อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง
และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​

นางสาวพิมพ์รภัส ซินโซ รหัสประจำตัว 6230302632

นางสาวพิมพ์รภัส ซินโซ Name: Miss Pimraphat Zinzo รหัสนิสิต : 6230302632

นายพิษณุวัฒน์ เจือจันทร์ รหัสประจำตัว 6230302659

นาย พิษณุวัฒน์ เจือจันทร์ / Pissanuwat Juajan /6230302659 

นายภาณุพงศ์ จันทร์เทศ รหัสประจำตัว 6230302713

ภาณุพงศ์ จันทร์เทศ (Panuphong Jantes)

นายอนุทัต เพาะผล รหัสประจำตัว 6230302977

อ : นายอนุทัต เพาะผล Name : Anuthad paoaphol รหัสนิสิต : 6230302977 

นางสาวอังค์วรา หนูขัน รหัสประจำตัว 6230303043

นางสาวอังค์วรา หนูขัน Miss Angwara nukhan รหัสนิสิต:6230303043

บทคัดย่อ

โครงงานเล่มนี้เป็นการออกแบบโครงสร้างโรงซ่อมตู้คอนเทนเนอร์สำหรับการติดตั้งเครนโรงงานในการใช้งานการยกตู้คอนเทนเนอร์การเลือกใช้วัสดุเหล็กที่เหมาะสมกับแรงในการรับน้ำหนักและการออกแบบรางเครนให้เข้ากับตัวโครงสร้างตึกและการเลือกใช้
คำสำคัญ : โครงสร้างเครน, โปรแกรม SOLIDWORKS

กิตติกรรมประกาศ
โครงงานนี้สามารสำเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดีเนื่องจากด้รับความช่วยเหลือและกำลังใจจากบุคคลเหล่านี้ซึ่งทางผู้จัดทำโครงงานขอขอบพระคุณในความกรุณาและความเอื้อเฟื้อสำหรับความรู้ คำแนะนำ แนวคิดหลักการต่างๆ และเวลาอันมีค่าที่ใช้ในการปรึกษาโครงงาน
ขอขอบพระคุณภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการออกแบบ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ที่ได้จัดหาสถานที่ในการทำงาน และอำนวยความสะดวกในด้านต่างๆ
ขอขอบพระคุณ อาจารย์ อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานที่ได้ให้ความกรุณาช่วยเหลือทางด้านความรู้ เอกสารสำหรับการทำโครงงาน ข้อเสนอแนะต่างๆในการทำโครงงานอย่างสมบูรณ์ตลอดจนช่วยประสานงานทุด้าน อันเป็นประโยชน์ต่อโครงงาน จนทำให้สามารถสำเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี
สุดท้ายนี้ทางคณะผู้จัดทำ ขอขอบพระคุณอาจารย์ทุกท่านที่อบรมสั่งสอนและเพื่อนๆที่คอยสนับสนุนและให้การช่วยเหลือ อีกทั้งยังคอยเป็นกำลังใจให้ผู้จัดทำมาโดยตลอด ขอขอบคุณภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการออกแบบ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวืทยาลัยเกษตรศาสตร์ ที่เป็นแหล่งให้ความรู้อันเป็นส่วนสำคัญยิ่งทำให้การทำโครงงานสำเสร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี

สารบัญ
บทคัดย่อ ก
กิตติกรรมประกาศ ข
สารบัญ ค
สารบัญตาราง จ
สารบัญรูปภาพ ฉ

1. บทนำ 1
   1.1บทนำและความเป็นมา 1
   1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 2
   1.3 ขอบเขตของโครงงาน 2
   1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 2
2. ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 3
   2.1 ประเภทของ overhead cranes 3
   1.1 เครนเหนือศีรษะรางเดี่ยว (Single Girder Overhead Cranes) 3
   2.2 ส่วนประกอบของ Double Girder Crane 4
   2.3 การจำแนกวงจรการทำงานของเครนและรอก 8
   2.4 หลักการคำนวนระยะเวลาการทำงานที่ปลอดภัย 8
   2.5 ข้อจำกัดของการติดตั้งเครนแบบคานคู่ 12
   2.6 การวิเคราะห์โครงสร้าง 13
   2.7 การคำนวณการโก่งตัวของคาน 16
3. ขั้นตอนวิธีการดำเนินงาน 18
   3.1 หลักการออกแบบสะพานเครน 18
   สารบัญ(ต่อ)
   หน้า
4. ผลการทดลองและการวิเคราะห์ผล 29
   4.1 ความล้าและการประเมินอายุ 29
   4.2 ผลการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างเครน 33
   4.3 การทดสอบสะพานเครนทั้งหมด 6 จุด โดยใช้ simulation โดยใช้ solidworks 36
5. สรุปผลและข้อเสนอแนะ 48
   5.1 บทสรุป 48
   5.2 ปัญหาที่พบ 49
   5.3 แนวทางการแก้ไข 49
   5.4 แนวทางการพัฒนาต่อ 49
   บรรณานุกรม 50
   ภาคผนวก 51

สารบัญตาราง
ตารางที่ 2.1 ตารางแสดงคุณสมบัติของรองแต่ละรุ่น 7
ตารางที่ 2.2 การจำแนกประเภทการทำงานของรอก (FEM Hoist Duty Service Classification) 9
ตารางที่ 2.3 ตารางการแปลงระหว่าง FEM และ ASME 11
ตารางที่ 2.4 ตารางแสดงตัวแปรของเอชบีม 13
ตารางที่ 2.5 ตารางแสดงตัวแปรของไอบีม 15

สารบัญรูปภาพ
รูปที่ 2.1 เครนเหนือศีรษะรางเดี่ยว 3
รูปที่ 2.2 เครนเหนือศีรษะรางคู่ 4
รูปที่ 2.3 กราฟของรอกประเภทใช้งานเบา (Light) 9
รูปที่ 2.4 กราฟของรอกประเภทใช้งานปานกลาง (Medium) 9
รูปที่ 2.5 กราฟของรอกประเภทใช้งานหนัก (Heavy) 10
รูปที่ 2.6 กราฟของรอกประเภทใช้งานหนักมาก (Very Heavy) 10
รูปที่ 2.7 ภาพความแตกต่างของเหล็กแต่ละประเภท 12
รูปที่ 2.8 สัดส่วนของเอชบีม 13
รูปที่ 2.9 สัดส่วนของไอบีม 14
รูปที่ 2.10 ตัวอย่างคานอย่างง่าย 16
รูปที่ 3.1 พื้นที่ที่ใช้การออกแบบระบบเครน กว้าง 51 เมตร ยาว 81 เมตร 18
รูปที่ 3.2 ภาพแสดงตำแหน่งต่างๆของเครน 19
รูปที่ 3.3 ภาพของชิ้นงาน 20
รูปที่ 3.4 Materialของชิ้นงาน 21
รูปที่ 3.5 ภาพตัวอย่างการเลือกFixtures Advisor 22
รูปที่ 3.6 ตัวอย่าง Create Mesh 23
รูปที่ 3.7 ค่าความเค้น 23
รูปที่ 3.8 ลักษณะการเสียรูป 24
รูปที่ 3.9 Fatigue 1ปรากฏเพิ่มขึ้นในหน้าต่างด้านซ้าย 25
รูปที่ 3.10 option 25
รูปที่ 3.11 Material (Fatigue SN Curves) 26
รูปที่ 3.12 หน้าต่างเลือก load 26
รูปที่ 3.13 ค่าร้อยละของความเสียหาย 27
รูปที่ 3.14 อายุในรูปแบบของจำนวนรอบ 27
รูปที่ 4.1 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง stress กับ cycles 29
รูปที่ 4.2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าความเค้นและจำนวนรอบของแรง 30
ที่กระทำสลับไปมาบนชิ้นงาน
รูปที่ 4.3 การแสดงผลลัพธ์การเสียรูป จากการใช้เหล็ก S275JR 30
รูปที่ 4.4 การแสดงผลลัพธ์การเสียรูป จากการใช้เหล็ก S355JR 31
รูปที่ 4.5 ค่าร้อยละความเสียหายหากเลือกใช้ S355JR 31
รูปที่ 4.6 ค่าร้อยละความเสียหายหากเลือกใช้ 275JR 32
รูปที่ 4.7 S-N curve S355JR 32
รูปที่ 4.8 S-N curve S275JR 33
รูปที่ 4.9 การแสดงโก่งงอของวัสดุ S275JR เมื่อใส่แรง 70 kn 33
รูปที่ 4.10 การแสดงโก่งงอของวัสดุ S355JR เมื่อใส่แรง 70 kN 34
รูปที่ 4.11 ค่าความเครียดของโครงสร้างโดยใช้ S355JR 35
รูปที่ 4.12 ค่าความเครียดของโครงสร้างโดยใช้ S275JR 35
รูปที่ 4.13 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 1 36
รูปที่ 4.14 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 1 36
รูป 4.15 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 1 37
รูปที่ 4.16 ความแสดงความเครียด ณ จุดที่ 1 37
รูปที่ 4.17 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 2 38
รูป 4.18 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 2 38
รูป 4.19 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 2 39
รูปที่ 4.20 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 2 39
รูปที่ 4.21 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 3 40
รูป 4.22 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 3 40
รูป 4.23 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 3 41
รูป 4.24 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 3 41
รูปที่ 4.25 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 4 42
รูปที่ 4.26 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 4 42
รูปที่ 4.27 ภาพแสดงการกระจัด จุดที่ 4 43
รูปที่ 4.28 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 4 43
รูปที่ 4.29 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 5 44
รูปที่ 4.30 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 5 44
รูปที่ 4.31 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 5 45
รูปที่ 4.32 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 5 45
รูปที่ 4.33 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 6 46
รูปที่ 4.34 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 6 46
รูปที่ 4.35 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 6 47
รูปที่ 4.36 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 6 47

