ระบบบังคับเลี้ยวเครื่องจักรกลงานก่อสร้าง

เครื่องจักรกลงานก่อสร้างแบบที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเอง จะเคลื่อนตัวเองทั้งในการย้ายไปทำงานในที่อื่นและเคลื่อนตัวในขณะทำงาน แต่การย้ายไปทำงานในที่อื่นที่ไกลจากที่เดิมนั้น เครื่องจักรกลงานก่อสร้างบางประเภทจะไม่เหมาะในการเคลื่อนย้ายไปในระยะทางไกล จำเป็นจะต้องบรรทุกไปบนรถลากจูง สำหรับการเคลื่อนตัวเองนี้มิใช่ว่าจะเคลื่อนตัวเองไปในทางตรงโดยไม่ม การหยุดเลย แต่จะต้องมีการเลี้ยวไปตามทางมีการชะลอความเร็วลง และจำเป็นต้องมีการหยุด รวมทั้งการหยุดเพื่อเปลี่ยนจากการเดินหน้าเป็นถอยหลังด้วย ดังนั้นเครื่องจักรกลงานก่อสร้าง แบบที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองทุกชนิดจึงจำเป็นจะต้องมีระบบบังคับเลี้ยวและระบบเบรก

ระบบบังคับเลี้ยว (steering system)

ระบบบังคับเลี้ยวของเครื่องจักรกลงานก่อสร้างแบบที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเอง ทำหน้าที่ในการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวเครื่องจักรกล การเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่นี้ก็คือ การเปลี่ยนทิศทางไปทางขวาหรือเลี้ยวขวา หรือเปลี่ยนทิศทางไปทางซ้ายหรือเลี้ยวซ้าย โดยการเลี้ยวนี้จะต้องสามารถควบคุมได้โดยพนักงานขับเคลื่อน

สมรรถนะของระบบบังคับเลี้ยวของเครื่องจักรกลล้อยาง จะนิยมกำหนดโดยรัศมีวงเลี้ยวด้านนอกซึ่งก็คือระยะรัศมีจากจุดศูนย์กลางของการเลี้ยว (turning center) ไปยังกึ่งกลางของ ล้อด้านนอกในขณะที่ทำการหักเลี้ยวมากที่สุด

สำหรับแบบของการบังคับเลี้ยวของเครื่องจักรกลล้อยางที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีอยู่ 4 แบบคือ

1. การเลี้ยวล้อ (wheel steering)

2. การเลี้ยวโดยการหักลำตัว (articulated steering)

3. การเลี้ยวโดยใช้ระบบไฟฟ้า (electric steering) และ

4. การเลี้ยวโดยการปรับการส่งกำลังไปยังล้อแต่ละข้าง (skid steering)

ส่วนแบบของการบังคับเลี้ยวของเครื่องจักรกลตีนตะขาบนั้นจะเป็นแบบที่ใช้เบรกช่วย (brake-assisted steering) ซึ่งก็คือการเลี้ยวโดยปรับการส่งกำลังไปยังตีนตะขาบแต่ละข้างนั่นเอง

safety68 – 0001

1. การเลี้ยวล้อ

การเลี้ยวล้อก็คือการบังคับเฉพาะตัวล้อให้หักทำมุมกับแนวตรง ซึ่งล้อจะต้องสามารถส่ายไปมาได้รอบสลักล้อ (kig pin) การควบคุมการทำงานโดยทั่วไปจะบังคับด้วยพวงมาลัย (steering wheel) แล้วเปลี่ยนการเคลื่อนที่จากการหมุนให้เป็นการโยกไปมาด้วยห้องเกียร์บังคับเลี้ยว (steering gearbox) จากห้องเกียร์ก็จะต้องมีชุดแขนต่อเพื่อไปผลักให้ล้อหักทำมุมกับแนวตรง การเลี้ยวล้อของเครื่องจักรกลล้อยางที่ใช้ในงานก่อสร้างที่มีใช้กันอยู่ในปัจจุบันนั้นจะมีการเลี้ยวอยู่ 4 วิธีคือ

