขนเครนทระยะความยาว 16.4 เมตร โดยมมม

γ ใหญกวามมวกฤต โดยการทดลองจะสงเกตสญญาณไฟส

เขยวจากชดปองกนการยกเกนพกด(AML) โดยการยก

น าหนกทดลองท 4,150 กโลกรม หลงจากนนลดมม γ ลง

เรอยๆจนถงมมวกฤต สงเกตสญญาณไฟสแดงจากชด

ปองกนการยกเกนพกด(AML) แลวบนทกคารศมการยก

ทนท จากนนทาการทดลองในลกษณะเดยวกนโดยเปลยน

โหลดจาก 4,150 กโลกรม เปลยนเปน 8,275 กโลกรม

10,370 กโลกรม และ 12,460 กโลกรม แลวบนทกลงใน

ตาราง จากน นทดลองโดยเพมมมกวาดในการยก จาก 0

องศา เปน 45 องศา และ 90 องศาตามลาดบ ดงแสดงในรปท

11 รปท 12 และรปท 13 แลวบนทกผลการทดลอง

สแดง :

รศมการทางานทอนตราย

สเหลอง :

รศมการทางานทตองระวง

สเขยว :

รศมการทางานทปลอดภย


- 57 -

รปท 9 แสดงมตตางๆทสาคญของโมบายเครน[6]

รปท 10 แสดงแนวขวางตวรถ(Transverse Frame) และแนว

ยาวตวรถ(Longitudinal Frame) [7]

รปท 11 มมกวาดแขนเครนท 0 องศา วดจากดานหนา



จากนนทดลองยดความกวางขาเครนจาก 3.8 เมตร

เปน 5.0 เมตร 6.0 เมตร และ 6.6 เมตร ตามลาดบ ดงแสดง

ในรปท 14 และดาเนนการทดลองตามลาดบขนตอนดงเดม

รปท 14 แสดงความกวางขาเครน


- 57 -

5. ผลการทดลอง

จากการทดลองสามารถแสดงผลไดตามลาดบ

ดงตอไปน

5.1 การทดลองยกโหลด

นาคาพกดการพลกคว ากบความกวางขาเครนมา

พลอตกราฟดงรปท 15 รปท 16 รปท 17 และรปท 18

รปท 15 ความสมพนธระหวางโหลด พกดการพลกคว าและ

มมกวาดแขนเครน ทความกวางขาเครนคงท 3.8 เมตร







5.2 หาคาประมาณจากโหลดชารท

จากตารางโหลดชารทมาตรฐาน(Standard Loads

Chart) ตาม[3] ซงเปนตารางทแสดงความสามารถในการยก

โหลดสงสดทยอมใหสาหรบรถราฟเตอเรนเครน KATO

KR250R(SP-V) [3] ดงแสดงในตารางท 1 เราสามารถนามา

หาคาประมาณโดยว ธการประมาณคาเชงเสน (Linear

Interpolation)

ตารางท 1 โหลดชารทมาตรฐาน(Standard Loads Chart)

สาหรบรถราฟเตอเรนเครน KATO KR250R(SP-V) [3]

จากขอมลในตารางท 1 นามาหาคาประมาณซง

แสดงไดดงตารางท 2 ตารางท 3 ตารางท 4 และตารางท 5

ตามลาดบ


- 57 -

ตารางท 2 แสดงการประมาณคารศมการยกของโหลดชารท

จากโหลดทดลองทกาหนดทความกวางขาเครน 3.8 เมตร




จากโหลดทดลองทกาหนดทระยะขาเครน 6.0 เมตร



5.3 ผลการเปรยบเทยบคาจากการทดลองกบคาจากโหลด

ชารทมาตรฐาน

ผลการเปรยบเทยบคาจากการทดลองจรงกบคาจาก

โหลดชารทมาตรฐาน แสดงดงรปท 19 รปท 20 รปท 21

และรปท 22

รปท 19 กราฟเปรยบเทยบระหวางคาจากการทดลองจรงกบ

คาจากโหลดชารท ทความกวางขาเครนคงท 3.8 เมตร






- 57 -



จากกราฟรปท 19 รปท 20 รปท 21 และรปท 22

สามารถนามาคานวณหาคาความผดพลาดไดจากสมการท 3

c

xc

LEL −

=ε .....(3)