บทที่ 1 บทนำ

1. บทนำและความเป็นมา
   การขนส่งทางทะเล จัดเป็นการขนส่งที่มีความสำคัญและมีการใช้มากที่สุด เมื่อเทียบกับรูปแบบการขนส่งอื่น ๆ เนื่องจากมีต้นทุนการขนส่งที่ต่ำ และสามารถขนส่งสินค้าได้คราวละมาก ๆ โดยรูปแบบการขนส่งทางทะเลในปัจจุบัน ส่วนใหญ่เป็นการขนส่งด้วยระบบตู้คอนเทนเนอร์ โดยสินค้าที่จะขนส่งจะต้องมีการนำมาบรรจุตู้และมีการขนย้ายตู้ขึ้นไว้บนเรือ ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการใช้ในการขนส่งสินค้าด้วยตู้คอนเทนเนอร์
   ในระบบการขนส่งด้วยระบบคอนเทนเนอร์ หนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญของระบบนี้คือตู้สินค้าคอนเทนเนอร์ เป็นปัจจัยที่สำคัญของระบบนี้ ในการใช้งานตู้คอนเทนเนอร์จะมีการแบ่งประเภทของตู้สินค้าไว้ให้เหมาะแก่การใช้งานในรูปแบบต่าง ๆ เพื่อให้ตอบโจทย์แก่ลักษณะของสินค้าที่จะนำมาบรรจุในตู้คอนเทนเนอร์ และสามารถส่งสินค้าปลายทางได้อย่างปลอดภัย ทั้งนี้ในการขนส่งทางทะเลนั้นหลีกเลี่ยงไม่ได้เลยที่จะต้องพบเจอกับสภาพอากาศที่แปรปรวน ซึ่งอาจส่งผลกระทบทำให้ทั้งสินค้าและตู้สินค้าเสียหายได้ จึงมีบริษัทต่าง ๆที่เปิดบริการซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์ เพื่อให้สามารถนำตู้สินค้ากลับไปใช้งานได้ดังเดิม โดย บริษัท พิสุทธิ์ โลจิสติกส์ จำกัด เป็นหนึ่งในบริษัทที่มีบริการซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์ มีตู้คอนเทนเนอร์จำนวนมากที่ต้องมีการใช้หมุนเวียนอยู่ในระบบการขนส่ง การซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์จึงเป็นการยืดอายุการใช้งานให้สามารถนำไปใช้หมุนเวียนได้ โดยในการทำงานซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์นั้นมีหลายๆปัจจัยที่เกี่ยวข้องในการทำงานซ่อมบำรุงให้มีประสิทธิภาพ การนำเทคโนโลยีเข้ามาพัฒนาเพื่อช่วยเสริมสร้างทั้งฝีมือ เครื่องมือในการทำงาน จะนำมาซึ่งการเพิ่มการผลิตและประสิทธิภาพในการทำงานเพื่อการแข่งขันและเสริมสร้าง การพัฒนาประเทศได้
   จึงได้ค้นคว้าข้อมูลต่างๆ เพื่อศึกษาทั้งระบบการบนส่ง กระบวนการต่างที่มีความเกี่ยวข้องกับตู้คอนเทนเนอร์ ผู้วิจัยจึงสนใจพัฒนา นำมาออกแบบโรงซ่อมและระบบเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์ เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์ และการขนย้ายตู้คอนเทนเนอร์ให้มีความสะดวกต่อการใช้งาน
2. วัตถุประสงค์ของโครงงาน
   2.1. เพื่อศึกษาระบบการเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์และกวรบวนการซ่อมตู้คอนเทนเนอร์ให้มีความสะดวกต่อการใช้งาน
   2.2. เพื่อศึกษาและพัฒนาต้นแบบการทำงานของระบบกลไกระบบเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์
   2.3. การประยุกต์ใช้ความด้านต่างๆในการออกแบบโรงซ่อมและระบบเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์เพื่อช่วย เพิ่มประสิทธิภาพในการบำรุงตู้คอนเทนเนอร์
3. ขอบเขตของโครงงาน
   ใช้ข้อมูลการซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์จากบริษัท พิสุทธิ์ โลจิสติกส์ จำกัด การออกแบบโรงซ่อมและระบบเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์ที่เหมาะสมกับการบำรุงตู้คอนเทนเนอร์ไม่ต่ำกว่า 600 ตู้ต่อวัน
4. ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
   1.4.1 ได้รู้เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ด้านต่างๆในการออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์และระบบกลไกเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการซ่อมบำรุงและเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์
   1.4.2 ได้รู้เกี่ยวกับการออกแบบและพัฒนาระบบกลไกการทำงานที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายและซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์
   1.4.3 ได้รู้เกี่ยวกับการใช้โปรแกรม SOLIDWORKS ในการคำนวณและวิเคราะห์ชิ้นงานที่นำมาออกแบบระบบกลไกเคลื่อนย้ายของโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์

บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

ในการศึกษาทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับระบบการจัดวางตู้คอนเทนเนอร์และตู้การระบบเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์

1. ประเภทของ overhead cranes
   ประเภทของเครนคานหรือเครนโรงงาน เครนโรงงานคือเครื่องจักรที่ใช้ในการยกของขึ้นลงในแนวดิ่ง และจะใช้ในการเคลื่อนย้ายสิ่งของโดยจะมีลักษณะแขวนลอยไปในแนวราบ ซึ่งจะเคลื่อนย้ายไปตามทิศทางที่ได้ทำการกำหนดไว้ ซึ่งจะใช้คานตรงกลางเป็นที่รับน้ำหนักในการยกของ ซึ่งจะต้องมีการออกแบบมาให้แข็งแรงและมีความปลอดภัยสูง ซึ่งปกติกันแล้วมักจะใช้ตามโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ โดยประเภทของเครนโรงงานสามารถแบ่งได้ ดังนี้
   1.1 เครนเหนือศีรษะรางเดี่ยว (Single Girder Overhead Cranes)

รูปที่ 2.1 เครนเหนือศีรษะรางเดี่ยว

เครนเหนือศีรษะรางเดี่ยว เหมาะสำหรับการนำไปใช้ภายในโรงงานอุตสาหกรรมที่ไม่ได้มีการเน้นไปในทางการยกสิ่งของที่มีน้ำหนักมาก เพราะโครงสร้างของเครนโรงงานรางเดี่ยวมีลักษณะเบา ควรใช้ในพื้นที่ที่มีหลังคาไม่สูง ในส่วนบริเวณด้านล่างของรางวิ่งจะมีการติดรอกไฟฟ้ายึดเอาไว้ ควรจะมีการใช้ความเร็วที่เคลื่อนที่ช้า และเร็ว ซึ่งจะต้องเคลื่อนย้ายไปในทิศทางเดียวกันทั้งสองแบบ เครนโรงงานรางเดี่ยวนิยมจะใช้ในการเคลื่อนย้ายวัตถุดิบด้านการผลิตสินค้าต่าง ๆ ซึ่งจะช่วยในการอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนย้ายสิ่งของต่างๆ
1.2 เครนเหนือศีรษะ รางคู่ หรือ เครนแบบคานคู่ (Double Girder Crane)

รูปที่ 2.2 เครนเหนือศีรษะรางคู่
เครนเหนือศีรษะ แบบคานคู่ หรือ Double Girder Overhead Cranes มีการทำงานที่สามารถเคลื่อนย้ายวัตถุได้มากถึง 6 ทิศทางคือ เดินหน้า – ถอยหลัง, ซ้าย – ขวา,ขึ้นบน – ลงล่าง ดังนั้นจึงมีความเหมาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องการเคลื่อนย้ายวัตถุหรือสินค้าทั่วบริเวณโรงงาน ศักยภาพของเครนเหนือศีรษะแบบคานคู่เหมาะสำหรับใช้ยกน้ำหนัก ที่มีขนาดหนักมากๆ และ/หรือโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ โดยโครงสร้างค่อนข้างมีความแข็งแรง สามารถรองรับน้ำหนักได้ในปริมาณมากทำให้เครนแบบคานคู่มีความปลอดภัยในการใช้งานสูง

2. ส่วนประกอบของ Double Girder Crane
   2.1. รางเครน วิ่งของเครนเหนือศีรษะหรือ runway of overhead crane จะติดตั้งไว้บนโครงสร้างที่แข็งแรง ได้ระดับน้ำอยู่สูงขึ้นจากพื้น มากน้อยขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ใช้งาน รางเป็นเหล็กไอ-บีม หรือเป็นบีมรางรถไฟก็ได้ บีมรางรถไฟปีกบนจะโค้งมน ส่วนปีกด้านล่างจะแผ่และกว้างกว่าด้านบน รางวิ่งนี้จะรองรับการทำงานของเครนสองทิศทางคือเดินหน้าและถอยหลัง
   2.2. สะพานเครน) มีทั้งแบบสะพานคู่และสะพานเดี่ยว เครนขนาดพิกัดยกไม่เกิน 15 ตัน มักเป็นสะพานเดี่ยว หากพิกัดยกมากกว่านี้ก็มีทั้งสะพานเดี่ยวและคู่ หน้าที่คือรับโหลดทั้งหมดและถ่ายเทโหลดลงบนรางเครนตามทฤษฎีของคาน (lever theory)

• โหลดจากอุปกรณ์ของเครนเอง dead load
• โหลดที่เกิดจากน้ำหนักบรรทุก live load
• โหลดจากสภาพแวดล้อมการทำงาน environmental load

2.3. บีมหัวท้ายและชุดล้อ ติดตั้งติดอยู่ใต้สะพานเครน มีชุดล้อประกอบร่วมด้านละสองชุด
2.4. ต้นกำลังขับเคลื่อนเครนตามแนวราง เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานร่วมกับชุดเฟืองทด เป็นเฟืองทดแบบทดรอบใช้งานลงหรือ reduce speed gear หมายความว่าความเร็วรอบเพลาใช้งานต่ำกว่ารอบทำงานของเพลามอเตอร์ขับ เฟืองทดลักษณะนี้ให้แรงบิดสูง กำลังขับมากมอเตอร์ต้นกำลังของเครนจะเป็นสามเฟส 380 โวลท์ ส่วนมากหมุนที่ความเร็ว 1450 รอบต่อนาที (round per minute) ชุดเฟืองทดจะเป็นแบบทดรอบลง reduce speed gear
2.5. ฮอยท์และทรอลเลย์ เครื่องจักรชุดนี้จะมีทรอลเลย์ประกอบร่วมอยู่กับฮอยท์
ฮอยท์ hoisting machine คือหน่วยเครื่องจักรที่เป็นลักษณะกระบอกกลวง ภาษาไทยเรียกว่ากว้านส่วนภาษาอังกฤษเรียก drum ซึ่งกว้านจะพันม้วนเก็บสลิงหรือม้วนพันเก็บโซ่ไว้โดยรอบ ทั้งนี้ที่ส่วนปลายด้านล่างจะมีชุดลูกรอกและตะขอยกติดตั้งไว้ (hook block) เมื่อกว้านม้วนเก็บสลิง ชุดตะขอก็จะถูกยกขึ้นและในทางตรงกันข้าม เมื่อกว้านคลี่คลายไปอีกทิศทาง ตะขอก็จะถูกปล่อยหย่อนลง
การขับเคลื่อนกว้านให้หมุนม้วนตามเข็มและทวนเข็มนาฬิกาก็ใช้เครื่องจักรเหมือนกับการขับเคลื่อนล้อของเครน คือใช้มอเตอร์ไฟฟ้า 3 เฟส 380 โวลท์ ทำงานร่วมกับชุดเฟืองทด โดยต่อเพลาไปขับกว้านให้ม้วนเก็บหรือคลายสลิง จากการทำงานของฮอยท์ดังที่กำลังกล่าวถึงนี้ ทำให้เครนเคลื่อนที่เพิ่มได้อีกสองทิศทางคือตามแนวดิ่งขึ้นลง อุปกรณ์ส่วนควบที่สำคัญของฮอยท์ซึ่งจะอธิบายเพิ่มเติมในลำดับนี้คือ rope guide, hoist break, top limit switch และ lower limit switch