1.1 การเลี้ยวล้อหน้า (front wheel steering) จะเป็นแบบที่นิยมใช้กันมากและสะดวกในการควบคุมเพราะเป็นการเลี้ยวเช่นเดียวกับรถยนต์ ซึ่งพนักงานขับเคลื่อนเครื่องจักรกลจะคุ้นเคยกับการขับรถยนต์ดีอยู่แล้ว การเลี้ยวล้อหน้านี้รอยทางเดินของล้อหลังจะไม่ทับกับล้อหน้า แต่จะอยู่ด้านในของรอยทางเดินของล้อหน้า

1.2 การเลี้ยวล้อหลัง (rear wheel steering) จะเป็นการหักล้อหลังซึ่งจะทำให้รอยทางเดินของล้อหน้าอยู่ด้านในของรอยทางเดินของล้อหลัง จึงเหมาะสมกับเครื่องจักรกลบางประเภทเช่น รถยก (fork lift) ทำให้สะดวกในการทำงานเคลื่อนย้ายและวางของ แต่เนึ่องจากล้อที่เลี้ยวอยู่ด้านหลังคนขับ คนขับจะไม่สะดวกในการทำงานในที่จำกัด

safety68 – 0003

1.3 การเลี้ยวทั้งล้อหน้าและล้อหลังในทิศทางตรงกันข้าม (coordinated steering) จะ เป็นการหักล้อหน้าและล้อหลังพร้อมกันแต่ในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งทำให้รอยของล้อหน้าและล้อหลังเป็นรอยเดียวกัน ไม่ว่าจะเดินหน้าหรือถอยหลัง เป็นผลให้แรงต้านการหมุนของล้อลดลง ในกรณีที่ขับเคลื่อนไปบนพื้นที่อ่อน เพราะล้อหนึ่งจะบดทับพื้นเตรียมไว้ให้อีกล้อหนึ่ง แต่การลอยตัวจะไม่ดีและการเลี้ยวแบบนี้จะสามารถควบคุมตัวรถได้ง่ายในขณะทำงานบรรทุกหรือยกของ เต็มที่

1.4 การเลี้ยวทั้งล้อหน้าและล้อหลังในทิศทางเดียวกัน (crab steering) จะเป็นการหักล้อหน้าและล้อหลังพร้อมกันในทิศทางเดียวกัน ซึ่งจะทำให้ตัวเครื่องจักรเคลื่อนที่ไปเป็นแนวเส้นตรงที่ทำมุมกับแนวของตัวรถ ถ้าล้อหน้าและล้อหลังหักทำมุมเท่ากัน การเลี้ยวแบบนี้ล้อทุกล้อจะมีรอยคนละรอย ทำให้การลอยตัวของเครื่องจักรกลดีที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับการเลี้ยวอีกสามแบบ

นอกจากเครื่องจักรกลจะมีการเลี้ยวแบบใดแบบหนึ่งแล้ว เครื่องจักรกลบางประเภท เช่น รถเครนชนิดพิเศษจะสามารถทำการเลี้ยวได้ทั้ง 4 แบบ ซึ่งทำให้คล่องแคล่วในการทำงานเป็นอย่างยิ่ง

ในระบบการเลี้ยวล้อยังสามารถแบ่งออกเป็นแบบต่าง ๆ ตามลักษณะของกำลังงานที่ใช้ ในการบังคับการเลี้ยว ซึ่งแบ่งออกเป็น