เมอ พลาดคาความผด=ε

ชารทคาจากโหลด=cL

ดลองคาจากการท=xE

จากการคานวณตามสมการท 3 ซงในทนจะทาการ

เปรยบเทยบเฉพาะคาจากความกวางขาเครนตาสดท 3.8

เมตร และทความกวางขาเครนสงสด 6.6 เมตร ซงเปนคาทม

ความแตกตางกนรนแรง สามารถแสดงไดดงตารางท 6 และ

เมอนามาแสดงความสมพนธในรปของกราฟแทงจะไดดง

รปท 23 และรปท 24

ตารางท 6 แสดงเปอรเซนตความผดพลาดระหวางคาทได

จากการทดลองเทยบกบคาจากโหลดชารทมาตรฐานทมม

กวาดแขนเครน 0˚

รปท 23 กราฟแทงแสดงคาความผดพลาดทความกวางขา

เครน 3.8 เมตร

รปท 24 กราฟแทงแสดงคาความผดพลาดทความกวางขา

เครน 6.6 เมตร

6. สรปผลการทดลอง

จากการทดลองหาพกดการพลกคว าเปรยบเทยบ

กบโหลด สามารถสรปไดวาผลการทดลองจรงเทยบกบ

โหลดชารทมาตรฐาน ทระยะความกวางขาเครนตามคา

ใกลเคยงกนเฉพาะทมมกวาดแขนเครน 90 องศา แตทมม

กวาดแขนเครน 0 องศาน นจะมคาทผดพลาดเกดขนเปน

อยางมาก เพราะคาจากโหลดชารทมาตรฐานใชคาพกดการ

พลกคว าต าสดกบทกมม จงเทากบเปนการบงคบใหใชพกด

การพลกคว าทต าทสดไวกอนเพอความปลอดภย แตคาทได

จากการทดลองจรงทมมกวาดแขนเครน 0 องศาไมใชคา

ตาสด ดงนนคาผดพลาดทไดเมอใชโหลดชารทมาตรฐาน

เปนบรรทดฐานมความผดพลาดต งแ ต 69.3 ถ ง 53.0

เปอรเซนต


- 57 -

ในการปรบระยะความกวางขาเครนทระยะตากวา

ระยะความกวางสงสด(6.6 เมตร) จะทาใหทมมกวาดแขน

เครน 90 องศา มระยะของจดพลกคว าต ากวาท 0 องศา

7. เอกสารอางอง

[1] Robert L. Norton, “Machine Design An Integrated

Approach.”, Prentice-Hall, 1996. pp. 104.

[2] Theodore Baumeister., “Marks’ Standard Handbook

for Mechanical Engineers.”, 1978. pp. 3-7.

[3] http://www.kato-works.co.jp/eng/products/pdf/crane/

C03351_SR-250R.pdf

[4] http://www.craneaccidents.com

[5] http://www.physics.ryerson.ca/ sites/default/files/

u11/exp/exppcs211/StaticEquilibrium.pdf

[6] http://www.egr.msu.edu/

[7] http://www.terex.com/cranes/en/idc03/groups/

webcontent/@web/@cra/documents/web_content/ucm02_

047760.pdf

[8] Frank Harris., ”Modern Construction and Ground

Engineering Equipment and Methods”, Longman

Scientific&technical,1994. pp. 348.

http://www.kato-works.co.jp/eng/

http://www.terex.com/cranes/en/idc03/groups/

การใช้ทฤษฎี castigliano’s...

Documents