• rope guide กลไกจัดเรียงสลิงบนกว้าน
• hoist brake เบรกกว้าน
• top limit switch และ lower limit switch สวิทซ์ควบคุมช่วงยกของตะขอ
• load limit switch ลิมิทสวิทซ์ควบคุมการยกโหลดเกิน
  rope guide กลไกจัดเรียงสลิงบนกว้าน-ขณะกว้าน rope dump ม้วนเก็บและคลาย สลิงจะมีอุปกรณ์จัดเรียง rope guide เป็นกลไกบังคับ ไม่ให้สลิงม้วนทับไขว่กันไปมา การม้วนทับของสลิงที่กำลังกล่าวถึงนี้ก็เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้สลิงเสียหายในลักษณะไส้แตก
  hoist brake เบรกกว้าน-เบรกกว้านจะทำงานเมื่อไม่มีสัญญาณบังคับให้ฮอยท์ยกตะขอขึ้นลง หมายถึงชุดมอเตอร์ต้นกำลังจะทำงาน เบรกไม่ให้กว้าน rope drum หมุนเคลื่อนที่ทั้งแนวตามเข็มหรือทวนเข็มนาฬิกา ตะขอยกจะถูกคงระดับและเมื่อมีสัญญาณบังคับให้ฮอยท์ยกตะขอขึ้นลง กลไกของเบรกจะถูกควบคุมให้เบรกถ่างออก กว้าน rope drum จะเก็บหรือคลายสลิงได้ ตะขอยกเคลื่อนที่ขึ้นลงได้
  top limit switch & lower limit switch-ฮอยท์จะมีลิมิทสวิทซ์ควบคุม ๒ ระดับ ลิมิทสวิทซ์ตัวล่าง (lower limit switch) จะถูกปรับตั้งให้ตะขอยกหยุดก่อนแตะพื้น ซึ่งโดยทั่วไปจะปรับตั้งที่ระยะ 30-50เซนติเมตรจากพื้นล่าง ส่วนลิมิทสวิทซ์ตัวบน (top limit switch) จะปรับตั้งเพื่อป้องกันไม่ให้ตะขอยกกระแทกกับกว้าน ซึ่งโดยทั่วไปจะปรับตั้งต่ำกว่ากว้านที่ระยะ30-50เซนติเมตร
  load limit switch ลิมิทสวิทซ์ควบคุมการยกโหลดเกิน-จะถูกปรับตามความสามารถในการยกของเครน หากโหลดเกินฯ ระบบจะควบคุมให้ฮอยท์หยุดการทำงาน ยกของยึดเกาะไว้ที่ตะขอไม่ได้
  ทรอลเลย์ trolley machinery เป็นเครื่องจักรที่ประกอบร่วมอยู่กับชุดกว้าน (hoisting machine) หน้าที่คือพากว้านเคลื่อนที่ขวางซ้ายขวาไปตามแนวสะพานเครน ดังนั้นทำให้ฮอยท์และทรอลเลย์ทำงานได้สี่ทิศทางคือขึ้นลงและซ้ายขวา
  จะเห็นได้ว่าหากเรามองในภาพรวม การทำงานของเครนซึ่งมีพื้นฐานการทำงานของชุด ฮอยท์ & ทรอลเลย์และการเคลื่อนที่ของล้อขับเคลื่อนที่บีมหัวท้าย เครนจะทำงานได้หกทิศทางคือ ซ้ายขวา หน้าหลังและขึ้นลง
  2.6. ชุดรอกและตะขอยก ระบบรอกของเครนมีทั้งแบบสองร่องและแบบหลายร่อง รอกซึ่งประกอบร่วมอยู่กับตะขอยกจะถูกแขวนไว้กับกว้านโดยสลิงหรือโซ่ การทดแรงของระบบรอกหลายร่องก็เป็นไปตามทฤษฎีของรอก หมายความว่าการผ่อนแรงจะมีค่าเท่ากับ น้ำหนักของที่ยกหารด้วยจำนวนร่องรอก
  2.7. ระบบควบคุมเครน ระบบควบคุมเครนแบ่งออกเป็นสามแบบคือ แบบห้องควบคุม แบบรีโมทคอนโทรลและแบบสวิทซ์ควบคุม (cabin control, remote or radio control, pendent control) สถานประกอบกิจการเลือกใช้แบบใดนั้น เหตุผลหลักจะขึ้นอยู่กับความเหมาะสมการใช้กับกระบวนการทำงานนั้นๆ

ตารางรุ่นรอกแต่ละแบบ
ZX08 Electric Hoist Single Girder and Douber Girder Specifications
ตารางที่ 2.1 ตารางแสดงคุณสมบัติของรองแต่ละรุ่น

3. การจำแนกวงจรการทำงานของเครนและรอก
   การออกแบบเครนและรอกให้ตรงตามประเภทให้ได้มาตรฐานสำคัญเป็นอย่างมากยิ่งเครนมีปริมาตรงานมากเท่าเ รอบการทำงานของเครนจะสูงขึ้นมากเท่านั้นและมีโอกาสเกิดการสึกหรอได้มากการสึกหรอของรอก เช่น ตลับลูกปืน เชือก มัด อุปกรณไฟฟ้า ผ้าเบรก และล้อ ของค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงก็มากตามขึ้นไปด้วย จึงต้องมีการเลือกใช้รุ่นรอกให้เหมาะต่อการใช้งานสามารถวิเคราะห์การใช้งานและได้รอกและเครนที่ออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด
   เมื่อผู้สร้างเครนคำนวณรอบการทำงานสำหรับการใช้งานตามวัตถุประสงค์ของคุณ พวกเขาจะทำโดยใช้ระบบการให้คะแนน FEM, ASME และ CMAA การจำแนกประเภท FEM ใช้เป็นหลักในยุโรปและเป็นมาตรฐานสำหรับการควบคุมการเคลื่อนที่ของรอก รถบรรทุก และสะพาน ในอเมริกาเหนือ ผู้สร้างเครนใช้การจัดประเภท ASME เพื่อกำหนดมาตรฐานรอบการทำงานสำหรับรอกและ CMAA สำหรับรอบการทำงานของรถบรรทุกและสะพาน แต่ละมาตรฐานต่อไปนี้มีไว้เพื่อเป็นคู่มือสำหรับผู้ผลิต ผู้ซื้อ หรือผู้ใช้เมื่อกำหนดวงจรการทำงาน
   2 หลักการคำนวนระยะเวลาการทำงานที่ปลอดภัย
   3.1. มาตรฐาน FEM จัดทำขึ้นโดย European Society for Material Handling และนำไปใช้กับฟังก์ชันทางกลของรอก รถบรรทุกและสะพานที่มีความจุเมตริกมาตรฐาน ตามมาตรฐาน FEM 9.511 การให้บริการรอกถูกกำหนดโดย
   1) สเปกตรัมของโหลด และ 2) เวลาการทำงานรายวันการจัดอันดับ FEM ที่เหมาะสมกับการใช้งานตามวัตถุประสงค์ของคุณมากที่สุดนั้นพิจารณาจากการระบุสเปกตรัมโหลดที่เหมาะสมก่อน เครนแบ่งออกเป็นสี่ประเภทตามลักษณะการรับน้ำหนัก: เบา ปานกลาง หนัก และหนักมาก
   เมื่อกำหนดสเปกตรัมโหลดแล้ว เวลาการทำงานรายวันที่คาดไว้ของอุปกรณ์จะคำนวณโดยใช้สมการต่อไปนี้:

การคำนวณเวลาการทำงานรายวันที่คาดหวัง
H = ระดับความสูงเฉลี่ย (ม.) T = เวลาทำงานประจำวัน (ชม.)
N = รอบการยกต่อชั่วโมง V = ความเร็วในการยก (ม./นาที)

ตารางที่ 2.2 การจำแนกประเภทการทำงานของรอก (FEM Hoist Duty Service Classification)
3.2 มาตรฐาน ASMEได้รับการพัฒนาโดย American Society of Mechanical Engineers และได้รับการอนุมัติจาก American National Standards Institute (ANSI) แม้ว่า FEM จะครอบคลุมมาตรฐานทางกลของรอก รถเข็น และสะพาน แต่ ASME จะครอบคลุมเฉพาะกลไกของรอกเท่านั้น การจัดประเภทบริการรอก ASME (H3, H4 ฯลฯ) ใช้กับรอกที่มีเครื่องหมายความจุทั่วไปของสหรัฐอเมริกา(เช่น 1 ตัน = 2000 ปอนด์ = 907 กก.) และไม่ใช้กับรอกที่มีเครื่องหมายความจุเมตริกทั่วไป (เช่น 1 เมตริก ตัน = 1,000 กก. = 2,200 ปอนด์)

รูปที่ 2.3 กราฟของรอกประเภทใช้งานเบา (Light)

รูปที่ 2.4 กราฟของรอกประเภทใช้งานปานกลาง (Medium)

รูปที่ 2.5 กราฟของรอกประเภทใช้งานหนัก (Heavy)

รูปที่ 2.6 กราฟของรอกประเภทใช้งานหนักมาก (Very Heavy)

3.2. อุปกรณ์ R&M

3.2.1.1. การจัดประเภทบริการลิฟต์ของ ASME พิจารณาจากปัจจัยหลักสามประการ:

• จำนวนการสตาร์ทสูงสุดต่อชั่วโมงกำหนดเป็นจำนวนการสตาร์ทมอเตอร์สูงสุดต่อชั่วโมงโดยกระจายเท่าๆ กันในช่วงเวลาทำงานที่กำหนด
• จำนวนนาทีการทำงานสูงสุดต่อชั่วโมงซึ่งเท่ากับจำนวนนาทีสูงสุดต่อชั่วโมง ณ รันไทม์
• โหลดจริงเฉลี่ยค่าทางทฤษฎีของโหลดเดียวที่มีผลกับอุปกรณ์เช่นเดียวกับโหลดหลายรายการในช่วงเวลาหนึ่ง
  3.2.1.2. การใช้งานทั่วไปภายในมาตรฐาน ASME คือ
  H1 = ไม่ได้ใช้งานเป็นเวลาหนึ่งถึงหกเดือน ใช้สำหรับการติดตั้งและ/หรือการบำรุงรักษา
  H2 = การบำรุงรักษาเล็กน้อย, การผลิต; โหลดความจุได้รับการจัดการไม่บ่อยนัก ค่าธรรมเนียมการกระจายแบบสุ่ม เวลาในการทำงานสั้น
  H3 = การตัดเฉือนทั่วไป โหลดแบบกระจายแบบสุ่ม ≤ 25 เปอร์เซ็นต์ เวลาทำงานทั้งหมดในรอบการทำงาน
  H4 = การขนถ่ายของหนักในปริมาณมากใกล้กับความจุที่กำหนด; โรงเก็บเหล็ก เครื่องจักร โรงหล่อ; เวลาทำงานทั้งหมด≤ 50 เปอร์เซ็นต์ในระยะเวลาการทำงาน
  H5 = การจัดการวัสดุจำนวนมากด้วยอุปกรณ์เสริม; แนวทางการดำเนินการอย่างต่อเนื่อง
  เพื่อกำหนดมาตรฐาน ASME ที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานเฉพาะ จำเป็นต้องศึกษาฉบับล่าสุดของแคตตาล็อกสิ่งพิมพ์ ASME HST-4 สำหรับรอกสลิงไฟฟ้า และ B30.16 สำหรับรอกเหนือศีรษะ แขวน และอยู่กับที่
  การเปรียบเทียบการจำแนกประเภทหน้าที่ของรอก FEM และ ASME
  3.2.1.3. มีความแตกต่างที่สำคัญสามประการที่ควรทราบระหว่างการจัดประเภทงาน FEM และ
  ASMEประการแรก FEM เป็นหนึ่งในระบบการให้คะแนนที่เข้มงวดที่สุด ซึ่งหมายความว่าหากเครนของคุณอยู่ภายใต้ FEM เครนนั้นจะอยู่ภายใต้หนึ่งในมาตรฐานสูงสุด ประการที่สอง FEM และ ASME ครอบคลุมส่วนต่าง ๆ ของเครน FEM ครอบคลุมมาตรฐานทางกลสำหรับรอก รถเข็น และสะพานในขณะที่ ASME ครอบคลุมเฉพาะรอกและอาศัยข้อกำหนด CMAA สำหรับการเคลื่อนย้ายสะพานและรถเข็น สุดท้าย ASME คำนึงถึงจำนวนการเริ่มต้นและหยุดต่อชั่วโมง
  เป็นไปได้ที่จะทำการแปลงระหว่าง FEM และ ASME โดยใช้ตารางการแปลงต่อไปนี้:
  ตารางที่ 2.3 ตารางการแปลงระหว่าง FEM และ ASME
  3.2.1.4. ใบรับรอง CSA C/US สำหรับเครนและรอกไฟฟ้า
  CSA International เป็นห้องปฏิบัติการทดสอบที่ได้รับการยอมรับในระดับประเทศ (NRTL) ซึ่งได้รับการรับรองโดยกระทรวงแรงงาน สำนักงานความปลอดภัยและอาชีวอนามัยของสหรัฐอเมริกา (OSHA) เพื่อทดสอบและรับรองผลิตภัณฑ์ ข้อกำหนด CSA ทั้งหมดสำหรับเครนเหนือศีรษะ เครนโครงสำหรับตั้งสิ่งของ โมโนเรล รอก และเครนแขนหมุนมีอยู่ใน CSA B167-16
  การรับรองระหว่างประเทศของ CSA ระบุว่ารถบรรทุกหรือสะพานเป็นไปตามมาตรการความปลอดภัยทางไฟฟ้าที่หลากหลาย และต้องได้รับการตรวจสอบติดตามผลเป็นประจำเพื่อยืนยันความสอดคล้อง การรับรอง CSA เป็นปัจจัยสำคัญเนื่องจากรับประกันการป้องกันอันตรายจากไฟฟ้าช็อตและไฟไหม้ ในแคนาดา การรับรอง CSA เป็นสิ่งจำเป็น

3 ข้อจำกัดของการติดตั้งเครนแบบคานคู่
ในส่วนของข้อจำกัด ตัว overhead แบบคานคู่จะมีน้ำหนักมากกว่าแบบเครนแบบคานเดี่ยว ทำให้โครงสร้างของโรงงานจำเป็นต้องถูกออกแบบให้แข็งแรงสามารถรองรับน้ำหนักของเครนได้ อีกทั้งโรงงานต้องถูกออกแบบรองรับขนาดความกว้างและความสูงของเครน เช่น ความกว้าง 20 เมตร ความสูงจากพื้นถึงระยะตะขอใต้คานมากกว่า 6 เมตร ด้านการทำงานจะสามารถทำงานได้ 2 จังหวะเช่นเดียวกับแบบคานเดี่ยว แต่เนื่องจากปกติเครนแบบคู่จะใช้ยกของที่มีน้ำหนักมาก โครงสร้างจึงจำเป็นต้องมีลักษณะใหญ่ เพื่อความปลอดภัยจึงควรเลือกใช้ความเร็วที่ช้ากว่าแบบคานเดี่ยว

4 การวิเคราะห์โครงสร้าง
รูปที่ 2.7 ภาพความแตกต่างของเหล็กแต่ละประเภท
การออกแบบโครงสร้างที่เหมาะต่อการใช้งานและรับน้ำหนักได้มากพอการเลือกเหล็กก็มีผลต่อโครงสร้างเป็นอย่างมาก ต้องมีขนาดที่พอดีในการรับน้ำหนักของเครนและน้ำหนักของตู้คอนเทนเนอร์ที่ต้องใช้การในการยกตลอดทั้งวันในเรื่อของการนำไปใช้ การเลือกใช้เหล็กให้เหมาะสมกับการใช้งานจำเป็นอย่างมากในการออกแบบโครงสร้าง

3.3. โครงสร้างโรงซ่อม
การออกแบบโครงสร้างที่เหมาะต่อการใช้งานและรับน้ำหนักได้มากพอการเลือกเหล็กก็มีผลต่อโครงสร้างเป็นอย่างมาก ต้องมีขนาดที่พอดีในการรับน้ำหนักของเครนและน้ำหนักของตู้คอนเทนเนอร์ที่ต้องใช้การในการยกตลอดทั้งวัน
เลือกใช้เหล็ก H-Beam มีชื่อเรียกหลากหลาย เช่น เหล็กตัวเอช เสาเอช เหล็กปีกไอ เสาบีม โดยเหล็กเอชบีม มีลักษณะหน้าตัดเป็นรูปตัวเอช (H) ขนาดความสูง และความกว้างแต่ละด้านเท่ากัน มีปีกกว้าง (Wide Flange) โดยเหล็กเอชบีม จัดเป็นเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน (Hot rolled structural steel) ทำให้เหล็กมีคุณสมบัติในการรับแรง รับน้ำหนักมากๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม มอก. 1227-2539 มีความแข็งแรง ทนทาน สะดวกแก่การนำไปใช้งาน แบ่งเป็น Grade SS400, SS490, SS540, SM400, SM490, SM520 มีความยาวให้เลือกตั้งแต่ 1 เมตร, 6 เมตร, 9 เมตร, 12 เมตร

รูปที่ 2.8 สัดส่วนของเอชบีม
ขนาดที่เลือกใช้ 500300 ตารางที่ 2.4 ตารางแสดงตัวแปรของเอชบีม Nominal Size Weight Sectional Dimension Sectional Area Moment of Inertia Radius of Gyration Modulus of Section H B T1 T2 r lx ly lx ly Zx Zy mm Kg/m mm mm mm mm mm Cm2 cm4 Cm4 cm Cm Cm3 Cm3 500300 114 482 300 11.0 15 26 145.50 60400 6760 20.4 6.82 2500 451
128.0 488 300 11.0 18 26 163.50 71000 8110 20. 7.04 2910 541
150.0 494 302 13.0 21 26 191.40 83800 9660 20.9 7.10 3390 640
การนำไปใช้งาน
เหล็กเอชบีม (H-Beam Steel) เหมาะสำหรับงานก่อสร้าง งานโครงสร้างขนาดใหญ่ สำหรับใช้ทำเสา คาน โครงหลังคา อาคาร โรงงาน บ้านพักอาศัย หรืองานโครงการขนาดใหญ่

3.4. โครงสร้างรางเครน
เลือกเหล็ก i-beam เหล็กไอบีม I-beam จะนิยมนำไปทำรางเคน Crane Girder ที่ไว้ใช้ยกของที่มีน้ำหนักมาก และเหล็กไอบีมนี้ ถูกผลิตขึ้นมากเพื่อใช้ในงานที่เฉพาะเจาะจงมากกว่า เช่น รางเลื่อนของเครนในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะความหนาของ Flange ปีกที่ยื่นออกมา ที่มาก และมีลักษระ Taper เรียวที่ปลาย ไม่เหมือนกับ H-beam ที่มีความหนาของ Flange เท่ากันตลอด ส่งผลให้โดยทั่วไป I-beam จะสามารถรับแรงกระแทกได้ดี แต่ก็จะมีน้ำหนักที่มากกว่า เอชบีม H-Beam ในขณะที่หน้าตัดเท่ากัน เช่น
H 300x150x6.5x9mm. นน. 36.7 กก./ม.
I 300x150x8x13mm. นน. 48.3 กก./ม.
ซึ่งจะเห็นได้ว่า I-Beam มีน้ำหนักมากกว่าถึง 32% 2 ด้านลักษณะรูปร่าง จุดแตกต่างของเหล็กทั้ง 2 หน้าตัด คือ ปีก Flange ทั้งบนและล่างของเหล็ก H-beam จะเป็นแผ่นเรียบหนาเท่ากันตลอด ส่วนของเหล็กไอบีม I-beam ทั้งปีกบนและล่างจะเป็นแผ่นเอียง หรือ Taper Flange ซึ่งขนาดหน้าตัดเหล็กที่เท่ากัน I-beam จะมีน้ำหนักต่อเมตรสูงกว่า H-beam เนื่องจากเหล็ก I-beam จะมีความหนาของเหล็กมากกว่าเพื่อรองรับแรงกระแทกและการเคลื่อนที่จากรางเครน