1. การเลี้ยวแบบธรรมดา (manual wheel steering) คือการเลี้ยวโดยใช้กำลังจากการใช้มือหมุนพวงมาลัยโดยตรงไปบังคับให้ล้อหักเลี้ยว ระบบการเลี้ยวแบบนี้จะทำงานโดยเมื่อหมุนพวงมาลัย แกนพวงมาลัยซึ่งต่อเข้ากับห้องเกียร์บังคับเลี้ยว จะทำให้แขนที่ต่อออกห้องเกียร์บังคับเลี้ยวโยกไปมา ต่อจากแขนดังกล่าวก็จะมีข้อต่อและแขนต่อไปผลักให้ล้อเลี้ยวหักเลี้ยวไป สำหรับห้องเกียร์บังคับเลี้ยวที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีอยู่หลายแบบ เช่น แบบ worm and peg, แบบ worm and sector และแบบ recirculating ball gear เป็นต้น

ส่วนชุดแขนต่อจากห้องเกียร์บังคับเลี้ยวก็มีได้หลายลักษณะเช่นกัน โดยจะขึ้นอยู่กับการออกแบบของบริษัทผู้ผลิตเป็นหลัก

safety68 – 0004

2. การเลี้ยวโดยใช้กำลังช่วย (power booster steering) เป็นการเลี้ยวโดยการใช้กำลังจากภายนอกมาช่วยนอกเหนือจากกำลังจากการหมุนพวงมาลัยด้วยมือซึ่งนิยมใช้กำลังจากนํ้ามันไฮดรอลิกที่มีความดันสูง ส่วนการทำงานก็จะคล้ายกับการเลี้ยวแบบธรรมดา คือเมื่อหมุนพวงมาลัย แกนพวงมาลัยก็จะไปหมุนห้องเกียร์บังคับเลี้ยว ทำให้แขนที่ต่อออกจากห้องเกียร์บังคับเลี้ยวโยกไปมา และจากแขนที่ต่อออกจากห้องเกียร์บังคับเลี้ยวนี้จะต่อเข้ากับระบบไฮดรอลิกคือ วาล์วควบคุมการกระบอกไฮดรอลิก ซึ่งเป็นอุปกรณ์เพิ่มเติมจากระบบบังคับเลี้ยวแบบธรรมดา

safety68 – 0005

การทำงานเมื่อต้องการที่จะหักเลี้ยวล้อไปทางขวา ก็จะหมุนพวงมาลัยตามเข็มนาฬิกา ซึ่งจะทำให้แขนที่ต่อจากห้องเกียร์บังคับเลี้ยวขยับไปทางซ้าย ในเวลาเดียวกันวาล์วควบคุมซึ่งต่อเข้ากับแขนดังกล่าวก็จะเปิดให้นํ้ามันจากปั๊มไฮดรอลิกภายใต้ความดันเข้าไปด้านหน้าของลูกสูบ แต่เนื่องจากก้านสูบถูกยึดติดกันกับโครงของตัวเครื่องจักรกล นํ้ามันจึงทำให้ตัวกระบอกไฮดรอลิกรวมทั้งวาล์วควบคุมและแขนต่อเคลื่อนที่ไปทางซ้าย ซึ่งจะเป็นผลให้ล้อถูกบังคับให้หักไปทางขวา และหากหมุนพวงมาลัยไปเรื่อย ๆ ตัวกระบอกไฮดรอลิกก็จะเครลื่อนที่ต่อไปจนถึงระยะไกลสุด แต่หากหยุดหมุนพวงมาลัยเมื่อใด กระบอกไฮดรอลิกซึ่งยังคงเคลื่อนที่อยู่จะพาให้เสื้อวาล์วควบคุม เลื่อนไปปิดทางนํ้ามัน เป็นผลให้ล้อหยุดหักไปทางขวา สำหรับกรณีที่จะหักเลี้ยวล้อไปทางซ้าย เมื่อหมุนพวงมาลัยทวนเข็มนาฬิกา แขนที่ต่อจากห้องเกียร์บังคับการเลี้ยวขยับไปทางขวาและจะดึงให้แกนวาล์วควบคุมเปิดนํ้ามันเข้าไปด้านหลังของกระบอกไฮดรอลิก เป็นผลให้กระบอก ไฮดรอลิกและชุดวาล์วควบคุมเคลื่อนที่ไปทางขวา ทำให้ล้อหักไปทางซ้าย การเลี้ยวโดยใช้กำลังช่วยนี้ หากระบบให้กำลังช่วยในที่นี้คือระบบไฮดรอลิกเกิดขัดข้อง ก็ยังสามารถที่จะบังคับการเลี้ยวของเครื่องจักรกลได้แต่ต้องใช้กำลังในการหมุนพวงมาลัยมากขึ้นเท่านั้นเอง