รูปที่ 2.9 สัดส่วนของไอบีม

Nominal Size
HB Sectional Dimension Sectional Area Weight Moment of Inertia Radius of Gyration Modulus of Section T1 T2 R1 R2 lx ly lx ly Zx Zy mm mm mm mm mm cm2 kg/m cm4 Cm4 cm Cm Cm3 Cm3 250125 7.5 12.5 12 6.0 4.79 38.3 5180 337 10.30 2.63 414 10.0
10.0 19.0 21 10.5 70.73 55.5 7310 538 10.20 2.76 585 53.9
ขนาดที่เลือกใช้ 250*150
ตารางที่ 2.5 ตารางแสดงตัวแปรของไอบีม

5.การคำนวณการโก่งตัวของคาน
วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เป็นวิธีเชิงตัวเลขวิธีหนึ่งที่ใช้สำหรับแก้สมการเชิงอนุพันธ์และเป็นวิธีที่นิยมใช้วิเคราะห์ปัญหาทางด้านวิศวกรรมศาสตร์อย่างกว้างขวางซึ่งสามารถใช้วิเคราะห์ปัญหาด้ากลศาสตร์ ของแข็งเช่น วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงรูปร่างและความเค้นในชิ้นส่วนของเครื่องจักรกล โครงสร้างเครื่องบิน ตัวอาคาร สะพาน และ โครงสร้างอื่นๆ ที่ซับซ้อนได้เป็นอย่างดีไม่ว่าวัสดุที่ ใช้ในการวิเคราะห์จะอยู่ในสภาพยืดหยุ่น (Elastie) หรือในสภาพยืคตัว (Plastic)นอกจากจะ ใช้วิซีไฟไนค์เอลิเมนต์วิเคราะห์ปัญหาทางด้านสถิตศาสตร์ตามที่กล่าวมาแล้ว ยังสามารถจะใช้วิธีวิเคราะห์ปัญหาทางด้านพลศาสตร์ เช่น การสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลการสั่นสะเทือนของโครงสร้างรวมทั้งยังสามารถใช้วิเคราะห์ปัญหาด้านการถ่ายเทความร้อนการไหลของของไหล การถ่ายเทมวล เป็นต้นในการวิเคราะห์โครงสร้างหรือชิ้นส่วนเครื่องจักรกลทั่วๆ ไปกี่ไม่ชับซ้อน เราจะสามารถหาสมการความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งที่ต้องการทราบ เช่น การกระจัดที่ตำแหน่งใดๆ ของชิ้นส่วนโดยอาศัยสมการเชิงอนุพันธ์ และผลเฉลขที่ได้รับจะเรียกว่าผลเฉลยแม่นตรง (Exact Solution) แต่มีชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและ โครงสร้างจำนวนมากที่มีรูปลักษณะที่ซับซ้อนที่ประกอบด้วยส่วนเว้าส่วนโค้งต่างๆ ทำให้พื้นที่หน้าตัดของชิ้นส่วนไม่สม่ำเสมอ และบางบริเวณอาจจะมีการเปลี่ยนแปลงของโหลดอย่างฉับพลัน หรือ ใช้วัสดุต่างชนิดกันเหล่านี้เป็นต้น จึงมีผลทำให้ไม่สามารถจะหาผลเฉลยแม่นตรงจากสมการอนุพันธ์สามัญ (Ordinary Differential Equations) หรือสมการอนุพันธ์ย่อย (Partial Difierential Equations) ได้ กะนั้นจึงจำเป็นต้องหาวิธีอื่น เช่น วิธีไฟไนด์เอลิมนต์ ที่สามารถจะประมาณค่าผลเฉลขโดขการแก้ระบบสมการเชิงพืชคณิตแทนการแก้สมการเชิงอนุพันธ์ การแก้ปัญหาโดขวิธีไฟไนด์เอลิเมนต์ดังกล่าว ชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของปัญหาจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ อย่างต่อเนื่อง ตามรูปร่างลักษณะที่แท้จริงของชิ้นส่วน เช่นภาพที่6 เราเรียกชิ้นส่วนย่อยๆนี้ว่า เอลิเมนต์ ผลเฉลยที่ใด้รับจะเป็นผลเฉลยที่จุดต่อ (Node) ของแต่ละเอลิเมนต์ การวิเคราะห์ปัญหาโดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ เราจะ ไม่วิเคราะห์ปัญห าทีเดียวทั้งระบบเช่นวิธี ทั่วๆไป แต่เราจะวิเคราะห์หาค่าทีละเอลิเมนต์แล้วนำมารวมเข้ากันเป็นผลเฉลยของระบบ
3.5. สมการไฟไนต์เอลิเมนต์
เพื่อให้เกิดความเข้าใจเบื้องต้นในการประดิษฐ์สมการไฟไนด์เอลิเมนต์สำหรับคาน เราจะคำนึงถึงการโก่งตัว ฬ(x) ในทิศแกน 2 ดังแสดงในรูปเท่านั้น สมการไฟไนต์เอลิเมนต์สามารถประดิษฐ์ได้โดยตรงจากสมการเชิงอนุพันธ์ที่แสดงความสมดุลของแรงจากการโก่งตัวในคานด้วยการ ใช้วิธีถ่วงน้ำหนักเศษตกค้าง (method of weighted residuals)การประดิษฐ์สมการไฟไนต์เอลิเมนต์มีความชับซ้อนอยู่บ้างเพราะสมการเชิงอนุพันธ์นั้นอยู่ในรูปแบบของคำอนุพันธ์อันดับสี่รายละเอียดของการประดิษฐ์สมการไฟไนต์เอลิเมนต์ของคานสามารถศึกษาได้จากหนังสือ “ไฟไนต์เอลิเมนต์ในงานวิศวกรรม” ซึ่งแต่งโดยผู้เขียนเช่นกันสมการไฟไนต์เอลิมนต์ที่เกิดขึ้นเขียนอยู่ในรูปแบบของเมทริกซ์ได้ คือ
[K]{ δ} = {F}
โคย [k] เรียกว่าเมทริกซ์ความแข็งเกร็ง (stifiess matrix); (8) เป็นเมทริกซ์แนวตั้ง(column matrix) ที่มักเรียกกันว่าเป็นเวกเตอร์ (vector) ซึ่งบรรจุตัวไม่รู้ค่าที่จุดต่ออันประกอบไปด้วยค่าการโก่งตัว (deflection) และค่าความชัน (slope) ของการโก่งตัวหรือมุมที่เปลี่ยนไปนั่นเอง ส่วน (F; เป็นเมทริกซ์แนวตั้งหรือเวกเตอร์ที่บรรจุค่าของแรงและโมเมนต์(moment )ที่จุดต่อ ขนาดและรายละเอียดภายในเมทริกซ์เหล่านี้ขึ่นอยู่กับชนิดของเอลิเมนต์ที่เลือกใช้
3.5.1. ชนิดของเอลิเมนต์

รูปที่ 2.10 ตัวอย่างคานอย่างง่าย

โดย F และ E แทนแรงในแนวดิ่งที่จุดต่อ 1 และ 2 ส่วน M, และ M2 แทนค่าโมเมนต์ที่จุดต่อ 1 และ 2 ตามลำคับ เวกเตอร์ค้านขวาสุดของสมการประกอบด้วยแรงและโมเมนต์อันเนื่องจากแรงแบบกระจาย P ที่คงตัว (constant) ตลอดความยาวของเอลิเมนต์นั้นสมการไฟในต์เอลิเมนต์ข้างต้นนี้สามารถนำไปใช้ในการคำนวณเพื่อหาค่าการโก่งตัวและมุมโก่งงอของคาน หากโครงสร้างประกอบไปด้วยเอลิเมนต์จำนวนน้อย เราก็สามารถแก้ปัญหาด้วยเครื่องคิดเลขได้ แต่หากปัญหาประกอบไปด้วยเอลิเมนต์เป็นจำนวนมาก เราต้องประดิษฐ์โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อแก้ปัญหาให้ โดยเฉพาะเมื่อเป็นปัญหาโครงสร้าง ใน 3 มิติ ไฟไนต์เอลิเมนต์เมทริกซ์ต่าง ๆ คังแสดงข้างต้นซึ่งถูกประดิษฐ์ขึ้นใน 1 มิติจำเป็นต้องถูกแปลง (transformation) ให้ไปเป็น 3 มิติ ทำให้มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีจำนวนตัวไม่รู้ค่า(unknowns) มากขึ้น ในกรณีเช่นนี้ การใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

บทที่ 3 ขั้นตอนวิธีการดำเนินงาน

ในการวิเคราะห์การออกแบบสะพานเครน(Bridge crane ) เพื่อให้ใช้งานได้จริงในการทำงานหรือการประเมินประสิทธิภาพ โดยมีการพัฒนาปรับปรุงการเลือกใช้วัสดุที่สามารถเหมาะกับการใช้งานเป็นเวลานาน โดยใช้โปรแกรม SOLIDWORKS ในการวิเคราะห์ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง
โดยคณะผู้ดำเนินโครงงารได้ศึกษาและประเมินความสามารถในการรับแรงของคานโดยการใช้ซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS เพื่อวิเคราห์ปัญหาโครงสร้างซึ่งประกอบด้วยเอลิเมนต์คานเพื่อหาค่าการโก่งตัวและมุงโก่งงอของคาน โครงสร้างทั่วไปประกอบด้วยคาน (beam) มีหน้าตัด (cross section) แตกต่างกัน หน้าตัดอาจเป็นรูปตัวไอ หรือเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าหน้าตัดที่ต่างกันจะมีค่าโมเมนต์ความเฉื่อยที่แตกต่างกันมีค่าโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ (moment of inertia of area)แตกต่างกันไปด้วย ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงสู่ความแข็งแรงของโครงสร้าง โดยทางผู้จัดทำวิเคราะห์ชิ้นงานอยู่ในช่วงที่สามารถนำไปใช้งานได้จริงโดยใช้ SOLIDWORKS ในการวิเคราะห์ดังแสดงในขั้นตอน 3.1
3.1 หลักการออกแบบสะพานเครน
จากการศึกษาข้อมูลการออกแบบสะพานเครน โดยผู้ประกอบการได้กำหนดพื้นที่การสร้างลานซ้อมตู้คอนเทรนเนอร์โดยมีการใช้ระบบเครนเหนือศีรษะ มีความกว้างของพื้นที่จากการวัดจริง 53 เมตร มีความยาวของพื้นที่จากการวัดจริง 84 เมตร โดยคณะผู้ดำเนินโครงงานได้กำหนดพื้นการทำงานของระบบเครนจำนวน 2 ตัว

รูปที่ 3.1 พื้นที่ที่ใช้การออกแบบระบบเครน กว้าง 51 เมตร ยาว 81 เมตร
3.1.1 การออกแบบโดยการกำหนดค่าที่สำคัญ
กำหนดค่าในการคำนวณมีดังนี้

• ระยะความกว้างของเครนจากศูนย์กลาง Runway ด้านหนึ่งถึงอีกด้านหนึ่ง (Span of girder) เท่ากับ 23 เมตร
• ช่วงของคานรางเครน (Span of crane track girder) เท่ากับ 9 เมตร
• แกนของรองไฟฟ้าสามารถอยู่ที่ 0.90 ม. จากจุดศูนย์กลาง ของรางเครน
• ระยะห่างระหว่างล้อของคานเครน (Distance between wheels of crane girder) เท่ากับ 2.4 เมตร
• ภาระน้ำหนักของเครนที่ต้อง เท่ากับ 10 ตัน

รูปที่ 3.2 ภาพแสดงตำแหน่งต่างๆของเครน
(ก) เปิดซอฟต์แวร์ Solid Works และสร้างรูปร่างของชิ้นงาน
ใช้โปรแกรม Solid Works เพื่อหาแผนภูมิของแรงเฉือน(shear diagram)แผ่นภูมิของโมเมนต์(moment diagram)การเสียรูปและความเค้นที่เกิดขึ้นในคาน

รูปที่ 3.3 ภาพของชิ้นงาน
ㆍเปิดซอฟต์แวร์ Solid Works เลือกไอคอนรูป File ที่เมนูแถวบนแล้วคลิก New
ㆍ ในหน้าต่าง New SOLIDWORKS Document เลือก Part แล้วคลิก OK ซอฟต์แวร์จะเปิดพื้นที่คำสั่งจัดการ (Command manager area) เป็นแถบใหญ่ตอนบนหน้าต่างขั้นตอนการออกแบบจัดการ (Feature manager design tree) ทางด้านซ้ายและพื้นที่ทำงาน (Working area) ขนาดใหญ่กลางหน้าขึ้นมา
ㆍที่แถบบอกสถานะ (Status bar) ทางตอนล่างขวา คลิกเลือกหน่วย MKS (meter,kilogram, second)
ㆍคลิก Sketch ที่แถบแนวนอนสีเทาเข้ม แล้วเลือกป้าย Sketch ที่แถบใหญ่ค้านซ้ายบนจะปรากฎระนาบใน 3 ทิศทางบนพื้นที่การวาค จากนั้นคลิกที่ Front Plane
ㆍคลิกป้าย Smart Dimension ในแถบใหญ่ค้านบน คลิกที่เส้นในแนวนอนนี้ค้างไว้จะปรากฏตัวเลขของความยาวขึ้น จากนั้นลากลงมาพอประมาณ ปล่อยเมาส์แล้วคลิกซ้ำอีกครั้ง คลิกที่ตัวเลขพิมพ์แก้ขนาดความยาวเป็น 23 แล้วกด Enter
ㆍวาดพื้นที่หน้าตัดของชิ้นงานที่ต้องการแล้วคลิก Extruded boss/base เพื่อใช้ชิ้นงานยืดออกเป็นรูปแบบ 3D
ㆍจากนั้นคลิก Mirror Entities ชิ้นงานระยะหากของชิ้นงานอยู่ที่ 1.265 ม.
(ข) การวิเคราะห์ปัญหาและการกำหนดคุณสมบัติของวัสดุ
Simulation ที่แถบแนวนอนสีเทาเข้ม แล้วเลือก New Study ใต้ป้าย Study Advisor ในแถบใหญ่ด้านซ้ายบน
ㆍเลือกชนิดของการวิเคราะห์ภายใต้ Type ให้เป็น Static สังเกตุว่าชื่อ Static 1 ปรากฎขึ้นใต้ช่อง Name แล้วคลิก
ㆍ จากนั้นกำหนดสมบัติวัสดุโดยคลิกที่ป้าย Apply Material ในแถบใหญ่ตอนบน
แล้วเลือก S275JR และ S355JR คลิก Apply ตามด้วย Close จะสังเกตุเห็นคำว่า DIN Steel(Structural)
ปรากฎขึ้นตอนท้ายในแถวของ SolidBody

รูปที่ 3.4 Materialของชิ้นงาน
(ค)การสร้างเมช
ㆍเงื่อนไขขอบเขตที่ปลายจุดต่อของ Beam element ในทางทฤษฏีอาจเป็นแบบตรึงแนน(Fixed)
ㆍเริ่มจาก joint ที่ปลายโดยเลือก Fixtures Advisor ตามด้วย Fixed Geometry

รูปที่ 3.5 ภาพตัวอย่างการเลือกFixtures Advisor
ㆍเนื่องจาก joint ทั้งสี่นี้ตรึงแน่นไม่สามารถเคลื่อนตัวไปในทิศทางใดๆ หรือ หมุนรอบแกนใดๆ ดังนั้นเราจึงเลือกใช้ Fixed Gremetry
ㆍที่ joint เราจะใส่แรงกระทำที่เคลื่อนตัวได้ในทิศแกน Z เพราะเป็นปัญหาสองมิติ เราดำเนินการโดยคลิกที่ Fixtures Advisor แล้วเลือก Fixed Gremetry
ㆍ จากนั้นเลือกใช้ขอบเขตแรงที่ joint โดยเลือก External loads Advisor แถบใหญ่ด้านบนตามด้วย Force 70000 N
ㆍจากนั้นทำการสร้างเมชโดยเลือก Run this Study ตามด้วย Create Mest จะพบว่ามีเอลิเมนต์เกิดขึ้นเป็นจำนวนมากตลอดความยาวเครน

รูปที่ 3.6 ตัวอย่าง Create Mesh
(ง)การหาผลลัพธ์และการแสดงผล
รูปที่ 3.7 ค่าความเค้น

ㆍคลิกที่ Run this Study ที่แถบใหญ่ตอนบน ระบบจะดำเนินการแก้ปัญหา
ㆍคลิก Stress 1 ลักษณะการกระจายของค่าความเค้นได้ดังรูป
ㆍคลิกที่ Displacement ลักษณะการเสียรูปจะแสดงดังรูป

รูปที่ 3.8 ลักษณะการเสียรูป
(จ)การประเมินอายุจากความล้า
ㆍคลิก Simulation ที่แถบแนวนอนสีเทาเข้ม แล้วเลือก New Study ใต้ป้าย Study Advisor ในแถบใหญ่ด้านซ้ายบน
ㆍเลือกชนิดของการวิเคราะห์ภายใต้ Type ให้เป็น Fatigue แล้วคลิก จะพบว่าชื่อ Fatigue 1 ปรากฏเพิ่มขึ้นในหน้าต่างด้านซ้าย

รูปที่ 3.9 Fatigue 1ปรากฏเพิ่มขึ้นในหน้าต่างด้านซ้าย
ㆍคลิกขวาที่แถบ Fatigue 1 แล้วเลือก Properties… หน้ต่าง Fatigue – Constant Amplitude จะปรากฎขึ้น เลือก Options ที่เหมาะสม แล้วคลิก OK

รูปที่ 3.10 option
ㆍคลิกแถง Part1 สองครั้ง แถu Shell-1 จะปรากฎขึ้น จากนั้นคลิกขวาที่แถบ Shel-1เลือก Apply/Edit Fatigue Data หน้าต่าง Material ใหม่เพื่อการกำหนด SN Curves จะปรากฎขึ้น หากไม่มีข้อมูล SN Curve ให้คลิกปุ่ม Derive from material Elastic Modulus: ตามด้วยปุ่ม Based on ASME … จากนั้นคลิกApply แล้วตามด้วย Close

รูปที่ 3.11 Material(Fatigue SN Curves)
ㆍ คลิกขวาที่แถบ Loading ตามด้วย Add Event… หน้าต่าง Add Event จะปรากฎ
ขึ้นทางค้านซ้าย กรอกค่า Cycles และเลือก Loading Type ที่เหมาะสม แล้วคลิก

รูปที่ 3.12 หน้าต่างเลือก load
ㆍคลิกป้าย Run This Study ในแถบใหญ่ค้านซ้ายบนซอฟต์แวร์จะแก้ปัญหาจนเสร็จสิ้นแล้วพล็อตค่า Damage Percentage ซึ่งบ่งชี้ค่าร้อยละของความเสียหาย ดังแสดงในรูป

รูปที่ 3.13 ค่าร้อยละของความเสียหาย
ㆍคลิกที่แถบ Result2 อายุในรูปแบบของจำนวนรอบ (cycles) จะปรากฏขึ้น

รูปที่ 3.14 อายุในรูปแบบของจำนวนรอบ

รายละเอียดของงาน ระยะเวลา
ก.ค.-65 ส.ค.-65 ก.ย.-65 ต.ค.-65 พ.ย.-65 ธ.ค.-65 ม.ค.-66 ก.พ.-66 มี.ค.-66
การเตรียมโครงงาน
1.เลือกหัวข้อโครงงาน
2.ทำความเข้าใจหัวข้อโครงงาน
3.รวบรวมข้อมูลการทำงานของโรงงาน
4.วางแผนการดำเนินงาน
การดำเนินงาน
5.ศึกษาทฤษฎีและหลักการทำงานของเครนและโครงสร้าง
6.ศึกษาและทดลองวัสดุที่ใช้ทำเครน
7.ศึกษาแรงกดที่รับได้ของเครน
8.วิเคราะห์ผลลัพธ์
9.สรุปและอภิปรายผล
10.จัดทำรูปเล่ม
ภาพรวมแผนการทำงาน