3. การเลี้ยวโดยใช้ระบบไฮดรอลิกล้วน (full hydraulic steering) เป็นการเลี้ยวโดย การใช้กระบอกไฮดรอลิกของระบบไฮดรอลิกไปดันชุดแขนต่อ เพื่อจะทำให้ล้อหักไปโดยตรงการควบคุมของการเลี้ยวแบบนี้จะนิยมใช้คันควบคุม (control lever) มากกว่าจะใช้พวงมาลัย

เมื่อต้องการที่จะเลี้ยวซ้าย ก็จะดันคันควบคุมไปทางซ้าย เพื่อเปิดให้นํ้ามันจากปั๊มไฮดรอลิก ไหลเข้ากระบอกไฮดรอลิกดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ ก้านสูบซึ่งต่อเข้ากับชุดแขนต่อก็จะดันให้ล้อหักไปทางซ้ายจนถึงตำแหน่งที่ต้องการก็จะดันคันควบคุมกลับไปที่ตำแหน่งปิดนํ้ามัแ และเมื่อต้องการที่จะให้ล้อกลับสู่ตำแหน่งตรงก็จะต้องดันคันควบคุมไปทางขวาเพื่อเปิดนํ้ามันเข้ากระบอกไฮดรอลิกอีกด้านหนึ่ง ก้านสูบซึ่งต่อเข้ากับชุดแขนต่อกันจะดันให้ล้อหักกลับสู่ตำแหน่งตรง การบังคับเลี้ยว แบบนี้จะเป็นไปอย่างรวดเร็วซึ่งจะยากต่อการควบคุม

2. การเลี้ยวโดยการหักลำตัว

เครื่องจักรกลที่มีการเลี้ยวโดยการหักลำตัวจะต้องแบ่งตัวรถออกเป็นส่วน และต่อส่วนของตัวรถเข้าด้วยกันโดยใช้สลักและบานพับ ซึ่งจะทำให้ส่วนของตัวรถที่จะหักเลี้ยวส่ายไปมาได้

safety68 – 0006

เนึ่องจากการเลี้ยวแบบนี้ต้องผลักให้ส่วนของลำตัวส่ายไป จึงจำเป็นจะต้องใช้กำลังมากกว่าการเลี้ยวเฉพาะล้อมาก จึงนิยมใช้ระบบไฮดรอลิกทำหน้าที่ในการบังคับเลี้ยวซึ่งประกอบด้วย ปั๊มไฮดรอลิกเพื่อส่งนํ้ามันผ่านวาล์วควบคุมไปยังกระบอกใฮดรอลิก โดยทั่วไปจะใช้กระบอกไฮดรอลิก 2 อัน ติดตั้งที่ด้านข้างของสลักและบานพับข้างละอัน ซึ่งตัวกระบอกจะยึดติดกับส่วน หลังของลำตัว และแกนจะยึดติดกับส่วนหน้าของลำตัว

safety68 – 0007

เมื่อต้องการจะเลี้ยวขวาก็จะหมุนพวงมาลัยไปทางขวา หรือดันคันควบคุมไปทางขวา เพื่อไปทำให้วาล์วควบคุมระบบไฮดรอลิกเปิดนํ้ามันไปยังกระบอกไฮดรอลิกทั้งสองด้าน โดยให้กระบอกไฮดรอลิกด้านซ้ายยืดออกและกระบอกไฮดรอลิกด้านขวาหดเข้า ถ้าเป็นการเลี้ยวซ้าย กระบอกไฮดรอลิกด้านขวาก็จะยืดออกส่วนกระบอกไฮดรอลิกด้านซ้ายก็จะหดเข้า สำหรับขีดความสามารถของการเลี้ยวโดยการหักลำตัวนี้ นิยมกำหนดโดยมุมที่แนวลำตัวด้านหน้าทำกับแนวตรง ถ้ามุมยิ่งใหญ่ก็แสดงว่าสามารถเลี้ยวได้วงแคบมาก

ในปัจจุบันการเลี้ยวโดยการหักลำตัวเป็นที่นิยมกันมาก เพราะระบบไอดรอลิกได้รับการพัฒนาจนเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพ คงทน และไม่ยุ่งยาก เครื่องจักรกลที่ใช้การเลี้ยวแบบนี้ ได้แก่ รถตัก รถเกลี่ยดิน และรถขูด เป็นต้น ซึ่งทำให้เครื่องจักรกลเหล่านี้มีความคล่องตัวในการ ทำงานสูง

3. การเลี้ยวโดยใช้ระบบไฟฟ้า

การเลี้ยวโดยใช้ระบบไฟฟ้า เป็นการบังคับเลี้ยวโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าต่อผ่านชุดเกียร์ทดไปผลักให้ล้อส่ายไปมา การควบคุมทำได้โดยการใช้สวิตช์ไฟฟ้าเพียง 2 ตัว ตัวหนึ่งทำหน้าที่ให้มอเตอร์หมุนไปผลักให้ล้อหักไปทางขวา และสวิตช์อีกตัวหนึ่งก็จะทำให้มอเตอร์หมุนไปผลักให้ล้อหักไปทางซ้าย

เครื่องจักรกลที่ใช้การเลี้ยวโดยใช้ระบบไฟฟ้านี้ได้แก่ รถขูด (motor scraper) บางยี่ห้อ แต่ในปัจจุบันไม่เป็นที่นิยมใช้กันแล้ว เพราะจะใช้การเลี้ยวโดยการหักลำตัวแทน

4. การเลี้ยวโดยการปรับการส่งกำลังไปยังล้อแต่ละข้าง

การเลี้ยวโดยการปรับการส่งกำลังไปยังล้อแต่ละข้าง นิยมใช้กับเครื่องจักรล้อยางขนาดเล็ก (นํ้าหนักรวมตํ่ากว่า 6 ตัน) การเลี้ยวแบบนี้จะให้วงเลี้ยวแคบที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับการเลี้ยวแบบอื่น ๆ

เครื่องจักรกลที่มีระบบถ่ายทอดกำลังแบบไฮโดรสแตติก การเลี้ยวแบบนี้ก็สามารถ ควบคุมได้โดยการควบคุมการทำงานของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่ขับล้อแต่ละข้าง ถ้าต้องการจะเลี้ยวขวา ก็จะหยุดการทำงานของมอเตอร์ไฮดรอลิกที่ขับล้อด้านขวา หรือให้ทำงานโดยการหมุนกลับไปด้านหลัง และให้มอเตอร์ไฮดรอลิกที่ขับล้อด้านซ้ายทำงาน โดยทั่วไปจะมีคันควบคุม 2 อัน อันหนึ่งสำหรับมอเตอร์ที่ขับล้อด้านขวา และอีกอันหนึ่งสำหรับมอเตอร์ที่ขับล้อด้านซ้าย

ส่วนเครื่องจักรกลที่มีระบบถ่ายทอดกำลังแบบทางกล (mechanical transmission) จำเป็นจะต้องมีชุดคลัตช์และเบรก 2 ชุดเพื่อใช์ในการตัดต่อกำลังไปยังล้อแต่ละข้าง ซึ่งถ้าจะเลี้ยวขวาก็จะให้ชุดคลัตช์ด้านขวาทำงานตัดการส่งกำลังไปยังล้อด้านขวา และให้เบรกทำงานเพื่อจะหยุดล้อด้านขวาด้วย