บทที่ 4 ผลการทดลองและการวิเคราะห์ผล

บทนี้เป็นการนำเสนอผลการทดสอบผ่านโปรแกรม SOLIDWORKS ที่ได้ดำเนินตามบทที่ 3 ซึ่งการทดสอบนี้เป็นการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างเครนด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ค่าผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์จะอยู่ในรูปของตัวเลข ในการวิเคราะห์ปัญหาทางด้านของแข็งค่าผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นค่าจุดต่อของเอลิเมนต์นั้นๆ ซึ่งสามารถนำมาวิเคราะห์เป็นค่าความเครียด ค่าความเค้นได้ ซึ่งจะพิจารณาค่าความเค้นของแบบจำลองตามทฤษฎีพลังงานของการเปลี่ยนรูปสูงสุด หรือทฤษฎีความเสียหายของวอนมิสเซสในการวิเคราะห์ค่าความเค้นเพื่อพิจารณาจุดที่เกิดควายเสียหาย และแสดงผลในรูปของแถบสีเพื่อให้ง่ายตัวการวิเคราะห์ และในส่วนผลการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างเครนจะแสดงค่าความเค้น ความเครียดและการเสียรูปที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างเครน และบริเวณที่เกิดความเค้นสูงสุดเพื่อพิจารณาความเสียหาย
4.1 ความล้าและการประเมินอายุ
4.1.1 ความรู้พื้นฐาน
ความเสียหายของชิ้นส่วนหรือโครงสร้างในงานทางปฏิบัติติมักเกิดจากความล้า(Fatigue Failure) ทั้งๆ ที่ความเค้นที่เกิดขึ้นนั้นอาจต่ำกว่าความเค้นคราก (Yield Stress) หรือค่าความเค้นแตกหัก (Ultimate Stress) อยู่มาก ชิ้นงานหรือโครงสร้าง อาจถูกแรงกระทำแบบซ้ำไปซ้ำมา (Cyclic loading) ทำให้ความเค้นที่เกิดขึ้นสลับขึ้นลง (Cyclic Stress) อยู่ตลอดเวลา ดังแสดงในรูป 4.1 โดย σmax แทนค่าความเค้นสูงสุด (Maximum Stress), σmin แทนค่าความเค้นต่ำสุด (Minimum Stress), σm แทนค่าความเต้นเฉลี่ย (Mean Stress), σa แทนค่าความเค้นสลับ (Alternating Stress)

รูปที่ 4.1 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง stress กับ cycles
ปรากฎการณ์ข้างต้นนี้นำมาสู่ความล้าทำให้งานหรือโครงสร้างเสียหายได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง วิธีการประเมินอายุของชิ้นงานหรือโครงสร้างจึงเริ่มจากการนำข้อมูลซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าความเค้นและจำนวนรอบของแรงที่กระทำสลับไปมาบนชิ้นงานทอสอบ(Test Specimen) เมื่อเกิดความเสียหายมาพล็อตขึ้นเป็น S-N curve แสดงดังรูป 4.2

รูปที่ 4.2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าความเค้นและจำนวนรอบของแรงที่กระทำสลับไปมาบนชิ้นงาน

4.1.2 การหาผลลัพธ์ และการแสดงผล

รูปที่ 4.3 การแสดงผลลัพธ์การเสียรูป จากการใช้เหล็ก S275JR

รูปที่ 4.4 การแสดงผลลัพธ์การเสียรูป จากการใช้เหล็ก S355JR

4.1.3 การประเมินอายุจากความล้า

รูปที่ 4.5 ค่าร้อยละความเสียหายหากเลือกใช้ S355JR

รูปที่ 4.6 ค่าร้อยละความเสียหายหากเลือกใช้ 275JR

รูปที่ 4.7 S-N curve S355JR

รูปที่ 4.8 S-N curve S275JR
4.2 ผลการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างเครน
ในหัวนี้จะกล่าวถึงผลที่จากการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างเครนด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์(Finite element analysis) ผลลัพธ์ที่ได้อยู่ในรูปแบบของตัวเลข ประกอบไปด้วยค่าความเค้น ความเครียด และการเสียรูปของโครงสร้าง
4.2.1 ผลของค่าความเค้นของโครงสร้างโดยใช้ S275JR และ S355JR
จากผลวิเคราะห์เชิงตัวเลข จะแสดงในรูปค่าความเค้น โดยจะวิเคราะห์ค่าความเค้นเป็นค่าความเค้นวอนมิสเซส(von Mises) ซึ่งค่าความเค้นวอนมิสเซสของโครงสร้างมีจุดที่เกิดความเสียหายดังแสดงในรูปที่ 4.6 และรูปที่ 4.7

รูปที่ 4.9 การแสดงโก่งงอของวัสดุ S275JR เมื่อใส่แรง 70 kn

รูปที่ 4.10 การแสดงโก่งงอของวัสดุ S355JR เมื่อใส่แรง 70 kN
ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ค่าความเค้นวอนมิสเซสที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างเครนที่ใช้ S275JR,S355JR สูงสุดเท่ากับ 244 MPa และ 244MPa ที่บริเวณส่วนปลายของสะพานเครน ซึ่งเป็นค่าที่น้อยกว่าความเค้นครากของวัสดุ ทำให้โครงสร้างไม่เสียรุปอย่างถาวร ความเค้นที่เกิดกับโครงสร้างบริเวณส่วนปลายของสะพานเครนเป็นผลมาจากโมเมนต์ที่กระทำกับบริเวณรับน้ำหนักของสะพานเครน
4.2.2 ผลของค่าความเครียดของโครงสร้างโดยใช้ S275JR และ S355JR
ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์เชิงตัวเลขเมื่อนำมาคำนวณเป็นค่าความเครียด จะได้บริเวณที่เกิดความเครียด ซึ่งจะแสดงเป็นแถบสี ค่าความเครียดและบริเวณที่มีการกระจุกตัวของพลังงานความเครียด เป็นบริเวณที่อาจจะเกิดความเสียหาย ค่าความเครียดของโครงสร้างที่ใช้ S355JR และ S275JR แสดงในรูปที่ 4.7 และรูปที่ 4.8

รูปที่ 4.11 ค่าความเครียดของโครงสร้างโดยใช้ S355JR

รูปที่ 4.12 ค่าความเครียดของโครงสร้างโดยใช้ S275JR

4.3 การทดสอบสะพานเครนทั้งหมด 6 จุด โดยใช้ simulation โดยใช้ solidworks

รูปที่ 4.13 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 1

รูปที่ 4.14 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 1

รูปที่ 4.15 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 1

รูปที่ 4.16 ความแสดงความเครียด ณ จุดที่ 1

รูปที่ 4.17 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 2

รูปที่ 4.18 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 2

รูปที่ 4.19 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 2

Name Type Min Max
Strain1 ESTRN: Equivalent Strain 9.802e-08
Element: 198863 1.252e-03
Element: 5987

part crane V.2-Brigde crane-Strain-Strain1

รูปที่ 4.20 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 2

รูปที่ 4.21 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 3

รูปที่ 4.22 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 3

รูปที่ 4.23 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 3

รูปที่ 4.24 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 3

รูปที่ 4.25 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 4

รูปที่ 4.26 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 4

รูปที่ 4.27 ภาพแสดงการกระจัด จุดที่ 4

รูปที่ 4.28 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 4

รูปที่ 4.29 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 5

รูปที่ 4.30 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 5

รูปที่ 4.31 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 5

รูปที่ 4.32 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 5

รูปที่ 4.33 ภาพแสดงตำแหน่งการกระทำของแรงที่จุดที่ 6

รูปที่ 4.34 ภาพแสดงความเค้น ณ จุดที่ 6

รูปที่ 4.35 ภาพแสดงการกระจัด ณ จุดที่ 6

รูปที่ 4.36 ภาพแสดงความเครียด ณ จุดที่ 6

บทที่5 สรุปผลและข้อเสนอแนะ

5.1 บทสรุป
จากการจัดทำโครงงานการออกแบบโรงซ่อมและระบบเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์ ผู้จัดทำได้เริ่มจากสำรวจพื้นที่และได้รับข้อมูลต่างๆจากผู้ประกอบการและผู้จัดทำโครงงานได้กำหนดค่าที่สำคัญในการนำไปเปรียบเทียบเพื่อหาเครนและรอกไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียยงกับค่าที่กำหนด นำแบบชิ้นงานเครนที่เลือกไปวิเคราะห์ข้อมูลในโปรแกรม SOLIDWORKS สามารถสรุปเป็นส่วนต่างๆของโครงงานได้ดังนี้
5.1.1 สามารถวิเคราะห์เลือกเครนและรอกไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับงานที่ออกแบบ โดยประสิทธิภาพของเครน มีความกว้างจากศูนย์กลาง Runway เท่ากับ 23เมตร ช่วงรางเครน เท่ากับ 9 เมตร ระยะระหว่างล้อของคานเครน เท่ากับ 2.4 เมตร และประสิทธิภาพของรอกไฟฟ้า มีความสูงจากแกนกลางของรอกที่จุดศูนย์กลางเครน เท่ากับ 8 เมตร สามารถรับน้ำหนักได้ เท่ากับ 10 ตัน ความเร็ว 5.5/1.4 เมตรต่อนาที กำลังมอเตอร์ 13/3.2 กิโลวัตต์ โซ่ของรอกไฟฟ้ามีเส้นผ่านศูนยย์กลาง เท่ากับ 13 มิลลิเมตร การทบรอบ เท่ากับ 4 : 1 ซึ่งมีความเหมาะสมกับการทำงานที่ออกแบบ
5.1.2 เครนที่ผู้จัดทำโครงงานเลือกมาใช้ในการออกแบบเมื่อวิเคราะห์ค่าต่างๆในโปรแกรม SOLIDWORKS แล้วทำให้ทราบว่ามีประสิทธิภาพเหมาะสมกับระบบการทำงานที่ได้ออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์
จากผลการวิเคราะห์ข้อมูลโดยโปรแกรม SOLIDWORKS เพื่อทำการวิเคราะห์แรงที่กระทำกับเครนที่ผู้จัดทำโครงงานเลือกมาใช้ในการออกแบบ โดยดูความเสียหายของชิ้นส่วนหรือโครงสร้างในงาน ดูที่ความเค้นที่เกิดขึ้น นำค่าแรงที่กระทำกับโครงสร้างของเครนใส่วิเคราะห์ในโปรแกรม SOLIDWORKS ด้วยวิธี ไฟท์ไนท์เอลิเมนต์ เท่ากับ 70,000 กิโลนิวตัน จะได้ค่าความเค้น ให้เป็นความเค้นวอนมิสเซส ที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างส่วนปลายของสะพานเครนจากวัสดุที่เลือกใช้ จะได้ค่าสูงสุดออกมาแล้วเปรียบเทียบกับความเค้นครากของวัสดุซึ่งค่าที่ได้ทำให้วัสดุไม่เสียรูปถาวร และได้ดูผลทดสอบค่าความเค้น ความเครียด การกระจัด ตำแหน่งการกระทำของแรง ในแต่ล่ะจุดของโครงสร้างเครน แบ่งเป็น 6 จุด ตลอดทั้งโครงสร้างของเครน เพื่อดูว่ามีความเหมาะสมกับการออกแบบ