การบังคับเลี้ยวของเครื่องจักรกลตีนตะขาบ

การบังคับเลี้ยวของเครื่องจักรกลตีนตะขาบ จะเป็นการเลี้ยวโดยการปรับการส่งกำลังไปยังตีนตะขาบทั้งสองด้านเช่นเดียวกับการเลี้ยวของเครื่องจักรกลล้อยางแบบ skid steering ถ้าเป็นเครื่องจักรกลที่ถ่ายทอดกำลังแบบไฮโดรสแตติกก็ไม่จำเป็นจะต้องมีเบรกช่วย แต่ถ้าเป็นการถ่ายทอดกำลังแบบทางกลก็จำเป็นจะต้องมีเบรกช่วยในการเลี้ยวด้วย

สำหรับการเลี้ยวของเครื่องจักรกลตีนตะขาบที่มีการถ่ายทอดกำลังแบบทางกลหรือแบบ ที่ใช้ห้องเกียร์ จะต้องประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ 2 อันคือ คลัตช์บังคับเลี้ยว(steering clutch) เพื่อทำหน้าที่ในการตัดต่อกำลังจากห้องเกียร์ไปยังชุดขับเคลื่อนท้ายแต่ละข้าง และเบรกเพื่อทำหน้าที่ในการหยุดชุดขับเคลื่อนท้ายแต่ละข้าง

คลัตช์บังคับเลี้ยวโดยทั่วไปจะใช้คลัตช์แบบแผ่นแห้งหลายแผ่น ดูตามรูปที่ 4.8 เพลาที่ต่อมาจาก bevel gear ที่ถูกขับโดย bevel pinion ที่ติดกับเพลาจากห้องเกียร์ จะติดกับตัวขับที่ทำเป็นรูปทรงกระบอก และจะมีแผ่นคลัตช์ตัวขับทำเป็นเฟืองด้านในสวมอยู่ ทำให้แผ่นคลัตช์ตัวขับนี้หมุนไปกับตัวขับทรงกระบอก ในระหว่างแผ่นคลัตช์ตัวขับจะมีแผ่นคลัตช์ตัวถูกขับที่ทำเป็นเฟืองด้านนอก แผ่นคลัตช์ตัวถูกขับนี้จะสวมอยู่ในตัวถูกขับรูปทรงกระบอก ในขณะที่ต่อกำลัง แผ่นคลัตช์ทั้งสองจะถูกกดเข้าหากันด้วยแผ่นกดซึ่งใช้แรงจากสปริง แต่เมื่อต้องการจะตัดกำลังก็จะกดให้สปริงให้หดตัวทำให้แผ่นกดเลื่อนออก แผ่นคลัตช์ทั้งสองก็จะไม่ติดกัน กำลังก็ไม่ถูกส่งไปยังตัวถูกขับทรงกระบอก สำหรับการกดสปริงโดยทั่วไปก็จะกระทำโดยใช้นํ้ามันไฮดรอลิก คันลูกสูบและไปตันสปริงอีกครั้งหนึ่ง

safety68 – 0009

สำหรับเบรกที่ใช้ช่วยในการบังคับเลี้ยวโดยทั่วไปจะเป็นแบบแถบรัดด้านนอก (con­tracting-band-type brake) ซึ่งจะใช้ผ้าเบรกทำเป็นแถบสวมอยู่บนตัวถูกขับทรงกระบอกของชุดคลัตช์บังคับเลี้ยว เมื่อต้องการจะเบรกก็จะเหยียบเบรกซึ่งจะไปดึงให้กลไกไปทำให้แถบผ้าเบรกรัดตัวติดกับตัวถูกขับทรงกระบอกของชุดคลัตช์บังคับเลี้ยว นอกจากนี้เบรกที่ใช้ช่วยในการบังคับเลี้ยวจะใช้เป็นเบรกเมื่อจอดเครื่องจักรกล (parking brake) ด้วย