5.2 ปัญหาที่พบ
5.2.1 การหาข้อมูลของเครนและรอกไฟฟ้าที่นำมาวิเคราะห์เพื่อเปรียบเทียบความเหมาะสมกับการออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์และสามารถยกเคลื่อนย้ายตู้คอนเทนเนอร์เปล่าที่โดยปกติจะใช้รถโฟล์คลิฟท์ในการยกตู้คอนเทนเนอร์เปล่า ทำให้เกิดความช้าในการทำงานและออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์
5.2.2 การวิเคราะห์ข้อมูลในโปรแกรม SOLIDWORKS เนื่องจากข้อมูลมาตรฐานของเหล็กที่มีขายในประเทศไทย อย่าง SS400 กับ SM520 ไม่มีในฐานข้อมูลของMaterialในโปรแกรม SOLIDWORKS ทำให้เกิดปัญหาในการเลือกใช้ข้อมูลเพื่อนำมาวิเคราะห์
5.2.3 ความคลาดเคลื่อนของข้อมูลที่นำมาใช้ในการวิเคราะห์และข้อมูลที่ใช้ออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์
5.3 แนวทางการแก้ไข
5.3.1 ทางผู้จัดทำโครงงานได้แบ่งกันหาข้อมูลและสอบถามผู้มีความรู้เกี่ยวกับเครน เพื่อช่วยในการเลือกเครนมาใช้ในการวิเคราะห์ประสิทธิภาพที่เหมาะสมกับการออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์
5.3.2 ผู้จัดทำโครงงานต้องนำข้อมูลมาตรฐานของเหล็กในประเทศไทยที่เลือกใช้งานในการออกแบบมาเปรียบเทียบกับมาตรฐานข้อมูลของMaterialใน SOLIDWORKS เพื่อเลือกMaterialที่เหมาะสมมาใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลในการออกแบบ ได้เป็น DIN Steel S275JR กับ DIN Steel S355JR
5.3.3 ผู้จัดทำโครงงานได้นำค่าข้อมูลไปวิเคราะห์โดยที่ทำให้ค่าขเอมูลนั้นใกล้เคียงกันมากที่สุด
5.4 แนวทางการพัฒนาต่อ
5.4.1 สามารถศึกษาและนำเทคโนโลยีระบบกลไกอัตโนมัติมาปรับใช้กับการออกแบบโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์ในอนาคต เพื่อสร้างโรงงานซ่อมตู้คอนเทนเนอร์ที่มีระบบกลไกสะดวกและรวดเร็วในการทำงานซ่อมบำรุงตู้คอนเทนเนอร์มากขึ้น

บรรณานุกรม

1. ปราโมทย์ เดชะอำไพ, เสฏฐวรรธ สุจริตภวัตสกุล. การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ด้วยโซลิดเวิร์กส์ (FINITE ELEMENT ANALYSIS WITH SOLIDWORKS). บริษัท บุญกุลการพิมพ์ จำกัด.
2. นายช่างมาแชร์, ปั้นจั่นเหนือศรีษะ, https://naichangmashare.com/2022/07/19/crane-ep-3-overhead-crane/
3. Siva Sitthipong, Chaiyoot Meengam, Suppachai Chainarong, Prawit Towatana, Design Analysis of Overhead Crane for Maintenance Workshop, https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2018/66/matecconf_icmmpm2018_02003.pdf
4. K B Sushma, Ankur Malviya, STUDY & DESIGN ANALYSIS ON GIRDER OF EOT CRANE, http://ijariie.com/AdminUploadPdf/STUDY___DESIGN_ANALYSIS_ON_GIRDER_OF_EOT_CRANE_IJARIIE6786.pdf
5. iEnergyGuru, Overhead Crane, https://ienergyguru.com/2015/09/overhead-crane/
6. R&M Materials Handling, CRANE AND HOIST DUTY CYCLE CLASSIFICATION, https://rmhoist.com/about-us/blog/duty-cycle-classification#:~:text=Cranes%20are%20split%20into%20four,medium%2C%20heavy%20and%20very%20heavy.
7. Kenancranes, EOT Crane Work Duty, http://th.bridgecranemanufacturer.com/info/eot-crane-work-duty-34263531.html
8. Street, ZX8 SERIES HOIST UNIT HOIST FRAME ASSEMBLY, https://image.makewebeasy.net/makeweb/0/WGH5HRCgQ/Document/zx8.pdf
   ZX084 PARALLEL CRAB CE DATA SHEET (movitecnica.cl)

ภาคผนวก

รูปส่วนประกอบต่างๆของ Overhead Crane

ส่วนประกอบต่างๆของ Overhead crane

การอนุรักษ์พลังงานของ เครื่องยกของหรือเครน
1) การลดความสูญเสียเชิงกล
ประสิทธิภาพของชุดเกียร์ความต้านทานการเลื่อนรถ Trolley และคานจะมีผลต่อกําลังขาออกของมอเตอร์ ดังนั้น จึงควรบํารุงรักษาชุดเกียร์และแบริ่งเป็นประจํา
2) การเลือกขนาดของมอเตอร์
ความเร็วกว้าน ความเร็วในการเลื่อนรถ Trolley และคานจะมีผลต่อกําลังขาออกของมอเตอร์ ดังนั้น จึงควรพิจารณาทบทวนขนาดของมอเตอร์ ตรวจสอบการทํางาน และไม่เดินเครื่องด้วยความเร็วสูงกว่าที่จําเป็น

3) การทบทวนวิธีควบคุม
การควบคุมความเร็วรอบด้วยอินเวอร์เตอร์จะสามารถปรับความเร็วรอบได้อย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพสูง และสามารถทํา Regenerative Braking ได้จึงเหมาะกับ เครื่องยกของหรือเครนที่ต้องเดินเครื่องด้วยความเร็วต่ำบ่อยๆ

มอเตอร์สำหรับปั้นจั่นและระบบการควบคุม
ภาระของปั้นจั่นประกอบด้วยภาระแนวระดับ เช่น การเลื่อนในแนวระดับ การเลื่อนคาน และการหมุนรอบตัว และภาระแนวดิ่งที่แขวนห้อยลง เช่น การกว้านขึ้น การเงยขึ้นลง ภาระเหล่านี้ทุกตัวเป็นภาระแรงบิดคงที่ในการเปลี่ยนความเร็ว และในการขับและเบรกจะต้องเดินเครื่องด้วย โหมด 2-quadrant หรือ 4-quadrant การควบคุมปั้นจั่นเป็นการควบคุมตำแหน่งด้วยการแรงบิดตามสัญญาณสั่งความเร็ว คุณลักษณะการเดินเครื่องที่ต้องใช้ในการทำงานนั้น ได้แก่ ความเร็วคงที่ที่ค่าใดๆ แรงบิดเบรกเพื่อป้องกันการของหล่น และสามารถที่จะเดินเครื่องแบบขยับที่ลดน้อยได้บ่อยๆ แต่เดิมจะใช้คุณลักษณะแรงบิดมอเตอร์ด้วยการควบคุมความต้านทานทุติยภูมิของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบโรเตอร์พันขดลวดสำหรับปั้นจั่น (JEM 1202) เป็นหลัก ซึ่งได้นำเอา Thruster Braking, Eddy Current Braking, DC Dynamic Braking (การปรับการกำเนิดสนามแม่เหล็กกระแสตรงทางด้านปฐมภูมิของมอเตอร์หลัก) มาใช้ร่วมในการให้แรงบิดเบรก แล้วนำแรงบิดมอเตอร์และแรงบิดเบรกมารวมกันที่เพลาของมอเตอร์ นอกจากนี้ ในกรณีที่ต้องการการควบคุมความเร็วอย่างละเอียดหรือความเร็วสูง เช่น Unloader และ Container Crane จะใช้ระบบ Static Ward Leonard ของมอเตอร์กระแสตรง ในระยะหลังนี้ ระบบการขับด้วยอินเวอร์เตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกได้แพร่หลายไปอย่างรวดเร็ว ในจำนวน Overhead Crane นั้น จะมีปั้นจั่นยกขยะซึ่งต้องทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่ย่ำแย่ จึงควรทำให้ไม่ต้องมีการซ่อมบำรุง จะเรียกรวมส่วนของ Trolley เพื่อเครื่องกว้านและเลื่อนไปในแนวระดับว่า Hoist แต่ใน Inverter Hoist ขนาด 1/2-30t จะใช้การควบคุม V/f เนื่องจากความเที่ยงตรงของความเร็วที่ต้องการจะอยู่ในระดับ ±10%
ในกรณีที่จะใช้อินเวอร์เตอร์กับปั้นจั่น จุดที่ควรระวังจะมีดังนี้

• จะต้องมีขั้นตอนพิเศษ เช่น ตรวจสอบการสร้างสนามแม่เหล็กระยะแรกของมอเตอร์กับการกำเนิดแรงบิดของมอเตอร์ การอุ่นเบรก เป็นต้น เพื่อป้องกันการเลื่อนตกหล่นของสิ่งของและป้องกันการสูญเสียความเร็ว
• ในการยกขึ้น จะต้องใช้แรงบิดสำหรับสตาร์ทจำนวนมาก
• ในเวลาที่หย่อนลง เนื่องจากเป็นการเดินเครื่องแบบ Regenerative จำเป็นที่จะต้องใช้เร็กติฟายเออร์ PWM ที่สามารถ Regenerate กำลังไฟฟ้าไปที่แหล่งจ่ายไฟ หรือทำการป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูงเกิน โดยเชื่อมต่อกับความต้านทานการหยุดที่ลิงค์กระแสตรง
• เมื่อสิ่งของลงถึงพื้นแล้ว จะต้องรองรับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของแรงบิดภาระได้

พิกัดกำลังขาออกของมอเตอร์
สมการที่ 1 กำลังกว้านขึ้น

สมการที่ 2 กำลังเลื่อนแนวระดับ

สมการที่ 3 กำลังเลื่อนคาน

ตารางคุณสมบัติของ H Beam ที่ใช้

ตารางคุณสมบัติของ I Beam ที่ใช้

รูป แบบ Drawing ของ เครน

อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง
และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​